Лекция 13. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА. 1

Изучение процесса синтеза белков в рибосоме Рассмотреть принцип, лежащий в основе процесса синтеза и-РНК; Определить свойства генетического кода; Сформировать знания о механизмах трансляции и транскрипции; 2

1. Строение хромосомы 2. Генетический код, его свойства 3. Этапы биосинтеза белка 3

1. ХРОМОСОМА (от греч. chroma цвет, краска + soma тело) комплекс одной молекулы ДНК с белками. 4

СТРОЕНИЕ ХРОМОСОМ Схема строения хромосомы в поздней профазе метафазе митоза: 1хроматида; 2центромера; 3короткое плечо; 4длинное плечо 5

Хромосомы имеются в ядрах всех клеток. Каждая хромосома содержит наследственные инструкции - гены. 6

7

ФУНКЦИИ ХРОМОСОМ: Осуществляют координацию и регуляцию процессов в клетке путем синтеза первичной структуры белка, информационной и рибосомальной РНК 8

24-ЦВЕТНАЯ FISH ХРОМОСОМ ЧЕЛОВЕКА: B - PАСКЛАДКА ХРОМОСОМ. (РУБЦОВ Н. Б., КАРАМЫШЕВА Т. В. ВЕСТН. ВОГИС, 2000). 9

ВСЕ ХРОМОСОМЫ ЧЕЛОВЕКА 10

2. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД – система записи генетической информации в молекуле нуклеиновой кислоты о строении молекулы полипептида, количестве, последовательности расположения и типах аминокислот. *Генетическая информация записана только в одной (кодогенной, информативной или значащей) цепи ДНК, вторая цепь не несет генетической информации. 11

В 1954 году опубликовал статью, где первым поднял вопрос генетического кода, доказывая, что "при сочетании 4 нуклеотидов тройками получаются 64 различные комбинации, чего вполне достаточно для "записи наследственной информации" (физик-теоретик ) 12

За расшифровку генетического кода и его функции в синтезе белков. Роберт Уильям Холли (США) Хар Гобинд Корана (США) Маршалл Уоррен Ниренберг (США) 13

Миозин Актин Пероксидаза Гемоглобин Инсулин Гамма-глобулин Липопротеины Разновидности белков: 14

«Жизнь – есть способ существования белковых тел.» Ф. Энгельс 15

Франсуа Жакоб (р.1920) – французский микробиолог Жак Люсьен Моно ( ) – французский биохимик и микробиолог 16

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД 1 У А У ГЦУУ Г У А У Г А Ц Г АГ АУ А 2 3 ТРИПЛЕТ (КОДОН) 1.ТРИПЛЕТЕН 2.НЕ ПЕРЕК- РЫВАЕТСЯ АК ЛЕЙ 3.ОДНОЗНАЧЕН ГЕН 5.НЕПРЕРЫВЕН 6.УНИВЕРСАЛЕН Б=Г=Р=Ж 1. ОДНА АК КОДИРУЕТСЯ ТРЕМЯ НУКЛЕОТИДАМИ (ТРИПЛЕТОМ ) 2. НУКЛЕОТИД НЕ МОЖЕТ ВХОДИТЬ В СОСТАВ ДВУХ ТРИПЛЕТОВ 3. ТРИПЛЕТ КОДИРУЕТ ТОЛЬКО ОДНУ АК 4. КАЖДАЯ АК ШИФРУЕТСЯ БОЛЕЕ ЧЕМ ОДНИМ КОДОНОМ 5. ВНУТРИ ГЕНА НЕТ ЗНАКОВ ПРЕПИНАНИЯ (СТОП-КОДОНОВ) 6.УНИВЕРСАЛЕН c к 4.ИЗБЫТОЧЕН (ВЫРОЖДЕН) 17

СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА Триплетность Вырожденность (избыточность) Вырожденность (избыточность) Однозначность Неперекрываемость Непрерывность Универсальность 18

3. СХЕМА БИОСИНТЕЗА БЕЛКА 19 и-РНК матрицаБелокДНК матрица

РНК Транскрипция ДНК Ядро Ядерные поры м-РНК Экспорт м-РНК в цитоплазму Трансляция Синтез белка Транспорт 20

ЭТАПЫ СИНТЕЗА БЕЛКА ТРАНСКРИПЦИЯ ТРАНСЛЯЦИЯ ПОСТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ ИНИЦИАЦИЯ ЭЛОНГАЦИЯ ТЕРМИНАЦИЯ Необходимые условия Нуклеиновые кислоты Много ферментов Много энергии (АТФ) Рибосомы Аминокислоты Ионы Mg 2+ Ионы Mg 2+ 21

ТРАНСКРИПЦИЯ Первый этап биосинтеза белкатранскрипция. Транскрипцияэто переписывание информации с последовательности нуклеотидов ДНК в последовательность нуклеотидов РНК. А Т Г Г А Ц Г А Ц Т В определенном участке ДНК под действием ферментов белки-гистоны отделяются, водородные связи рвутся, и двойная спираль ДНК раскручивается. Одна из цепочек становится матрицей для построения и-РНК. Участок ДНК в определенном месте начинает раскручиваться под действием ферментов. матрица ДНК 22

Затем на основе матрицы под действием фермента РНК- полимеразы из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности начинается сборка мРНК. А Т Г Г А Ц Г А Ц Т У А Ц Ц У Г Ц У Г А и-РНК Между азотистыми основаниями ДНК и РНК возникают водородные связи, а между нуклеотидами самой матричной РНК образуются сложно- эфирные связи. Водородная связь Сложно-эфирная связь 23

мРНК После сборки мРНК водородные связи между азотистыми основаниями ДНК и мРНК рвутся, и новообразованная мРНК через поры в ядре уходит в цитоплазму, где прикрепляется к рибосомам. А две цепочки ДНК вновь соединяются, восстанавливая двойную спираль, и опять связываются с белками- гистонами. МРНК присоединяется к поверхности малой субъединицы в присутствии ионов магния. Причем два ее триплета нуклеотидов оказываются обращенными к большой субъединице рибосомы. ЯДРО рибосомы цитоплазма Mg 2+ 24

Этапы трансляции 1. Инициация (начало) 2. Элонгация (удлинение) 3. Терминация (окончание) 25

ТРАНСЛЯЦИЯ Второй этап биосинтеза– трансляция. Трансляция– перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка. В цитоплазме аминокислоты под строгим контролем ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз соединяются с тРНК, образуя аминоацил-тРНК. Это очень видоспецифичные реакции: определенный фермент способен узнавать и связывать с соответствующей тРНК только свою аминокислоту. и-РНК АГУ У Ц А У ЦА А Г У а/к а/к а/ к У У Г А Ц У У Г Ц 26

Далее тРНК движется к и-РНК и связывается комплементарно своим антикодоном с кодоном и-РНК. Затем второй кодон соединяется с комплексом второй аминоацил-тРНК, содержащей свой специфический антикодон. Антикодон– триплет нуклеотидов на верхушке тРНК. Кодон– триплет нуклеотидов на и-РНК. и-РНК АГУ У Ц А У Ц А А Г У а/ к а/к У У Г А Ц У У Г Ц Водородные связи между комплементарными нуклеотидами 27

После присоединения к мРНК двух тРНК под действием фермента происходит образование пептидной связи между аминокислотами; первая аминокислота перемещается на вторую тРНК, а освободившаяся первая тРНК уходит. После этого рибосома передвигается по нити для того, чтобы поставить на рабочее место следующий кодон. И-РНК АГУ У Ц А У Ц А А Г У а/к а/ к У У Г А Ц У У Г Ц Пептидная связь а/ к 28

Такое последовательное считывание рибосомой заключенного в и-РНК «текста» продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стоп-кодонов (терминальных кодонов). Такими триплетами являются триплеты УАА, УАГ,УГА. Одна молекула мРНК может заключать в себе инструкции для синтеза нескольких полипептидных нитей. Кроме того, большинство молекул и-РНК транслируется в белок много раз, так как к одной молекуле и-РНК прикрепляется обычно много рибосом. и-РНК на рибосомах белок Наконец, ферменты разрушают эту молекулу и-РНК, расщепляя ее до отдельных нуклеотидов. 29

АУГ фМет Последовательность Шайна-Дальгарно Инициация Последовательность Шайна-Дальгарно (лидерная) в м-РНК комплементарна участку р-РНК в малой субъединице 30

Элонгация АУГ фМет 31

АУГ фМет 32

Терминация АУГ фМет стоп 33

АУГ стоп Мет 34

Полисома Полипептид (белковая молекула) Шероховатый эндоплазматический ретикулум 35

Синтез одной молекулы белка длится 3-4 минуты За одну минуту образуется от 50 до 60 тыс. пептидных связей Половина белков нашего тела ( всего 17 кг белка) обновляется за 80 дней За свою жизнь человек обновляет весь свой белок около 200 раз назад 36

1. Важнейшим процессом, происходящим во всех клетках (за исключением клеток, потерявших ДНК в процессе своего развития), является синтез 2. Информация о последовательности аминокислот, составляющих первичную структуру белка, заключена в последовательности триплетных сочетаний нуклеотидов. 3. – участок ДНК, в котором заключена информация о структуре одного белка. 4. – процесс синтеза иРНК, кодирующей последовательность аминокислот белка. 5. иРНК выходит из ядра (у эукариот) в цитоплазму, где в рибосомах происходит формирование аминокислотной цепочки белка. Этот процесс называется 6. В каждой клетке – множество генов, однако клетка использует лишь строго определённую часть генетической информации, что обеспечивается наличием в генах особых механизмов, включающих или выключающих синтез того или иного белка в клетке. белка. ДНК Ген Транскрипция трансляцией. 37

КОНТРОЛЬНЫЙ ТЕСТ 1. Матрицей для синтеза молекулы м-РНК при транскрипции служит: а) вся молекула ДНК б) полностью одна из цепей молекулы ДНК в) участок одной из цепей ДНК г) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся молекула ДНК. 2. Транскрипция происходит: а) в ядре б) на рибосомах в) в цитоплазме г) на каналах гладкой ЭПС 3. Последовательность нуклеотидов в антикодоне т-РНК строго комплементарна: а) триплету, кодирующему белок б) аминокислоте, с которой связана данная т-РНК в) последовательности нуклеотидов гена г) кодону м-РНК, осуществляющему трансляцию 38

4. Трансляция в клетке осуществляется: а) в ядре б) на рибосомах в) в цитоплазме г) на каналах гладкой ЭПС 5. При трансляции матрицей для сборки полипептидной цепи белка служат: а) обе цепочки ДНК б) одна из цепей молекулы ДНК в) молекула м-РНК г) в одних случаях одна из цепей ДНК, в других– молекула м-РНК 6. При биосинтезе белка в клетке энергия АТФ: а) расходуется б) запасается в) не расходуется и не выделяется г) на одних этапах синтеза расходуется, на других– выделяется 7. Исключите лишнее: рибосомы, т-РНК, м-РНК, аминокислоты, ДНК. 8. Участок молекулы т-РНК из трех нуклеотидов, комплементарно связывающийся с определенным участком м-РНК по принципу комплементарности называется… 39

9. Какими связями соединяются нуклеотиды в цепочке ДНК : a. Водородными; b. Пептидными; c. Сложными эфирными 10. Последовательность азотистых оснований в молекуле ДНК следующая: АТТААЦГЦТАТ. Какова будет последовательность азотистых оснований в м-РНК? Глюкозы; a. ТААТТГЦГАТА; b. ГЦЦГТТАТЦГЦ; c. УААУЦЦГУТУТ; d. УААУУГЦГАУА. 11. Процесс синтеза белка состоит из следующих этапов: a. Репликация - трансляция; b. Трансляция – транскрипция; c. Транскрипция – инициация – элонгация – терминация; d. Инициация – элонгация – терминация 40

Понимание механизма синтеза белкарезультат длительной и сложнейшей работы многих ученых. Это блестящее достижение сейчас является одним из основных положений биологической науки. Но все же еще многое из этого процесса осталось за гранью нашего знания. Правильные ответы: 1-В; 2-А; 3-Г; 4-Б; 5-В; 6-А; 7-ДНК; 8-АНТИКОДОН; 9 – А; 10-Г; 11 - С. 41

Домашнее задание: 1. §29,30 42

Спасибо за внимание. 43