Синтез белков в организме. 1. Что такое белки? 2. Функции белков? 3. Из чего состоят белки? 4. Откуда берутся АМК в клетке? 5. Как попадают белки в организм? - презентация

1 Синтез белков в организме

2 1. Что такое белки? 2. Функции белков? 3. Из чего состоят белки? 4. Откуда берутся АМК в клетке? 5. Как попадают белки в организм?

3 1. Как пополняется запас белков в организме? 2. Как, происходит синтез большого количества молекул белка? Вы узнаете:

4 Известно, что белки не могут создаваться путём редупликации, как это происходит с ДНК. Однако синтез большого числа одинаковых молекул возможен, так как молекулы ДНК являются носителями наследственной информации, то есть в них записана информация о всех белках клетки и организма в целом.

5 В белоксинтезирующую систему входит: система нуклеиновых кислот, состоящая из ДНК и РНК, рибосомы и ферменты. Вся информация, заключённая в молекулах ДНК, в начале переносится на иРНК, которая затем программирует синтез белков клетки. ДНК матрица иРНК матрица Белок

6 Это положение молекулярной биологии было сформировано в начале 50-х годов 20века англ. учённым Ф.Криком. Итак, давайте разберем, что означает данная формула. ДНК матрица иРНК матрица Белок

7 Молекула ДНК является матрицей, или основой (шаблоном) для синтеза большого количества иРНК (хотя при этом структура ДНК не меняется). иРНК, в свою очередь является матрицей или основой для построения множества белковых молекул. (на рисунке красным цветом показано)

8 Участок молекулы ДНК несущий информацию об одной полипептидной цепи, называется геном. Каждая молекула ДНК содержит множество разных генов, поэтому информацию ДНК называют генетической. В геноме человека около 50 тысяч генов, которые находятся в 23 хромосомах. Таким образом, ген – это единица наследственной информации.

9 Первый этап переноса генетической информации с ДНК в клетку заключается в том, что генетическая информация в виде последовательности нуклеотидов ДНК переводится в последовательность нуклеотидов иРНК.

10 Этот процесс получил название транскрипции от лат. «transcriptio» - переписывание. Транскрипция, или биосинтез иРНК на исходной ДНК, осуществляется в ядре клетки ферментативным путём по принципу комплиментарности.

11 По длине иРНК в сотни тысячи раз короче ДНК, т.к. иРНК снимает копию не всей молекулы ДНК, а только одного гена или группы генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции.

12 Специальный фермент РНК-полимераза присоединяется к определённой последовательности нуклеотидов ДНК – гену промотору, который необходим для того, чтобы синтез иРНК был начат строго в начале гена. Двигаясь по цепи ДНК вдоль необходимого гена, РНК-полимераза подбирает по принципу комплиментарности нуклеотиды и соединяет их в цепочки в виде молекулы иРНК. В конце гена или группы генов фермент встречает сигнал (в виде определённой последовательности нуклеотидов), означающий конец СТОП переписывания. Готовая иРНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белка. На этом 1 этап биосинтеза белка – транскрипция заканчивается.

13 Транскрипцией можно назвать процесс, в результате которой информация с языка ДНК переводится на язык РНК, что фактически сводится к замене одной буквы алфавита ДНК на другую, свойственную РНК, вместо тимина – урацил. иРНК позволяет осуществляться очередной смене языков: на этот раз с языка РНК на язык аминокислотной последовательности белков.

14 От транскрипции мы переходим к другому процессу который получил название трансляции от лат слова «translatio» - перевод. Правильный перенос информации от иРНК к полипептиду обеспечивается за счёт рибосом, которые являются центрами синтеза белка. Какие особенности в строении рибосом? Рибосомы – это немембранные органеллы клетки, состоящие из 2-х субъединиц

15 Природа создала универсальную организацию рибосом. Во всех живых организмах рибосомы в клетке построены по единому плану: они состоят из 2-х субъединиц – большой и малой.

16 Малая субъединица отвечает за генетические, декодирующие функции; большая – за биохимические, ферментативные. В малой субъединице рибосомы различают функциональный центр (ФЦР) с 2-мя участками – акцепторным и донорным. В ФЦР может находиться шесть нуклеотидов иРНК

17 В процессе синтеза белка рибосома защищает иРНК и синтезируемый белок от разрушающего действия клеточных ферментов. Механизм защитного действия заключается а том, что нить иРНК проходит между большой и малой субъединицами рибосомы, а начальная часть вновь синтезируемого белка находится в каналоподобной структуре большой субъединицы.

18 Однако в ходе изучения механизмов биосинтеза белка было выяснено, что сама аминокислота в несколько раз меньше, чем кодирующий её триплет нуклеотидов. Что же тогда осуществляет связь и корреляцию между аминокислотой и триплетом иРНК? В клетке имеются специальные образования – это тРНК, которые транспортируют к месту синтеза белка.

19 Синтез полипептидной цепи белковой молекулы начинаются с активизации аминокислот, которую осуществляют специальные ферменты – кодазы.

20 Кодазы обладают очень высокой специфичностью как в отношении аминокислоты, так и в отношении тРНК. Каждой аминокислоте соответствует как минимум один фермент – кодаза, то есть их всего не менее двадцати. Кодаза, связывая аминокислоту и соответствующие тРНК, обеспечивает присоединение аминокислоты к акцепторному участку тРНК с затратой АТФ.

21 Функционирование рибосомной системы начинается с взаимодействия иРНК с субъединицей рибосомы, к донорному участку которой присоединяется инициаторная тРНК, всегда метиониновая.

22 Любая полипептидная цепь начинается с метионина, который в дальнейшем отщепляется. Синтез полипептида идёт от N-конца к С-концу, то есть полипептидная связь обращается между карбоксильной группой первой и аминогруппой второй аминокислоты.

23 Далее к образовавшемуся комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы, после чего весь рибосомный комплекс начинает перемещаться вдоль иРНК. При этом акцепторный участок ФЦР находится впереди, а донорный участок – сзади.

24 К акцепторному участку поступает вторая тРНК, чей антикодон комплиментарен кодону иРНК, находящемуся в данном участке ФЦР. Между метионином и аминокислотой акцепторного участка образуется пептидная связь, после чего метиониновая тРНК отсоединяется, а растущую цепь белка акцептирует (присоединяет) 2-я тРНК. После образования пептидной связи тРНК перемещается в донорный участок ФЦР. Одновременно с этим рибосома целиком передвигается в направлении следующего кодона иРНК, а метиониновая тРНК выталкивается в цитоплазму.

25 В освободившийся акцепторный участок приходит новая тРНК, связанная с аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном иРНК. Снова происходит образование пептидной связи, и белковая молекула удлиняется ещё на одно звено. Соединение аминокислот в полипептидную цепь осуществляется в месте выхода каналоподобной структуры и по завершении синтеза через пору в мембране ЭПС поступает в её внутреннее пространство для окончательного формирования и транспорта по месту назначения. Трансляция идёт до тех пор, пока в акцепторный участок не попадёт стоп- кодон, являющийся «знаком препинания» между генами. На этом элонгация, то есть рост полипептидной цепи, завершается.

26 Полипептидная цепь отделяется от тРНК и покидает рибосому, которая в дальнейшем распадается на субчастицы. Процесс завершения синтеза белковой молекулы называется терминацией.

27 Для увеличения эффективности функционирования иРНК часто соединяется не с одной, а с несколькими рибосомами. Такой комплекс называется полисомой, на котором протекает одновременный синтез нескольких полипептидных цепей. Таким образом, процесс синтеза белка представляет собой серию ферментативных реакций, идущих с затратой энергии АТФ.

28 С какой же скоростью осуществляется реакции синтеза белка? Давайте решим задачу! Какая скорость синтеза белка у высших организмов, если на сборку инсулина, состоящего из 51 аминокислотного остатка, затрачивается 7,3 сек? Решение: 51:7,3=7 (аминокислот в 1 сек.) Ответ: в 1сек. сливается 7 аминокислот.

29 Действительно, скорость передвижения рибосомы по иРНК составляет 5-6 триплетов в секунду, а на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислот, клетке требуется 1-2 минуты. Инсулин является 1 белком, синтезированным искусственно. Но для этого потребовалось провести 5000 операций, над которым трудилось 10 человек в течение 3 лет.

30 Биосинтез ТранскрипцияТрансляция Что необходимо? 1. Цепь ДНК – матрица 2. Свободные рибонуклеотиды (А,Г,У,Ц ) 3. Фермент РНК- полимераза 1. иРНК (кодирует последовательность аминокислот) 2. Рибосомы / полисомы 3. Свободная аминокислота (20) 4. Ферменты 5. Источник Е (АТФ) 6. тРНК (более 30 видов, комбинаций) Где происходит? Протекает в ядреПротекает 1. В цитоплазме на нужды кл. 2. из ЭПС АГ из кл. Что образуется? иРНКБелок первичного уровня белок

31 Задача: Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых запрограммированы белки из I. 500 аминокислот; II. 250 аминокислот. III. 48 аминокислот. Какое время понадобится для синтеза этих белков клетки, если скорость передвижения рибосомы по иРНК составляет 6 триплетов в сек.?

32 Решение: 1. для кодирования 500 аминокислот необходимо: 3*500*2 = 3000 нуклеотидов. 2. для кодирования 250 аминокислот необходимо: 3*250*2 = 1500 нуклеотидов. 3. для кодирования 48 аминокислот необходимо: 3*48*2 = 288 нуклеотидов. 4. иРНК содержит: :2 = 1500 (нуклеотидов) :2 = 750 (нуклеотидов) 3.288:2 = 144 (нуклеотидов) 5. На синтез белков затрачивается: :6 = 250 сек :6 =125 сек :6 = 24 сек.

33 И так, на сегодняшнем уроке мы изучили очень важный процесс! Процесс биосинтеза белка в организме. Вы увидели, как очень сложно устроенные процессы, протекают в организме в считанные минуты. Биосинтез белка по праву занимают очень важную роль.

34 Домашнее задание. На дом: § повторить, до решать задачи кто не закончил.