БИОСИНТЕЗ БЕЛКА УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО БИОЛОГИИ ДЛЯ 10 КЛАССОВ Авторы: Белоусов Д.Л., Приймак Т.В., МОУ «Лицей 13» - презентация

1 БИОСИНТЕЗ БЕЛКА УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО БИОЛОГИИ ДЛЯ 10 КЛАССОВ Авторы: Белоусов Д.Л., Приймак Т.В., МОУ «Лицей 13»

2 Генетическая информация хранится в ДНК и передается от клетки к клетке, а реализуется благодаря транскрипции в РНК и трансляции в белок. Процессы транскрипции и трансляции, вместе с реакцией самоудвоения ДНК – репликацией относят к реакциям матричного синтеза, т.е. с использованием матрицы (лат. «матка»). При синтезе ДНК, иРНК и тРНК - матрица – одна из цепей ДНК. Для синтеза белка необходимы две реакции матричного синтеза: транскрипция (лат. «переписывание» – синтез иРНК на матрице ДНК) и трансляция (лат. «передача, перевод» - синтез полипептидных цепей белка на матрице иРНК). ДНК репликация ДНК транскрипция РНК трансляция белок Транскрипция возможна и от РНК к ДНК с помощью фермента «ревертазы» ( у РНК – содержащих вирусов ). Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный синтез

3 Биосинтез белка сложный многостадийный процесс синтеза пппп оооо лллл ииии пппп ееее пппп тттт ииии дддд нннн оооо йййй ц ц ц ц ееее пппп иииииз а а а а а мммм ииии нннн оооо кккк ииии сссс лллл оооо тттт нннн ыыыы ххххостатков, происходящий на рррр ииии бббб оооо сссс оооо мммм аааа хххх клеток живых организмов с участием м м м м м оооо лллл ееее кккк уууу лллл мммм РРРР НННН КККК и т т т т т РРРР НННН КККК.

4 Схема биосинтеза Процесс биосинтеза белка состоит из трех стадий: транскрипции (синтез иРНК), сплайсинга («созревание» иРНК) и трансляции (биосинтез первичного белка). Транскрипция и сплайсинг протекают в ядре, а трансляция – в цитоплазме. В трансляции принимают участие тРНК, доставляющие аминокислоты к месту сборки белковой молекулы.

5 Схема биосинтеза белка р - промотр

6 Примерная схема транскрипции

7 Ф гтф GF Т А Ц Г ГЦ. АТ. ф АУГЦ Процесс транскрипции состоит из 3 стадий: инициации, элонгации и терминации. Для начала транскрипции необходимы: фермент РНК- полимераза, фактор транскрипции (GF) и ГТФ. Фермент связывается с GF и присоединяется к промотору – специальному участку ДНК. К этому комплексу присоединяется ГТФ и происходит раскручивание ДНК. Фермент двигается вдоль одной из цепей ДНК, присоединяя комплементарные нуклеотиды, образующейся иРНК. Дойдя до терминатора, РНК-полимераза присоединят TF и отщепляется от ДНК. Транскрипция TF и РНК

8 Общая схема транскрипции

9 Регуляция транскрипции Для включения и выключения разных оперонов в процессе эволюции сформировалось несколько систем. Чаще всего с операторной областью связан регуляторный белок –репрессор, который мешает продвижению РНК-полимеразы вдоль ДНК, и транскрипция блокируется. Однако если с репрессором связывается некое низкомолекулярное вещество (эффектор), то его форма (конформация) изменяется таким образом, что он связаться с операторной областью не может и транскрипция возобновляется. Для ускорения или замедления скорости транскрипции существуют белки- активаторы. При связывании его с оператором ускоряется перемещение РНК-полимеразы, а при соединении с эффектором он становится неактивным и скорость транскрипции замедляется.

10 Полиаденилирование заключается в присоединении к 3'-концу транскрипта от 100 до 200 остатков адениловой кислоты, осуществляемом специальным ферментом poly(A)-полимераза. После полиаденилирования мРНК подвергается удалению интронов. Процесс катализируется сплайсосомой и называется сплайсингом. транскрипта ферментомсплайсосомойтранскрипта ферментомсплайсосомой Полиаденилирование

11 Слайсинг Полученная при транскрипции иРНК называется незрелой, т.к. содержит участки – интроны, не несущие никакой информации о строении данного белка. В ядре эти участки вырезаются специальным ферментом (сплайсосомой) или самостоятельно самой иРНК. Этот процесс изучил и описал амер. биохимик Томас Чек (Ноб. премия 1982 г.). Оставшиеся участки – экзоны сшиваются в зрелую иРНК, к которой в цитоплазме присоединяются субъединицы рибосом.

12 Транскрипция

13 ЭкзонИнтронЭИЭИ Незрелая и РНК Ф Зрелая и РНК Сплайсосома - крупный комплекс белков и малых ядерных РНК (мяРНП – малые рибонуклеопротеиды), который из незрелой иРНК вырезает интроны и способствует сшиванию экзонов. Работающие сплайсосомы имеют вид бусин на цепях иРНК, отходящих вверх и вниз от горизонтально расположенной цепи ДНК.

14 Механизм сплайсинга

15 Трансляция После удаления интронов иРНК становится «зрелой» и переносится в цитоплазму. Там с ней связываются рибосомы, которые одна за другой двигаются вдоль иРНК и при участии молекул тРНК синтезируют первичную цепь белка из аминокислот согласно информации, записанной в кодирующем участке иРНК. По прошествии некоторого времени иРНК разрушается под действием ферментов – рибонуклеаз. Первым подвергается деградации хвост poly (А), который присоединяется к иРНК в процессе транскрипции и не удаляется при сплайсинге.

16 Субъединицы рибосом присоединяются к иРНК только в процессе трансляции, образуя рибосому, которая продвигается вдоль иРНК и синтезирует первичный белок. После синтеза белка рибосома распадается на субъединицы. Трансляция, как и транскрипция состоит из трех последовательных процессов: инициации, элонгации и терминации.

17 Трансляция

18 Первый этап инициации FI иРНК мет Малая рибосомная субъединица присоединяется к иРНК, а затем к этому комплексу присоединяется инициаторная тРНК (Мет-тРНК) в комплексе с ферментом FI (фактор инициации) и ГТФ, т.к. любой белок начинает синтезироваться с метионина. ГТФ

19 Второй этап инициации АУГ Р А Полученный комплекс продвигается по иРНК, пока антикодон УАЦ Мет- тРНК не спарится со старт-кодоном АУГ иРНК. Далее к комплексу (иРНК – малая субъединица – мет-тРНК) присоединяется большая субъединица и образуется комплекс инициации. FI теряет сродство с мет-тРНК и уходит, а мет-тРНК перемещается в Р участок малой субъединицы, в результате чего участок А становится вакантным.

20 Инициация трансляции

21 ЭЛОНГАЦИЯ Процесс элонгации включает образование пептидных связей между соседними аминокислотами, при этом очередность присоединения аминокислот определяется очередностью кодонов в иРНК. АУГ ААА ГУЦ ВАЛ МЕТ ЛИЗ После образования инициатор- ного комплекса кодон в молекуле иРНК, следующий за кодоном АУГ, спаривается с комплементарным ему антикодоном соответствующей тРНК, а между карбоксильной группой метионина и аминогруппой следующей аминокислоты с помощью ферментативной активности, присущей большой субъединице, образуется пептидная связь. Метионин отсоединяется от инициаторной тРНК, которая отделяется от рибосомы, «протягивая» последнюю на 1 кодон по иРНК. После образования инициатор- ного комплекса кодон в молекуле иРНК, следующий за кодоном АУГ, спаривается с комплементарным ему антикодоном соответствующей тРНК, а между карбоксильной группой метионина и аминогруппой следующей аминокислоты с помощью ферментативной активности, присущей большой субъединице, образуется пептидная связь. Метионин отсоединяется от инициаторной тРНК, которая отделяется от рибосомы, «протягивая» последнюю на 1 кодон по иРНК.

22 Элонгация продолжается до тех пор, пока рибосома не дойдет до кодона УАА, УАГ, УГА (стоп-кодон, терминирующий кодон). В клетке нет тРНК с соответствующими антикодонами, но их узнают белковые факторы терминации (TF), которые связываются с рибосомой, вызывая гидролиз связей между последней тРНК и полипептидной цепью, рибосомой и иРНК. Рибосома диссоциирует на субъединицы, которые вновь могут участвовать трансляции.

23 На одной иРНК «работают» несколько рибосом. Такой комплекс называется полисома. После завершения синтеза иРНК распадается на нуклеотиды. Весь цикл процессов, связанных с синтезом одной белковой молекулы, занимает в среднем 1-3 с. Полисома из печени содержит 12 рибосом, которые выглядят темными пятнами. А цепочка иРНК на снимке не видна.

24 Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации. клеткипосттрансляционной модификацииклеткипосттрансляционной модификации

25 Контрольный тест 1. При биосинтезе белка в клетках эукариот происходит: а)транскрипция и трансляция - в ядре; б)транскрипция - в ядре, трансляция – в цитоплазме; в)транскрипция и трансляция в цитоплазме. 2. Инициирующий кодон иРНК: а)УАА, б)ААГ, в)АУГ, г)АУА, д)УУУ 3. Транскрипция – это: а) «узнавание» аминокислоты тРНК; б)синтез иРНК; в)образование полипептида. 4. При трансляции внутри рибосомы одновременно находится участок иРНК, равный: а)трем нуклеотидам; б)одному кодону; в)шести нуклеотидам; г)шести кодонам. 5. Кодону АУА комплементарен антикодон: а)ЦАЦ, б)ТАТ, в)ГТГ, г)УАУ

26 6. Что является матрицей при транскрипции? А)кодирующая цепь ДНК; б) иРНК; в)обе цепи ДНК гена. 7. Что необходимо для транскрипции? А)АТФ, б)ГТФ, в)кодирующая цепь ДНК, г)рибосома, д)РНК-полимераза, е)нуклеотиды, ж)тРНК. 8. С какой аминокислоты начинается синтез любой полипептидной цепи в рибосоме? А)аспарагин, б)метионин, в)цистеин, г)глицин. 9. Что является матрицей для трансляции? А)цепь ДНК, б)иРНК, в)тРНК, г)рРНК. 10. Процесс «созревания» иРНК после биосинтеза на ДНК называется … 11. Как называется третий этап трансляции? 12. Интрон – это …… ЭТАЛОН

27 ЭТАЛОН ОТВЕТОВ К КОНТРОЛЬНОМУ ТЕСТУ 1 – Б; 2 – В; 3 – Б; 4 – В; 5 – Г; 6 – А; 7 – Б,В,Д,Е; 8 – Б; 9 – Б; 10 – Сплайсинг; 11 – Терминация; 12 – Участок «незрелой» иРНК, не несущий никакой информации о строении белка.