close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Биосинтез белка

код для вставки
методы и способы
Биосинтез белка
План:
1. Генетический код
2. Этапы биосинтеза белка
3. Регуляция синтеза белка
Транскрипция трансляция
ДНК → РНК → Белки → Регуляция метаболизма
Транскрипция – это синтез молекулы РНК или это процесс переписывания нуклеотидов гена с ДНК
в РНК, всегда происходит на стадии двунитевой молекулы ДНК, при этом матрицей служит одна
нить, которая называется антикодирующей.
Основные характеристики процесса транскрипции
1. РНК – копия содержит в себе весь объем информации определенного участка ДНК.
2. РНК сохраняет способность к образованию водородных связей между комплементарными
основаниями (так как урацил, присутствующий в РНК вместо тимина спаривается с аденином)
3. Транскрипция отличается от репликации, при этом РНК-копия, после завершения ее синтеза
освобождается от ДНК-матрицы, после чего происходит восстановление исходной двойной
спирали ДНК.
4. Синтезирующие молекулы РНК имеют одноцепочечную структуру, она короче ДНК и
соответствует длине участка ДНК, который достаточен для кодирования одного или нескольких
белков.
Особенности данного процесса
1. В клетках эукариот – прежде чем превратится в и-РНК и попасть в цитоплазму, РНК
претерпевает химические изменения.
2. В цитоплазме на каждой и-РНК синтезируются тысячи копий. Скорость этого процесса очень
высока.
Генетический код
Генетический код – это аминокислотная последовательность белков. Он был расшифрован в 1961
году учеными Миренберпом и Маттеи. Они установили:
Кодирование аминокислот осуществляется триплетами нуклеотидов (кодонами) Из 4-х азотистых
оснований можно составить 64 различные комбинации, которых достаточно для кодирования 20
аминокислот.
Кодон – это последовательность трех нуклеотидов, в результате которой кодируется определенная
аминокислота.
Необходимо помнить, что:
Точность синтеза полипептидной цепи достигается за счет комплементарного узнавания азотистых
оснований двух компонентов:
кодона информационной РНК антикодона транспортной РНК
Последовательность аминокислот в любом белке зависит от последовательности азотистых
оснований в ДНК, содержащихся в той клетке, где синтезируется данный белок. Заложенная в ДНК
информация считывается в процесс транскрипции матричной РНК (м-РНК) и переносится в
белоксинтезирующую систему на рибосомы. Ученый Крик доказал триплетную теорию кодона,
которая и объясняет способ перевода четырехбуквенного языка нуклеиновых кислот на 20буквенный язык белковых молекул.
Кодон-антикодоновое взаимодействие – это способ узнавания триплетом (которым является мРНК) комплементарного триплета (им является антикодон), входящего в состав соответствующей
т-РНК.
2
Кодон и антикодон спариваются антипараллельным образом (теорий качаний Крика):
1. Два первых основания кодонов образуют прочные пары с соответствующими азотистыми
основаниями антикодона.
2. Находящиеся в третьем положении азотистые основания кодонов образуют слабые водородные
связи с антикодоном.
3. Вывод Крика: находящиеся в третьем положении основания большинства кодонов имеют
некоторую степень свободы при образовании пары с соответствующими азотистым основанием
антикодона – это и есть качающиеся основания.
4. Именно такое взаимодействие кодона с антикодоном обеспечивает включение аминокислоты в
соответствующие участки полипептидной цепи синтезирующегося белка.
Этапы биосинтеза белка
1 этап – этап активации аминокислот
Компоненты:
1. 20 аминокислот
2. 20 ферментов аминоацил-т-РНК-синтетаз
3. 20 и более т-РНК, а также АТФ и ионы Мg²+
На этом этапее осуществляется АТФ-зависимые превращения аминокислот в аминоацил-т-РНК.
1 стадия – из аминокислоты и АТФ образуется аминоацил-аденилат – это активированное
соединение (ангидрид), в котором карбоксильная группа аминокислоты соединена с фосфатной
группой адениновой кислоты.
2 стадия – аминоацидная группа аминоацил-аденилата переносится на молекулу соответствующей
т-РНК. В результате образуется аминоацил-т-РНК – это активированное соединение, участвующее
в биосинтезе белка. Этот процесс активизируется аминоцаил-т-РНК-синтетазами.
3
Во всех случаях на 2-ой стадии активированная аминокислота присоединяется к остатку
адениловой кислоты, или адениловому нуклеотиду в триплете ЦЦА (ССА) на третьем конце
молекулы т-РНК (3’-Т-РНК).
Молекулы т-РНК переводят информацию, заключенную в и-РНК на язык белка.
Таким образом, генетический код расшифровывается с помощью двух адаптаров: это т-РНК и
аминоцаил-т-РНК-синтетаза, в результате чего каждая аминокислота может занять место,
определенное ей триплетной нуклеотидной последовательностью в и-РНК, т. е. своим кодоном.
Для дальнейшего синтеза необходимы рибосомы. Синтез белков, входящих в состав рибосомной
структуры, происходит цитоплазме, самосборка – в ядрышке за счет взаимодействия молекул
белков и рибосомной РНК при участии ионов Мg²+.
р-РНК выполняет роль каркасов для упорядоченного расположения рибосомных полипептидов.
Суб-частицы в рибосоме расположены несимметрично, имеют неправильную форму, и соединены
друг с другом так, что между ними остается бороздка, через которую проходит молекула и-РНК в
процесс синтеза полипептидной цепи, а также 2-ая бороздка, удерживающая растущую
полипептидную цепь.
2 этап – Инициация полипептидной цепи
Компоненты:
1. и-РНК, гуанозинтрифосфат (ГТФ), ионы Мg²+
2. N-формилметионил-т-РНК
3. Инициирующий кодон в и-РНК
4. Рибосомные субчастицы (30S, 50S)
5. Факторы инициации (IF 1;2;3)
4
У E. coli и других прокариот N-концевой аминокислотой при сборке полипептидной цепи всегда
является остаток N-формилметианила.
Стадии образования инициирующего комплекса
1 стадия
A) В результате взаимодействия 30S субъединицы (субчастицы) и фактора инициации образуется
структура, в которой белок препятствует ее ассоциации с 50S субчастицей.
B) Присоединение к 30S субчастице и-РНК достигается с помощью инициирующего сигнала,
представляющего собой богатую пуриновыми основаниями последовательность, центр которой
находится на расстоянии 10 нуклеотидов от 5’-конца инициирующего кодона и-РНК.
C) Первый транслируемый кодон расположен на расстоянии 25 нуклеотидов от 5’ конца.
D) Инициирующий сигнал, представленный коротким участком и-РНК, в результате
взаимодействия с комплементарной последовательностью нуклеотидов, расположенных с 3-го
конца 30S субчастицы, способствует фиксированию и-РНК в нужном для инициации положении.
E) Это взаимодействие обеспечивает правильное положение инициирующего кодона на 30S
субчастице.
2 стадия
A) К комплексу, состоящему из 30S субчастицы, фактора инициации и и-РНК, присоединяются
ранее связавшиеся с N-формилметионилом т-РНК, второй фактор инициации и гуанозинтрифосфат (ГТФ).
B) Возникновение функционально активной 70S рибосомы а результате присоединения 50Sрибосомной субчастицы к ранее образовавшейся комплексной структуре.
3 стадия – приготовление инициирующего комплекса к продолжению процесса трансляции.
3 этап – Элонгация
5
На этой стадии происходит синтез полипептидной цепи.
Компоненты:
1. Инициирующий комплекс – 70S рибосома.
2. Набор аминоацил-т-РНК
3. Фактор элонгации, цианозинтрифосфат (ГТФ)
4. Пептидилтрансфераза, ионы Мg²+
Элонгация – это циклический процесс.
Стадии элонгации
1 стадия – образование аминоацил-т-РНК, которая является комплементарным кодонантикодоновым взаимодействием, а также специфической связью между участками молекул т-РНК
и р-РНК.
2 стадия - подготовка для вступления остатков аминокислот в реакцию образования пептидной
связи.
3 стадия (транслокация) – это перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один кодон. На образование
однопептидной связи затрачивается энергия гидролиза 2-х молекул ГТФ.
A) Свободная т-РНК отделяется и уходит в цитоплазму.
B) В дальнейшем аминоацильный участок вновь подготовлен для связывания очередной
аминоацил-т-РНК, антикодон который комплементарен следующему кодону и-РНК – начинается
новый цикл элонгации.
4 этап – Терминация.
Компоненты:
АТФ Терминирующий кодон и-РНК Факторы освобождения полипептида
6
1) Рост полипептидной цепи продолжается, пока один из 3-х терминирующих кодонов (УАА,
УГА, УАГ) не поступит в рибосому. В этом случае кодон-антикодо-нового взаимодействия не
происходит.
2) К терминирующему кодону присоединяется ответственный за терминацию фактор, в результате
прекращается дальнейший рост белковой цепи.
3) Синтезируемый белок, и-РНК и т-РНК определяются от рибосомы.
4) И0РНК распадается до свободных рибонуклеидов, а т-РНК и рибосомы, распавшись на две
субъединицы, участвуют в новых циклах трансляции.
5 этап – Процессинг
Компоненты:
1. Специфические ферменты
2. Кофакторы
Образующиеся полипептидные цепи формируют более сложные белки или управляют процессами
метаболизма в качестве ферментов.
На одной молекуле и-РНК работает несколько и более (до 100) рибосом. Они образуют полисому,
и на каждой рибосоме строится своя полипептидная цепь (в биосинтезе гемоглобина участвуют
полсомы из 5-6 рибосом).
Отличие биосинтеза белка
1. У прокариот – транскрипция и трансляция связаны между собой и синтез белка начинается
сразу же на продолжающей синтезироваться молекуле и-РНК.
2. У эукариот – сначала на ДНК синтезируется и-РНК, затем она созревает и только зрелая
участвует в трансляции.
7
Регуляция синтеза белка
В процессе эволюции был создан механизм регуляции действия генов. Геном каждой клетки
приобрел характер комплекса, состоящего из:
Структурных генов, которые кодируют синтез белковых молекул (т-РНК и и-РНК); и Геноврегуляторов, которые обеспечивают упорядоченность в действии структурных генов.
Регуляция экспрессии (выражения) генов осуществляется на нескольких уровнях:
Генный – обусловлен изменением количества и локализации генов, контролирующих тот или иной
признак. Транскрипционный – отвечает за то, какие и когда включать гены для наработки и-РНК.
Трансляционный – обеспечивает отбор и-РНК, транслирующихся на рибосомах. Функциональный
– связан с регуляцией активности ферментов.
8
Автор
s.kolomak2012
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
79
Размер файла
24 Кб
Теги
синтез белок, белок
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа