Процес синтезу білка об'єкт. Синтез білків у клітині - опис, функції процесу

Для вивчення процесів, які відбуваються в організмі, потрібно знати, що відбувається на клітинному рівні. А там найважливішу роль відіграють білкові сполуки. Необхідно вивчити як їх функції, а й процес створення. Тому важливо пояснити коротко та зрозуміло. 9 клас для цього підходить найкращим чином. Саме цьому етапі учні володіють достатньою кількістю знань розуміння цієї теми.

Білки - що це таке і для чого вони потрібні

Ці високомолекулярні сполуки грають величезну роль життя будь-якого організму. Білки є полімерами, тобто складаються з багатьох схожих «шматочків». Їх кількість може змінюватись від кількох сотень до тисяч.

У клітині білки виконують багато функцій. Велика їх роль і більш високих рівнях організації: тканини і органи багато в чому залежить від правильної роботи різних білків.

Наприклад, усі гормони мають білкове походження. Адже саме ці речовини контролюють усі процеси в організмі.

Гемоглобін – теж білок, він складається з чотирьох ланцюгів, які у центрі з'єднані атомом заліза. Така структура забезпечує можливість переносити кисень еритроцитами.

Нагадаємо, що всі мембрани мають у своєму складі білки. Вони необхідні переносу речовин крізь оболонку клітин.

Існує ще безліч функцій білкових молекул, які вони виконують чітко та беззаперечно. Ці дивовижні з'єднання дуже різноманітні не лише за своїми ролями в клітці, а й за будовою.

Де відбувається синтез

Рибосома є органелою, в якій проходить основна частина процесу, що називається "біосинтез білка". 9 клас у різних школах відрізняється за програмою вивчення біології, але багато вчителів дають матеріал за органелами заздалегідь, до вивчення трансляції.

Тому учням неважко згадати пройдений матеріал та закріпити його. Слід знати, що на одній органелі одночасно може створюватися лише один поліпептидний ланцюг. Цього мало, щоб задовольнити усі потреби клітини. Тому рибосом дуже багато, і найчастіше вони поєднуються з ендоплазматичною мережею.

Така ЕПС називається шорсткою. Вигода такої «співпраці» очевидна: білок одразу після синтезу потрапляє у транспортний канал і може без затримок вирушати до місця призначення.

Але якщо брати до уваги початок, а саме зчитування інформації з ДНК, то можна сказати, що біосинтез білка в живій клітині починається ще в ядрі. Саме там синтезується яка містить генетичний код.

Необхідні матеріали – амінокислоти, місце синтезу – рибосома

Здається, що важко пояснити, як протікає біосинтез білка, коротко і зрозуміло, схема процесу та численні малюнки просто потрібні. Вони допоможуть донести всю інформацію, а також учням легше її запам'ятати.

Насамперед, для синтезу необхідний «будівельний матеріал» - амінокислоти. Деякі їх виробляються організмом. Інші можна отримати тільки з їжею, вони називаються незамінними.

Загальна кількість амінокислот - двадцять, але за рахунок величезної кількості варіантів, в яких можна їх розташовувати в довгому ланцюжку, молекули білків дуже різноманітні. Ці кислоти схожі між собою структурою, але відрізняються радикалами.

Саме властивості цих частин кожної амінокислоти визначають, в яку структуру «згорнеться» ланцюжок, що вийшов, чи буде вона утворювати четвертинну структуру з іншими ланцюгами, і які властивості буде мати макромолекула, що вийшла.

Процес біосинтезу білка не може протікати просто в цитоплазмі, йому потрібна рибосома. складається з двох субодиниць - великої та малої. У стані спокою вони роз'єднані, але тільки-но починається синтез, вони відразу з'єднуються і починають працювати.

Такі різні та важливі рибонуклеїнові кислоти

Для того, щоб принести амінокислоту до рибосоми, потрібна спеціальна РНК, яка називається транспортною. Для скорочення її позначають т-РНК. Ця одноланцюжкова молекула у вигляді конюшинного листа здатна причепити одну амінокислоту до свого вільного кінця і переправити її до місця синтезу білка.

Ще одна РНК, що бере участь у синтезі білка, називається матричною (інформаційною). Вона несе в собі не менш важливий компонент синтезу - код, в якому чітко прописано, коли яку амінокислоту чіпляти до ланцюжка білка, що утворюється.

Ця молекула має одноланцюгову будову, складається з нуклеотидів, так само як і ДНК. Існують деякі відмінності в первинній структурі цих нуклеїнових кислот, про які ви можете прочитати у порівняльній статті про РНК та ДНК.

Інформація про склад білка м-РНК отримує від головного зберігача генетичного коду - ДНК. Процес читання та синтезу м-РНК називається транскрипцією.

Він відбувається в ядрі, звідки м-РНК, що вийшла, відправляється до рибосоми. Сама ж ДНК із ядра не виходить, її завдання – лише зберегти генетичний код та передати його дочірній клітині під час поділу.

Зведена таблиця головних учасників трансляції

Щоб описати біосинтез білка коротко і зрозуміло, таблиця просто необхідна. До неї ми запишемо всі компоненти та їх роль у цьому процесі, який називається трансляцією.

Сам процес створення білкового ланцюжка ділиться на три етапи. Давайте розглянемо кожен із них докладніше. Після цього ви зможете легко пояснити всім охочим біосинтез білка коротко та зрозуміло.

Ініціація – початок процесу

Це початкова стадія трансляції, в якій мала субодиниця рибосоми з'єднується з першою т-РНК. Ця рибонуклеїнова кислота несе у собі амінокислоту - метионин. Трансляція завжди починається саме з цієї амінокислоти, оскільки стартовим кодоном є АУГ, який кодує цей перший мономер в білковому ланцюгу.

Для того щоб рибосома дізналася стартовий кодон і не почала синтез із середини гена, де послідовність АУГ також може виявитися, навколо початкового кодону розташовується спеціальна послідовність нуклеотидів. Саме по них рибосома дізнається те місце, на яке має сісти її мала субодиниця.

Після утворення комплексу з м-РНК стадія ініціації закінчується. І розпочинається основний етап трансляції.

Елонгація – середина синтезу

На цьому етапі відбувається поступове нарощування білкового ланцюжка. Тривалість елонгації залежить від кількості амінокислот у білку.

Насамперед до малої субодиниці рибосоми приєднується велика. І початкова т-РНК виявляється у ній цілком. Зовні залишається лише метіонін. Далі у велику субодиницю входить друга т-РНК, яка несе іншу амінокислоту.

Якщо другий кодон на м-РНК збігається з антикодоном на верхівці конюшинного листа, друга амінокислота приєднується до першої за допомогою пептидного зв'язку.

Після цього рибосома пересувається м-РНК рівно на три нуклеотиди (один кодон), перша т-РНК від'єднує від себе метіонін і відокремлюється від комплексу. На її місці виявляється друга т-РНК, на кінці якої висить вже дві амінокислоти.

Потім велику субодиницю входить третя т-РНК і повторюється. Він відбуватиметься доти, доки рибосома не натрапить на кодон у м-РНК, який сигналізує про закінчення трансляції.

Термінація

Цей етап є останнім, деяким може здатися дуже жорстоким. Всі молекули та органели, які так злагоджено працювали над створенням поліпептидного ланцюжка, зупиняються, як рибосома наїжджає на термінальний кодон.

Він не кодує жодну амінокислоту, тому яка б т-РНК не зайшла у велику субодиницю, всі вони будуть відкинуті через невідповідність. Тут у справу вступають чинники термінації, які відокремлюють готовий білок від рибосоми.

Сама органела може або розпастися на дві субодиниці, або продовжити свій шлях м-РНК у пошуках нового стартового кодону. На одній м-РНК можуть бути відразу кілька рибосом. Щойно створений білок постачається маркерами, за допомогою яких усім буде зрозуміло його місце призначення. І по ЕПС він буде відправлений туди, де необхідний.

Щоб зрозуміти роль біосинтезу білка, необхідно вивчити, які функції може виконувати. Це залежить від послідовності амінокислот у ланцюжку. Саме їх властивості визначають вторинну, третинну, котрий іноді четвертинну (якщо вона існує) та її роль клітині. Докладніше про функції білкових молекул можна прочитати у статті з цієї теми.

Як дізнатися більше про трансляцію

У цій статті описано біосинтез білка у живій клітині. Звичайно, якщо вивчати предмет глибше, на пояснення процесу у всіх подробицях піде чимало сторінок. Але вищевикладеного матеріалу має вистачити для загального уявлення. Дуже корисним для розуміння можуть бути відеоматеріали, в яких вчені змоделювали всі етапи трансляції. Деякі з них перекладені російською мовою і можуть стати чудовим посібником для учнів або просто пізнавальним відео.

Щоб розбиратися в темі краще, слід прочитати й інші статті на близькі теми. Наприклад, про або про функції білків.

Як пояснити, стисло і зрозуміло, що таке біосинтез білка, і яке його значення?

Якщо вам цікава ця тема, і ви хотіли б підтягнути шкільні знання або повторити перепустки, то ця стаття створена для вас.

Що таке біосинтез білка

Спочатку варто ознайомитись із визначенням біосинтезу. Біосинтез називається синтез живими організмами природних органічних сполук.

Якщо бути простіше, це отримання різних речовин за допомогою мікроорганізмів.Цей процес займає важливу роль у всіх живих клітинах. Не забуваємо і про складний біохімічний склад.

Транскрипція та трансляція

Це два найголовніші кроки біосинтезу.

Транскрипціяз латинського означає «переписування» – як матриця застосовується ДНК, тому відбувається синтезування трьох видів РНК (матричної/інформаційної, транспортної, рибосомної рибонуклеїнових кислот). Реакція здійснюється за допомогою полімерази (РНК) та з використанням великої кількості аденозинтрифосфату.

Вироблять дві основні дії:

1. Позначення кінця та початку трансляції приєднанням іРНК.
2. Подія, що здійснюється завдяки сплайсингу, що у свою чергу видаляє неінформаційні послідовності РНК, тим самим відбувається зменшення маси матричної рибонуклеїнової кислоти в 10 разів.

Трансляціяз латинського означає «переклад» – використовується іРНК як матриця, синтезуються поліпептидні ланцюжки.

Трансляція включає три етапи, які можна було подати у вигляді таблиці:

1. Перший етап. Ініціація - формування комплексу, який бере участь у синтезі поліпептидного ланцюжка.
2. Другий етап. Елонгація - збільшення розмірів цього ланцюга.
3. Третій етап. Термінація - висновок вищезазначеного процесу.

Схема біосинтезу білка

За схемою видно, як відбувається процес.

Точкою стикування цієї схеми є рибосоми, у яких синтезується білок. У простій формі синтез здійснюється за схемою

ДНК> PHK> білок.

Першим починається етап транскрипції, в якому молекула змінюється в одноланцюжкову інформаційну рибонуклеїнову кислоту (іРНК). У ній міститься інформація про амінокислотну послідовність білка.

Наступною зупинкою іРНК буде рибосома, де відбувається сам синтез. Відбувається це шляхом трансляції, формування поліпептидного ланцюжка. Після цієї пересічної схеми отриманий білок транспортується в різні місця, виконуючи певні завдання.

Послідовність процесорів біосинтезу білка

Біосинтез білка – складний механізм, який включає два вище згадані етапи, а саме транскрипцію і трансляцію. Першим відбувається транскрибований етап (він поділяється на дві події).

Після йде трансляція, в якій беруть участь усі види РНК, кожна має свою функцію:

1. Інформаційна – роль матриці.
2. Транспортна – додавання амінокислот, визначення кодонів.
3. Рибосомна - утворення рибосом, які підтримують іРНК.
4. Транспортна – синтез поліпептидного ланцюга.

Які компоненти клітини беруть участь у біосинтезі білка

Як ми казали, біосинтез поділяють на дві стадії. У кожній стадії беруть участь свої компоненти. На першій стадії це дезоксирибонуклеїнова кислота, інформаційна та транспортна РНК, нуклеотиди.

У другій стадії беруть участь компоненти: іРНК, тРНК, рибосоми, нуклеотиди і пептиди.

Які особливості реакцій біосинтезу білка у клітині

До списку особливостей реакцій біосинтезу варто віднести:

1. Використання енергії АТФ для хімічних реакцій.
2. Є ферменти, завдання яких прискорювати реакції.
3. Реакція має матричний характер, оскільки білок синтезується іРНК.

Ознаки біосинтезу білка у клітині

Для такого складного процесу, звичайно, характерні різні ознаки:

1. Перший полягає в тому, що присутні ферменти, без яких сам процес був би неможливий
2. Задіяні всі три види РНК, з цього можна дійти невтішного висновку, що центральна роль належить РНК.
3. Освіта молекул виробляється мономерами, саме амінокислотами.
4. Варто позначити так само, що специфічність того чи іншого білка визначається розташуванням амінокислот.

Висновок

Багатоклітинний організм - апарат, що складається з різних клітинних типів, які диференційовані - відрізняються структурою та функціями. Крім білків, є клітини цих типів, які синтезують так само собі подібних, в цьому полягає відмінність.

Спочатку встановіть послідовність етапів біосинтезу білка, починаючи з транскрипції. Всю послідовність процесів, що відбуваються при синтезі білкових молекул, можна поєднати у 2 етапи:

1. Транскрипція.

2. Трансляція.

Структурними одиницями спадкової інформації є гени – ділянки молекули ДНК, що кодують синтез певного білка. По хімічній організації матеріал спадковості та мінливості про- та еукаріотів принципово не відрізняється. Генетичний матеріал у яких представлений у молекулі ДНК, загальним є також принцип запису спадкової інформації та генетичний код. Одні й самі амінокислоти у про — і еукаріотів шифруються однаковими кодонами.

Геном сучасних прокаріотів характеризується відносно невеликими розмірами, ДНК кишкової палички має вигляд кільця, довжиною близько 1 мм. Вона містить 4 х 106 пар нуклеотидів, що утворюють близько 4000 генів. У 1961 р. Ф. Жакоб і Ж. Моно відкрили цистронну, або безперервну організацію генів прокаріотів, які повністю складаються з нуклеотидних послідовностей, що кодують, і вони повністю реалізуються в ході синтезу білків. Спадковий матеріал молекули ДНК прокаріотів розташовується безпосередньо в цитоплазмі клітини, де також знаходяться необхідні для експресії генів тРНК і ферменти. Експресія - це функціональна активність генів, або вираз генів. Тому синтезована з ДНК іРНК здатна одночасно виконувати функцію матриці у процесі трансляції синтезу білка.

Геном еукаріотів містить значно більше спадкового матеріалу. У людини загальна довжина ДНК у диплоїдному наборі хромосом становить близько 174 см. Вона містить 3 х 109 пар нуклеотидів і включає до 100000 генів. У 1977 р. було виявлено уривчастість у будові більшості генів еукаріотів, що отримав назву «мозаїчний» ген. Для нього характерні нуклеотидні послідовності, що кодують. екзонніі інтронніділянки. Для синтезу білка використовується лише інформація екзонів. Кількість інтронів варіює у різних генах. Встановлено, що ген овальбуміну курей включає 7 інтронів, а ген проколагену ссавців – 50. Функції ДНК, що мовчить, – інтронів остаточно не з'ясовані. Припускають, що вони забезпечують: структурну організацію хроматину; 2) деякі з них, очевидно, беруть участь у регуляції експресії генів; 3) інтрони вважатимуться запасом інформації для мінливості; 4) можуть грати захисну роль, приймаючи він дію мутагенів.

Транскрипція

Процес переписування інформації у ядрі клітини з ділянки молекули ДНК на молекулу мРНК (іРНК) називається транскрипція(Лат. Transcriptio - Переписування). Синтезується первинний продукт гена-мРНК. Це перший етап синтезу білка. На відповідній ділянці ДНК фермент РНК-полімераза дізнається знак початку транскрипції. промотр.Стартовою точкою вважається перший нуклеотид ДНК, який включається ферментом РНК-транскрипт. Як правило, діючі ділянки починаються кодоном АУГ, іноді у бактерій використовується ГУГ. Коли РНК-полімераза зв'язується з промотором, відбувається локальне розплітання подвійної спіралі ДНК і копіюється один із ланцюгів за принципом комплементарності. Синтезується мРНК, швидкість збирання її досягає 50 нуклеотидів в секунду. У міру руху РНК-полімерази, росте ланцюг мРНК, і коли фермент досягне кінця копіювальної ділянки - термінаторамРНК відходить від матриці. Подвійна спіраль ДНК за ферментом відновлюється.

Транскіпція прокаріотів здійснюється в цитоплазмі. У зв'язку з тим, що ДНК повністю складається з нуклеотидних послідовностей, що кодують, тому синтезована мРНК відразу виконує функцію матриці для трансляції (див. вище).

Транскрипція мРНК у еукаріотів відбувається в ядрі. Вона починається синтезом великих за розмірами молекул - попередників (про-мРНК), званих незрілої, або ядерної РНК. Первинний продукт гена-про-мРНК є точною копією транскрибованої ділянки ДНК, включає екзони та інтрони. Процес формування зрілих молекул РНК із попередників називається процесингом. Дозрівання мРНК відбувається шляхом сплайсинг- це вирізання ферментами рестриктазінтронів та з'єднання ділянок з транскрибованими послідовностями екзонів ферментами лігаз. (Мал.). Зріла мРНК значно коротше молекул-попередників про - мРНК, розміри інтронів у них варіює від 100 до 1000 нуклеотидів і більше. Перед інтронів припадає близько 80% всієї незрілої мРНК.

Наразі доведено можливість альтернативного сплайсингу,при якому з одного первинного транскрипта можуть видаляться в різних ділянках нуклеотидні послідовності і будуть утворюватися кілька зрілих мРНК. Даний вид сплайсингу характерний у системі генів імуноглобулінів у ссавців, що дає можливість формувати на основі одного транскрипту мРНК різні види антитіл.

Після завершення процесингу зріла мРНК проходить відбір перед виходом з ядра. Встановлено, що до цитоплазми потрапляє всього 5% зрілої мРНК, а решта розщеплюється в ядрі.

Трансляція

Трансляція (лат. Translatio - передача, перенесення) - Переведення інформації, укладеної в послідовності нуклеотидів молекули мРНК, в послідовність амінокислот поліпептидного ланцюга (Рис. 10). Це другий етап білкового синтезу. Перенесення зрілої мРНК через пори ядерної оболонки виробляють спеціальні білки, що утворюють комплекс із молекулою РНК. Крім транспорту мРНК, ці білки захищають мРНК від дії цитоплазматичних ферментів, що пошкоджують. У процесі трансляції центральна роль належить тРНК, вони забезпечують точну відповідність амінокислоти коду триплету мРНК. Процес трансляції-декодування відбувається в рибосомах і здійснюється в напрямку від 5 до 3 Комплекс мРНК і рибосом називається полісомою.

У ході трансляції можна виділити три фази: ініціацію, елонгацію та термінацію.

Ініціація.

На цьому етапі відбувається складання всього комплексу, що бере участь у синтезі молекули білка. Відбувається об'єднання двох субодиниць рибосом на певній ділянці мРНК, приєднання до неї першої аміноацил тРНК і цим задається рамка зчитування інформації. У молекулі будь-якої м-РНК є ділянка, комплементарна р-РНК малої субодиниці рибосоми і специфічно нею керований. Поряд з ним знаходиться ініціювальний стартовий кодон АУГ, який кодує амінокислоту метіонін.

Елонгація

- Вона включає всі реакції від моменту утворення першого пептидного зв'язку до приєднання останньої амінокислоти. На рибосомі є дві ділянки зв'язування двох молекул т-РНК. В одній ділянці-пептидильній(П) знаходиться перша т-РНК з амінокислотою метіонін і з нього починається синтез будь-якої молекули білка. До другої ділянки рибосоми-аміноацильна (А) надходить друга молекула т-РНК і приєднується до свого кодону. Між метіоніном та другою амінокислотою утворюється пептидна зв'язок. Друга т-РНК переміщається разом зі своїм кодоном м-РНК у пептидильний центр. Переміщення т-РНК з поліпептидним ланцюжком з аміноацильного центру в пептидильний супроводжується просуванням рибосоми м-РНК на крок, що відповідає одному кодону. Т-РНК, що доставила метіонін, повертається до цитоплазми, амноацильний центр звільняється. До нього надходить нова т-РНК із амінокислотою, зашифрованою черговим кодоном. Між третьою та другою амінокислотами утворюється пептидна зв'язок і третя т-РНК разом з кодоном м-РНК переміщається в пептидильний центр. Процес елонгації, подовження білкового ланцюга. Триває до тих пір, поки в рибосому не потрапить один із трьох кодонів, що не кодують амінокислоти. Це кодон - термінатор і для нього не існує відповідної т-РНК, тому жодна з т-РНК не може зайняти місце в аміноацильному центрі.

Термінація

- Завершення синтезу поліпептиду. Вона пов'язана з впізнаванням специфічним рибосомним білком одного з термінуючих кодонів (УАА, УАГ, УГА), коли він входитиме до аміноацильного центру. До рибосоми приєднується спеціальний фактор термінації, який сприяє роз'єднанню субодиниць рибосоми та звільненню синтезованої молекули білка. До останньої амінокислоти пептиду приєднується вода і її карбоксильний кінець відокремлюється від т-РНК.

Складання пептидного ланцюга здійснюється з великою швидкістю. У бактерій при температурі 37°С вона виявляється у додаванні до поліпептиду від 12 до 17 амінокислот на секунду. В еукаріот клітин до поліпептиду додається дві амінокислоти в одну секунду.

Синтезований поліпептидний ланцюг потім надходить у комплекс Гольджі, де завершується побудова білкової молекули (послідовно виникають друга, третя, четверта структури). Тут відбувається комплексування білкових молекул з жирами і вуглеводами.

Весь процес біосинтезу білка представлений у вигляді схеми: ДНК ® про іРНК ® мРНК ® поліпептидний ланцюг ® білок® комплексування білків та їх перетворення на функціонально активні молекули.

Етапи реалізації спадкової інформації також протікають подібним чином: спочатку транскрибується в нуклеотидну послідовність мРНК, а потім транслюється в амінокислотну послідовність поліпептиду на рибосомах за участю тРНК.

Транскрипція еукаріотів здійснюється під дією трьох ядерних РНК-полімераз. РНК-полімераза 1 знаходиться в ядерцях і відповідає за транскрипцію генів рРНК. РНК-полімераза 2 знаходиться в ядерному соку та відповідає за синтез попередника мРНК. РНК-полімераза 3 -невелика фракція в ядерному соку, яка здійснює синтез малих рРНК та тРНК. РНК-полімерази специфічно дізнаються про нуклеотидну послідовність транскрипції-промотор. Еукаріотична мРНК спочатку синтезується у вигляді попередниці (про-іРНК), на неї списується інформація з екзонів та інтронів. Синтезована мРНК має більші, ніж необхідно для трансляції розмірами і виявляється менш стабільною.

У процесі дозрівання молекули мРНК з допомогою ферментів рестриктаз вирізуються інтрони, і з допомогою ферментів – лігаз зшиваються екзони. Дозрівання мРНК називається процесингом, зшивання екзонів називається сплайсингом. Таким чином, зріла мРНК містить лише екзони і вона значно коротша за її попередницю – про-іРНК. Розміри інтронів варіюють від 100 до 10000 нуклеотидів та більше. Перед інтонів припадає близько 80% всієї незрілої мРНК. В даний час доведена можливість альтернативного сплайсингу, при якому з одного первинного транскрипта можуть видалятися в різних ділянках нуклеотидні послідовності і утворюватимуться кілька зрілих мРНК. Даний вид сплайсингу характерний у системі генів імуноглобулінів у ссавців, що дає можливість формувати на основі одного транскрипту мРНК різні види антитіл. Після завершення процесингу зріла мРНК проходить відбір перед виходом у цитоплазму з ядра. Встановлено, що потрапляє лише 5% зрілої мРНК, а решта розщеплюється в ядрі. Перетворення первинних транскриптонів еукаріотичних генів, пов'язане з їх екзон-інтронною організацією, та у зв'язку з переходом зрілої мРНК з ядра в цитоплазму, визначає особливості реалізації генетичної інформації еукаріотів. Отже, мозаїчний ген еукаріотів не є геном цистроном, тому що не вся послідовність ДНК використовується для синтезу білка.

Сукупність реакцій біологічного синтезу називається пластичним обміном, чи асиміляцією. Назва цього виду обміну відбиває його сутність: з простих речовин, які у клітину ззовні, утворюються речовини, подібні речовинам клітини.

Розглянемо одну з найважливіших форм пластичного обміну – біосинтез білків. Все різноманіття властивостей білків у кінцевому підсумку визначається первинної структурою, т. е. послідовністю амінокислот. Величезна кількість відібраних еволюцією унікальних поєднань амінокислот відтворюється шляхом синтезу нуклеїнових кислот з такою послідовністю азотистих основ, що відповідає послідовності амінокислот у білках. Кожній амінокислоті в поліпептидному ланцюжку відповідає комбінація із трьох нуклеотидів – триплет.

Процес реалізації спадкової інформації у біосинтезі здійснюється за участю трьох видів рибонуклеїнових кислот: інформаційної (матричної) – іРНК (мРНК), рибосомальної – рРНК та транспортної – тРНК. Усі рибонуклеїнові кислоти синтезуються на відповідних ділянках молекули ДНК. Вони мають значно менші розміри, ніж ДНК, і є одинарним ланцюгом нуклеотидів. Нуклеотиди містять залишок фосфорної кислоти (фосфат), пентозний цукор (рибозу) та одну з чотирьох азотистих основ – аденін, цитозин, гуанін та урацил. Азотиста основа – урацил – комплементарно аденіну.

Процес біосинтезу складний і включає низку етапів – транскрипцію, сплайсинг та трансляцію.

Перший етап (транскрипція) відбувається у ядрі клітини: дільниці певного гена молекули ДНК синтезується мРНК. Цей синтез здійснюється за участю комплексу ферментів, головним з яких є ДНК-залежна РНК-полімераза, яка прикріплюється до початкової (ініціальної) точки молекули ДНК, розплітає подвійну спіраль і, переміщаючись уздовж однієї з ниток, синтезує поряд з нею комплементарну нитку мРНК. Через війну транскрипції мРНК містить генетичну інформацію як послідовного чергування нуклеотидів, порядок яких точно скопійований з відповідної ділянки (гена) молекули ДНК.

Подальші дослідження показали, що у процесі транскрипції синтезується так звана про-мРНК – попередник зрілої мРНК, що у трансляції. Про-мРНК має значно більші розміри та містить фрагменти, що не кодують синтез відповідного поліпептидного ланцюга. У ДНК поряд з ділянками, що кодують рРНК, тРНК та поліпептиди, є фрагменти, що не містять генетичної інформації. Вони отримали назву інтронів на відміну кодуючих фрагментів, які називаються екзонами. Інтрони виявлено на багатьох ділянках молекул ДНК. Так, наприклад, в одному гені – ділянці ДНК, що кодує овальбумін курки, міститься 7 інтронів, у гені сироваткового альбуміну щури – 13 інтронів. Довжина інтрону буває різною – від двохсот до тисяч пар нуклеотидів ДНК. Інтрони зчитуються (транскрибуються) одночасно з екзонами, тому про-мРНК значно довша, ніж зріла мРНК. У ядрі в про-мРНК спеціальними ферментами вирізуються інтрони, а фрагменти екзону «зрощуються» між собою у строгому порядку. Цей процес називають сплайсинг. У процесі сплайсингу утворюється зріла мРНК, яка містить лише ту інформацію, яка необхідна для синтезу відповідного поліпептиду, тобто інформативну частину структурного гена.

Значення та функції інтронів досі ще не зовсім з'ясовані, але встановлено, що якщо в ДНК зчитуються тільки ділянки екзонів, зріла мРНК не утворюється. Процес сплайсингу вивчений на прикладі роботи гена овальбуміну. Він містить один екзон та 7 інтронів. Спочатку на ДНК синтезується про-мРНК, що містить 7700 нуклеотидів. Потім промРНК число нуклеотидів зменшується до 6800, потім - до 5600, 4850, 3800, 3400 і т. д. до 1372 нуклеотидів, відповідних екзону. МРНК, що містить 1372 нуклеотиду, виходить з ядра в цитоплазму, потрапляє на рибосому і синтезує відповідний поліпептид.

Наступний етап біосинтезу – трансляція – відбувається у цитоплазмі на рибосомах за участю тРНК.

Транспортні РНК синтезуються в ядрі, але функціонують у вільному стані у цитоплазмі клітини. Одна молекула тРНК містить 76-85 нуклеотидів і має досить складну структуру, що нагадує конюшинний лист. Три ділянки тРНК мають особливо важливе значення: 1) антикодон, що складається із трьох нуклеотидів, що визначає місце прикріплення тРНК до відповідного комплементарного кодону (мРНК) на рибосомі; 2) ділянку, що визначає специфічність тРНК, здатність цієї молекули прикріплюватися лише до певної амінокислоти; 3) акцепторна ділянка, до якої прикріплюється амінокислота. Він однаковий всім тРНК і з трьох нуклеотидів – Ц-Ц-А. Приєднання амінокислоти до тРНК передує її активація ферментом аміноацил-тРНК-синтетазою. Цей фермент специфічний кожної амінокислоти. Активована амінокислота прикріплюється до відповідної тРНК і доставляється нею рибосому.

Центральне місце у трансляції належить рибосомам – рибонуклеопротеїновим органоїдам цитоплазми, у багатьох у ній присутнім. Розміри рибосом у прокаріотів у середньому 30х30х20 нм, у еукаріотів – 40х40х20 нм. Зазвичай їх розміри визначають одиницях седиментації (S) – швидкості осадження при центрифугуванні у відповідному середовищі. У бактерії кишкової палички рибосома має величину 70S і складається з двох субчасток, одна з яких має константу 30S, друга 50S, і містить 64% рибосомальної РНК та 36% білка.

Молекула мРНК виходить із ядра в цитоплазму і прикріплюється до малої субчастинки рибосоми. Трансляція починається з так званого стартового кодону (ініціатора синтезу) - А-У-Г-. Коли тРНК доставляє активовану амінокислоту до рибосоми, її антикодон з'єднується водневими зв'язками з нуклеотидами комплементарного кодону мРНК. Акцепторний кінець тРНК із відповідною амінокислотою прикріплюється до поверхні великої субчастинки рибосоми. Після першої амінокислоти інша тРНК доставляє наступну амінокислоту, і таким чином на рибосомі синтезується поліпептидний ланцюг. Молекула мРНК зазвичай працює відразу на кількох (5-20) рибосомах, з'єднаних у полісоми. Початок синтезу поліпептидного ланцюга називають ініціацією, зростання його – елонгацією. Послідовність амінокислот поліпептидної ланцюга визначається послідовністю кодонів в мРНК. Синтез поліпептидного ланцюга припиняється, коли на мРНК з'являється один із кодонів-термінаторів – УАА, УАГ чи УГА. Закінчення синтезу даного поліпептидного ланцюга називається термінацією.

Встановлено, що в клітинах тварин поліпептидний ланцюг за секунду подовжується на 7 амінокислот, а мРНК просувається на рибосомі на 21 нуклеотид. У бактерій цей процес протікає вдвічі-втричі швидше.

Отже, синтез первинної структури білкової молекули – поліпептидного ланцюга – відбувається на рибосомі відповідно до порядку чергування нуклеотидів у матричній рибонуклеїновій кислоті – мРНК. Вона залежить від будови рибосоми.

Біосинтез білків йде у кожній живій клітині. Найбільш активний він у молодих клітинах, що ростуть, де синтезуються білки на побудову їх органоїдів, а також в секреторних клітинах, де синтезуються білки-ферменти і білки-гормони.

Основна роль визначенні структури білків належить ДНК. Відрізок ДНК, що містить інформацію про структуру одного білка, називають геном. Молекула ДНК містить кілька сотень генів. У молекулі ДНК записаний код про послідовність амінокислот у білку у вигляді нуклеотидів, що безумовно поєднуються. Код ДНК удалося розшифрувати майже повністю. Сутність його полягає у наступному. Кожній амінокислоті відповідає ділянка ланцюга ДНК з трьох нуклеотидів, що стоять поруч.

Наприклад, ділянка Т-Т-Т відповідає амінокислоті лізину, відрізок А-Ц-А - цистину, Ц-А-А - валіну н т. д. Різних амінокислот - 20, число можливих поєднань з 4 нуклеотидів по 3 дорівнює 64. , Триплети з надлишком вистачає для кодування всіх амінокислот.

Синтез білка - складний багатоступінчастий процес, що є ланцюгом синтетичних реакцій, що протікають за принципом матричного синтезу.

Оскільки ДНК знаходиться в ядрі клітини, а синтез білка відбувається в цитоплазмі, існує посередник, який передає інформацію з ДНК рибосоми. Таким посередником є ​​іРНК. :

У біосинтезі білка визначають такі етапи, що йдуть у різних частинах клітини:

1. Перший етап - синтез і-РНК відбувається у ядрі, у процесі якого інформація, що міститься в гені ДНК, листується на і-РНК. Цей процес називається транскрипцією (від латів. «Транскриптик» - переписування).
2. З другого краю етапі відбувається з'єднання амінокислот з молекулами т-РНК, які послідовно складаються із трьох нуклеотидів - антикодонів, з допомогою яких визначається свій триплет-кодон.
3. Третій етап - це процес безпосереднього синтезу поліпептидних зв'язків, що називається трансляцією. Він відбувається у рибосомах.
4. На четвертому етапі відбувається утворення вторинної та третинної структури білка, тобто формування остаточної структури білка.

Таким чином, у процесі біосинтезу білка утворюються нові молекули білка відповідно до точної інформації, закладеної в ДНК. Цей процес забезпечує оновлення білків, процеси обміну речовин, зростання та розвиток клітин, тобто всі процеси життєдіяльності клітини.

Хромосоми (від грец. «хрому» – колір, «сома» – тіло) – дуже важливі структури ядра клітини. Відіграють головну роль процесі клітинного поділу, забезпечуючи передачу спадкової інформації від покоління до іншого. Вони є тонкими нитками ДНК, пов'язані з білками. Нитки називаються хроматидами, що складаються з ДНК, основних білків (гістонів) та кислих білків.

У клітині, що не ділиться, хромосоми заповнюють весь обсяг ядра і не видно під мікроскопом. Перед початком поділу відбувається спіралізація ДНК і кожна хромосома стає помітною під мікроскопом. Під час спіралізації хромосоми скорочуються у десятки тисяч разів. У такому стані хромосоми виглядають як дві однакові нитки (хроматиди), що лежать поруч, з'єднані загальною ділянкою - центромірою.

Для кожного організму характерна постійна кількість та структура хромосом. У соматичних клітинах хромосоми завжди парні, тобто у ядрі є дві однакові хромосоми, що становлять одну пару. Такі хромосоми називають гомологічними, а парні набори хромосом у соматичних клітинах називають диплоїдними.

Так, диплоїдний набір хромосом у людини складається з 46 хромосом, утворюючи 23 пари. Кожна пара складається із двох однакових (гомологічних) хромосом.

Особливості будови хромосом дозволяють виділити їх 7 груп, що позначаються латинськими літерами А, В, З, D, Е, F, G. Усі пари хромосом мають порядкові номери.

У чоловіків та жінок є 22 пари однакових хромосом. Їх називають аутосоми. Чоловік та жінка відрізняються однією парою хромосом, які називають статевими. Вони позначаються літерами - велика X (група С) і маленька Y (група С). У жіночому організмі 22 пари аутосом та одна пара (XX) статевих хромосом. У чоловіків - 22 пари аутосом н одна пара (XY) статевих хромосом.

На відміну від соматичних клітин, статеві клітини містять половинний набір хромосом, тобто містять одну хромосому кожної пари! Такий набір називають гаплоїдним. Гаплоїдний набір хромосом виникає у процесі дозрівання клітин.