Генетический код. Биосинтез белка
- 9-11-2021, 20:54
- 367
9 Клас , Биология 9 класс Соболь (новая программа)
§ 26. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА
Основные понятия и ключевые термины: ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД. Биосинтез белка. Трансляция.
Вспомните! Что такое ДНК, РНК и белки? Что такое транскрипция?
Подумайте!
Код (от лат. codex - отчёт законов) - система условных знаков для передачи, обработки и хранения информации. Например, в международном телеграфном коде каждой букве или цифре соответствует определённая комбинация длительности импульсов тока, а на письме - точек и тире. На сегодня в обществе используются штрих-код, двоичный код, QR-код, PLU-код и др.
А что и как шифруется с помощью генетического кода?
СОДЕРЖАНИЕ
Каковы особенности генетического кода?
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД - система записи наследственной информации об аминокислотном составе белков в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательностей нуклеотидов. Эта последовательность определяет порядок расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи во время его синтеза.
Основными свойствами генетического кода являются:
• триплетность - каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3 нуклеотидов - триплетом;
• однозначность, или специфичность, - каждый триплет кодирует только одну определённую аминокислоту;
• избыточность или вырожденость, - одну аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов (например, лейцин кодируется 6 триплетами), что повышает надёжность генетического кода;
• непрерывность - границы между триплетами не обозначены, триплеты следуют один за другим. Однако следует помнить, что между генами есть участки, которые не несут генетической информации (спейсеры), а только отделяют одни гены от других. Кроме того, в начале гена располагается старт-кодон (в ДНК - триплет ТАЦ, в РНК - АУГ), в конце генов - один из трёх стоп-кодонов (в ДНК - АТТ, АТЦ, АЦТ, в РНК - УАА, УАГ, УГА). Старт-кодон триплет, кодирующий аминокислоту метионин (Мет*) и начинающий образование белка в процессе трансляции. Стоп-кодоны (нонсенс-кодоны) - это кодоны, сигнализирующие о завершении трансляции полипептидной цепи;
• коллинеарность - линейной последовательности нуклеотидов соответствует линейная последовательность аминокислот;
• универсальность - генетический код един для всех организмов, существующих на Земле.
Итак, генетический код является системой нуклеотидов для сохранения информации об аминокислотах белков или рибонуклеотидах РНК.
Как происходит биосинтез белков в живой клетке?
БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ - совокупность процессов образования молекул белков из аминокислот на основе информации генов ДНК. Биосинтез белков - очень сложный процесс, требующий значительных затрат энергии и происходящий при участии многих ферментов. Основными этапами биосинтеза белков являются транскрипция и трансляция (ил. 66).
Ил. 66. Общая схема биосинтеза белка
Транскрипция - переписывание информации о первичной структуре белка с молекулы ДНК на молекулу предшественника иРНК (про-иРНК), происходящее в цитоплазме (у прокариотов) или в ядре (у эукариотов). При образовании про-иРНК одновременно происходит её созревание (процессинг иРНК). Оно заключается в обретении РНК стабильности, защите от ферментов, возможности перемещения из ядра и участия в трансляции. Зрелая иРНК через ядерные поры попадает в цитоплазму (экспорт иРНК).
Ил. 67. Схема трансляции молекулы белка: 1 - рибосома; 2 - иРНК; 3 - тРНК; 4 - аминокислоты
Трансляция (лат. translatio - перенос) - совокупность процессов преобразования наследственной информации иРНК в белок первичной структуры (ил. 67). Трансляция происходит на рибосомах.
С одной молекулой иРНК могут одновременно связываться несколько рибосом с образованием полирибосомы (полисомы).
Необходимые для биосинтеза белков аминокислоты доставляют к рибосомам молекулы тРНК.
Процесс объединения тРНК с активированными аминокислотами называется активацией аминокислот. Многие аминокислот кодируются несколькими триплетами, поэтому количество видов тРНК равно 61.
Трансляция начинается со взаимодействия субъединиц рибосом с иРНК и первой тРНК, антикодон которой соответствует старт-кодону иРНК - АУГ. Этот кодон определяет для рибосомы начало считывания информации с иРНК. Когда первая тРНК связывается с иРНК, рибосома делает шаг, и в её функциональном центре оказываются два триплета. На одном из них происходит распознавание следующей тРНК, а на другом - освобождение аминокислоты от предыдущей тРНК и её присоединение к цепи будущей молекулы белка. Далее рибосома передвигается по иРНК ровно на один триплет, обеспечивая наращивание полипептидной цепи. Это перемещение происходит до тех пор, пока рибосома не натолкнётся на один из стоп-кодонов в иРНК, что сигнализирует о завершении трансляции.
После отделения от рибосом начинается созревание белков. К ним присоединяются различные химические группы, отщепляются небольшие фрагменты, они преобразуются во вторичную, третичную структуры и др. Эти перестройки происходят в цитоплазме, гранулярной ЭПС, комплексе Гольджи, изменяя функциональную активность белков.
Итак, основными этапами биосинтеза белков являются транскрипция и трансляция.
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Практическая работа № 2. РЕШЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ УПРАЖНЕНИЙ ПО ТРАНСКРИПЦИИ И ТРАНСЛЯЦИИ
Цель: формируем умение решать элементарные упражнения по молекулярной биологии.
Что нужно помнить для решения упражнений
• Длина нуклеотида - 0,34 нм
• Молекулярная масса нуклеотида - 345 а. е. м.
• Относительная молекулярная масса аминокислоты - 100 а. е. м.
Упражнение 1. С помощью таблицы генетического кода РНК определите: а) аминокислоту, которая кодируется триплетом ААА; б) триплеты, кодирующие аминокислоту лейцин (ЛЕЙ).
Упражнение 2. Одна из цепей фрагмента ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов: АГТ АЦЦ ГАО ЦЦТ ЦГА ТТТ АЦГ. Определите последовательность нуклеотидов иРНК.
Упражнение 3. Определите аминокислотный состав белка, который кодируется иРНК следующего состава: ЦЦГ ЦАЦ ЦУА ЦГУ.
Упражнение 4. Фрагмент цепи иРНК состоит из последовательно расположенных кодонов: АУГ УУГ УУЦ УГГ УАА. Какие антикодоны будут у тРНК и с какими аминокислотами они связаны?
Таблица генетического кода РНК
(в скобках - код ДНК)
Упражнения для самостоятельного решения
Упражнение 5*. Относительная молекулярная масса белка - 50 000. Определите длину и массу гена, кодирующего этот белок.
Упражнение 6*. Молекулярная масса одной из цепей ДНК - 119 025 а. е. м. Определите количество мономеров белка и его относительную молекулярную массу.
Упражнение 7*. Молекула про-иРНК состоит из 900 нуклеотидов, причём на интронные участки приходится 300 нуклеотидов. Сколько аминокислотных остатков содержит белок?
Упражнение 8*. Определите молекулярную массу и длину гена, если в нём закодирован белок с молекулярной массой 28 000 а. е. м.
Биология + Английский язык
Переведите текст и определите суть понятия «биоинформатика».
«Bioinformatics is a field that develops methods and software tools for understanding biological data. As an interdisciplinary field of science, bioinformatics combines computer science, statistics, mathematics, and engineering to analyze and interpret biological data. Common uses of bioinformatics include the identification of candidate genes and nucleotides. Often, such identification is made with the aim of better understanding the genetic basis of disease, unique adaptations, desirable properties, or differences between populations. In a less formal way, bioinformatics also tries to understand the organisational principles within nucleic acid and protein sequences. It also plays a role in the analysis of gene and protein expression and regulation. Bioinformatics tools aid in the comparison of genetic and genomic data and more generally in the understanding of evolutionary aspects of molecular biology».
ОТНОШЕНИЕ
Биология + Наука
Генетический код был расшифрован в 60-х годах XX в., за что Г. Корана, Р. Холли и М. Ниренберг получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1968 г. Оцените значение этого открытия для различных отраслей деятельности человека.
РЕЗУЛЬТАТ
Коментарі (0)