Биосинтез белка
Биосинтез белка — это последовательность реакций, благодаря которым информация гена превращается в определённую последовательность аминокислот. Основные этапы процесса — транскрипция и трансляция: сначала на матрице ДНК синтезируется иРНК, затем по её последовательности рибосома собирает белковую цепь.
Биосинтез белка — матричный синтез, при котором последовательность нуклеотидов ДНК используется как информация для образования молекулы иРНК, а последовательность иРНК — для соединения аминокислот в полипептид.
Общая схема реализации наследственной информации
У эукариот процесс начинается в ядре. Участок ДНК, содержащий информацию о белке, называют геном. На одной из цепей ДНК образуется информационная РНК, или иРНК. Затем иРНК выходит из ядра в цитоплазму и связывается с рибосомой. В рибосоме происходит сборка полипептида из аминокислот.
Таким образом, ДНК непосредственно не участвует в сборке белка. Она хранит наследственную информацию, а иРНК переносит её к месту синтеза. Подробные особенности первого этапа рассматриваются на странице транскрипция, а второго — на странице трансляция.
В обычной клетке наследственная информация передаётся по схеме ДНК → РНК → белок. В ДНК и РНК информация записана последовательностью нуклеотидов, а в белке — последовательностью аминокислот.
Транскрипция: синтез иРНК
Транскрипция происходит на участке ДНК, соответствующем одному гену. Фермент РНК-полимераза временно раскручивает двойную спираль и использует одну цепь ДНК как матрицу. По принципу комплементарности к матричной цепи присоединяются рибонуклеотиды.
| Нуклеотид ДНК в матричной цепи | Нуклеотид иРНК |
|---|---|
| Аденин (А) | Урацил (У) |
| Тимин (Т) | Аденин (А) |
| Гуанин (Г) | Цитозин (Ц) |
| Цитозин (Ц) | Гуанин (Г) |
В РНК вместо тимина содержится урацил. Поэтому при переписывании информации с ДНК участок иРНК будет комплементарен матричной цепи ДНК. После завершения транскрипции у эукариот первичная РНК обычно подвергается обработке: из неё удаляются интроны, а экзоны соединяются. Созревшая иРНК покидает ядро.
Нельзя заменять каждый нуклеотид ДНК на такой же нуклеотид РНК. При синтезе иРНК соблюдается комплементарность: А ДНК соответствует У иРНК, Т — А, Г — Ц, Ц — Г.
Трансляция и генетический код
Трансляция — это синтез полипептидной цепи на рибосоме по последовательности кодонов иРНК. Кодон — тройка нуклеотидов иРНК, которая задаёт одну аминокислоту или сигнал окончания синтеза. Связь между кодонами иРНК и аминокислотами описывает генетический код.
- Рибосома считывает иРНК в направлении от 5'-конца к 3'-концу.
- Считывание идёт последовательно, без пропусков и перекрытий.
- Каждая аминокислота доставляется транспортной РНК, или тРНК.
- Антикодон тРНК комплементарен кодону иРНК.
- Аминокислоты соединяются пептидными связями.
Трансляция начинается обычно со старт-кодона АУГ, который кодирует метионин и задаёт начало рамки считывания. Завершение происходит при встрече одного из стоп-кодонов: УАА, УАГ или УГА. Стоп-кодоны не кодируют аминокислоты; они служат сигналом окончания синтеза.
Какая последовательность иРНК комплементарна матричной цепи ДНК АТГ–ЦЦА–ТТТ?
Этапы трансляции
Трансляция включает инициацию, элонгацию и терминацию. На стадии инициации малая и большая субъединицы рибосомы соединяются с иРНК, распознаётся старт-кодон и присоединяется первая тРНК. Во время элонгации рибосома перемещается вдоль иРНК, а аминокислоты последовательно соединяются в цепь. При терминации рибосома встречает стоп-кодон, полипептид отделяется, а рибосома распадается на субъединицы.
| Стадия | Что происходит | Главный результат |
|---|---|---|
| Инициация | Рибосома находит старт-кодон АУГ | Задаётся начало рамки считывания |
| Элонгация | Транспортные РНК приносят аминокислоты | Полипептидная цепь удлиняется |
| Терминация | Рибосома достигает стоп-кодона | Синтез белка прекращается |
Одна молекула иРНК может одновременно считываться несколькими рибосомами. Такое объединение называют полисомой. Оно позволяет быстро синтезировать много одинаковых молекул белка.
Разбор задания: определение аминокислотной последовательности
Дана матричная цепь ДНК: ТАЦ–ЦГА–ААА–АТТ. Определите последовательность иРНК и аминокислотную последовательность полипептида, если известна таблица генетического кода.
Сначала определите, какая цепь ДНК дана: матричная или кодирующая. Если дана матричная цепь, выпишите комплементарную иРНК. Если дана кодирующая цепь, последовательность иРНК совпадает с ней, кроме замены тимина на урацил. Только после этого определяйте кодоны и аминокислоты.
Значение биосинтеза белка для клетки
Белки выполняют структурную, ферментативную, транспортную, защитную и регуляторную функции. Изменение последовательности нуклеотидов гена может изменить последовательность аминокислот и свойства белка. Поэтому биосинтез белка связывает наследственную информацию с признаками клетки и организма.
Регуляция синтеза разных белков помогает клеткам выполнять разные функции. Например, набор активных генов в нервной клетке отличается от набора активных генов в мышечной клетке, хотя ДНК в их ядрах почти одинакова. Это связано с клеточной дифференцировкой. Нарушение контроля жизнедеятельности клетки может приводить к её гибели через апоптоз.
Транскрипция идёт на ДНК и приводит к образованию иРНК. Трансляция идёт на рибосоме и приводит к образованию полипептида. Информация считывается триплетами; старт-кодон — АУГ, стоп-кодоны — УАА, УАГ и УГА.
Быстрая проверка
Главное
- Биосинтез белка включает транскрипцию и трансляцию: ДНК → иРНК → белок.
- При транскрипции иРНК строится на матричной цепи ДНК по принципу комплементарности; в РНК вместо тимина находится урацил.
- При трансляции рибосома считывает иРНК по кодонам, а тРНК доставляет соответствующие аминокислоты.
- Трансляция состоит из инициации, элонгации и терминации; стартовый кодон — АУГ, стоп-кодоны — УАА, УАГ и УГА.
- Изменение последовательности ДНК может изменить белок и признаки клетки или организма.