Генетический код. Биосинтез белка

Ген – участок молекулы ДНК, содержащий генетическую информацию о первичной структуре одного определенного белка.

Экзон-интронная структура гена эукариот

1) промотор – участок ДНК (длиной до 100 нуклеотидов), к которому присоединяется фермент РНК-полимераза, необходимый для осуществления транскрипции;

2) регуляторная зона – зона, влияющая на активность гена;

3) структурная часть гена – генетическая информация о первичной структуре белка.

Последовательность нуклеотидов ДНК, несущая генетическую информацию о первичной структуре белка – экзон. Они также входят в состав и-РНК. Последовательность нуклеотидов ДНК, не несущая генетическую информацию о первичной структуре белка – интрон. Они не входят в состав и-РНК. В ходе транскрипции с помощью специальных ферментов происходит вырезание копий интронов из и-РНК и сшивание копий экзонов при образовании молекулы и-РНК (рис. 20). Этот процесс называется сплайсинг.

Рис. 20. Схема сплайсинга (формирование зрелой и-РНК у эукариот)

Генетический код – система последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, или и-РНК, которая соответствует последовательности аминокислот в полипептидной цепи.

Свойства генетического кода:

1. Триплетность (АЦА – ГТГ – ГЦГ…)

Генетический код являетсятриплетным,так как каждая из 20 аминокислот кодируется последовательностью трех нуклеотидов (триплетом, кодоном).

Существует 64 вида триплетов нуклеотидов (4³=64).

2. Однозначность (специфичность)

Генетический код является однозначным, так каккаждый отдельный триплет нуклеотидов (кодон) кодирует только одну аминокислоту, или один кодон всегда соответствует одной аминокислоте (таблица 3).

3. Множественность (избыточность, или вырожденность)

Одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (от 2 до 6), т. к. белокобразующих аминокислот –20, а триплетов – 64.

4. Непрерывность

Считывание генетической информации происходит в одном направлении, слева направо. Если произойдет выпадение одного нуклеотида, то при считывании его место займет ближайший нуклеотид из соседнего триплета, что приведет к изменению генетической информации.

5. Универсальность

Генетический код характерен для всех живых организмов, и одинаковые триплеты кодируют одну и ту же аминокислоту у всех живых организмов.

6. Имеет стартовые и терминальные триплеты (стартовый триплет – АУГ, терминальные триплеты УАА, УГА, УАГ). Эти виды триплетов не кодируют аминокислоты.

7. Неперекрываемость (дискретность)

Генетический код является неперекрывающимся, так как один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов. Нуклеотиды могут принадлежать только одному триплету, а если переставить их в другой триплет, то произойдет изменение генетической информации.

Таблица 3 – Таблица генетического кода

	Основания кодонов
Первое	Второе		Третье
У	Ц	А	Г
У	У Ц А Г	Фен Сер Тир Цис	Фен Сер Тир Цис	Лей Сер – –	Лей Сер – Три
Ц	У Ц А Г	Лей Про Гис Арг	Лей Про Гис Арг	Лей Про Глн Арг	Лей Про Глн Арг
А	У Ц А Г	Иле Тре Асн Сер	Иле Тре Асн Сер	Иле Тре Лиз Арг	Мет Тре Лиз Арг
Г	У Ц А Г	Вал Ала Асп Гли	Вал Ала Асп Гли	Вал Ала Глу Гли	Вал Ала Глу Гли

Примечание: сокращенные названия аминокислот даны в соответствии с международной терминологией.

https://studopedia.org/12-36655.html

Биосинтез белка

Биосинтез белка – вид пластического обмена веществ в клетке, происходящий в живых организмах под действием ферментов. Биосинтезу белка предшествуют реакции матричного синтеза (репликация – синтез ДНК; транскрипция – синтез РНК; трансляция – сборка молекул белка на рибосомах). В процессе биосинтеза белка выделяют 2 этапа:

1) транскрипция

2) трансляция

В ходе транскрипции генетическая информация, заключенная в ДНК, находящейся в хромосомах ядра, передается молекуле РНК. По завершении процесса транскрипции и-РНК выходит в цитоплазму клетки через поры в мембране ядра, располагается между 2 субъединицами рибосомы и участвует в биосинтезе белка.

Трансляция – процесс перевода генетического кода в последовательность аминокислот. Трансляция осуществляется в цитоплазме клетки на рибосомах, которые располагаются на поверхности ЭПС (эндоплазматической сети). Рибосомы – сферические гранулы, диаметром, в среднем, 20 нм, состоящие из большой и малой субъединиц. Молекула и-РНК располагается между двумя субъединицами рибосомы. В процессе трансляции участвуют аминокислоты, АТФ, и-РНК, т-РНК, фермент амино-ацил т-РНК-синтетаза.

Кодон – участок молекулы ДНК, или и-РНК, состоящий из трех последовательно расположенных нуклеотидов, кодирующий одну аминокислоту.

Антикодон – участок молекулы т-РНК, состоящий из трех последовательно расположенных нуклеотидов и комплементарный кодону молекулы и-РНК. Кодоны комплементарны соответствующим антикодонам и соединяются с ними с помощью водородных связей (рис. 21).

Синтез белка начинается со стартового кодона АУГ. От него рибосома

перемещается по молекуле и-РНК, триплет за триплетом. Аминокислоты поступают по генетическому коду. Встраивание их в полипептидную цепь на рибосоме происходит с помощью т-РНК. Первичная структура т-РНК (цепочка) переходит во вторичную структуру, напоминающую по форме крест, и при этом в ней сохраняется комплементарность нуклеотидов. В нижней части т-РНК имеется акцепторный участок, к которому присоединяется аминокислота (рис.16). Активизация аминокислоты осуществляется при помощи фермента аминоацил т-РНК-синтетазы. Суть этого процесса состоит в том, что данный фермент взаимодействует с аминокислотой и с АТФ. При этом формируется тройной комплекс, представленный данным ферментом, аминокислотой и АТФ. Аминокислота обогащается энергией, активизируется, приобретает способность образовывать пептидные связи с соседней аминокислотой. Без процесса активизации аминокислоты полипептидная цепь из аминокислот сформироваться не может.

В противоположной, верхней части молекулы т-РНК содержится триплет нуклеотидов антикодон, с помощью которого т-РНК прикрепляется к комплементарному ему кодону (рис. 22).

Первая молекула т-РНК, с присоединенной к ней активизированной аминокислотой, своим антикодоном прикрепляется к кодону и-РНК, и в рибосоме оказывается одна аминокислота. Затем прикрепляется вторая т-РНК своим антикодоном к соответствующему кодону и-РНК. При этом в рибосоме оказываются уже 2 аминокислоты, между которыми формируется пептидная связь. Первая т-РНК покидает рибосому, как только отдаст аминокислоту в полипептидную цепь на рибосоме. Затем к дипептиду присоединяется 3-я аминокислота, ее приносит третья т-РНК и т. д. Синтез белка останавливается на одном из терминальных кодонов – УАА, УАГ, УГА (рис. 23).

1 2

1 – кодон и-РНК; кодоны UCG – УЦГ; CUA – ЦУА; CGU – ЦГУ;

2– антикодон т-РНК; антикодон GAT – ГАТ

Рис. 21. Фаза трансляции: кодон и-РНК притягивается к антикодону т-РНК соответствующими комплементарными нуклеотидами (основаниями)

1 2

Рис. 22. Фаза трансляции. Комплементарность кодона и-РНК и антикодона т-РНК: Обе т-РНК принесли аминокислоты и временно соединились с и-РНК. Две аминокислоты соединены с помощью пептидной связи. 1 – т-РНК с присоединенной аминокислотой; 2 – образование пептидной связи между двумя аминокислотами

Рис. 23. Общая схема биосинтеза белка: 1 – кодоны и-РНК; 2 – малая и большая субъединицы рибосомы; 3 – поступление в рибосому аминокислоты с помощью т-РНК; 4 – высвободившиеся т-РНК (без аминокислоты); 5 – растущая полипептидная цепь; 6 – кодон; 7 – антикодон.

По завершении биосинтеза полипептидная цепочка отделяется от и-РНК и погружается в канал ЭПС, где приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуру. Молекула белка, состоящая из 200–300 аминокислот, в бактериальной клетке собирается за 1–2 минуты.

Таким образом, трансляция – перевод последовательности кодонов

и-РНК в последовательность аминокислот. Она осуществляется, благодаря перемещению рибосомы вдоль молекулы и-РНК, а также подбору каждому ее кодону комплементарного антикодона т-РНК, а затем включению в цепь аминокислоты, доставленной т-РНК. Комплекс из и-РНК и рибосом называется полисома. На полисомах и происходит процесс трансляции.

В ходе биосинтеза белка взаимоотношения ДНК, РНК и белка можно показать схематически: репликация ДНК –> транскрипция РНК –>трансляция –> полипептид (белок).

https://studopedia.org/12-36656.html