Генетичний код. Біосинтез білка. Матеріал для учнів 9 класу.

  

                                             Генетичний код. Біосинтез білка

Основні поняття й ключові терміни: ГЕНЕТИЧНИЙ КОД. БІОСИНТЕЗ БІЛКА. Трансляція.

Пригадайте! Що таке ДНК, РНК і білки? Що таке транскрипція?

Поміркуйте!

Код (від лат. codex - звіт законів) - система умовних знаків для передачі, обробки та збереження інформації. Наприклад, у інтернаціональному телеграфному коді кожній літері чи цифрі відповідає певна комбінація тривалості імпульсів струму, а на письмі - крапок й тире. На сьогодні в суспільстві використовуються штрих-код, двійковий код, QR-код, PLU-код та ін. А що і як шифрується за допомогою генетичного коду?

Які особливості генетичного коду?

ГЕНЕТИЧНИЙ КОД - система запису спадкової інформації про амінокислотний склад білків у молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовностей нуклеотидів. Ця послідовність визначає порядок розташування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі під час його синтезу.

Основними властивостями генетичного коду є:

• триплетність - кожна амінокислота кодується послідовністю з 3 нуклеотидів - триплетом;

• однозначність, або специфічність, - кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту;

• надмірність, або виродженість, - одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів (наприклад, лейцин кодується 6 триплетами), що підвищує надійність генетичного коду;

• безперервність - межі між триплетами не позначено, триплети йдуть один за одним. Проте слід мати на увазі, що між генами існують ділянки, які не несуть генетичної інформації (спейсери), і лише відокремлюють одні гени від інших. Окрім того, на початку гена розташовується старт-кодон (у ДНК - триплет ТАЦ, у РНК -АУГ), у кінці генів - один із трьох стоп-кодонів (у ДНК - АТТ, АТЦ, АЦТ, у РНК - УАА, УАГ, УГА). Старт-кодон - це триплет, що кодує амінокислоту метіонін (Мет*) і розпочинає утворення білка в процесі трансляції. Стоп-кодони (нонсенс-кодони) - це ко-дони, що сигналізують про завершення трансляції поліпептидного ланцюга;

Властивості генетичного коду

1. Триплентність

2. Однозначність

3. Надмірність

4. Безперервність

5. Колінеарність

6. Універсальність

• колінеарність - лінійній послідовності нуклеотидів відповідає лінійна послідовність амінокислот;

• універсальність - генетичний код єдиний для всіх організмів, які існують на Землі.

Отже, генетичний код є системою нуклеотидів для збереження інформації про амінокислоти білків чи рибонуклеотиди РНК.

Як відбувається біосинтез білків у живій клітині?

БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ - сукупність процесів утворення молекул білків з амінокислот на основі інформації генів ДНК. Біосинтез білків є дуже складним процесом, потребує значних затрат енергії і відбувається за участі багатьох ферментів. Основними етапами біосинтезу білків є транскрипція й трансляція (іл. 66).

Іл. 66. Загальна схема біосинтезу білка

Транскрипція - переписування інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на молекулу попередника іРНК (про-іРНК), що здійснюється в цитоплазмі (у прокаріотів) або в ядрі (в еукаріотів). Під час утворення про-іРНК одночасно відбувається її дозрівання (процесинг іРНК). Воно полягає в наданні РНК стабільності, захисті від ферментів, можливості переміщення з ядра та участі у трансляції. Зріла іРНК крізь ядерні пори надходить у цитоплазму (експорт іРНК).

Трансляція (лат. translatio — перенесення) - сукупність процесів перетворення спадкової інформації іРНК у білок первинної структури (іл. 67). Трансляція відбувається на рибосомах. З однією молекулою іРНК можуть водночас зв’язуватися кілька рибосом з утворенням по-лірибосоми (полісоми).

Іл. 67. Схема трансляції молекули білка: 1 - рибосома; 2 - іРНК; 3 - тРНК;

4 - амінокислоти

Необхідні для біосинтезу білків амінокислоти доставляються до рибосом молекулами тРНК.

Процес поєднання тРНК з активованими амінокислотами називається активацією амінокислот. Багато амінокислот кодуються декількома триплетами, тому кількість видів тРНК дорівнює 61.

Трансляція починається із взаємодії субодиниць рибосом з іРНК та першою тРНК, антикодон якої відповідає старт-кодону іРНК - АУГ. Цей кодон визначає для рибосоми початок зчитування інформації з іРНК. Коли перша тРНК зв’язується з іРНК, рибосома робить крок, і в її функціональному центрі опиняються два триплети. На одному із них

відбувається розпізнавання наступної тРНК, а на іншому - звільнення амінокислоти від попередньої тРНК та її приєднання до ланцюга майбутньої молекули білка. Далі рибосома пересувається по іРНК рівно на один триплет, що забезпечує нарощування поліпептидного ланцюга. Це переміщення відбувається доти, поки рибосома не наштовхнеться на один із стоп-кодонів у іРНК, що сигналізує про завершення трансляції.

Після відділення від рибосом починається дозрівання білків. До них приєднуються різні хімічні групи, відщеплюються невеликі фрагменти, вони набувають вторинної, третинної структур та ін. Ці перебудови відбуваються в цитоплазмі, гранулярній ЕПС, комплексі Гольджі й змінюють функціональну активність білків.

Отже, основними етапами біосинтезу білків є транскрипція й трансляція.

Практична робота № 2 РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ВПРАВ ІЗ ТРАНСКРИПЦІЇ ТА ТРАНСЛЯЦІЇ

Мета: формуємо уміння розв’язувати елементарні вправи з молекулярної біології.

Що потрібно пам'ятати для розв'язування вправ

Довжина нуклеотиду - 0,34 нм

Відносна молекулярна маса нуклеотиду - 345 а. о. м. Відносна молекулярна маса амінокислоти - 100 а. о. м.

Вправа 1. За допомогою таблиці генетичного коду РНК визначте: а) амінокислоту, яка кодується триплетом ААА; б) триплети, які кодують амінокислоту лейцин (ЛЕЙ).

Вправа 2. Один з ланцюгів фрагмента ДНК має таку послідовність нуклеотидів: АГТ АЦЦ ГАТ ЦЦТ ЦГА ТТТ АЦГ. Визначте послідовність нуклеотидів іРНК.

Вправа 3. Визначте амінокислотний склад білка, який кодується іРНК такого складу: ЦЦГ ЦАЦ ЦУА ЦГУ.

Вправа 4. Фрагмент ланцюга іРНК складається з послідовно розташованих кодонів: АУГ УУГ УУЦ УГГ УАА. Які антикодони матимуть тРНК і з якими амінокислотами вони зв’язані?

Вправи для самостійного розв'язування

Вправа 5*. Відносна молекулярна маса білка - 50 000. Визначте довжину і масу гена, що кодує цей білок.

Таблиця генетичного коду РНК

(у дужках - код ДНК)

Вправа 6*. Молекулярна маса одного з ланцюгів ДНК - 119 025 а. о. м. Визначте кількість мономерів білка та його відносну молекулярну масу.

Вправа 7*. Молекула про-іРНК складається з 900 нуклеотидів, причому на інтронні ділянки припадає 300 нуклеотидів. Яку кількість амінокислотних залишків містить білок?

Вправа 8*. Визначте молекулярну масу і довжину гена, якщо в ньому закодовано білок з молекулярною масою 28 000 а. о. м.