ДНК → РНК → Білок (цю
тезу називають центральною догмою (постулатом) молекулярної біології)
відбувається розшифрування спадкової інформації і синтез специфічних
білків, що визначають різноманітність ознак живих істот.
У даний час з’ясовані основні процеси, за допомогою яких здійснюється передача спадкової інформації:
р е п л і к а ц і я, тобто синтез ДНК на матриці ДНК;
т р а н с к р и п ц і я, тобто синтез РНК на матриці ДНК
т р а н с л я ц і я процесу,
в якому генетична інформація, що міститься в молекулі мРНК, направляє
синтез відповідної амінокислотної послідовності в білку.
Трансляція інформації на рибосомах.
У
хворого виявлено зниження вмісту іонів магнію, які потрібні для
прикріплення рибосом до гранулярного ендоплазматичного ретикулуму.
Відомо, що це призводить до порушення біосинтезу білка. Який саме етап
біосинтезу білка буде порушено?
1. Активація амінокислот
2. Реплікація
3. Транскрипція
+4. Трансляція
5. Термінація
Синтез
білка в клітині відбувається в результаті трансляції іРНК. Трансляцією
називається процес перекладу генетичної інформації, що міститься в іРНК,
на специфічну послідовність амінокислот. Іншими словами, у процесі
трансляції здійснюється переклад 4-буквеної мови азотистих основ на
20-буквену мову амінокислот.
Синтез білка в клітині здійснюється на рибосомах.
Процес трансляції складається з трьох фаз:
1) ініціації; 2) елонгації і 3) термінації.
Ініціація
трансляції. Ініціація - стадія формування комплексу компонентів,
необхідного для дізнавання місця і початку процесу трансляції.
Це
найбільш відповідальний етап у процесі трансляції, заснований на
дізнаванні рибосомою іРНК і зв'язуванні з її особливими ділянками.
Рибосома впізнає іРНК завдяки. "шапочці" на 5'-кінці і сковзає до
З'-кінця, поки не досягне ініціативного кодона, з якого і починається
трансляція. У еукаріотичній клітині ініціативними кодонами є кодони АУГ
чи ГУГ, які кодують валін. З метіоніну починається синтез усіх
поліпептидних ланцюгів.
Елонгація
трансляції. Елонгація - стадія продовження процесу, що складається з
повторюваних дій. Це процес подовження, нарощування поліпептидного
ланцюга, заснований на приєднанні нових амінокислот за допомогою,
пептидного зв'язку. Відбувається постійне протягання нитки іРНК через
рибосому і «декодування» закладеної в ній генетичної інформації. Часто
іРНК функціонує одночасно на декількох рибосомах, кожна з яких синтезує
ту саму поліпептидну нитку, яка кодується даною іРНК. Група рибосом, що
працюють на одній молекулі іРНК, називається полірибосомою, чи
полісомою. Розмір полісом значно варіює в залежності від довжини
молекули іРНК, а також від відстані між рибосомами. Так, полісоми, що
синтезують гемоглобін, складаються з 4-6 рибосом, а високомолекулярні
білки синтезуються на полірибосомах, що містять 20 і більше рибосом.
Термінація.
Термінація - стадія закінчення процесу трансляції під дією специфічних
механізмів. Вона відбувається в той момент, коли рибосома доходить до
термінуючого кодона в складі іРНК. Трансляція припиняється, і
поліпептидний ланцюг звільняється з полірибосоми.
БІОСИНТЕЗ БІЛКА
Транскрипцiя (англ. transcription (of DNA)) — у хімії нуклеїнових кислот —
процес копіювання генетичної інформації, закодованої в лінійній
послідовності нуклеотидів у одній нитці ДНК, у точно комплементарну
послідовність РНК, який здiйснюється шляхом матричного синтезу.
Трансляція -синтез білків з амінокислот, що каталізується рибосомою на матриці матричної РНК (мРНК).
Трансляція відбувається в цитоплазмі,
де знаходяться рибосоми клітини. Під час трансляції інформація, що
міститься в мРНК, розшифровується згідно з правилами, відомими як генетичний код, та використовується для синтезу закодованої поліпептидної послідовності. Процес трансляції можна поділити на чотири фази: активацію, ініціацію, елонгацію та термінацію.
Генети́чний код — певна відповідність між послідовністю нуклеотидів в молекулі ДНК (мРНК) і послідовністю амінокислот в молекулі білка, яка нею кодується. Ця система правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) надає всім живим організмам можливість кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів.
У ДНК використовується чотири нуклеотиди — аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тимін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються літерами А, Г, Ц і Т відповідно. Ці букви складають «алфавіт» генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тиміну, який замінений схожим нуклеотидом, — урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки і, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних «букв».
Генетичний код
Комплементарні нуклеотиди
Експресія генів або реалізація генетичної інформації у живих клітинах (зокрема синтез білка, що кодується геном) здійснюється за допомогою двох основних матричних процесів: транскрипції (тобто синтезу мРНК на матриці ДНК) і трансляції генетичного коду в амінокислотну послідовність (синтез поліпептідного ланцюжка на матриці мРНК). Для кодування 20 амінокислот, а також стоп-сигналу, що означає кінець білкової послідовності, достатньо трьох послідовних нуклеотидів. Набір з трьох нуклеотидів називається кодоном. Прийняті скорочення, що відповідають амінокислотам і кодонам, зображені на малюнку.
Властивості генетичного коду
- Триплетність — три послідовно розміщені нуклеотиди кодують одну з 20 амінокислот, які разом утворюють триплет, або кодон.
- Безперервність — кодони не розділяються між собою, тобто інформація зчитується безперервно. Кожний з кодонів не залежить один від одного і під час біосинтезу зчитується повністю.
- Дискретність — один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів.
- Специфічність — кожний кодон може кодувати лише одну амінокислоту. Завдяки цьому генетичний код не перекривається.
- Виродженість — одна і та ж амінокислота може кодуватися декількома різними кодонами.
- Колінеарність — послідовність кодонів нуклеотидів точно відповідає послідовності амінокислотних залишків у поліпептиді
- Наявність термінальних кодонів — беззмістовних, або стоп-кодонів, які не здатні кодувати амінокислоти. Вони виконують функцію роздільника між двома ланцюгами кодонів та переривають синтез поліпептиду.
- Універсальність — єдиний генетичний код є, практично, однаковим в організмах різного рівня складності — від вірусів до людини (хоча існують кілька інших, менш поширених варіантів генетичного коду, див. список на сайті NCBI Taxonomy).
Варіанти генетичного коду
Більшість організмів переважно користуються одним варіантом коду, так званим «стандартним кодом»[1], проте це не завжди є правилом. Перший приклад відхилення від стандартного генетичного коду був відкритий в 1979 році при дослідженні генів мітохондрій людини. З того часу було знайдено декілька подібних варіантів[2], включаючи різні альтернативні коди мітохондрій[3], наприклад, прочитування стоп-кодону стандартного коду UGA як кодону, що визначає триптофан у мікоплазм. У бактерій і архей GUG і UUG часто використовуються як стартові кодони. В деяких випадках гени починають кодувати білок із старт-кодону, який відрізняється від зазвичай використовуваного даним видом[1]. У деяких білках нестандартні амінокислоти, такі як селеноцистеїн і піролізин вставляються рибосомою, під час зчитування стоп-кодону за умовами наявності певних послідовностей в мРНК після кодону. Селенцистеїн часто розглядається як 21-а, а піролізин — 22-а амінокислоти, що входять до складу білків.Таблиця кодонів РНК
| неполярні | полярні | основні | кислотні | (стоп-кодон) |
| 2ий нуклеотид | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U | C | A | G | ||||||
| 1ий нуклеотид | U | UUU | (Фен/F) Фенілаланін | UCU | (Сер/S) Серин | UAU | (Тир/Y) Тирозин | UGU | (Цис/C) Цистеїн |
| UUC | (Фен/F) Фенілаланін | UCC | (Сер/S) Серин | UAC | (Тир/Y) Тирозин | UGC | (Цис/C) Цистеїн | ||
| UUA | (Лей/L) Лейцин | UCA | (Сер/S) Серин | UAA | Стоп-кодон | UGA | Стоп-кодон | ||
| UUG | (Лей/L) Лейцин | UCG | (Сер/S) Серин | UAG | Стоп-кодон | UGG | (Трп/W) Триптофан | ||
| C | CUU | (Лей/L) Лейцин | CCU | (Про/P) Пролін | CAU | (Гіс/H) Гістидин | CGU | (Арг/R) Аргінін | |
| CUC | (Лей/L) Лейцин | CCC | (Про/P) Пролін | CAC | (Гіс/H) Гістидин | CGC | (Арг/R) Аргінін | ||
| CUA | (Лей/L) Лейцин | CCA | (Про/P) Пролін | CAA | (Глн/Q) Глутамін | CGA | (Арг/R) Аргінін | ||
| CUG | (Лей/L) Лейцин | CCG | (Про/P) Пролін | CAG | (Глн/Q) Глутамін | CGG | (Арг/R) Аргінін | ||
| A | AUU | (Іле/I) Ізолейцин | ACU | (Тре/T) Треонін | AAU | (Асн/N) Аспарагін | AGU | (Сер/S) Серин | |
| AUC | (Іле/I) Ізолейцин | ACC | (Тре/T) Треонін | AAC | (Асн/N) Аспарагін | AGC | (Сер/S) Серин | ||
| AUA | (Іле/I) Ізолейцин | ACA | (Тре/T) Треонін | AAA | (Ліз/K) Лізин | AGA | (Арг/R) Аргінін | ||
| AUG[A] | (Мет/M) Метіонін | ACG | (Тре/T) Треонін | AAG | (Ліз/K) Лізин | AGG | (Арг/R) Аргінін | ||
| G | GUU | (Вал/V) Валін | GCU | (Ала/A) Аланін | GAU | (Асп/D) Аспарагінова кислота | GGU | (Глі/G) Гліцин | |
| GUC | (Вал/V) Валін | GCC | (Ала/A) Аланін | GAC | (Асп/D) Аспарагінова кислота | GGC | (Глі/G) Гліцин | ||
| GUA | (Вал/V) Валін | GCA | (Ала/A) Аланін | GAA | (Глу/E) Глутамінова кислота | GGA | (Глі/G) Гліцин | ||
| GUG | (Вал/V) Валін | GCG | (Ала/A) Аланін | GAG | (Глу/E) Глутамінова кислота | GGG | (Глі/G) Гліцин | ||
- A Кодон AUG кодує амінокислоту метіонін, а також слугує як сайт ініціації трансляції.
- III етап. Трансляція — синтез поліпептидних ланцюгів. Відбувається
у три стадії: ініціації, елогації і термінації. Упізнавання рибосомою
стартового кодону й початок синтезу називається ініціацією. Продовження синтезу – елонгація.
Відбувається вона на рибосомах таким чином: молекула іРНК рухається між
двома субодиницями рибосом, і до неї послідовно приєднуються молекули
тРНК з амінокислотами. При цьому за принципом комплементарності кодони
іРНК вступають у зв’язок з антикодонами тРНК. Тривалість елонгації
залежить від кількості амінокислот у білку. Завершення синтезу – термінація - упізнавання стоп-кодону та відокремлення продукту.
IV етап – утворення вторинної і третинної структур білкової молекули. Скручування поліпептидного ланцюга здійснюється в цитоплазмі. Потім до нього приєднуються різні органічні молекули — вуглеводи, жирні кислоти тощо. Цей процес вже відбувається в ЕПС та комплексі Гольджі.
Синтез білків у клітині відбувається в інтерфазі.
Немає коментарів:
Дописати коментар