Презентация, доклад для профильных классов Биосинтез белка

происходящий в живых организмах под действием биологических катализаторов – ферментов.
Биосинтез всегда осуществляется с потреблением энергии!

молекулы ДНК, которая служит матрицей.
Весь процесс синтеза иРНК совершается с помощью особого фермента РНК-полимеразы, передвигающегося вдоль цепи молекулы ДНК в направлении 5’ 3’ концу.
Сама ДНК в этом процессе не расходуется и не изменяется, сохраняясь в прежнем виде и готова к новому списыванию с нее информации на иРНК.

посадочная площадка для РНК-полимеразы – промотор. Это специфическая последовательность нуклеотидов ДНК (старт-кодон, см.Генетический код), которую фермент «узнает» благодаря химическому сродству. Только присоединившись к промотору, РНК-полимераза способна начать синтез иРНК. В конце гена или группы генов фермент встречает сигнал (определенную последовательность нуклеотидов), означающий конец переписывания (стоп-кодон, см.Генетический код) – терминатор.

в ядре и не обнаруживается в цитоплазме. Она является предшественником иРНК, поэтому ее называют также пре-иРНК или первичным транскриптом. Величина пре-иРНК всегда в несколько раз превышает величину иРНК. Длинные пре-иРНК - это полные копии, «списанные» с цепи ДНК, содержащие кодирующие участки – экзоны и некодирующие - интроны. Поэтому их называют гетерогенными ядерными РНК –гяРНК.

Интроны впоследствии вырезаются из первичной РНК, а образовавшиеся концы фрагментов ковалентно «сшиваются» в одну цепь – сплайсинг (от англ. to splice – сращивать канат без узлов). А процесс образования иРНК из гяРНК называется созреванием, или процессингом. Созревание (процессинг) приводит к общему укорачиванию молекулы РНК. В таком зрелом виде иРНК транспортируется в цитоплазму для синтеза белка.

6 до 200тыс.нуклеотидов,
а иРНК – от 500 до 3000 нуклеотидов.

белка участвуют только 20 аминокислот из 170, существующих в природе.
Синтез молекулы белка происходит в цитоплазме.
В процессе трансляции нуклеотидная последовательность с иРНК считывается группами по три нуклеотида (триплет, или кодон) в направлении 5’ 3’. Кодон – это дискретная единица генетического кода в молекуле иРНК.

доставляют аминокислоты к иРНК и рибосомам. Они небольшие, состоят из 70-90 нуклеотидов, могут сворачиваться, при этом образовывать петли, напоминающие по форме лист клевера – трилистник. В строении этой молекулы имеются две функционально важные части: акцепторная, расположенная на черешке трилистника и антикодоновая, размещенная на противоположной центральной вытянутой петле тРНК.

Антикодон – участок тРНК, состоящий из трех нуклеотидов комплементарный кодону иРНК.
Акцепторный участок тРНК находится на 3’-конце и содержит несколько нуклеотидов, конечным из которых всегда является триплет ЦЦА. Другой конец цепочки тРНК (5’-конец) всегда заканчивается гуанином (Г).

(3’-конец) (остаток адениловой кислоты (А) в последовательности ЦЦА) присоединяет к себе с помощью специального фермента аминоацил-тРНК-синтетазы «свою» аминокислоту. Присоединение идет с потреблением энергии (одной молекулы АТФ). Благодаря энергии молекул АТФ аминокислоты активируются , т.е. переходят в форму, способную образовывать пептидную цепь. Это важный этап, т.к с вободные аминокислоты присоединиться к полипептидной цепи не могут.
Молекула тРНК с аминокислотой, присоединенной выше описанным способом, называется аминоацил-тРНК.

Рибосома состоит из двух субъединиц – большой и малой, образованных из рРНК и белков. Обычно рибосома находится в диссоциированном виде, рибосомные субъединицы обособлены друг от друга. Но с началом трансляции малая субъединица связывается с иРНК рядом с её 5'-концом, несущим стартовый кодон АУГ. К нему сразу же присоединяются: инициаторная тРНК, несущая аминокислоту метионин, и белковые факторы инициации (начала) синтеза.

После этого весь образовавшийся сложный комплекс, в свою очередь, прочно присоединяется к большой субъединице рибосомы, и в ней начинается собственно синтез молекул белка. Такое присоединение (ассоциация) происходит только при наличии в среде двухвалентных катионов Mg2+.
На большой субъединице есть специфические места для присоединения аминоацил-тРНК: два разных участка, связывающих молекулы тРНК. Один из них служит для удерживания только что прибывшей молекулы аминоацил-тРНК. Поэтому его называют А-участком (получения команды). Второй участок удерживает молекулу тРНК, присоединённую к растущему концу полипептидной цепи. Его называют пептидил-тРНК-связывающим участком, или П-участком (Р-участок).

как бы скользит вдоль цепи иРНК. С добавлением каждой аминокислоты в полипептидную цепь рибосома продвигается вперёд вдоль молекулы иРНК ровно на три нуклеотида. При достижении рибосомой стоп-кодона синтез прекращается, потому что к стоп-кодонам нет соответствующих антикодонов ни у одной из тРНК. В результате полипептидная цепь отделяется от рибосомы. Рибосома при этом обычно распадается на две отдельные субъединицы, которые затем могут участвовать в новом процессе синтеза.

Трансляция – перевод информации с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот.

иРНК могут транслировать сразу несколько рибосом, образуя комплекс — полирибосому (полисому) (рис. 173).
Процесс биосинтеза белков на всех его этапах идёт с участием многих ферментов и с непременным потреблением энергии. Он считается одним из самых энергоёмких.
На соединение каждой аминокислоты с тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ. Средний по размерам белок состоит из 500 аминокислот, следовательно, столько же молекул АТФ расщепляются в процессе его синтеза. Кроме того, энергия нескольких молекул АТФ нужна для движения иРНК по рибосоме.

ферментов и затратой очень большого количества энергии, значительно превышающего количество энергии образующихся пептидных связей. Поразительная сложность системы биосинтеза и ее высокая энергоемкость обеспечивают высокую точность и упорядоченность синтеза полипептидов.

в молекуле белка, информация о которой закодирована в этом гене, если в конце гена имеются два стоп - триплета?

то 6 нуклеотидов (2×3) не несут информации о структуре белка. Значит, информация о данном белке закодирована в цепочке из 594 (600 – 6) нуклеотидов.
2. Основываясь на триплетности кода, подсчитаем количество аминокислот: 594 : 3 = 198.
Ответ: в молекуле белка содержится 198 аминокислот.

цепи гена, если три «знака препинания» стоят в конце гена?

2. Поскольку каждый “знак препинания” содержит 3 нуклеотида, то общее количество нуклеотидов в кодирующей цепи гена составляет 75+3 × 3=84.
Ответ: в кодирующей цепи гена содержится 84 нуклеотида.

будет в белке, кодируемом данным фрагментом ДНК?

: 0,34 нм = 60.
2. Исходя из триплетности кода определяем количество аминокислот в белке: 60 :3 = 20.
Ответ: в белке будет 20 аминокислот.

геном, если по одному регуляторному триплету находится в начале и в 13 конце гена, длина одного нуклеотида - 0,34 нм, а масса одной аминокислоты - 100 а. е.?

0,34 нм = 102.
2. Учитывая, что по одному регуляторному триплету находится в начале и в конце кодирующей цепи гена, находим количество нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка: 102 – 2 × 3 = 96.
3. Зная, что за каждую аминокислоту отвечает один триплет нуклеотидов, определяем количество аминокислот в молекуле белка: 96 : 3 = 32. 4. Находим массу белковой молекулы: 100 а. е.× 32=3200 а.е.
Ответ: масса белковой молекулы 3200 а. е.

- 350, длина одного нуклеотида 0,34 нм, масса одной аминокислоты 100. Определить массу цепи гена, кодирующей этот белок.
6. Считая, что средняя относительная молекулярная масса аминокислоты около 110, а нуклеотида - 300, определите, что тяжелее - белок или кодирующий его ген? Во сколько раз?
7. В ДНК содержится информация о 150 аминокислотах, тимидиловых нуклеотидов в ней в 1,5 раза больше, чем гуаниловых. Определить, сколько нуклеотидов (по отдельности) содержится в ДНК и какова её длина.
8. Известно, что фрагмент кодирующей цепи гена бактерии содержит 30% гуаниловых, 25% адениловых, 45% цитидиловых нуклеотидов, а его длина составляет 122,4нм. Определить, сколько аминокислот будет содержаться во фрагменте молекулы белка, кодируемого этим геном? Сколько нуклеотидов каждого вида содержится на участке ДНК, в котором расположен данный ген?

в белковой молекуле, если экзоны составляют 10% всех нуклеотидов кодирующей цепи гена, а количество гуаниловых нуклеотидов в этом фрагменте ДНК равняется 35%.
10. Фрагмент кодирующей цепи гена мыши содержит 1800 нуклеотидов. Из них 600 приходятся на интроны. Кодирующая часть (экзоны) данного фрагмента 15 гена содержат 300 адениловых, 200 тимидиловых, 100 гуаниловых нуклеотидов. Определите: 1) длину данного фрагмента ДНК; 2) количество кодонов в зрелой и-РНК; 3) процентное содержание нуклеотидов каждого вида в зрелой и-РНК; 4) количество аминокислот в соответствующем фрагменте молекулы белка.