Какова роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белка кратко

Обновлено: 04.07.2024

Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, обладают необычайно высокой реакционной способностью, наделены каталитическими функциями.

Нуклеиновые кислоты входят в состав важнейшего органа клетки — ядра, а также цитоплазмы, рибосом, митохондрий и т. д. Нуклеиновые кислоты играют важную, первостепенную роль в наследственности, изменчивости организма, в синтезе белка.

План синтеза белка хранится в ядре клетки, а непосредственно синтез происходит вне ядра, поэтому необходима помощь для доставки закодированного плана из ядра к месту синтеза. Такую помощь оказывают молекулы РНК.

После дальнейших изменений этот вид закодированной РНК готов.

Гены, генетический код и его свойства.

На Земле живет около 7 млрд людей. Если не считать 25—30 млн пар однояйцовых близнецов, то генетически все люди разные: каждый уникален, обладает неповторимыми наследственными особенностями, свойствами характера, способностями, темпераментом.

Такие различия объясняются различиями в генотипах—наборах генов организма; у каждого он уникален. Генетические признаки конкретного организма воплощаются в белках — следовательно, и строение белка одного человека отличается, хотя и совсем немного, от белка другого человека.

Это не означает, что у людей не встречается совершенно одинаковых белков. Белки, выполняющие одни и те же функции, могут быть одинаковыми или совсем незначительно отличаться одной-двумя аминокислотами друг от друга. Но не существует на Земле людей (за исключением однояйцовых близнецов), у которых все белки были бы одинаковы.

Информация о первичной структуре белка закодирована в виде последовательности нуклеотидов в участке молекулы ДНК – гене – единице наследственной информации организма. Каждая молекула ДНК содержит множество генов. Совокупность всех генов организма составляет его генотип.

Кодирование наследственной информации происходит с помощью генетического кода, который универсален для всех организмов и отличается лишь чередованием нуклеотидов, образующих гены, и кодирующих белки конкретных организмов.

Генетический код состоит из троек (триплетов) нуклеотидов ДНК, комбинирующихся в разной последовательности (ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ и т.д.), каждый из которых кодирует определенную аминокислоту (которая будет встроена в полипептидную цепь).

Аминокислот 20, а возможностей для комбинаций четырех нуклеотидов в группы по три – 64 четырех нуклеотидов вполне достаточно, чтобы кодировать 20 аминокислот

поэтому одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами.

Часть триплетов вовсе не кодирует аминокислоты, а запускает или останавливает биосинтез белка.

Собственно кодом считается последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, т.к. она снимает информацию с ДНК (процесс транскрипции) и переводит ее в последовательность аминокислот в молекулах синтезируемых белков (процесс трансляции).

В состав и-РНК входят нуклеотиды АЦГУ, триплеты которых называются кодонами: триплет на ДНК ЦГТ на и-РНК станет триплетом ГЦА, а триплет ДНК ААГ станет триплетом УУЦ.

Именно кодонами и-РНК отражается генетический код в записи.

Таким образом, генетический код — единая система записи наследственной ин­формации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последова­тельности нуклеотидов. Генетический код основан на использо­вании алфавита, состоящего всего из четырех букв-нуклеотидов, отличающихся азотистыми основаниями: А, Т, Г, Ц.

Основные свойства генетического кода:

1. Генетический код триплетен. Триплет (кодон) — последовательность трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту. Поскольку в состав бел­ков входит 20 аминокислот, то очевидно, что каждая из них не может кодироваться одним нуклеотидом (поскольку в ДНК всего четыре типа нуклеотидов, то в этом случае 16 аминокислот оста­ются незакодированными). Двух нуклеотидов для кодирования аминокислот также не хватает, поскольку в этом случае могут быть закодированы только 16 аминокислот. Значит, наименьшее число нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту, оказыва­ется равным трем. (В этом случае число возможных триплетов нуклеотидов составляет 4 3 = 64).

2. Избыточность (вырожденность) кода является следствием его триплетности и означает то, что одна аминокислота может кодироваться несколькими трип­летами (поскольку аминокислот 20, а триплетов — 64), за исключением метионина и триптофана, которые кодируются только одним триплетом. Кроме того, некоторые триплеты вы­полняют специфические функции: в молекуле иРНК триплеты УАА, УАГ, УГА — являются терминирующими кодонами, т. е. стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Триплет, соответствующий метионину (АУГ), стоящий в начале цепи ДНК, не кодирует аминокислоту, а выполняет функцию инициирования (возбуждения) считывания.

3. Одно­временно с избыточностью коду присуще свойство однозначнос­ти: каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота.

4. Код коллинеарен, т.е. по­следовательность нуклеотидов в гене точно соответствует после­довательности аминокислот в белке.

6. Генетический код универсален, т. е. ядер­ные гены всех организмов одинаковым образом кодируют инфор­мацию о белках вне зависимости от уровня организации и систематического положения этих организмов.

Существуют таблицы генетического кода для расшифровки кодонов и-РНК и построения цепочек белковых молекул.



В живых системах встречается реакции, неизвестные в неживой природе — реакции матричного синтеза.

Термином "матрица" в технике обозначают форму, употребляемую для отливки монет, медалей, типографского шрифта: затвердевший металл в точности воспроизводит все детали формы, служившей для отливки. Матричный синтез напоминает отливку на матрице: новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре уже существующих молекул.

Матричный принцип лежит в основе важнейших синтетических реакций клетки, таких, как синтез нуклеиновых кислот и белков. В этих реакциях обеспечивается точная, строго специфичная последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах.

Здесь происходит направленное стягивание мономеров в определенное место клетки — на молекулы, служащие матрицей, где реакция протекает. Если бы такие реакции происходили в результате случайного столкновения молекул, они протекали бы бесконечно медленно. Синтез сложных молекул на основе матричного принципа осуществляется быстро и точно.

Роль матрицы в матричных реакциях играют макромолекулы нуклеиновых кислот ДНК или РНК.

Мономерные молекулы, из которых синтезируется полимер, — нуклеотиды или аминокислоты — в соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном, заданном порядке.

Затем происходит "сшивание" мономерных звеньев в полимерную цепь, и готовый полимер сбрасывается с матрицы.

После этого матрица готова к сборке новой полимерной молекулы. Понятно, что как на данной форме может производиться отливка только какой-то одной монеты, одной буквы, так и на данной матричной молекуле может идти "сборка" только какого-то одного полимера.

Матричный тип реакций — специфическая особенность химизма живых систем. Они являются основой фундаментального свойства всего живого — его способности к воспроизведению себе подобного.

К реакциям матричного синтеза относят:

1. репликацию ДНК— процесс самоудвоения молекулы ДНК, осуществляемый под контролем ферментов. На каждой из цепей ДНК, образовавшихся после разрыва водородных связей, при участии фермента ДНК-полимеразы синтезируется дочерняя цепь ДНК. Материалом для синтеза служат свободные нуклеотиды, имеющиеся в цитоплазме клеток.

Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской молекулы к дочерним, что в норме и происходит при делении соматических клеток.

Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей. Эти цепи удерживаются слабыми водородными связями, способными разрываться под действием ферментов.

Молекула способна к самоудвоению (репликации), причем на каждой старой половине молекулы синтезируется новая ее половина.

Кроме того, на молекуле ДНК может синтезироваться молекула и-РНК, которая затем переносит полученную от ДНК информацию к месту синтеза белка.

Передача информации и синтез белка идут по матричному принципу, сравнимому с работой печатного станка в типографии. Информация от ДНК многократно копируется. Если при копировании произойдут ошибки, то они повторятся во всех последующих копиях.

Правда, некоторые ошибки при копировании информации молекулой ДНК могут исправляться — процесс устранения ошибок называется репарацией. Первой из реакций в процессе передачи информации является репликация молекулы ДНК и синтез новых цепей ДНК.

2. транскрипцию – синтез и-РНК на ДНК, процесс снятия информации с молекулы ДНК, синтезируемой на ней молекулой и-РНК.

И-РНК состоит из одной цепи и синтезируется на ДНК в соответствии с правилом комплементарности при участии фермента, который активирует начало и конец синтеза молекулы и-РНК.

Готовая молекула и-РНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей.

3. трансляцию— синтез белка на и-РНК; процесс перевода информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов и-РНК, в последовательность аминокислот в полипептиде.

4. синтез РНК или ДНК на РНК вирусов

Последовательность матричных реакций при биосинтезе белков можно представить в виде схемы:

В биосинтезе белка участвуют следующие нуклеиновые кислоты:
1. ДНК - в ней закодированна последовательность аминокислотных остатков в белке и она служит матрицей для синтеза иРНК.
2. Информационная РНК передает информацию с ДНК на рибосомы.
3. Рибосомальная РНК - является структурным компонентом рибосом которые представляют собой "машины" собирающие белок из отдельных аминокислот в точном соответствии с кодом иРНК.
4. Транспортная РНК - участвует в узнавании кодона (три нуклеотида на иРНК кодирующие 1 аминокислоту) и транспортирует нужные аминокислоты к месту синтеза белка.

Вот тебе ссылка заходи читай!

синтез белка происходит под "руководством генов"
Гены- это часть хромосомы, а хромосомы в свою очередь состоят из 2-х спиралей днк (нуклеиновых кислот)

Еще точнее: гены стимулирую синтез РНК, а РНК непосредственно в митохондриях руководят синтезом конкретного белка


Оглавление

  • ЛЕКЦИЯ № 1. Введение
  • ЛЕКЦИЯ № 2. Химический состав живых систем. Биологическаяроль белков, полисахаридов, липидов и АТФ
  • ЛЕКЦИЯ № 3. Нуклеиновые кислоты. Биосинтез белка
  • ЛЕКЦИЯ № 4. Основные клеточные формы

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Общая биология: конспект лекций предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

ЛЕКЦИЯ № 3. Нуклеиновые кислоты. Биосинтез белка

Нуклеиновые кислоты — это фосфорсодержащие биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Цепи нуклеиновых кислот включают от нескольких десятков до сотен миллионов нуклеотидов.

Существует 2 вида нуклеиновых кислот — дезоксирибо-нуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат углевод, дезокси-рибозу, в состав РНК — рибозу.

Как правило, ДНК представляет собой спираль, состоящую из двух комплиментарных полинуклеотидных цепей, закрученных вправо. В состав нуклеотидов ДНК входят: азотистое основание, дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания делят на пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (ти-мин и цитозин). Две цепи нуклеотидов соединяются между собой через азотистые основания по принципу комплементарности: между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином — три.

1) обеспечивает сохранение и передачу генетической информации от клетки к клетке и от организма к организму, что связано с ее способностью к репликации;

2) регуляция всех процессов, происходящих в клетке, обеспечиваемая способностью к транскрипции с последующей трансляцией.

Процесс самовоспроизведения (авто-репродукции) ДНК называется репликацией. Репликация обеспечивает копирование генетической информации и передачу ее из поколения в поколение, генетическую идентичность дочерних клеток, образующихся в результате митоза, и постоянство числа хромосом при митоти-ческом делении клетки.

РНК — одноцепочечный полимер, в состав мономеров которого входят пуриновые (аденин, гуанин) и пиримидиновые (урацил, цитозин) азотистые основания, углевод рибоза и остаток фосфорной кислоты.

Различают 3 вида РНК: информационную, транспортную и рибо-сомальную.

Информационная РНК (и-РНК) располагается в ядре и цитоплазме клетки, имеет самую длинную полинуклеотидную цепь среди РНК и выполняет функцию переноса наследственной информации из ядра в цитоплазму клетки.

Транспортная РНК (т-РНК) также содержится в ядре и цитоплазме клет-ки, ее цепь имеет наиболее сложную структуру, а также является самой короткой (75 нуклеотидов). Т-РНК доставляет аминокислоты к рибосомам в процессе трансляции — биосинтеза белка.

Рибосомальная РНК (р-РНК) содержится в ядрышке и рибосомах клетки, имеет цепь средней длины. Все виды РНК образуются в процессе транскрипции соответствующих генов ДНК.

3. Биосинтез белка

Биосинтез белка в организме эукариот происходит в несколько этапов.

1. Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК на матрице ДНК. Цепи ДНК в области активного гена освобождаются от ги-стонов. Водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями разрываются. Основной фермент транскрипции РНК-полимераза присоединяется к промотору — специальному участку ДНК. Транскрипция проходит только с одной (кодоген-ной) цепи ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по кодо-генной цепи ДНК рибонуклеотиды по принципу комплементарности присоединяются к цепочке ДНК, в результате образуется незрелая про-и-РНК, содержащая как кодирующие, так и некоди-рующие нуклеотидные последовательности.

Транскрипция и процессинг происходят в ядре клетки. Затем зрелая и-РНК через поры в мембране ядра выходит в цитоплазму, и начинается трансляция.

3. Трансляция — это процесс синтеза белка на матрице и РНК. В начале и-РНК 3-концом присоединяется к рибосоме. Т-РНК доставляют к акцепторному участку рибосомы аминокислоты, которые соединяются в полипептидную цепь в соответствии с шифрующими их кодонами. Растущая полипептидная цепь перемещается в донорный участок рибосомы, а на акцепторный участок приходит новая т-РНК с аминокислотой. Трансляция прекращается на кодонах-терминаторах. Генетический код

Это система кодирования последовательности аминокислот белка в виде определенной последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК.

Единица генетического кода (кодон) — это триплет нуклеоти-дов в ДНК или РНК, кодирующий одну аминокислоту.

Всего генетический код включает 64 кодона, из них 61 кодирующий и 3 некодирующих (кодоны-терминаторы, свидетельствующие об окончании процесса трансляции).

Кодоны-терминаторы в и-РНК: УАА, УАГ, УГА, в ДНК: АТТ, АТЦ, АЦТ.

Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК — ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется.

Генетический код обладает характерными свойствами.

1. Универсальность — код одинаков для всех организмов. Один и тот же триплет (кодон) в любом организме кодирует одну и ту же аминокислоту.

2. Специфичность — каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.

3. Вырожденность — большинство аминокислот могут кодироваться несколькими кодонами. Исключение составляют 2 аминокислоты — метионин и триптофан, имеющие лишь по одному варианту кодона.

Нуклеиновые кислоты - высокомолекулярные соединения сложного химического состава, биополимер, образованный остатками нуклеотидов. Играют чрезвычайно важную роль в обеспечении жизнедеятельности клетки. Рибонуклеиновая кислота (РНК) осуществляет синтез белков, содержится в цитоплазме и ядрышках; дезоксирибонуклеиновая (ДНК) — хранение и передачу наследственных призна­ков, содержится в хроматине ядер. Являются полинуклеотидами - биополимерами, построенными из мономеров —нуклеотидов (фосфорных эфиров так называемых нуклеозидов — производных пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, рибозы или дезоксирибозы). Пуриновыми основаниями, входящими в молекулу ДНК - аденин (А) и гуанин (Г), пиримидиновыми — цитозин (Ц) и тимин (Т). В нуклеозидах РНК вместо тимина присутствует урацил (У). В полинуклеотидную цепь нуклеотиды соединяются посредством фосфодиэфирной связи.

Выявление РНК по методу Браше. Сущность метода заключается в избирательном присое­динении некоторых основных красителей к нуклеиновым кислотам (при настоящем методе — пиронина к РНК и метилового зеленого к ДНК).

Выявление ДНК по методу Фельгена.Сущность метода заключается в том, что продукты расщепления молекулы ДНК, осуществляемого в слабокислой среде, взаимодействия с бесцветной фуксин-сернистой кислотой (реактив Шиффа), образует комплекс, обладающий пурпурной окраской. Таким образом, локализация продукта гистохимической реакции указывает местонахождение ДНК, а интенсивность окраски - ее концентрацию.

Биосинтез белка —процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот на рибосомах.

1 этап. Транскрипция ДНК. В ядре с ДНК на иРНК записывается информация о положении АК в белке. С помощью РНК-полимеразы достраивается комплементарная цепь иРНК. Молекула иРНК является точной копией нетранскрибируемой цепи ДНК, но вместо тимина входит урацил.

2 этап. Трансляция. иРНК встраивается между субъединиц рибосом; инициация (запуск - образование пептидной связи между двумя первыми аминокислотами полипептида), элонгация (тРНК подносит триплет по принципу комплементарности к молекуле белка), терминация (участок на иРНК - стопкадон, попадая между субъединиц, завершает биосинтез). Рибосомы распад на малую и большую субъединицы.

Митотический цикл клетки, течение и биологическая сущность.

Клеточный цикл состоит из интерфазы и митоза.

· Интерфаза – время между двумя митотическими делениями. G1 – восстановление клетки после деления (30-40 %), S – редупликация ДНК, G2 – подготовка клетки к делению(синтез белков митотического аппарата, синтез РНК, накопление АТФ).

· Митоз – непрямое деление соматичексих клеток.

1. Профаза – прекращается циклоз, геалоплазма в состоянии геля, центриоли начинают расходиться к полюсам клетки, появляются нити веретена деления, в ядре происходит спирализация хроматина, хорошо видны хромосомы в конце профазы, состоят из 2х хроматид, исчезают ядрышки, растворяется ядерная оболочка. 2. Метафаза – центриоли устанавливаются по полюсам клетки, нити веретена деления прикрепляются к центромерам, нити сокращаются и выстраивают хромосомы по экватору, формируют метафизарную пластинку. 3. Анафаза – нити сокращаются и растягивают хромосомы к полюсам клетки. 4. Телофаза – разделяется клетка на 2 дочерние, образуется кариолемма, деспирализация хромосом, появление ядрышек, удвоение центриолей.

Биологический смысл митоза – в результате деления образуется 2 дочерние клетки, которые идентичны друг другу и сходны с материнской клеткой. Регенерация тканей.

· Амитоз – прямое деление клетки , для одноклеточных, деление протекает с сохранением интерфазного ядра. Ядро увеличивается, не изменяет своей структуры, путем перешнуровывания делится на 2 и более частей, при этом цитотония может не происходите, в результате образуется 2 и более ядерные клетки. Амитоз характерен для печени, протекает быстрее митоза, встречается при регенерации и восстановление поврежденных клеток.

Микроскопическая и ультраструктурная организация спермиев.

Половая клетка самца – сперматозоид. У млекопитающих – это мелкие клетки, состоят из головки, шейки и хвостика. Большую часть времени находятся в состоянии близком к анабиозу, экономят энергию, необходимую им для продвижения по половым путям самки.

· Головка – ассиметричная, обеспечивает поступательное движение, основной объем занимает ядро, оно темное, гетерохроматийное, резко снижены обменные процессы. На головке расположена акросома – видоизменный комплекс гольджи, вырабатывает ферменты, разрушающие оболочку яйцеклетки.

· Шейка – в ней 2 центриоли, между которыми находится спиральная нить митохондрии. Верхняя центриоль вносится в яйцеклетку, а нижняя – начало хвостика.

· Хвостик – типичный жгутик. В центре хвостика проходит осевая нить, по периферии жгутика распол микротрубочки из белка тубулина. Ф: продвижение по половым путям самки.

Сперматогенез, его особенности и сущность.

Гаметогенез –процесс созревания половых клеток. Сперматогенез – процесс развития сперматозоидов. Происходит в семенниках, начинается с момента полового созревания, продолжается всю жизнь. 4 периода:

1. размножение – сперматогонии (2n), непрерывное деление митозом, 1я дочерняя клетка дифференцируется, 2я остается и продолжает делиться.

2. рост – очень короткий период, сперматоциты 1 порядка (2n).

3. созревание – мейоз, после 1 мейоза из 1 сперматоцита 1порядка образуется два сперматоцита 2 порядка (1n), после 2 мейоза – 4 сперматозоида (1n) - мелкие клетки округлой формы с крупным светлым ядром.

4. формирование – в клетках миграция органоидов, на один полюс перемещается комплекс Гольджи, на другой – центриоли и митохондрии, нижняя центриоль переходит в начало хвостика, митохондрии собираются в нить – спирально закручивается между центриолями, происходит упаковка хроматина в ядре, которое становится овальным и темным, цитоплазма сползает вниз, одевая шейку и хвостик.

Читайте также: