Синтез рибонуклеиновой кислоты рнк и белка конспект
Обновлено: 02.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Конспект урока по биологии в 9 классе
План – конспект урока по биологии. 9 класс.
Общие сведения о биосинтезе белка
1 этап - кодирование
2 этап – считывание
Цель: Изучить этапы биосинтеза белка
ознакомиться с понятиями ген, кодон, триплет, генетический код;
разобрать этапы биосинтеза белка;
повторить и закрепить знания о функциях и значении белка для живых организмов.
Фронтальный опрос
Какие органические вещества входят в состав клетки?
Из чего состоят белки?
Какие структуры белка вы знаете?
Где находится молекула ДНК?
Из чего состоит ДНК?
В чем разница между ДНК и РНК?
Какую роль в клетке играет рибосома?
Изучение нового материала
Общие сведения о биосинтезе.
В синтезе белка участвуют различные аминокислоты, ферменты, рибосомы, различные РНК (и- РНК, р-РНК, т-РНК). Характер биосинтеза определяет наследственная информация закодированная в специальных участках ДНК хромосом - генах.
Ген – участок молекулы ДНК
Ген хранит и передает информацию о том, в какой очередности расположены аминокислоты в белке, т.е. кодируют его первичную структуру. Информация о каждой аминокислоте представлена в виде комбинации из трех нуклеотидов (триплетов).
Триплет – комбинация из трех нуклеотидов ( - А-Ц-Г- -Г-Т-Ц-)
В этом и есть суть генетического кодак. Генетический код универсален, он одинаков для всех живых организмов. Молекулы и-РНК переносят информацию для биосинтеза в цитоплазму клетки. Триплеты в и-РНК называют кадонами.
Кадон – триплет в молекуле и-РНК
Первый этап биосинтеза белка.
В присутствии фермента молекула ДНК раскручивается. Фермент перемещается вдоль цепи и выстраивает цепь и – РНК в соответствии с принципом комплементарности, т.е. копирует её.
По мере движения фермента растущая цепь и – РНК отходит от материнской, а двойная спираль ДНК восстанавливается. Когда фермент достигнет конца копируемого участка, и-РНК полностью отделяется от матрицы.
Транскрипция – первый этап биосинтезе белка. На этом этапе происходит списывание генетической информации.
Второй этап биосинтеза белка.
Образовавшаяся и-РНК выходит из ядра в цитоплазму через поры в ядерной оболочке и вступает в контакт с многочисленными рибосомами. Рибосома скользит по и-РНК как по матрице и в строгом соответствии с последовательностью расположения ее нуклеотидов выстраивает определенные аминокислоты в длинную полимерную цепь белка. Порядок кислот в этой цепи соответствует генетической информации, скопированной с определенного участка ДНК.
Считывание информации с и-РНК и создание при этом полимерной цепи на рибосомах называется трансляция.
Обычно вдоль одной молекулы и-РНК движется сразу несколько рибосом, при этом синтезируется сразу несколько одинаковых молекул белка. Срок жизни и-РНК от двух минут у бактерий до многих дней у высших организмов. В конце концов ферменты разрушают и-РНК до отдельных нуклеотидов.
Процесс биосинтеза молекул белков осуществляется только в живой клетке.
Раздел ЕГЭ: 2.6. Генетическая информация в клетке. Гены, генетический код и его свойства. Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
К реакциям матричного синтеза относят репликацию ДНК, синтез и-РНК на ДНК (транскрипцию) и синтез белка на и-РНК (трансляцию), а также синтез РНК или ДНК на РНК вирусов.
Биосинтез белка — это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определенную последовательность аминокислот в белковых молекулах. В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: транскрипцию и трансляцию.
Репликация ДНК
Структура молекулы ДНК, установленная Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г., отвечала тем требованиям, которые предъявлялись к молекуле-хранительнице и передатчику наследственной информации. Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей. Эти цепи удерживаются слабыми водородными связями, способными разрываться под действием ферментов. Процесс удвоения ДНК происходит полуконсервативным способом: молекула ДНК расплетается, и на каждой из цепей синтезируется новая цепь по принципу комплементарности. Процесс самовоспроизведения молекулы ДНК, обеспечивающий точное копирование наследственной информации и передачу ее из поколения в поколение, называется репликацией.
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. Этот процесс устранения ошибок называется репарацией. Первой из реакций в процессе передачи информации является репликация молекулы ДНК и синтез новых цепей ДНК.
Репликация — это 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.
Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: транскрипцию и трансляцию.
Транскрипция — это биосинтез молекул иРНК на соответствующих участках ДНК. Транскрипция происходит только на одной цепи ДНК, которая называется кодирующей, в отличие от другой — некодирующей, или кодогенной. Обеспечивает процесс переписывания специальный фермент РНК-полимераза, который подбирает нуклеотиды РНК по принципу комплементарности.
Синтезированные в процессе транскрипции в ядре молекулы иРНК покидают его через ядерные поры, а митохондриальные и пластидные иРНК остаются внутри органоидов. После транскрипции происходит процесс активации аминокислот, в коде которой аминокислота присоединяется к соответствующей свободной тРНК.
Трансляция — это биосинтез полипептидной цепи на молекуле иРНК, при котором происходит перевод генетической информации в последовательность аминокислот полипептидной цепи.
Второй этап синтеза белка чаще всего происходит в цитоплазме, например на шероховатой ЭПС. Для его протекания необходимы наличие рибосом, активация тРНК, в ходе которой они присоединяют соответствующие аминокислоты, присутствие ионов Mg 2+ , а также оптимальные условия среды (температура, рН, давление и т. д.).
Для начала транскрипции (инициации) к молекуле иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, а затем по принципу комплементарности к первому кодону АУГ подбирается тРНК, несущая аминокислоту метионин. Лишь после этого присоединяется большая субъединица рибосомы. В пределах собранной рибосомы оказываются два кодона иРНК, первый из которых уже занят. К соседнему с ним кодону присоединяется вторая тРНК, также несущая аминокислоту, после чего между остатками аминокислот с помощью ферментов образуется пептидная связь.
Когда рибосома передвигается на один кодон иРНК, первая из тРНК, освободившаяся от аминокислоты, возвращается в цитоплазму за следующей аминокислотой, а фрагмент будущей полипептидной цепи как бы повисает на оставшейся тРНК. К новому кодону, оказавшемуся в пределах рибосомы, присоединяется следующая тРНК, процесс повторяется, и шаг за шагом полипептидная цепь удлиняется, то есть происходит ее элонгация.
Окончание синтеза белка (терминация) происходит, как только в молекуле иРНК встретится специфическая последовательность нуклеотидов, которая не кодирует аминокислоту (стоп-кодон). После этого рибосома, иРНК и полипептидная цепь разделяются, а вновь синтезированный белок приобретает соответствующую структуру и транспортируется в ту часть клетки, где он будет выполнять свои функции.
Трансляция является весьма энергоемким процессом, поскольку на присоединение одной аминокислоты к тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ, еще несколько используются для продвижения рибосомы по молекуле иРНК.
Репликация ДНК и синтез белка в клетке протекают по принципу матричного синтеза, поскольку новые молекулы нуклеиновых кислот и белков синтезируются в соответствии с программой, заложенной в структуре ранее существовавших молекул тех же нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).
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.
Основная роль в определении структуры синтезируемого белка принадлежит ДНК.
ДНК – это полимер из нуклеотидов, а белок из аминокислот. Для того, чтобы 4 нуклеотида могли кодировать 20 аминокислот, они должны быть в определенных сочетаниях. Экспериментальным путем было выяснено, что это последовательность из трех нуклеотидов – триплет (или кодон). Разных триплетов из четырех по три будет 64, а аминокислот 20, следовательно, одна и та же аминокислота кодируется несколькими триплетами. И только метионин и триптофан кодируется одним триплетом. Из 64 возможных триплетов 61 кодируют 20 аминокислот, а 3 (нонсенс триплеты) кодируют окончание биосинтеза белка.
Генетический код имеет следующие основные свойства:
Универсальность - код един для всех живых организмов;
Вырожденность (множественность) - одну аминокислоту кодируют от 2 до 6 триплетов;
Триплетность - одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида;
Неперекрываемость - нуклеотид одного триплета не может входить в состав соседнего триплета;
Специфичность - один триплет кодирует строго определенную аминокислоту.
РЕАКЦИИ МАТРИЧНОГО СИНТЕЗА
Реакции транскрипции, трансляции, а также репликации (удвоение ДНК) носят название матричных реакций. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют ДНК или иРНК. Мономерные молекулы (нуклеотиды или аминокислоты), из которых синтезируется полимер, в соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном порядке. После соединения мономерных звеньев в полимерную цепь, новый полимер сходит с матрицы.
Таким образом, матричные реакции:
ДНК материнской клетки репликация ДНК (дочерних клеток – все клетки многоклеточного организма) транскрипция иРНК трансляция белок.
Реакции матричного синтеза обнаружены только в клетках живых организмов и вне организма, в естественных условиях, неизвестны. Поэтому матричный синтез является одним из специфичных свойств живого.
БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ
Структура белка определяется ДНК, которая находятся в ядре. Ген – участок двойной молекулы ДНК – строго определенная последовательность нуклеотидов – содержащая информацию о первичной структуре одной молекулы белка и определяющая развитие какого-либо признака или свойства организма.
В процессе биосинтеза белка выделяют два последовательных этапа транскрипцию и трансляцию.
I этап – транскрипция (протекает в ядре) – процесс переписывания информации с ДНК на молекулу про-иРНК, согласно принципу комплементарности. Предшественница иРНК (про-иРНК) содержит в себе ряд инертных, бессмысленных участков-интронов. В результате процессинга – созревания иРНК, интроны с помощью фермента рестриктазы вырезаются, а оставшиеся экзоны – смысловые участки, несущие информацию о белке, сшиваются ферментом лигазой в цепочку. Процесс сшивания иРНК в одну нить называется сплайсингом. Сплайсинг идет в ядрышках.
II этап – трансляция (протекает в цитоплазме )– синтез полипептидных цепей белков на матрице иРНК, выполняемый рибосомами..
Во время трансляции выделяют такие стадии:
1. Стадия активизации аминокислот – аминокислоты присоединяются к ножке тРНК, образуя комплекс аминоацил-тРНК.
2. Стадия инициации. Синтез белка начинается с образования комплекса иРНК с рибосомой. Сначала поступившая из ядра в цитоплазму иРНК соединяется с малой субъединицей рибосомы. Первый кодон у всех иРНК несет информацию об аминокислоте метионине, т.к. имеет стартовый кодон АУГ, к которому присоединяется антикодон тРНК-метионин, именуемая инициаторной тРНК, т.к. обеспечивает связь малой субъединицы рибосомы с большой.
Дальнейшее удлинение пептидной цепи происходит путем повторения предыдущих фаз.
4. Стадия терминации – окончание биосинтеза белка. иРНК имеет участок, содержащий один из стоп-кодонов при контакте рибосомы с этими кодонами биосинтез белка прекращается, а рибосома распадается на субъединицы.
Читайте также: