Видео биосинтез белка кратко и понятно
Обновлено: 02.07.2024
Одна из самых замечательных особенностей жизни состоит в том, что все живые существа характеризуются общностью строения клеток и происходящих в них процессов. Однако они имеют и очень много различий. Даже особи одного вида различаются по многим свойствам и признакам: морфологическим, физиологическим, биохимическим.
Современная биология показала, что в своей основе сходство и различие организмов определяются в конечном счете набором белков. Чем ближе организмы друг к другу в систематическом положении, тем более сходны их белки.
К середине XX века учёными было установлено, что белки представляют собой последовательность аминокислот, соединённых пептидными связями, а гены, входящие в состав хромосом ядра каждой клетки, определяют наследование физических и физиологических признаков организма и управляют синтезом белков.
Таким образом, в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК заключена генетическая информация о первичной структуре всех белков не только одной клетки, но и всего организма.
Для всех живых организмов свойственен общий универсальный способ кодирования последовательности аминокислот в белках при помощи нуклеотидной последовательности молекул ДНК. Этот способ кодирования называется генетическим кодом. На сегодняшний момент генетический код расшифрован генетиками, и составлена карта генетического кода.
Впервые расшифровка кода наследственности была предложена в 1954 г. физиком Джорджем Гамовым, который утверждал, что каждую аминокислоту белка кодируют три последовательно расположенных нуклеотида – триплет, или кодон. Известны все кодоны 20 аминокислот, входящих в состав белков. Так как в состав нуклеотидов ДНК могут входить 4 азотистых основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин), а одну аминокислоту кодируют три нуклеотида, не трудно посчитать, что ДНК может кодировать 43, т.е. 64 аминокислоты. Но всего нужно кодировать 20 аминокислот. Оказалось, что некоторые аминокислоты могут кодировать не один, а несколько разных кодонов. Подобное явление получило название вырожденности генетического кода. Считается, что таким образом повышается надёжность хранения и передачи информации от материнской клетки к дочерним.
Некоторые кодоны не несут смысловой нагрузки и не кодируют ни одну аминокислоту. Три таких кодона – УАА (читается урацил, аденин, аденин,), УАГ (урацил, аденин, гуанин) и УГА (урацил, гуанин, аденин) ограничивают один ген от другого, т.е. обозначают начало или конец гена. Такие кодоны называются кодоны терминации (стоп-кодоны).
Один триплет может кодировать только одну аминокислоту, что говорит о специфичности генетического кода.
Заслуга расшифровки генетического кода принадлежит испанскому биохимику СевЕро ОчОа, который в 1955 г. постепенно установил строение многих триплетов, кодирующих аминокислоты. Он расшифровал триплетный код для 11 аминокислот. Работы ОчОа доказывают универсальность генетического кода.
В 1959 г. ученому была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине, которую он разделил со своим студентом и сотрудником Артуром Корнбергом.
В 1961 году сотрудники Пастеровского института Франсуа Жакоб и Жак Моно выдвинули гипотезу о механизмах биосинтеза белков в клетке, согласно которой ДНК управляет синтезом белков опосредованно. Посредником выступает особая молекула РНК, структура которой представляет собой как бы отпечаток структуры молекулы ДНК. За это открытие учёные получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии в 1965 году.
Биосинтез белка является одним из важнейших этапов метаболизма клетки, который осуществляется путём реализации наследственной информации. Наследственная информация о структуре белков, которую должна синтезировать клетка, сосредоточена в молекулах ДНК, расположенных в ядре. Непосредственно процесс синтеза белков происходит в цитоплазме на рибосомах. Закодированная информация о структуре белка поступает из ядра к рибосомам в виде молекулы информационной РНК, которая имеет небольшие по сравнению с ДНК размеры и свободно проходит сквозь поры ядерной мембраны.
Кроме наследственной информации, для синтеза белка необходим определённый набор аминокислот. Некоторые аминокислоты организм синтезирует сам, но большинство образуются в результате расщепления белков, поступающих в организм с пищей. Аминокислоты доставляются к рибосомам специальными транспортными РНК, каждая из которых может захватывать и переносить только одну определённую аминокислоту.
На рибосомах осуществляется второй этап биосинтеза белка – трансляция, который представляет собой перевод нуклеотидной последовательности молекулы иРНК в последовательность аминокислот белковой молекулы.иРНК соединяется с рибосомой тем концом, с которого начнётся синтез белка. Началом подавляющего количества белковых молекул является триплет АУГ (читается аденин, урацил, гуанин), который кодирует аминокислоту метионин.
Продвигаясь по иРНК, рибосома последовательно считывает информацию с каждого её участка размером в 2 кодона, (т.е. 3+3= 6 нуклеотидов каждый участок) задерживаясь на 0,2 секунды. За это время рибосома взаимодействует с двумя молекулами тРНК, антикодон которых комплементарен кодонам иРНК, перекрытым рибосомой. Аминокислота отделяется от тРНК и включается в структуру синтезируемой белковой цепи. Достигнув стоп-кодона, рибосома прекращает синтез белка. Синтезированный белок отделяется от рибосомы и выходит в цитоплазму.
Весь цикл процессов, связанных с синтезом одной белковой молекулы, занимает в среднем 1-3 с. При этом на одной молекуле иРНК одновременно располагаются несколько рибосом (такой комплекс называется полисомой) – это обеспечивает одновременный синтез сразу нескольких одинаковых молекул белка. По окончании синтеза белка рибосома связывается с другой иРНК и начинает синтезировать новый белок.
Рибосомы воспринимают генетическую информацию в виде молекул иРНК и, будучи запрограммированы последними, делают белки в точном соответствии с данной программой. Поэтому, если в генетическом аппарате клетки возникают нарушения в следствии мутации или поражения клетки вирусной нуклеиновой кислотой, рибосомы начинают синтезировать не свойственные для клетки данного типа белки, в том числе такие, которые могут привести к её гибели.
Видеоурок знакомит вас со строением, разновидностями и функциями белков. В нём подробно описываются два матричных процесса — транскрипция и трансляция. Основные понятия: генетический код, кодон, принцип комплементарности
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Биосинтез белков"
Белки — это сложные органические соединения, лежащие в основе жизнедеятельности любого живого организма. Роль белков в организме чрезвычайно разнообразна.
Каждый белок имеет своё уникальное строение и выполняет в организме строго определённую функцию.
Белки гормоны, например гормон роста – соматотропин, участвуют в управлении всеми жизненными процессами.
Мы способны двигаться благодаря сократительным белкам актину и миозину, содержащимся в мышцах. А вот белки ферменты обеспечивают протекание всех химических процессов дыхание, пищеварение, обмен веществ. Например, белок пепсин, содержащийся в желудочном соке, помогает переваривать пищу.
За зрительные способности отвечает особый светочувствительный белок родопсин, с помощью которого формируется изображение на сетчатке глаза.
Белок гемоглобин (белок эритроцитов) доставляет кислород ко всем клеткам и обеспечивает вывод углекислого газа из организма.
Белки иммуноглобулины (антитела) защищают организм при вторжении болезнетворных микроорганизмов, вирусов и бактерий.
Белок фибриноген отвечает за свёртываемость крови при царапинах, порезах и кровоточащих ранах.
Белки кератины являются главной составляющей частью волос, перьев, ногтей, роговых образований.
Сильнодействующие вещества ядов некоторых растений, змей и насекомых, а также токсины бактерий являются белками.
В организме человека белки образуются непрерывно из аминокислот, поступающих с пищей.
Выделяют две группы аминокислот:
Заменимые аминокислоты (аланин, аргинин, аспарагин, аспарагиновая кислота, глицин, глутамин, глутаминовая кислота, пролин, серин, тирозин, цистеин), которые синтезируются в организме человека.
И незаменимые аминокислоты (Валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин) в организме они не синтезируются и должны в обязательном порядке поступать с пищей. Содержатся они в основном в продуктах животного происхождения.
Аминокилоты соединяются между собой благодаря пептидной связи. Так образуется молекула, которая представляет собой дипептид.
Поскольку на одном конце дипептида находится свободная аминогруппа, а на другом – свободная карбоксильная группа, дипептид может присоединять к себе другие аминокислоты.
Если таким образом собираются пептиды, содержащие до 10 остатков аминокислот, они называются олигопептидами.
Если больше 10-ти аминокислот– полипептидами. В организме человека пептидами являются многие гормоны.
Итак, мы сказали, что белки состоят из аминокислот, аминокислоты соединяются в цепочки, которые называются олигопептидами и полипептидами.
А вот белками называются полипептиды, содержащие от пятидесяти до нескольких тысяч аминокислот.
В состав белков могут входить не только аминокислоты. Если белок содержит компоненты неаминокислотной природы, то такой белок относят к сложным. Простые белки состоят только из аминокислот.
Каждая клеточка нашего организма содержит тысячи белков. В процессе жизнедеятельности все белки рано или поздно разрушаются. И для нормального хода всех реакций они должны синтезироваться вновь.
И сегодня на уроке мы рассмотрим процесс синтеза белков.
Многие функции белков определяются последовательностью аминокислот в их молекуле.
А информация о том какой должна быть эта последовательность храниться в ДНК. И если сказать более точно, то информация о первичной структуре белка заключена в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.
Вспомним что в состав нуклеотидов, из которых строятся ДНК входят: остаток фосфорной кислоты, углевод – дезоксирибоза, и азотистое основание.
У ДНК четыре разных азотистых основания.
Аденин (А), гуанин (Г) и цитозин (Ц), тимин (Т), а уроцил (У) у РНК.
Участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка, называется геном.
А в одной хромосоме находиться информация о структуре многих сотен белков.
Три рядом расположенных нуклеотида (триплет) в ДНК кодируют какую-то аминокислоту в белке. А какую именно аминокислоту можно понять по расположению этих самых нуклеотидов.
На сегодняшний день уже известно какие триплетные сочетания нуклеотидов ДНК соответствуют той или иной из 20 аминокислот, входящих в состав белков.
Однако изначально информация с ДНК переписывается на матричную РНК в виде триплетов – кодонов, которые мы видим в таблице.
Определённые кодоны соответствуют определённым аминокислотам.
Из таблицы видно, что многим аминокислотам соответствует не один, а несколько различных триплетов – кодонов.
Считается что такое свойство генетического кода повышает надёжность хранения и передачи генетической информации при делении клеток.
Например, аминокислоте аланину соответствует 4 кадона: ГЦУ ГЦЦ ГЦА и ГЦГ.
Посмотрите первые два азотистых основания у всех триплетов одинаковы, то есть если даже произойдёт случайная ошибка в третьем нуклеотиде, то все равно это будет кадон аланина.
Важное свойство генетического кода — это специфичность. То есть один триплет будет обозначать только одну аминокислоту.
Генетический код — это способ записи, а не содержание записи.
Перейдём непосредственно к синтезу белка.
Синтез белка осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза матричной РНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на матричной РНК).
Транскрипция
ДНК-носитель всей генетической информации как известно содержится в ядре клетки.
Сначала фермент РНК-полимераза узнает на цепи ДНК ту последовательность нуклеотидов с которой начнёт считываться информация и синтезироваться матричная РНК.
Синтез матричной РНК начинается с того что к началу транскрибируемого участка прикрепляются транскрипционные факторы- белки, которые подготавливают место для связывание РНК-полимеразы с ДНК.
Для начала транскрипции необходима энергия эту энергию приносит АТФ.
РНК-полимераза расплетает двуспиральную ДНК и синтезирует матричную РНК по ДНК.
И по мере движения РНК-полимеразы по матрице впереди неё происходит расплетание, а позади — восстановление двойной спирали ДНК. Тем самым РНК-полимераза по принципу комплементарности копирует одну из двух цепочек.
По принципу комплементарности аденин соединяется только с тимином двумя водородными связями. А гуанин соединяется только с цитозином тремя водородными связями. Таким образом, нуклеотиды образуют пары.
По тому же принципу синтезируется и матричная РНК: против цитозина молекулы ДНК становиться гуанин молекулы РНК, против тимина – аденин. Против гуанина цитозин. А против аденина молекулы ДНК – урацил РНК (вспомните, что в РНК в нуклиотиды вместо тимина включен урацил).
В конце транскрибируемого региона РНК-полимераза отсоединяется и матричная РНК высвобождается.
Её ещё называют информационное РНК так как она списывает информацию и выносит её из ядра в цитоплазму. И уже в цитоплазме – рибосомы, захватывают матричную РНК.
В цитоплазме начинается следующий процесс, его называют трансляцией.
Значит матричная РНК состоит из кодонов триплетов (в последствии 1 кодон будет кодировать 1 аминокислоту). А из аминокислот как вы знаете состоят белки.
В цитоплазме матричную РНК охватывают компоненты молекулярного комплекса для сборки белков называемые рибосомами.
Вы помните, что рибосома состоит из большой и малой субъединицы.
Но сперва к матричной РНК к (кодону АУГ, который сигнализирует о начале цепи) присоединяется малая субъединица рибосомы.
Когда присоединяется большая субъединица формируется пептидильный (или П-участок) и аминоацильный (или А-участок).
К рибосоме направляется поток стройматериала для производства белков – это молекулы аминокислот. Часть этих аминокислот заменимые, а часть незаменимые. О чём мы говорили с вами выше.
Аминокислоты попадают в рибосому не самостоятельно, а с помощью так называемых транспортных РНК − (сокращённо их называют т-РНК). Которые имеют форму "клеверного листа". Одна т-РНК несёт 1 аминокислоту.
Транспортные РНК способны различать среди всего многообразия аминокислот только свои определённые аминокислоты, присоединять их к одному из концов и подтаскивать к рибосоме.
Транспортная РНК содержит в своём составе тройку нуклеотидов, которую называют антикодоном.
Данный антикадон взаимосоответствует, то есть комплементарен кодону в матричной РНК с которым он связывается. И соответствует той аминокислоте, которую он переносит.
Между аминокислотами формируется пептидная связь.
Первая транспортная РНК уходит, и рибосома продвигается дальше. А очередная т-РНК подносит необходимую аминокислоту, наращивающую растущую цепочку белка.
Эта операция повторяется столько раз, сколько аминокислот должен содержать строящийся белок.
Аминокислоты, которые поднесли т-РНК формируются в полипептидную цепочку.
После завершения синтеза цепи, полипептид высвобождается из рибосомы. Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию.
Затем сформированный белок доставляется к месту своего назначения. Если посмотреть на синтез белка сверху то он будет выглядеть вот так.
Таким образом малая субъединица опознает подходящую РНК и место на ней, с которого нужно начать синтез белка. А большая субъединица, содержащая каталитический центр, присоединяется ко всей конструкции и ускоряет образование пептидной связи между растущей полипептидной цепочкой будущего белка и каждой последующей аминокислотой.
Транскрипция и трансляция в клетках происходит очень быстро. Например, на синтез крупной молекулы белка уходит примерно две минуты.
Так как белки в организме выполняют много функций они являются и гормонами, и ферментами, то их необходимо достаточно много.
Поэтому, как только рибосома продвигается вперед, за ней тут же на матричную РНК нанизывается следующая, которая будет синтезировать естественно тот же белок.
Когда данного белка для организма на данный момент будет достаточно, то рибосома находит другую матричную РНК которая содержит информацию о каком-то другом белке.
Как объяснить, кратко и понятно, что такое биосинтез белка, и какого его значение?
Если вам интересна эта тема, и вы хотели бы подтянуть школьные знания или же повторить пропуски, то эта статья создана для вас.
Что такое биосинтез белка
Сначала стоит ознакомиться с определением биосинтеза. Биосинтезом называется синтез живыми организмами природных органических соединений.
Если быть проще, то это получение различных веществ с помощью микроорганизмов. Этот процесс занимает важную роль во всех живых клетках. Не забываем и о сложном биохимическом составе.
Транскрипция и трансляция
Это два наиглавнейших шага биосинтеза.
Выделают два основных действия:
- Обозначение конца и начала трансляции присоединением иРНК.
- Событие, осуществляемое благодаря сплайсингу, который в свою очередь удаляет неинформационные последовательности РНК, тем самым происходит уменьшение массы матричной рибонуклеиновой кислоты в 10 раз.
Трансляция включает в себя три этапа, которые можно было представить в виде таблицы:
- Первый этап. Инициация формирование комплекса, который участвует в синтезе полипептидной цепочки.
- Второй этап. Элонгация увеличение размеров этой цепи.
- Третий этап. Терминация заключение выше упомянутого процесса.
Схема биосинтеза белка
По схеме видно, как протекает процесс.
Точкой стыковки этой схемы являются рибосомы, в которых синтезируется белок. В простой форме синтез осуществляется по схеме
ДНК >, PHK >, белок.
Первым начинается этап транскрипции, в котором молекула изменяется в одноцепочную информационную рибонуклеиновую кислоту (иРНК). В ней содержится информация аминокислотной последовательности белка.
Следующей остановкой иРНК будет рибосома, в которой происходит сам синтез. Происходит это путём трансляции, формирования полипептидной цепочки. После этой заурядной схемы, полученный белок транспортируется в разные места, выполняя определённые задачи.
Последовательность процессоров биосинтеза белка
Биосинтез белка – сложный механизм, который включает в себя два выше упомянутых этапа, а именно транскрипцию и трансляцию. Первым происходит транскрибируемый этап (он разделяется на два события).
После идёт трансляция, в которой участвуют все виды РНК, у каждой есть своя функция:
- Информационная – роль матрицы.
- Транспортная – добавление аминокислот, определение кодонов.
- Рибосомная – образование рибосом, которые поддерживают иРНК.
- Транспортная – синтез полипептидной цепи.
Какие компоненты клетки участвуют в биосинтезе белка
Как мы уже говорили, биосинтез разделяют на две стадии. В каждой стадии участвуют свои компоненты. На первой стадии это дезоксирибонуклеиновая кислота, информационная и транспортная РНК, нуклеотиды.
Во второй же стадии участвуют компоненты: иРНК, тРНК, рибосомы, нуклеотиды и пептиды.
Каковы особенности реакций биосинтеза белка в клетке
В список особенностей реакций биосинтеза стоит отнести:
- Использование энергии АТФ для химических реакций.
- Присутствуют ферменты, задача которых ускорять реакции.
- Реакция имеет матричный характер, так как белок синтезируется на иРНК.
Признаки биосинтеза белка в клетке
Для такого сложного процесса, конечно же, характерны различные признаки:
- Первый из них заключается в том, что присутствуют ферменты, без которых сам процесс был бы невозможен
- Задействованы все три вида РНК, из этого можно сделать вывод, что центральная роль принадлежит РНК.
- Образование молекул производится мономерами, а именно аминокислотами.
- Стоит обозначить так же, что специфичность того или иного белка ориентируется расположением аминокислот.
Заключение
Многоклеточный организм аппарат, состоящий из разных клеточных типов, которые дифференцированы – отличаются структурой и функциями. Кроме белков, присутствуют клетки этих типов, которые синтезируют так же себе подобных, в этом заключается различие.
Биосинтез белка – важная часть пластического обмена всех клеток. Рассматривает данный процесс наука биология. В результате образуются специфичные вещества, характерные для данного организма. Происходит воспроизведение наследственной информации.
Последовательность процессов биосинтеза белка
Образование белка является многоступенчатым процессом.
Чтобы запустить реакции образования вещества, осуществляется целый ряд последовательных событий:
Транскрипция - это реакции переписывания наследственной информации с макромолекулы ДНК на матричную РНК. Ее называют также информационной. Краткое обозначение: м-РНК, и-РНК. Процесс протекает в ядре клетки.
Перемещение и-РНК к месту синтеза белка.
Трансляция - это перенос информации о чередовании нуклеотидов м-РНК на макромолекулу белка. Процесс идёт вне ядра.
Где происходит синтез белка
Образование высокомолекулярного соединения протекает в цитоплазме. Именно здесь находятся органоиды, на которых осуществляется данный процесс. Рибосома представляет собой две части: малую и большую. Чтобы биосинтез белка начался, необходимо доставить информацию из ядра в цитоплазму.
Ядро эукариот хранит информацию о первичной структуре природных полимеров. Её называют наследственной. Эта важная информация должна быть без искажения перенесена к месту синтеза белка.
С этой целью в ядре идут матричные реакции. На одной из цепей ДНК синтезируется и-РНК. Именно она является посредником между двумя частями клетки.
Этапы биосинтеза белка
Транскрипция
Процесс протекает в ядре. ДНК образована большим количеством нуклеотидов. Это единица макромолекулы. Она включает в свой состав 3 компонента:
углевод, представленный пентозой – дезоксирибозой;
минеральную кислоту – фосфорную;
органическое соединение, относящееся к классу азотистых оснований.
В составе ДНК могут содержаться 4 разных основания. Они имеют краткое обозначение, по первой букве названия:
Именно этими основаниями и отличаются нуклеотиды. Чередование 3 нуклеотидов образует триплет. Один триплет соответствует одной аминокислоте. Вопрос соответствия аминокислот триплетам изучен и указан в таблице генетического кода.
Последовательность триплетов в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты, отвечающей за синтез одного белка, называют геном. Между разными генами расположены триплеты, которые не соответствуют аминокислотам. Их называют стоп-кодонами. Они служат сигналом начала и окончания гена.
Для осуществления транскрипции, участок макромолекулы ДНК раскручивается. Он выполняет роль матрицы. На нём выстраивается и-РНК. Осуществляется синтез по принципу соответствия. Еще его называют комплементарностью.
РНК также имеет нуклеотидное строение. Вместо дезоксирибозы присутствует углевод рибоза. Содержится остаток ортофосфорной кислоты. Третьим компонентом является азотистое основание. Три основания одинаковые – А, Г, Ц в ДНК и РНК. Четвертое основание рибонуклеиновой кислоты – урацил (У).
Комплементарными основаниями являются: Т – А, А – У, Г – Ц, Ц – Г. В парах комплементарных оснований первое соответствует ДНК, второе – РНК. Таким образом, на макромолекуле ДНК по принципу соответствия выстраивается и-РНК. В дальнейшем цепь РНК транспортируется через ядерную мембрану к месту синтеза белка.
Трансляция
Процесс идет на органоидах – рибосомах. Они нанизываются на цепь и-РНК, передвигаются по ней не плавно, а прерывисто. Располагаются таким образом, что внутри рибосомы находится полностью 1-2 триплета. На одну РНК может одновременно нанизываться большое количество рибосом.
В процессе принимают участие т-РНК. Они имеют пространственную структуру, принимают форму трилистника. Верхняя часть листа, то есть молекулы, содержит антикодон. Это триплет, распознающий кодон (один триплет) и-РНК.
Каждая т-РНК транспортирует к рибосоме строго определенную аминокислоту. Если триплет-антикодон т-РНК распознает триплет-кодон и-РНК, тогда аминокислота встраивается в макромолекулу белка. Следующая т-РНК подтаскивает другую аминокислоту, снова идет процесс распознавания. В данном случае также идет матричный процесс сборки белка. РНК служит матрицей для синтеза белка.
Как только белковая молекула синтезирована, она освобождается от рибосомы. Правильное чередование аминокислот в макромолекуле образует первичную структуру белковой молекулы. Она является определяющей, поэтому так важен матричный синтез белков. Другие структуры белковые макромолекулы приобретают самопроизвольно.
Схема биосинтеза белка
Процессы, ведущие к синтезу белка, можно кратко изобразить на схеме:
Первый этап – реакции, идущие в кариоплазме. Раскручивание ДНК. Транскрипция. Образование м-РНК.
Второй этап – транспорт м-РНК к рибосомам.
Третий этап – реакции, идущие в цитоплазме. Трансляция. Биосинтез белковой молекулы, протекающий при участии РНК, клеточных органоидов – рибосом.
Заключение
В реакциях матричного синтеза происходит реализация наследственной информации. В каждом организме синтезируются специфичные белковые молекулы. Они вместе с углеводами и жирами накапливаются в плодах растений. В организмах животных выполняют множество разнообразных функций.
Читайте также: