Свойства генетического кода

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД, ЕГО СВОЙСТВА. РЕАКЦИИ МАТРИЧНОГО СИНТЕЗА. БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ.

Реакции биосинтеза белка и нуклеиновых кислот носят матричный характер.

Матрица – это то, с чего снимается копия.

К реакциям матричного синтеза относятся:

Ø репликация (удвоение) молекулы ДНК

Ø синтез и-РНК

Ø синтез молекулы белка в рибосомах.

Матричный синтез позволяет очень точно и быстро синтезировать макромолекулы полимеров, состоящие из огромного количества мономеров. Одна цепочка ДНК – это матрица для другой цепочки.

Участок ДНК является матрицей для молекулы и-РНК. Молекула и-РНК является матрицей для синтеза белковой молекулы.

Биосинтез нуклеиновых кислот

Процесс самоудвоения ДНК называется репликация (редупликация).

Репликация ДНК происходит в конце интерфазы (перед началом деления клеток).

Она начинается с разделения двух цепей, каждая из которых становится матрицей, синтезирующей нуклеотидную последовательность новых цепей.

Последовательность репликации:

1) Специальные ферменты раскручивают молекулу ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии.

2) Затем, свободные нуклеотиды комплементарно достраивают каждую цепь ДНК c помощью фермента-ДНК-полимеразы. На присоединение нуклеотидов затрачивается энергия АТФ.

3) После репликации дочерние спирали закручиваются обратно уже без затрат энергии и каких-либо ферментов. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований.

Биосинтез белка

Признаки организма определяются белками. В каждой клетке синтезируется несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются.

Свойства белков определяются последовательностью и количеством аминокислот в первичной структуре белка.

Способность синтезировать строго определенные белки закреплена наследственно, информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.

Ген – это участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной последовательности аминокислот в белковой молекуле.

Гены располагаются в молекуле ДНК в линейном порядке в определенных участках хромосомы - локусах.

Таким образом, последовательность нуклеотидов в ДНК кодирует последовательность аминокислот в белке. Все многообразие белков образовано из 20 различных аминокислот, а нуклеотидов в составе ДНК — 4 вида. Если предположить, что один нуклеотид кодирует одну аминокислоту, то четырьмя нуклеотидами можно закодировать четыре аминокислоты (4¹ =4), если два нуклеотидабудут кодировать одну аминокислоту, то количество кодируемых аминокислот возрастает до 16 (4² =16). Но этого недостаточно для кодирования всех 20 аминокислот. Значит, код ДНК должен быть триплетным. В этом случае можно будет закодировать 64 аминокислоты (4³ =64). Было доказано, что именно три нуклеотида кодируют одну аминокислоту.

А так как аминокислот всего 20, то некоторые аминокислоты могут кодироваться несколькими триплетами.

Генетический код – это система записи информации о последовательности аминокислот в молекуле белка с помощью последовательности нуклеотидов.

Свойства генетического кода

1. Триплетность - каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов.

2. Однозначность - кодовый триплет (кодон) соответствует только одной аминокислоте.

3. Универсальность - у всех организмов на Земле генетический код одинаков (одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов).

4. Вырожденность (избыточность)- некоторые аминокислоты имеют по несколько кодов. Это своеобразная «страховка» от нежелательных мутаций.

Из 64 кодовых триплетов 61 триплет кодирует аминокислоты, а три кодона не шифруют аминокислоты (УАА, УГА, УАГ), а играют роль «запятой» между генами.

Первый нуклеотид в триплете — один из четырех левого вертикального ряда, второй — один из верхнего горизонтального ряда, третий — из правого вертикального.

Самым важным процессом пластического обмена в клетках животных является биосинтез белка. Это объясняется огромным значением белков в жизнедеятельности всех организмов.

В биосинтезе белка участвуют:

Ø участки ДНК (в них зашифрована инфор­мация о последовательности аминокислот).

Ø молекулы информационной РНК (и-РНК или м-РНК) - они копируютинформацию о синтезе одной или нескольких молекул белка и доставляют ее к месту синтеза;

Ø транспортные РНК (т-РНК) - переносят к месту синтеза белка соответствующие аминокислоты;

Ø рибосомы - защищают и-РНК и синтезируемый белок от разрушающего действия клеточных ферментов, расшифровывают генетическуюинформацию, синтезируютбелковую молекулу.

Ø различные ферменты – ускоряют реакции;

Ø АТФ - источник энергии для синтеза

Этапы биосинтеза белка

1-ый этап – транскрипция ( происходит в ядре на участке ДНК).

С участка ДНК, соответствующем какому-либо гену, по принципу комплементарности «переписывается» информация о последовательности аминокислот в молекуле белка на молекулу и-РНК. Затем молекула и-РНК через ядерные поры поступает в цитоплазму и направляется к рибосомам.

2-ой этап: трансляция ( происходитв функциональном центре рибосом).

Информационная РНК помещается между двумя субъе­диницами рибосомы. Трансляция начинается со стартового кодона(триплета) – первого триплета молекулы и-РНК. Аминокислоты доставляются к месту синтеза белка с помощью транспортных РНК. Т-РНК состоит из 70-90 нуклеотидов, благодаря определенному расположению комплементарных нуклеотидов цепочка т-РНК образует структуру, напоминающую по форме лист клевера.

На вершине каждого центрального "листа" имеется последовательность нуклеотидов (триплет), комплементарных нуклеотидам кодона и-РНК - антикодон. С противоположной стороны имеется конец, к которому присоединяется аминокис­лота.

Количество разнообразных т-РНК в клетке соответствует количеству кодонов, шифрующих аминокислоты. С помощью специального фермента антикодон присоединяется к определенному триплету и-РНК. В рибосоме имеется два участка: на одном - т-РНК получает "команду" от и-РНК и «узнает» кодон (участок получения команды), на другом происходит выпол­нение приказа - аминокислота отры­вается от т-РНК. Эти два участка образуют функциональный центр рибосомы.

3-ий этап: - синтез белковой молекулы (происходитв функциональном центре рибосомы).

Оторвавшаяся от т-РНК аминокислота присоединяется к уже образовавшейся цепочке аминокислот. Первая т-РНК, освобо­дившись от аминокислоты, покидает рибосому. Рибосома перескаки­вает на другой триплет, она перемещается по и-РНК с триплета на трип­лет по мере присоединения аминокислот к полипептидной цепи, но не плавно, а прерывисто, "шагами". Операция трансляции занимает не более 0,5 секунд. К следующему кодону присоединяется соответствующая ему т-РНК с аминокислотой, и процесс повторяется. Когда последний кодон и-РНК пройдетчерез функциональный центр рибосом, синтез белка прекращается, и образовавшаяся белковая молекула покидает рибосому.

Очень часто молекула и-РНК проходит не через одну, а сразу через несколько рибосом.

Комплекс, состоящий из одной нити и-РНК и нескольких рибосомназывается полисомой.

В полисомах одновремен­но синтезируются несколько полипептидных цепей, поэтому они «работают» эффективнее.

Биосинтез белка требует больших энергетических затрат АТФ, на присоединение аминокислоты к т-РНК с расходуется энергия одноймолекулы АТФ.Кроме того, на движение рибосомы по и-РНК затрачивается энергия нескольких молекул АТФ.

Каждый этап биосинтеза катализируется соответствующими ферментами. Синтезированные белки поступают в каналы эндоплазматической сети, по которым транспортируются к определенным участкам клетки. Наиболее интенсивно синтез белка идет в молодых клетках или секреторных клетках.

ДУБЛЬ 2 ПОВТОРЕНИЕ_МАТЬ УЧЕНИЧЯ….