Как осуществляется биосинтез белков в клетке, и какова роль в этом процессе рибосом, РНК, ДНК, ферментов?
Биосинтез белка включает два основных этапа: ДНК (ген) ↔ иРНК ↔ белок
Транскрипцию
- Трансляцию
Первый продукт гена – иРНК. Синтез иРНК происходит в ядре. Затем иРНК отделяется от ДНК и через поры ядерной мембраны поступает в цитоплазму, где прикрепляется к малой субъединице рибосомы. Процесс биосинтеза белка осуществляется на рибосомах, расположенных в цитоплазме и на ЭПС. Для биосинтеза белка требуются ДНК, иРНК, тРНК, рРНК, АТФ, ферменты, аминокислоты, рибосомы.
Процесс синтеза иРНК называется – транскрипцией (переписыванием). Осуществляется на одной из цепей ДНК (смысловой - кодогенной 3/----5/) на основе матричного синтеза, принципа комплементарности и антипараллельности. При участии фермента РНК – полимеразы. Этот фермент осуществляет сборку иРНК в направлении 5/----3/ концу. Вот почему транскрипция может происходить на одной из двух полинуклеотидных цепей ДНК, а именно на той, которая начинается с 3/ конца. Смысловая - кодогенная цепь ДНК является матрицей, на которой синтезируется иРНК, и сама иРНК также становится матрицей, с которой считывается информация о последовательности аминокислот в молекуле белка, поэтому биосинтез белка называют матричным. В основе матричного синтеза лежит принцип комплиментарности.
Транскрипция – это перенос наследственной информации с последовательности нуклеотидов молекулы ДНК в последовательность нуклеотидов молекулы иРНК на основе принципа комплиментарности и антипараллельности.
В результате ТРАНСКРИПЦИИ образуется иРНК – последовательность нуклеотидов, которой является точной копией матрицы ДНК. (Так, если в последовательности ДНК имеется азотистое основание - цитозин – то в иРНК - гуанин и, наоборот - в ДНК комплиментарной парой являются аденин и тимин. Однако в состав иРНК вместо тимина входит урацил комплиментарный аденину ДНК).
Неинформативная цепь ДНК АТГ - ГТТ - ААЦ
I I I I I I I I I
Матричная (смысловая кодогенная) ТАЦ - ЦАА - ТТГ кодоны ДНК
Цепь ДНК
транскрипция иРНК АУГ ГУУ ААЦ кодоны иРНК (комплиментарные
тРНК УАЦ ЦАА УУГ ДНК)
Мет - гли - лей белок - трипептид
(Транскрипция происходит не на всей молекуле ДНК (хромосоме), а лишь на одном участке, отвечающем определенному структурному гену. Транскрипция может происходить одновременно на нескольких участках молекулы ДНК, в разных молекулах, если считывается информация с других генов).
С Т Р У К Т У Р Н А Я Ч А С Т Ь Г Е Н А
3 / промотор /_ экзон _/_ интрон_ / _экзон_/_интрон_/_терминатор_/ 5/
кодогенная (матричная ДНК)
РНК полиме – 5 / /_ экзон _/_ интрон_ / _экзон_/_интрон_/_терминатор_/ 3 /
раза пре - информационная РНК (пре иРНК или про – и РНК)
В участке молекулы ДНК, соответствующему гену, перед структурной частью, располагается последовательность нуклеотидов ДНК – промотор.
Промотр – это участок ДНК, узнаваемый РНК полимеразой.
Структурная часть гена, в ней зашифрована последовательность аминокислот в молекуле белка, т.е. первичная структура белка.
Экзоны - информативные участки ДНК, несущие наследственную информацию
Интроны – неинформативные участки ДНК, не несущие наследственную информацию
Терминатор – участок ДНК с определённой последовательностью нуклеотидов, включающий один из стоп – кодонов (нонсенс - кодон) – УАА, УАГ, УГА
В результате транскрипции синтезируется пре - матричная РНК (пре - информационная РНК).
Далее происходят пострансляционные процессы (процессинг), направленные на созревание иРНК и образование зрелой стабильной и-РНК, способной выполнять роль матрицы, при биосинтезе белка (трансляции).
Процессинг – это удаление интронов (вырезание) неинформативных участков иРНК, соответствующих таковым ДНК и сплайсинг (сшивание) информативных участков РНК – экзонов. В результате образуется зрелая иРНК, не содержащая интронов.
На специальных генах синтезируются и два других типа РНК – тРНК и рРНК. Начало и конец синтеза всех типов РНК на матрице ДНК строго фиксированы специальными триплетами.
иРНК через поры ядерной мембраны поступает в цитоплазму, где прикрепляется к малой субъединице рибосомы. В рибосоме находится одновременно два кодона иРНК (или шесть нуклеотидов), остальная цепь иРНК остаётся в цитоплазме. Рибосома движется вдоль иРНК шагами, шаг равен одному триплету (кодону).
(РИБОСОМЫ- состоят из двух нуклеопротеидных субъединиц – малой и большой, состоящих из равных количеств белка и РНК, которые удерживаются вместе ионами магния).
В цитоплазме десятки тысяч рибосом, которые располагаются по одиночке и группами (полисомы). На одной иРНК может располагаться несколько рибосом (полисома) – их количество зависит от длины иРНК. На рибосомах происходит процесс сборки белка из аминокислот – трансляция.