Воскресенье, 04 Декабрь 2016, 00:47

Биология в лицее

 Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ                 

                               Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation 




Вы вошли как Гость | Группа "Гости"Приветствую Вас Гость | RSS | Главная | Транскрипция и трансляция | Мой профиль | Регистрация | Выход | Вход


Транскрипция и трансляция

Ген (греч. génesis — происхождение) — это элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы ДНК (у некоторых вирусов РНК).

Существование дискретных наследственных факторов предположил Грегор Мендель в 1865 году, а в 1909 году В. Иогансен назвал их генами. 

Ген — участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одной полипептидной цепочки или молекулы рРНК и тРНК. Таким образом, ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма.

Матричная и кодирующая цепи ДНК

Две цепи ДНК в области гена принципиально различаются по своей функциональной роли: одна из них является кодирующей, или смысловой, вторая, комплементарная кодирующей цепи, — матричной.

Это значит, что в процессе «считывания» гена (транскрипции, или синтеза мРНК) в качестве матрицы выступает только одна — матричная — цепь ДНК. Продукт же этого процесса — мРНК — по последовательности нуклеотидов совпадает с кодирующей цепью ДНК (с заменой тиминовых оснований на урациловые).

Таким образом, получается что с помощью матричной цепи ДНК при транскрипции воспроизводится в структуре РНК генетическая информация кодирующей цепи ДНК.

Информация на кодирующей цепи записана в направлении от 5'-конца к 3'-концу. И этот же конец принято считать 5'-концом всего гена (хотя у его матричной цепи здесь находится 3'-конец).

Всего на длинной молекуле ДНК находится несколько тысяч генов. И, как правило, для всех этих генов кодирующей является одна и та же цепь ДНК. Но иногда бывает иначе: для одних генов в качестве смысловой выступает одна цепь ДНК, а для других генов — противоположная цепь. Такие гены, очевидно, читаются в разных направлениях. Подобная ситуация обнаружена, в частности, некоторых генов у дрозофилы.

Значение биосинтеза белка в процессах жизнедеятельности

Каждая живая клетка создаёт вещества, образующие её организм. Этот процесс называют биосинтезом. Реакции, обеспечивающие этот процесс, ферментативные, связаны с потреблением энергии и функцией внутриклеточных структур. Например, синтез углеводов в растительной клетке связан с энергией света и хлоропластами, а биосинтез белка — с энергией химических связей АТФ и рибосомами.

В биосинтезе молекул белка участвуют 20 видов аминокислот, разные виды РНК и многочисленные рибосомы, расположенные на мембранах ЭПС.

Биосинтез протекает в течение всей жизни клетки, но для каждого вида ткани характерны специфические белки. В костной ткани это оссеин, в мышечной — актин и миозин, в крови фибриноген, антитела и др. Каждый белок имеет свой состав аминокислот и последовательность их соединения, что определяет функции и свойства белковой молекулы.

Для продолжения изучения темы Вам необходимо вспомнить особенности строения молекулы ДНК.

ДНК служит матрицей для синтеза иРНК, которая переносит наследственную информацию из ядра к рибосоме, месту синтеза полипептидной цепи.

Возникшая цепочка иРНК через некоторое время отделяется от ДНК, направляется через ядерные поры в каналы ЭПС и доставляется на рибосомы. Синтез иРНК происходит на одной из нитей ДНК, точка начала синтеза — промотор, точка окончания — терминатор.

Процесс синтеза иРНК называют транскрипция. иРНК — это продукт, содержащий копии гена или группы генов.

Транскрипция

Структура любой белковой молекулы закодирована в ядерной ДНК, которая непосредственного участия в её синтезе не принимает. Она служит лишь матрицей для синтеза информационной РНК (иРНК), которая является переносчиком наследственной информации из ядра к рибосоме, месту синтеза полипептидной нити белка.

Процесс биосинтеза белка включает в себя ряд последовательно протекающих событий.

При биосинтезе часть молекулы ДНК расщепляется на две цепочки, на одной из которых синтезируется иРНК. Она представляет собой негативную фотографию последовательности нуклеотидов ДНК. Этот процесс считывания информации обеспечивается работой фермента — полимераза, которая, двигаясь по расплетённому участку ДНК, подбирает с учётом комплементарности нуклеотиды и соединяет их. Эта иРНК содержит полную информацию о порядке расположения аминокислот в белке.

Роль тРНК в биосинтезе белка. Трансляция

К месту сборки белка поступают аминокислоты. Сюда их доставляют тРНК. Эти молекулы имеют форму клеверного листа, на вершине которого находятся три нуклеотида — триплет, или антикодон, кодирующий определённую аминокислоту.

Каждая тРНК может соединиться лишь с одной молекулой аминокислоты и доставить её к рибосоме. Например: антикодон в тРНК АЦГ комплементарен триплету УГЦ в иРНК. Эти два триплета кодируют аминокислоту серин. В ДНК серину будет соответствовать триплет АЦГ. Сравнение триплетов ДНК и тРНК показывает, что они одинаковы.

Активацию определённой аминокислоты осуществляет свой особый фермент. Механизм активации заключается в том, что фермент одновременно взаимодействует с аминокислотой и с АТФ, которая при этом теряет пирофосфат. Образуется тройной комплекс из фермента, аминокислоты и тРНК, способный сразу образовывать пептидную связь. Без такого взаимодействия свободная аминокислота не может образовывать пептидную связь.

Трансляция (от лат. translatio — «передача») — процесс синтеза полипептидных цепей на матрице информационной РНК в рибосомах.

На иРНК нанизывается рибосома, и начинается синтез белка. В двух активных центрах рибосомы — А - аминокислотном и Р - пептидном — помещается всего шесть нуклеотидов иРНК (два триплета). К центру А из цитоплазмы всё время подходят разные тРНК с аминокислотами. Здесь происходит узнавание аминокислот. Если антикодон тРНК и кодон иРНК оказываются комплементарными друг другу, то тРНК вместе с аминокислотой переплывает с помощью ферментов в центр Р, в котором происходит освобождение тРНК от аминокислоты. Между последней аминокислотой, уже синтезированной части белка, и вновь доставленной аминокислотой возникает пептидная связь.

Молекула тРНК отдаёт аминокислоту и вновь перемещается в цитоплазму, где снова присоединяет такую же аминокислоту, а рибосома перемещается на один триплет влево. Постепенно за счёт присоединения аминокислот нить белка удлиняется.

Если антикодон тРНК и кодон иРНК не комплементарны, то тРНК с аминокислотой уходят к другим иРНК и рибосомам.

Пептидная цепочка удлиняется до тех пор, пока не закончится трансляция и рибосома не соскочит с иРНК. Полипептидная цепочка погружается в канал ЭПС и там приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуры.

Скорость сборки одной молекулы белка, состоящего из 200 — 300 аминокислот, составляет 1 — 2 минуты.

В процессе биосинтеза белка реализуются функции многих веществ и органоидов клетки и используется энергия АТФ.

Регуляция биосинтеза белка

Работа генов в любом организме — прокариотическом или эукариотическом — контролируется и координируется.

Различные гены обладают неодинаковой временной активностью. Одни из них характеризуются постоянной активностью. Это гены, которые отвечают за синтез белков, необходимых или организму на протяжении всей жизни, например ферменты.

Большинство генов обладает непостоянной активностью, они синтезируются, когда это необходимо клетке.

Различают структурные и регуляторные белки клетки. Структурные выполняют ферментативную, транспортную и структурную функции, а регуляторные управляют синтезом структурных генов.

Регуляция синтеза белка осуществляется на всех его этапах. Регуляция происходит на генетическом уровне. Есть сложный механизм «включения» и «выключения» генов на разных этапах жизни клетки на уровне оперона.

Оперон — совокупность генов, которые расположены рядом на ДНК, контролируют один процесс и регулируются одними и теми же элементами.

Оперон является функциональной единицей транскрипции у прокариот.

В состав оперона прокариот входят структурные гены и регуляторные элементы. Структурные гены кодируют белки, осуществляющие последовательно этапы биосинтеза какого-либо вещества. Их может быть один или несколько, в ходе транскрипции они работают как единый ген. На них синтезируется единая молекула иРНК.

Регуляторные элементы

Промотор — это место начала транскрипции. Оно представлено нуклеотидами ДНК, с которыми связывается белок-фермент РНК-полимераза. Промотор определяет, какая из двух цепей будет служить матрицей для и-РНК.

Оператор — участок связывания регуляторного белка с ДНК. Этот белок репрессор, т.е. подавитель или белок-активатор процесса транскрипции. Оператор — это начало считывания генетической информации. На работу этих белков влияют вещества субстраты, которые могут взаимодействовать с белком-репрессором, освобождая проход для полимеразы, обеспечивая этим синтез и-РНК. Пока репрессор находится на операторе, полимераза не может сдвинуться с места и начать синтез.

Терминатор — участок в конце оперона, сигнализирующий о прекращении транскрипции.

Регуляция генной активности у эукариот сложнее, чем у бактерий.

В отличие от прокариот, образующиеся в ядре иРНК подвергаются ряду изменений. Сначала синтезируется длинная иРНК, а затем ферменты вырезают из неё участки, не несущие информацию о строении белка.

У эукариот, наряду с регуляторными процессами, влияющими на функции отдельной клетки, существуют системы регуляции целого организма. Гормоны образуются в клетках желёз внутренней секреции и с кровью разносятся по всему телу; регулируют процессы синтеза иРНК и белков только в клетках-мишенях. Гормоны связываются с белками-рецепторами клеточных мембран и включают системы изменения структуры клеточных белков, которые влияют на синтез белков на рибосомах и на транскрипцию определённых генов. Так, адреналин включает синтез ферментов, расщепляющих гликоген мышц до глюкозы, а инсулин способствует синтезу гликогена из глюкозы в печени.

Особенность эукариотических генов — прерывистость. Это означает, что область гена, кодирующего белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов экзонов и интронов. Экзон — это участок ДНК, несущий информацию о структуре белка, Интрон — некодирующая область гена. Во время траскрипции сначала образуется иРНК, несущая информацию об экзонах и интронах, а затем происходит вырезание интронов и сшивание оставшихся экзонов ферментами. Этот процесс называется сплайсинг. В итоге образуется иРНК, которая служит матрицей для трансляции.

Ген эукариот похож на оперон прокариот, хотя и отличается более протяжённой регуляторной зоной и тем, что он кодирует один белок, а не несколько, как оперон у бактерий. Познание регуляторных механизмов транскрипции и трансляции необходимо для управления процессами реализации генетической информации.

< Предыдущая страница "Генетический код"

Следующая страница "Прокариотическая клетка" >

Меню сайта

Календарь

«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Статистика


Онлайн всего: 4
Гостей: 4
Пользователей: 0

Наш опрос

Как часто вы посещаете сайт "Биология в лицее"?
Всего ответов: 7918

Мини-чат



Поиск




Курсы валют на Банкир.Ру