Вопросы для самоконтроля к главе 3
«Нуклеиновые кислоты»
Охарактеризовать составные компоненты нуклеиновых кислот.
Назовите виды нуклеиновых кислот.
Каковы биологические функции ДНК?
Как связаны нуклеотиды между собой в молекуле нуклеиновых кислот?
Что такое ген?
Глава 4 Биосинтез белка
Биосинтез белка – один из наиболее важных биохимических процессов в жизнедеятельности организма. Суть его заключается в передаче генетической информации от ДНК на индивидуальный белок. Этот процесс условно можно разделить на три последовательных этапа:
I – cинтез м РНК (транскрипция);
II – транспорт аминокислот к рибосомам;
III – собственно синтез белка (трансляция).
Биохимическая функция ДНК, как уже отмечалось, заключается в хранении генетической информации посредством определенной последовательности входящих в нее мононуклеотидов. Непосредственное отношение к синтезу белка имеют различные виды РНК – матричная или информационная (мРНК), транспортная (тРНК) и рибосомальная (рРНК).
На этапе транкрипции биспираль ДНК на определенном участке раскручивается и на одной из ее цепей по принципу комплиментарности синтезируется мРНК. Эта РНК является переносчиком генетической информации от ДНК и служит основой (матрицей), на которой будет строиться белок. В молекуле мРНК выделяют триплеты (три последовательно соединенных мононуклеотида) – кодоны, каждый из которых кодирует определенную аминокислоту.
Второй этап начинается с активирования аминокислот.
Аминокислота Аминоацил - тРНК
При участии АТФ аминокислота присоединяется к соответствующей тРНК и в таком комплексе (в виде сложного эфира с соответствующей тРНК) переносится к рибосомам - особым органоидам клетки, где и синтезируется белок. тРНК имеет характерную вторичную структуру клеверного листа (Рис.15). Аминоацильный остаток присоединяется к акцепторному участку тРНК, напротив которого находится триплет нуклеотидов – антикодон.
Рис. 14. Структура тРНК
Рибосомы состоят из рРНК (65%) и из специфических белков (35%), они имеют две субъединицы, при соединении которых рибосома является активной и обеспечивает синтез белка. Между субъединицами встраивается мРНК, причем на одной цепи мРНК могут находиться несколько рибосом, образуются полисомы (Рис.15), что намного ускоряет синтез белка.
Рис.15. Схематическое изображение организации бактериальной полисомы и движения рибосом вдоль мРНК
На участке мРНК, где соединяются две субъединицы рибосомы укладывается два кодона мРНК, к которым комплиментарными антикодонами последовательно присоединяются две молекулы тРНК. Аминокислота, соединенная с первой тРНК переносится к аминокислоте второй тРНК, между аминокислотами образуется пептидная связь. Далее первая из двух тРНК отщепляется от мРНК, рибосома передвигается на один триплет (кодон) вдоль мРНК. К новому кодону присоединяется соответствующая тРНК с аминокислотой, которая взаимодействует с уже образовавшимся дипептидом (рис. 16).
Рис.16. Схема биосинтеза белка
В процессе синтеза цепь белка подвергается определенной упаковке, соответствующей структуре данного белка: образуются вторичная и третичная структуры.
Таким образом, генетическая информация, закодированная на молекуле ДНК в виде последовательности мононуклеотидов, передается через мРНК и тРНК аминокислотам и таким образом преобразуется в последовательность аминокислотных остатков в белке (табл. 4).
Таблица 4
Соответствие триплетов ДНК и РНК аминокислотам
|
Аминокислота |
тРНК (антикодон) |
мРНК (кодон) |
ДНК |
|
Лейцин |
ГАА |
ЦУУ |
ГАА |
|
Аргинин |
ГЦУ |
ЦГА |
ГЦТ |
|
Лизин |
УУУ |
ААА |
ТТТ |
В ДНК имеются участки, которые отвечают за синтез или распад какого-либо вещества – опероны. В составе оперона выделяют регуляторный участок и группу структурных генов. В регуляторном участке различают ген-оператор, который контролирует работу структурных генов, обеспечивающих синтез нескольких мРНК. Последние отвечают за синтез белков-ферментов, ускоряющих превращения веществ.
Живые клетки имеют точно запрограммированные механизмы, регулирующие синтез их белков таким образом, что в каждой клетке присутствует именно то количество молекул каждого белка, которое позволяет ей функционировать с максимальной эффективностью.