Файл: Реферат на тему генетический код и синтез белка работу студентка гр. Бт191б Семёнова Ксения Геннадьевна.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИЯ

.
РЕФЕРАТ

на тему

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД И СИНТЕЗ БЕЛКА

Работу выполнила:

студентка гр. БТ-19-1б

Семёнова Ксения Геннадьевна

Научный руководитель:

Ходяшев Николай Борисович

Пермь 2020г.

Оглавление

Введение 3

1. иРНК и генетический код 4

1.1. Открытие мРНК 4

1.2. Расшифровка кода 4

1.3. Транскрипция 5

2. тРНК и Аминоацил-тРНК-синтетазы 6

3. Рибосомы и трансляция 7

3.1. Локализация рибосом в клетке 7

3.2. Прокариотический и эукариотический типы рибосом 7

3.3. Считывание мРНК рибосомами 8

3.4. Стадии трансляции 8

3.5. Бесклеточные системы трансляции 8

4. Химические реакции и общий энергетический баланс биосинтеза белка 9

Заключение 10

Литература 11

Введение

Биосинтез белка – одна из важнейших реакций пластического обмена. Клетки всех живых организмов могут синтезировать белок. В клетке содержится несколько тысяч различных белков. В каждом виде клеток есть специфические белки, характерные только им. Способность их синтезировать, присуща каждому организму, передается по наследству и сохраняется на протяжении всей жизни. Что такое биосинтез белка? Биосинтез белка – процесс синтеза белковой макромолекулы, состоящий из нескольких стадий, и дальнейшего формирования белка, происходящий в живых организмах. Очевидно, что для данного процесса нужны большие затраты энергии. Какова роль синтеза белка? Он обеспечивает клетки живых организмов «строительным материалом», биологическими катализаторами (ферментами), регуляторами и «средствами защиты организма». Ведь значение белков трудно переоценить. Рассмотрим процесс биосинтеза белков подробнее.

---

1. иРНК и генетический код

   1. 
      Открытие мРНК
      

В 40-е – 50-е гг. 20 века после открытия и окончательного признания генетической роли ДНК стало понятно, что данная нуклеиновая кислота не является непосредственной матрицей для синтеза полипептидных цепей белков. В то же время исследования в области изучения РНК наталкивали на мысль о том, что именно она принимает участие в синтезе белка. Отсюда было сделано заключение о существовании в клетках особой небольшой фракции РНК, состав которой повторяет состав ДНК и которая могла бы служить посредником между генами и белоксинтезирующими частицами. Через несколько лет эта фракция была вычленена из общей массы РНК, и ее функция продемонстрирована в экспериментах С. Бреннера, Ф. Жакоба и М. Меселсона. Название РНК-посредник или информационная РНК было принято во всех последующих исследованиях. [6]

2. 
   Расшифровка кода
   

В природе имеется 20 аминокислот, из которых состоят белки. В то же время нуклеиновые кислоты имеют в своем составе 4 вида нуклеотидных остатка, их азотистыми основаниями являются: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), урацил (U) (в РНК) или тимин (Т) (в ДНК). [5] Поскольку один или же два нуклеотида не могут закодировать одну аминокислоту, то приходят к выводу, что минимальное количество остатков в нуклеотидной комбинации должно равняться трем. Другими словами, аминокислоты кодируются нуклеотидными триплетами. Общее количество возможных триплетов составляет 64, что с избытком хватает для кодирования 20 аминокислот. Выделяют ряд особенностей генетического кода:

- в коде отсутствуют знаки препинания, т. е. сигналы, которые показывают конец одного кодона и начало следующего.

- 3 из 64 возможных нуклеотидных триплетов (UAG, UAA, UGA) не кодируют ни одну из известных аминокислот. Это нонсенс-кодоны, которые сигнализируют об окончании синтеза полипептидной цепи.

- широко распространено мнение о том, что генетический код универсален, однако этому противоречат некоторые факты. Сравнительно недавно было обнаружено, что в процессе синтеза белка митохондриями в присутствии рибосом, тРНК и мРНК ряд аминокислотных кодонов используется не в соответствии с их значением по стандартному кодовому «словарю» (рис. 1). [3]



Рис. 1. Кодовый «словарь».

- наиболее удивительное свойство – это вырожденность (аминокислоте может соответствовать больше чем один кодон). Так, например, лейцину и серину соответствует по шесть кодонов.

---

- генетический код не перекрывается. Один нуклеотид не может входить в состав нескольких кодонов в цепи мРНК.[4]

3. 
   Транскрипция
   

Транскрипция – процесс синтеза мРНК. Он начинается с обнаружения РНК-полимеразой особого участка в молекуле ДНК, который указывает место начала транскрипции – промотора. Далее РНК-полимераза раскручивает прилежащий виток спирали ДНК. На том месте, где цепи ДНК расходятся, на одной из них фермент осуществляет синтез мРНК. При этом соблюдается принцип комплементарности (A-U, G-C, C-G, T-A). РНК-полимераза способна собирать полинуклеотид лишь от 5´-конца к 3´-концу, поэтому матрицей служит только одна из цепей ДНК (она обращена к ферменту своим 3´-концом). Такую цепь называют кодогенной. Таким образом, двигаясь по ней, РНК-полимераза проводит точное переписывание информации до тех пор, пока она не встречает специфическую нуклеотидную последовательность – терминатор транскрипции. Здесь РНК-полимераза отделяется от матрицы ДНК и вновь синтезированной мРНК. Образуется транскриптон – фрагмент молекулы ДНК, который включает промотор, транскрибируемую последовательность и терминатор. [1]

2. тРНК и Аминоацил-тРНК-синтетазы

Молекулы тРНК представляют собой полинуклеотидные цепи, синтезируемые на определенных последовательностях ДНК. Состоят из небольшого количества нуклеотидов (75-95) и имеют структуру, напоминающую по форме лист клевера. В них можно выделить четыре главные части, которые выполняют различные функции. Акцепторный «стебель» образуется двумя комплементарно соединенными концевыми частями тРНК. Состоит из семи пар оснований. 3´-конец его несколько длиннее, именно к нему присоединяется транспортируемая аминокислота. Другие три ветви – это комплементарно спаренные последовательности нуклеотидов, которые заканчиваются неспаренными участками, образующими петли. Средняя из них – антикодоновая – состоит из пяти пар нуклеотидов и содержит в центре своей петли антикодон (три нуклеотида, комплементарные кодону мРНК, который шифрует аминокислоту, транспортируемую данной тРНК к месту синтеза белка). Остальные две боковые ветви содержат модифицированные основания – дигидроуридин (D-петля) и триплет TᴪC (ᴪ - псевдоуриаин).

Большое структурное разнообразие тРНК объясняется тем, что в ее составе находятся необычные основания, возникающие вследствие химической модификации уже после включения нормального основания в полинуклеотидную цепь. Также существует несколько видов тРНК, способных присоединяться с одним и тем же кодоном. В результате в цитоплазме клеток встречается не 61, а около 40 различных молекул тРНК.

---

Специфическое соединение тРНК со своей аминокислотой протекает в два этапа и приводит к образованию аминоацил-тРНК.

Реакция первой стадии, катализируемая аминоацил-тРНК-синтетазой, это реакция активации аминокислоты. Она взаимодействует своей карбоксильной группой с АТФ, и образуется аденилированная аминокислота.

Реакция второй стадии, катализируемая тем же ферментом, это реакция акцептирования аминокислоты. Продукт первой стадии взаимодействует с ОН-группой, находящейся на 3´-конце соответствующей тРНК, и аминокислота присоединяется к нему своей карбоксильной группой, высвобождая при этом АМФ. Этот процесс протекает с затратой энергии, получаемой при гидролизе АТФ до АМФ. [1]

3. Рибосомы и трансляция

   1. 
      Локализация рибосом в клетке
      

Клетки, ведущие белковый синтез, наполнены рибосомами. Основная их масса сосредоточена в цитоплазме. Все рибосомы цитоплазматического матрикса образуются в ядрышке эукариотической клетки. Принято считать, что здесь они не активны. [2]

2. 
   Прокариотический и эукариотический типы рибосом
   

	Прокариотический тип	Эукариотический тип
Организмы	70S рибосомы эубактерий, синезеленых водорослей и хлоропластов 70S рибосомы архебактерий (метабактерий) Митохондриальные 75S рибосомы грибов Митохондриальные 55S рибосомы («минирибосомы») млекопитающих	Цитоплазматические 80S рибосомы животных, грибов, растений
Молекулярная масса, дальтон	2,5*106	4*106
Размер	20-25 нм	25-30 нм
РНК:белок (весовое соотношение)	2:1	1:1

3. 
   Считывание мРНК рибосомами
   

В процессе синтеза белка рибосома связана с ограниченным отрезком матричного полинуклеотида (мРНК). Для того чтобы рибосома была способна считать всю кодирующую последовательность мРНК, она должны пройти последовательно матрицу

---

, от 5´-концевой части кодирующей последовательности до ее 3´-концевой части. То есть рибосома работает как лентопротяжный механизм. [6]

4. 
   Стадии трансляции
   

Инициация – комплекс событий, обеспечивающих процесс начала трансляции. Рибосома начинает читать мРНК с точки, в которой начинается ее кодирующая часть. Она удалена, иногда значительно, от начала полинуклеотидной цепи. Рибосома узнает эту точку, связывается с ней, и начинается трансляция.

Элонгация – процесс собственно трансляции кодирующей части мРНК. После первой стадии рибосома переходит к последовательному прочтению кодонов мРНК по направлению к 3´-концу. Этот процесс предполагает последовательный синтез полипептидной цепи белка, который кодируется мРНК. Он происходит на рибосоме, когда каждый следующий аминокислотный остаток добавляется к полипептидной цепи. Это соответствует прочтению одного нуклеотидного триплета.

Терминация. Синтез полипептида прекращается, когда рибосома сталкивается с терминирующим кодоном мРНК. Под действием специальных белков (факторов терминации) синтезированный полипептид освобождается из рибосомы. По окончании данного этапа трансляции рибосома может сойти с мРНК или же продолжить скользить вдоль нее, но, уже не транслируя. [4]

5. 
   Бесклеточные системы трансляции
   

Синтез белка на рибосомах может быть произведен в искусственных условиях вне клетки. Бесклеточная система может быть составлена из рибосом, матричного полинуклеотида, набора аминоацил-тРНК, а также специальных белков (факторов трансляции) и ГТФ. Важное условие – ионная среда и надлежащая концентрация ионов магния. [6]

4. Химические реакции и общий энергетический баланс биосинтеза белка

При синтезе белка происходит три последовательные химические реакции. Первые две катализируются аминоацил-тРНК-синтетазами, третья – рибосомой.



В первой реакции карбоксил аминокислоты реагируют с полифосфатной группой АТФ, при этом пирофосфатный остаток замещается на аминоацильный и образует смешанный ангидрид. Во второй реакции тРНК замещает аденилатный остаток, образуется сложноэфирная связь между карбоксильной группой аминокислотного остатка и гидроксилом рибозы. Третья реакция – замещение остатка tRNA´ (тРНК) остатком аминоацил-тРНК, образуется амидная (пептидная) связь.

---