Генетичний код. �Біосинтез білка
Генетичний код - певна відповідність між послідовністю нуклеотидів в молекулі ДНК (іРНК) і послідовністю амінокислот в молекулі білка, яка нею кодується
Нуклеотиди ДНК:
аденін (А)
тимін (Т)
гуанін (Г)
цитозин (Ц)
Нуклеотиди РНК:
урацил (У)
аденін (А)
цитозин (Ц)
гуанін (Г)
Білок інсулін
ланцюг В
30 амінокислот
ланцюг А
21 амінокислота
Для синтезу білків у природі використовуються
20 різних амінокислот.
Кожен білок є ланцюжком амінокислот у чітко визначеній послідовності –
ця послідовність називається первинною структурою білка
Транскрипція - синтез РНК на матриці ДНК
Трансляція - реалізація генетичного коду у вигляді амінокислотної послідовності -
синтез поліпептідного ланцюжка
на матриці іРНК
кодони
Таблиця генетичного коду
Реалізація генетичного коду в живих клітинах
здійснюється завдяки матричним процесам:
Властивості генетичного коду:
триплетність - три послідовно розміщені нуклеотиди кодують одну з 20 амінокислот, які разом утворюють триплет (кодон);
специфічність - кожний кодон може кодувати лише одну амінокислоту;
виродженість - одна і та ж амінокислота може кодуватися декількома кодонами;
безперервність - кодони не розділяються між собою, інформація зчитується безперервно;
дискретність - один і той самий нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів;
колінеарність - послідовність кодонів нуклеотидів точно відповідає послідовності амінокислотних залишків у поліпептиді;
наявність термінальних кодонів — беззмістовних (стоп-кодонів), які не здатні кодувати амінокислоти і переривають синтез поліпептиду;
універсальність — єдиний генетичний код є однаковим для різних організмів
Транскрипція — процес синтезу РНК �з використанням ДНК як матриці, �що відбувається у всіх живих клітинах,- перенесення генетичної інформації �з ДНК на РНК
антизмістовний
(матричний) ланцюг
змістовний ланцюг
ДНК
РНК
У процесі транскрипції відбувається
синтез усіх видів РНК: інформаційної,
транспортної та рибосомальної.
Реакція прискорюється ферментом РНК-полімеразою, а тому протікає дуже швидко та з високою точністю
Стадії транскрипції:
зв’язування РНК-полімерази з промотором
сайт ініціації
матричний ланцюг
змістовний ланцюг
Промотор — регуляторна ділянка ДНК, розташована
перед відкритою рамкою зчитування гену
РНК-полімераза
промотор
РНК-полімераза - фермент, що здійснює синтез молекул РНК
ініціація – розплітання ДНК і початок синтезу нитки РНК
Стадії транскрипції:
елонгація – нарощування ланцюга шляхом приєднання комплементарних нуклеотидів
розкручування ДНК
незріла іРНК
напрямок транскрипції
спіралізація ланцюга
незріла іРНК
нуклеотиди
Г Ц
Ц Г
Т А
А У
Стадії транскрипції:
сайт термінації
незріла про-іРНК
РНК-полімераза
Процес синтезу іРНК зупиняється на певних кодонах ДНК: АЦТ, ATT, АТЦ, які отримали назву стоп-кодонів і які не кодують амінокислот
термінація – стадія завершення зчитування генетичної інформації
Процесинг
кепування і зміна 3'-кінця
Неінформативні ділянки незрілої пре-іРНК – інтрони -вирізаються , а інформативні – екзони - ферментною системою «зшиваються» в одну коротку нитку - зрілу іРНК
Кеп - структура на 5'-кінці іРНК, що складається з модифікованих нуклеотидів, сприяє ефективному
процесингу пре-іРНК, її експорту з ядра, трансляції
та захисту від швидкої деградації
сплайсинг
екзон інтрон екзон
білки
Вирізання інтронів
Зшивання екзонів
екзон екзон
Трансляція
Трансляція — синтез білків з амінокислот у рибосомі на матриці
інформаційної РНК
іРНК
рибосома
поліпептид
іРНК
рибосома
амінокислота
тРНК
Трансляція
Активація амінокислот – сукупність процесів, які відбуваються в цитоплазмі й забезпечують поєднання амінокислот з тРНК і АТФ
1. Поєднання вільних амінокислот з АТФ під контролем ферментів-синтетаз
2. Приєднання активованої амінокислоти до своєї специфічної тРНК
аміноацил-тРНК-синтетаза
амінокислота
тРНК
АДФ
Транспортна РНК переносить амінокислоти �у цитоплазмі до місця синтезу білка - рибосом
антикодон
акцепторна
ділянка ЦЦА
кодон іРНК
амінокислота
Транспортна РНК має довжину 73-93 нуклеотиди, розміри біля 5 нм, структуру «листка конюшини»
Трансляція
Трансляція
Ініціація – початок трансляції
1. Розпізнавання стартового кодона АУГ, з якого розпочинається трансляція, зв'язування тРНК метіоніном (Мет*), збирання рибосоми з великої і малої субодиниць
велика субодиниця рибосоми
мала субодиниця рибосоми
А У Г
А
У
Ц
тРНК
мет
антикодон
іРНК
мет
лей
А У Г
А
У
Ц
У У А
А
А
У
старт-кодон
другий
кодон
іРНК
Трансляція
утворення пептидного зв’язку
між двома амінокислотами
мет
А У Г
А
У
Ц
іРНК
Г
Г
У
Ділянка рибосоми у розмірі двох триплетів, де відбуваються процеси впізнавання тРНК кодонів іРНК та їх звільнення від амінокислот, утворює функціональний центр рибосоми
лей
У У А
А
А
У
Елонгація – подовження поліпептидного ланцюга з додаванням нових амінокислотних
залишків
Трансляція
Ділянка рибосоми у розмірі двох триплетів, де відбуваються процеси впізнавання тРНК кодонів іРНК та їх звільнення від амінокислот, утворює функціональний центр рибосоми
пептидний зв’язок
мет
лей
А У Г
А
У
Ц
У У А
А
А
У
іРНК
Г
Г
У
Елонгація – подовження поліпептидного ланцюга з додаванням нових амінокислотних
залишків
Ц
Ц
А
глі
Трансляція
мет
лей
А У Г
А
У
Ц
У У А
А
А
У
іРНК
Г
Г
У
Елонгація – подовження поліпептидного ланцюга з додаванням нових амінокислотних
залишків
Ц
Ц
А
глі
У У У
А
А
А
Коли нова амінокислота, принесена тРНК, приєднується до кінця поліпептидного ланцюжка, то рибосома просувається на один триплет уздовж матриці, і молекула тРНК звільняється
Трансляція
мет
лей
А У Г
Ц
Ц
А
У У А
А
А
А
іРНК
Г
Г
У
У
А
Ц
глі
У У У
У
А
Г
Рибосома продовжує рухатись вздовж іРНК, і нові амінокислоти додаються
до поліпептиду. Попередня амінокислота приєднується до наступної за 0,2 с.
Елонгація
мет
фен
Трансляція
А Г А
Ц
У
У
іРНК
А
стоп-кодон
мет
лей
глі
мет
фен
глі
лей
фен
глі
лей
мет
арг
Г
У
Рибосома розпізнає стоп-кодон
Термінація – завершення синтезу білкової молекули, про що сигналізує термінуючий кодон іРНК (УАА, УАГ, УГА) і
звільнення білка
з рибосоми
Трансляція
мет
лей
Ц
У
У
іРНК
глі
Синтезована молекула від'єднується, рибосома дисоціює на малу і велику субодиниці
Термінація – завершення синтезу білкової молекули, про що сигналізує термінуючий кодон іРНК (УАА, УАГ, УГА) і
звільнення білка
з рибосоми
мет
фен
глі
лей
фен
глі
лей
мет
арг
Посттрансляційна модифікація
Посттрансляційна модифікація – сукупність процесів, які забезпечують хімічну видозміну молекул білка після їх трансляції
Посттрансляційна модифікація розширює функціональний склад білка за рахунок утворення вторинної, третинної і четвертинної структур білкових молекул. До синтезованих молекул білків можуть приєднуватись різні групи, цукри, ліпіди.
Розв’яжемо задачу
Визначимо склад амінокислотної послідовності білка, якщо ланцюг ДНК, що його кодує, наступний:
ТАА-ТЦА-ТАЦ-ЦАЦ-ААТ-ААГ-ГГТ-АТТ
Будуємо іРНК:
АУУ-АГУ-АУГ- ГУГ- УУА-УУЦ-ЦЦА-УАА
Шукаємо старт-кодон.
АУУ-АГУ-АУГ- ГУГ- УУА-УУЦ-ЦЦА-УАА
За таблицею генетичного коду визначаємо відповідні амінокислоти:
мет – вал – лей – фен – про - стоп
Підведемо підсумки!
Чи залишились запитання?
Відеоурок можна переглянути за посиланням: