§28 Генетичний код та його властивості. Реалізація спадкової інформації в клітині: біосинтез білкових молекул та його етапи (процеси транскрипції та трансляції).

генетичний код;

біосинтез білка;

транскрипція, трансляція

гени

прокаріоти

еукаріоти

гени

Немає інтронів і екзонів

Екзони

Інтрони

Не несуть генетичну інформацію

Несуть генетичну інформацію

ГЕН – ділянка молекули ДНК, у якій записана інформація про один поліпептидний ланцюг і, отже, молекули і-РНК

(є гени р-РНК і т-РНК).

СЛОВНИК

ЕТАПИ СИНТЕЗУ БІЛКА

ТРАНСКРИПЦІЯ

ТРАНСЛЯЦІЯ

ПОСТРАНСЛЯЦІЙНА МОДИФІКАЦІЯ

ІНІЦІАЦІЯ

ЕЛОНГАЦІЯ

ТЕРМІНАЦІЯ

Необхідні умови

Нуклеїнові кислоти

Багато ферментів

Багато енергії (АТФ)

Рибосоми

Амінокислоти

​

Іони Mg²⁺

ГЕНЕТИЧНИЙ КОД – система запису генетичної інформації в молекулі нуклеїнової кислоти про будову молекули поліпептиду, кількості, послідовності розташування й типах амінокислот.

*Генетична інформація записана тільки в одному (кодогенному, кодувальному або змістовому ) ланцюгу ДНК, другий ланцюг не несе генетичної інформації (беззмістовий, матричний)

Транскрипція  - синтез РНК на матриці ДНК

Трансляція - реалізація генетичного коду у вигляді амінокислотної послідовності - синтез поліпептидного ланцюжка на матриці іРНК

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;
• неперекривність  - один і той самий нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів;
• універсальність — єдиний генетичний код є однаковим для різних організмів

Триплетність - три послідовно розміщені нуклеотиди кодують одну з 20 амінокислот, які разом утворюють триплет (кодон);

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

Переглядайте у режимі показу сладів

Транскрипція — процес синтезу РНК  з використанням ДНК як матриці, що відбувається у всіх живих клітинах,-перенесення генетичної інформації з ДНК на РНК

Реакція прискорюється ферментом РНК-полімеразою, а тому протікає дуже швидко та з високою точністю

У процесі транскрипції відбувається синтез усіх видів РНК: інформаційної, транспортної та рибосомальної.

​

іРНК (мРНК)

тРНК

рРНК

РНК, відповідальна за перенос інформації про первинну структуру білків від ДНК до місць синтезу білків

РНК, функцією якої є транспортування амінокислот до місця синтезу білка й участь у нарощуванні поліпептидного ланцюга

Основна функція - здійснення процесу трансляції - зчитування інформації із мРНК амінокислотами.

Становить 3- 5% всієї РНК у клітині.

Становить приблизно 15% всієї клітинної РНК.

​

Становить 80% всієї РНК клітини

Транскрипція

Рух РНК-полімерази

Трансляція

Рух рибосоми

Ріст ланцюга РНК

Ріст поліпептиду

Принципи транскрипцїї

4. Асиметричність

3. Уніполярність

2. Антипаралельність

1. Комплементарність

3'

5'

3'

5'

Ріст ланцюга РНК

Промотор завжди знаходится на 3′-кінці оперона

Стадії транскрипції:

1.Зв’язування РНК-полімерази з промотором

Промотор — регуляторна ділянка ДНК, розташована

перед  відкритою рамкою зчитування гену 

2.Ініціація – розплітання ДНК і початок синтезу нитки РНК

3. Елонгація – нарощування ланцюга шляхом приєднання комплементарних нуклеотидів

Процес синтезу іРНК зупиняється на певних кодонах ДНК: АЦТ, ATT, АТЦ, які отримали назву стоп-кодонів і які не кодують амінокислот

4. Термінація – стадія завершення зчитування генетичної інформації

Дозрівання незрілої РНК (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

Трансляція

Трансляція — синтез білків з амінокислот у рибосомі на матриці інформаційної РНК (в цитоплазмі)

Транскрипція

Процесинг

Трансляція

1. Ініціація (початок)
2. Елонгація (подовження)
3. Термінація (закінчення)

Етапи трансляції

Етапи трансляції

1. Розпізнавання стартового кодона АУГ, з якого розпочинається трансляція, зв'язування тРНК метіоніном, збирання рибосоми з великої і малої субодиниць

Ініціація

2. Ділянка рибосоми у розмірі двох триплетів, де відбуваються процеси впізнавання тРНК кодонів іРНК та їх звільнення від амінокислот, утворює функціональний центр рибосоми 

Елонгація

3. Завершення синтезу білкової молекули.Рибосома розпізнає стоп-кодон (УАА, УАГ, УГА).

Термінація

1. Генетичний код  — певна відповідність між послідовністю нуклеотидів в молекулі ДНК (іРНК) і послідовністю амінокислот в молекулі білка, яка нею кодується. 
2. Перший етап біосинтезу білка - транскрипція - зчитування інформації з молекули ДНК на РНК. Процес транскрипції поділяється на такі стадії: зв’язування РНК-полімерази з промотором, ініціація, елонгація, термінація.
3. Другий етап - процесинг. Так називають «визрівання» матриці іРНК, модифікація 5 штрих і 3 штрих кінців іРНК, вирізання інтронів і зшивання екзонів – сплайсинг.
4. Третій етап - трансляція, або синтез білка за матрицею іРНК, у якому виокремлюють такі етапи: активація амінокислот, ініціація, елонгація, термінація, посттрансляційна модифікація.

​

Остання стадія процесу біосинтезу білків – посттрансляційна модифікація

Посттрансляційна модифікація білків — це хімічні зміни, які відбуваються після синтезу поліпептидного ланцюга на рибосомі. Ці зміни потрібні, щоб білок набув біологічної активності, правильної просторової структури, міг взаємодіяти з іншими молекулами або потрапити до потрібного клітинного компартменту.

СТАРТ!

тРНК

АМІНОКИСЛОТА

АНТИКОДОН

АК

Переглядайте у режимі показу сладів

ЗАДАЧА

• довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм;
• середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць;
• середня молекулярна маса однієї амінокислоти дорівнює 100 умовних одиниць;
• молекула білка в середньому складається з 200 амінокислот;
• кожну амінокислоту в білковій молекулі кодує триплет нуклеотидів і-РНК (під час трансляції);
• для визначення довжини гена (l) враховують кількість нуклеотидів, яка міститься в одному ланцюзі ДНК;
• для визначення молекулярної маси гена (Mr) враховують кількість нуклеотидів, що міститься у двох ланцюгах ДНК;
• трансляція здійснюється згідно з генетичним кодом;
• для всіх ДНК виконується правило Чаргаффа: А=Т; Г=Ц;
• А+Г = Т+Ц (вміст пуринових азотистих основ – аденіну і гуаніну – дорівнює вмісту піримідинових азотистих основ – тиміну і цитозину);
• сума всіх нуклеотидів в молекулі ДНК або РНК (А+Т+Г+Ц чи А+У+Г+Ц) становить 100%.

Під час розв’язання  задач з молекулярної генетики необхідно пам’ятати, що:

Фрагмент одного з ланцюгів ДНК має таку по­слідовність нуклеотидів:

- Т-А- Ц-А-Т-Г-Г-Т-Т-Ц-Г-Ц-А-Т-Ц.

Напишіть будову, молекули іРНК, що утворюється в процесі транскрипції на цій ділянці молекули ДНК.

​

Розв'язання. Послідовність нуклеотидів молеку­ли іРНК визначається-відповідно до принципу ком­плементарності, але при цьому враховується, що до іРНК замість тимідилового нуклеотиду входить уридиловий нуклеотид.

​

-Т-А-Ц-А-Т- Г-Г-Т -Т-Ц- Г-Ц-А-Т-Ц.

-А-У-Г-Т-А-Ц-Ц-А-А-Г- Ц-Г-У-А-Г.

Розв'язування задач на визначення будови іРНК за будовою ДНК.

ЗАДАЧА

ЗАДАЧА

На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності, показаній нижче.

​

… АГТАЦГГЦАТГТАГЦ …

1. Намалюйте схему структури дволанцюгової молекули ДНК.

2. Якою є довжина в нанометрах цього фрагмента?

3. Якою є маса дволанцюгового фрагмента?

​

РОЗВ’ЯЗАННЯ

​

1. Керуючись властивістю ДНК, здатністю до самовідтворення (реплікації), в основі якого лежить комплементарність, запишемо схему дволанцюгової ДНК:

2. Довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм. Довжина дволанцюгового фрагмента дорівнює довжині одного ланцюга. l = 15 х 0,34 = 5,1 (нм) (15 - кількість нуклеотидів в одному ланцюгу)

3. Середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць, молекулярна маса фрагмента ДНК: Мr = 345 х 30 = 10350 (а.о.м)

(30 – кількість нуклеотидів у двох ланцюгах).

… АГТАЦГГЦАТГТАГЦ …

… ТЦАТГЦЦГТАЦАТЦГ…

ЗАДАЧА

​

Фрагмент першого ланцюга ДНК має таку нуклеотидну послідовність: ТАЦАГАТГГАГТЦГЦ. Визначте послідовність мономерів білка, закодованого фрагментом другого ланцюга ДНК.

Відповідь. Послідовність мономерів білка: тирозин – аргінін – триптофан – серин – аргінін

ЗАДАЧА

​

Дано:

n (Г) = 440=22 %

Mr (нукл.) =345

Мr (ДНК)- ? L (і-РНК) -? Мr (і-РНК)- ?

​

Розв’язання:

1. Визначаємо загальну кількість нуклеотидів у ДНК:

440 – 22 %

Х - 100 % Х= 44000 : 22 = 2 000;

Отже, загальна кількість усіх нуклеотидів молекули ДНК складає 2 000.

3) Визначаємо молекулярну масу ДНК:

Мr (ДНК)= 2 000 х 345= 690 000.

4) Визначаємо молекулярну масу і-РНК:

Мr (і-РНК) = 690 000 :2 = 345 000

5)Визначаємо довжину і-РНК: L (і-РНК) = 0,34 нм х 1000 = 340 нм

Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанілових нуклеотидів, що становить 22% їх загальної кількості. Визначити масу цього фрагмента ДНК, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду становить 345 . Визначити довжину та молекулярну масу і-РНК, яка є транскрипційною копією цього фрагмента.

ЗАДАЧА

Розв`язання:

1) Визначаємо кількість амінокислот, що входить до складу молекули поліпептиду: N (АК) = 28 000 а.о.м. : 100 а.о.м. = 280

2) Ця молекула поліпептиду кодується одним з ланцюгів фрагмента ДНК (гена), який служить транскрипційною матрицею. Визначаємо, скільки нуклеотидів містить цей фрагмент, при цьому враховуємо, що одну амінокислоту кодує один триплет (три нуклеотиди). Отже, кількість нуклеотидів, що кодує цей поліпептид, складає : N (нукл.) = 280 х 3 = 840.

3) Ген – дволанцюговий фрагмент ДНК. Визначаємо молекулярну масу гена, що кодує цей поліпептидний ланцюг: Мr (гена) = 345 а.о.м. х 840 х 2 = 579 600 а.о.м.

4) Довжина гена завжди дорівнює довжині одного з ланцюгів фрагмента ДНК. Визначаємо довжину гена : L (гена) = 0,34 нм х (840 – 1) = 285,26 нм

5) Порівнюємо масу гена і масу поліпептиду: Мr (гена) : Мr (поліпептиду) = 579 600 а.о.м. : 28 000 а.о.м. = 20,7 (разів). Отже, ген у 20,7 разів важчий за білок, який він кодує.

Відповідь: молекулярна маса гена становить 579 600 а.о.м. ;його довжина – 285,26 нм; ген у 20,7 разів важчий за поліпептид, який він кодує.

Визначте молекулярну масу і довжину гена, якщо у ньому закодована молекула поліпептиду з молекулярною масою 28 000 а.о.м. Що має більшу масу і в скільки разів – білок чи ген, який його кодує? (Молекулярна маса однієї амінокислоти дорівнює 100 а.о.м., одного нуклеотида – 345 а.о.м., відстань між сусідніми нуклеотидами – 0,34 нм).

Перевір себе

Перейдіть на сайт за QR-кодом або покликанням

https://learningapps.org/display?v=p8kteq2ct25 і виконайте вправи.

28

Виконайте практичну роботу

https://cutt.ly/DrUZS2zU ,