(Назад)
(Cкачать работу) (Назад) (Cкачать работу)
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Реферат
Биосинтез белка
Оглавление
1.Введение
.Информационная РНК
.Генетический код
.Транспортные РНК и аминоацил-тРНК-синтетазы
.Рибосомы
.Трансляция
.Сворачивание и транспорт белков
.Заключение
.Список литературы
протеин белок рибосома рибонуклеиновая кислота
1. Введение
Жизнь есть способ существования белковых тел. Это определение, данное Фридрихом Энгельсом, указывает на исключительную роль белков в функционировании организмов. Биосинтез белка - чрезвычайно сложный и энергозатратный процесс. Он является основой жизнедеятельности клетки.
Синтез белка осуществляется в рибосомах и проходит в несколько этапов по схеме ДНК"РНК" белок. Двухцепочечная молекула ДНК на основе принципа комплементарности транскрибируется в одноцепочечную молекулу РНК. В результате получается матричная РНК, которая содержит информацию об аминокислотной последовательности белка. Далее мРНК поступает в рибосому и по ней, как по матрице, синтезируется белок, путем перевода генетической информации с языка нуклеотидной последовательности на язык аминокислотной последовательности. Шаг за шагом строится полипептидная цепь, которая в процессе синтеза и после него модифицируется в биологически активный протеин. Синтезированный белок транспортируется в разные участки клетки для выполнения своих функций.
Кодирование аминокислотной последовательности белков осуществляется по определенным правилам, называемых генетическим кодом. Расшифровка генетического кода - очень значимое достижение науки. Код объясняет механизм синтеза белка, происхождение мутаций и другие биологические явления.
Рентгеноструктурный анализ и другие современные методы исследования позволили далеко продвинутся в изучении биосинтеза белка и других аспектов молекулярной биологии. Но тем не менее все еще не установлены пространственные структуры некоторых жизненно важных макромолекул. Науке предстоит ответить на многие вопросы, касающиеся белкового синтеза.
Общая схема биосинтеза белка
Общая схема биосинтеза белков в клетке: ДНК"РНК"белок (Рисунок 1).
Рисунок 1. Общая схема биосинтеза белков в клетке
Транскрипция. Отдельные участки двухцепочечной ДНК (гены) служат матрицами для синтеза на них однотяжевых цепей РНК по принципу комплементарности. Транскрипция проходит в три стадии: инициация, элонгация, терминация.
Процессинг и транспорт. В процессе синтеза РНК подвергается изменениям, в результате которых превращается в зрелую молекулу, пригодную для синтеза белка. Получающаяся информационная (матричная) РНК (мРНК) затем поступает к рибосомам в качестве программы, определяющей аминокислотную последовательность в синтезируемом белке.
Активация и акцептирование аминокислот. Белки состоят из аминокислот, но свободные аминокислоты клетки не могут быть непосредственно использованы рибосомой. Каждая аминокислота сначала активируется с помощью АТФ, а затем присоединяется к специальной молекуле РНК - трансферной (транспортной) РНК (тРНК) вне рибосомы. Получающаяся аминоацил-тРНК поступает в рибосому в качестве субстрата для синтеза белка.
Трансляция. Поток информации в виде мРНК и поток материала в виде аминоацил-тРНК поступают в рибосомы, которые осуществляют перевод (трансляцию) генетической информации с языка нуклеотидной последовательности мРНК на язык аминокислотной. Каждая рибосома движется вдоль мРНК от одного конца к другому и соответственно выбирает из среды те аминоацил-тРНК, которые соответствуют (комплементарны) триплетным комбинациям нуклеотидов, находящимся в данный момент в рибосоме. Аминокислотный остаток выбранной аминоацил-тРНК каждый раз ковалентно присоединяется рибосомой к растущей полипептидной цепи, а деацилированная тРНК освобождается из рибосомы в раствор. Так последовательно строится полипептидная цепь.
Формирование функционального белка. По ходу синтеза полипептидная цепь высвобождается из рибосомы и сворачиваться в глобулу. Сворачивание и транспорт белка сопровождаются ферментативными модификациями (процессинг белка).
Несмотря на большую сложность аппарата биосинтеза белков, он протекает с чрезвычайно высокой скоростью. Синтез тысяч различных белков в каждой клетке строго упорядочен - при данных условиях метаболизма синтезируется лишь необходимое число молекул каждого белка.
2. Информационная РНК
Информационная (матричная) РНК (мРНК) - РНК, являющаяся комплементарной копией участков значащих цепей генов ДНК, содержащих информацию об аминокислотных последовательностях полипептидных цепей белков.
Структура мРНК
Первичная структура
Рисунок 2. Химическое строение полинуклеотида РНК
Матричная РНК - одноцепочечный полинуклеотид (Рисунок 2). Он состоит из четырех нуклеотидов. Нуклеотид ы состоят из азотистого основания (аденин - А, гуанин - G, цитозин - C и урацил - U), сахара рибозы и фосфатной группы. 5'-гидроксил концевого нуклеозида (молекула, содержащая азотистое основание, связанное с сахаром) не образует связи между нуклеотидами. Он обозначается как 5'-конец РНК, а другой концевой нуклеозид со свободным З'-гидроксилом называют З'-концом РНК. мРНК читается рибосомой в направлении от 5'-конца к З'-концу .
В природных мРНК 5'-концевой гидроксил всегда замещен. мРНК эукариотов в большинстве случаев несут на 5'-конце специальную группу - кэп (Рисунок 3). Кэп представляет собой остаток 7-метилгуанозина (Рисунок 4).
Рисунок 3. Строение 5'-конца кэпированной мРНК
Рисунок 4. Модель молекулы 7-метилгуанозина
Функциональные участки мРНК
Чаще всего началом (инициаторным кодоном) кодирующей части мРНК является AUG. Не любой триплет может стать инициаторным. Это определяется собственной структурой кодона и положением в структуре мРНК.
мРНК может содержать нуклеотидные последовательности для кодирования нескольких белков. Это характерно для прокариот. Такие мРНК называются полицистронными. У эукариот мРНК обычно кодируют одну полипептидную цепь (моноцистронные мРНК).
Пространственная структура
Трехмерная структура мРНК еще не установлена. Измерения физических параметров мРНК свидетельствуют о том, что они являются сильно свернутыми структурами, с внутрицепными взаимодействиями между азотистыми основаниями. Вторичная структура мРНК образована благодаря комплементарному спариванию отдельных участков одной и той же цепи друг с другом, с образованием большого набора относительно коротких двуспиральных участков (Рисунок 5).
Рисунок 5. Вторичная структура РНК
Вторичная и третичная структуры мРНК играют определенную роль в трансляции. Однако роль вторичной и третичной структуры мРНК в скорости считывания цепи не установлена.
Некодирующие последовательности мРНК участвуют в определении специальных пространственных структур, ответственных за регулирование инициации трансляции, элонгации и других процессов. 3. Генетический код
Так как существует только 4 нуклеотида в мРНК и 20 аминокислот в белке, то трансляция не может быть осуществляется на основе прямого соотношения между нуклеотидами РНК и аминокислотами в белке. Нуклеотидная последовательность гена через посредничество мРНК транслируется в аминокислотную последовательность по правилам, известным как генетический код.
Генетический код - способ сохранения наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Этот код был расшифрован в 1960-ых. Генетический код, основан на использовании алфавита, состоящего из четырех букв: А, Г, Ц и Т. Эти буквы соответствуют нуклеотидам, найденным в ДНК: аденин, гуанин, цитозин, тимин.
Последовательность нуклеотидов в молекуле мРНК читается непрерывными группами из трех нуклеотидов, называемых триплетами или кодонами. РНК представляет собой линейные полимер, состоящий из четырех разных нуклеотидов, поэтому возможны 4·4·4=64 комбинации трех нуклеотидов. Белки состоят из 20 аминокислот. Поэтому либо некоторые триплеты не
referat.co
GUC — « — GCC — « — GAC кислота GGC — « -
GUA — « — GCA — « — GAA Глутаминовая GGA — « -
GUG — « — GCG — « — GAG кислота GGG — « -
Предварительно рассмотрим появление диалектов в существующей версии ГК. Диалект – нарушение стандартного соответствия «кодон – АК», т.е. появление «сбоев» в системе кодирования – появление двусмысленности. Наиболее вероятно это у пар АК, имеющих одинаковые две первые буквы. Вероятность сбоя повысится, если третьи буквы в паре АК будут соответствовать некомплементарным основаниям: A, G или, возможно, U, C. В стандартной таблице соответствия встречается только три пары с третьими буквами A и G, именно Ile(AUA) – Met(AUG), Trp(UGG) – stop(UGA) и stop(UAA) – stop(UAG). Выделены красным цветом. Последняя пара вырожденная. Можно выделить еще одну пару – Leu – Ser, в которой из-за высокой вырожденности возможны варианты, которые пока не установлены.
Таким образом налицо 4 диалекта (один вырожденный) с заменами: Ile – Met, Trp – stop, stop — stop и Leu – Ser, что и наблюдается в действительности по данным работы (1) у митохондрий и некоторых бактерий.
Однако, по другим данным (8) диалектов больше. В таблице 1 показаны еще 2 для кодонов AGA и AGG, соответствующих Аргинину в стандартной версии универсального кода. Кроме того кодон CUA у дрожжей кодирует Треонин. Таким образом в случае учета митохондриальных диалектов общее количество диалектов, по крайней мере, 6.
Объясняется это следующим образом: В стандартной версии ГК максимальное значение вырожденности 6, минимальное – 0.5, последнее потому что Met имеет общий кодон с сигналом “start”. Среднее значение вырожденности (0.5 + 1 + 2 + 3 + 4 + 6)/6 = 2.75. В действительности вырожденность может быть только целым числом. Принимая за среднюю вырожденность ближайшее целое, т.е. 3, выделим последовательно все тройки кодонов в таблице соответствия «кодон – АК». Границ между тройками кодонов, отвечающих условию «две одинаковые первые буквы и третьи A и G» — шесть, что совпадает с данными из таблицы 1. При неоднородной вырожденности положение границ может быть иным.
Таблица 1.(8)
| Кодон | Универсальный код | Митохондриальные коды | |||
| Позвоночные | Беспозвоночные | Дрожжи | Растения | ||
| UGA | STOP | Trp | Trp | Trp | STOP |
| AUA | Ile | Met | Met | Met | Ile |
| CUA | Leu | Leu | Leu | Thr | Leu |
| AGA | Arg | STOP | Ser | Arg | Arg |
| AGG | Arg | STOP | Ser | Arg | Arg |
Ситуация с несколькими диалектами наводит на мысль о возможности выбора оптимального варианта ГК с минимальным количеством диалектов.
ГИПОТЕЗА.
Не является-ли чрезмерная вырожденность — 6 — неким неоправданным излишеством – своего рода искажением более совершенного варианта ГК? Чем объяснить «захват» еще двух кодонов из других квадруплетов Лейцином, Серином и Аргинином?
Предположим, что при формировании соответствий «кодон – АК» вырожденность, что вполне естественно, определялась двумя одинаковыми первыми буквами (нуклеотидами) и, следовательно, не превышала значения 4. Возможные значения вырожденности при этом – 1, 2, 3, 4 – определяют среднее: V(ср.) = 2.5.
Соответствующее этому среднему число информационных позиций 64/2.5 = 25.6.
Оставляя для сигналов “stop” две позиции (одна дважды вырожденная) и 0.6 для сигнала “start” (он делит одну позицию с Метионином), получаем для АК 23 позици вместо 20. Есть сообщения (9) об открытии ( Joseph A. Krzycki, ун-ет, штат Огайо и независимо Michael Chan) двух новых АК в безъядерных микроорганизмах древнего происхождения из группы архей (Archaea). Эти аминокислоты получили названия Селеноцистеин и Пирролизин. Их предполагаемые позиции в таблице соответствий отмечены лиловым, синим и зеленым – позиции, определяемые парой кодонов из других квадруплетов, чем устраняется вырожденность «6». Новых позиций 3, а новых АК – 2 и неопределенность может быть ликвидирована либо «открытием» ещё одной АК, либо добавлением ещё одного сигнала терминации в позицию “AGA-AGG”. Например, каждый из кодонов является частью сигнального слова AGGAGG (с вариациями A↔G внутри слова) предгенной последовательности нуклеотидов сенной палочки (Bacillus subtilis). Оно расположено на расстоянии 5 – 11 нуклеотидов от сигнала “start” (AUG) и участвует в распознавании сигнала начала транскрипции (10). Возможно такая интерпретация более вероятна, чем ожидание 23 – й аминокислоты. Что касается числа диалектов, то их всего 2: Trp-“stop” и Met-“start”.
Из проведенного анализа следует предположение о существовании более рационального ГК с вырожденностью не более четырёх для 22 – х АК, двух знаков терминации “start”, “stop” и вспомогательного сигнального слова. Возможно это наиболее древняя версия, а современная – один из эволюционных вариантов того протокода.
Ещё раз вернёмся к проблеме выбранного природой числа АК, используя свойства гипотетического протокода. Для наглядности представим графически зависимость числа вакантных кодонов от используемого числа АК при средней вырожденности 2.5 (Рис. 4). Если, например, выбрано 10 АК, то число «занятых» кодонов будет 10*2.5 = 25, а число вакантных 64 – 25 = 39 и так далее. Из графика непосредственно следует: если число АК (при заданной средей вырожденности) меньше оптимального, то механизм кодирования приводит к результатам с многими диалектами – область диалектов; если же число АК больше оптимального, то мы попадаем в область двусмысленности. Оптимальное число кодируемых АК, а именно 22 – рубеж между областью множественности кодов и областью двусмысленности. И то и другое привело бы к невообразимой путанице в последующих шагах эволюции и было постепенно отвергнуто природой.
Обобщим проведенное рассмотрение ГК в следующих выводахж:
1. 1. Единственность, триплетность и неперекрываемость ГК следуют из детерминированного алгоритма «сборки» нуклеиновых кислот.
2. 2. Установленное число протеиногенных АК – 20, а, возможно, и 22 есть следствие детерминированного числа азотистых оснований «4». Это оптимальное число АК определяется границей между областью множественности ГК и областью его двусмысленности.
3. 3. Признаком возникновения диалекта ГК служит сочетание одинаковости двух первых букв кодона и принадлежности третьих букв некомплементарным основаниям.
4. 4. Степень вырождения по конкретным АК не установлена, но, повидимому, определяется особенностями структурных и физико-химических соответствий « АК – кодон».
5. 5. Универсальность ГК непосредственно вытекает из единственности (уникальности) стереохимических особенностей ДНК, детерминированных предшествующими шагами эволюции.
6. 6. Предположительно существует некий более совершенный ПРОТОКОД с вырожденностью не более четырёх, описывающий 22 аминокислоты, два сигнала терминации и вспомогательное сигнальное слово. Действующая версия ГК — наиболее распространенный диалект протокода.
P.S. В заключение нельзя не отметить некоторые неоправданные подходы при исследовании свойств генетического кода, особенно множество всевозможных заморочек — кубы, додекаэдры, ромбы, круги, магические числа и прчее, подобное. Что ж, они неизбежны, и делают честь авторам высшего пилотажа, но не содержат ответов на поставленные вопросы. Зачастую происходит неоправданное усложнение, хорошо воспринимаемое лишь самими авторами. Вообще-то, в любой конструкции можно отыскать совершенно неожиданные закономерности…( Возьмем пирамиду Хеопса… Там столько!!! ) Как правило закономерности, вытекающие из параметров, функциональные и не имеют обратного действия. А заморочки и от Истины увести могут – на то они и заморочки.
Литература:1. Victor A.Gusev & Dirk Schulze- Makuch,
Physics of Life Reviews, v.1, dec. 2004, 202 – 229.
2. Aldana-Gonzales, Cocho & al. J. theor. Biol., 220, 2003, 27 –
3. Томас Р. Чек Scient. American, 1987, № 1
4. Рисунок из сайта biochemistry.vov.ru/nagl_bio/90.htm
5. Сайт jabad.narod.ru/002/004/0001.htm
6. www.gordon.ru/konkurssite/grla.html
7. researchnews.osu.edu/archive/aminoacd.htm
8. Таблица из электронной публикации Г.М.Дымшица
«Введение в молекулярную биологию».
9. www.osu.edu/researchnews/archive/aminoacd.htm
10. www.computerra.ru/offline/2001/413/12786/
11. macroevolution.narod.ru/markov_kulikov.htm
12. orgchem1.city.tomsk.net/nucleic/express/express.htm
13. Анимация из сайта «textronica»
БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ
Центральная догма молекулярной биологии постулирует лишь путь передачи генетической информации от нуклеиновых кислот к белкам и, следовательно, к свойствам и признакам живого организма. Изучение механизмов реализации этого пути на протяжении десятилетий, последовавших за формулировкой центральной догмы, вскрыло гораздо более разнообразные функции РНК, чем быть только переносчиком информации от генов (ДНК) к белкам и служить матрицей для синтеза белков.
На рис. 1 представлена общая схема биосинтеза белка в клетке. РНК-посредник (messenger RNA, матричная РНК, мРНК), кодирующая белки, о которой и шла речь выше, — это лишь один из трех главных классов клеточных РНК. Основную их массу (около 80%) составляет другой класс РНК — рибосомные РНК, которые образуют структурный каркас и функциональные центры универсальных белок-синтезирующих частиц — рибосом. Именно рибосомные РНК ответственны — как в структурном, так и в функциональном отношении — за формирование ультрамикроскопических молекулярных машин, называемых рибосомами. Рибосомы воспринимают генетическую информацию в виде молекул мРНК и, будучи запрограммированы последними, делают белки в точном соответствии с данной программой.
| Рис. 1. Общая схема биосинтеза белков |
Однако, чтобы синтезировать белки, одной только информации или программы недостаточно — нужен еще и материал, из которого их можно делать. Поток материала для синтеза белков идет в рибосомы через посредство третьего класса клеточных РНК — РНК-переносчиков (transfer RNA, транспортные РНК, тРНК). Они ковалентно связывают — акцептируют — аминокислоты, которые служат строительным материалом для беЛков, и в виде аминоацил-тРНК поступают в рибосомы. В рибосомах аминоацил-тРНК взаимодействуют с кодонами — трехнуклеотидными комбинациями — мРНК, в результате чего и происходит декодирование кодонов в процессе трансляции.
www.ronl.ru
Реферат по биологии по теме: Синтез белка
Выполнила ученица 10 класса
Джуебаева Гаухар
Важнейшие функции организма: обмен веществ, развитие, рост, движение – осуществляются биохимическими реакциями с участием белков.Поэтому в клетках непрерывно синтезируются белки: белки-ферменты, белки- гормоны, сократительные белки, защитные белки.
Первичная структура белка (порядок расположения аминокислот в белке) закодирована в молекулах ДНК. Каждый триплет ( группа из трех соседних нуклеотидов) кодирует на нити ДНК одну определенную аминокислоту из двадцати.
Последовательность триплетов на нити ДНК представляет собой генетический код.
Зная последовательность триплетов на нити ДНК, то есть генетический код, можно установить последовательность соединения аминокислот в белке.
К настоящему времени расшифрованы триплеты для всех двадцати аминокислот.Например
-аминокислоту лизин кодирует на нити ДНК триплет ТТТ.
-аминокислоту триптофан кодирует триплет АЦЦ и т.д.
В одной молекуле ДНК может быть закодированы несколько разных белков. Участок ДНК, на котором закодирован белок, называют геном.
Участки ДНК отделяются друг от друга специальными триплетами, которые являются знаками препинания. Они означают начало и окончание синтеза белка.
Поскольку ДНК,в которой хранится генетическая информация о белке не принимает непосредственного участия в синтезе белка, содержится в ядре, а синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах, существует посредник- иРНК. иРНК считывает генетическую информацию о белке с участка ДНК и передает эту информацию с нити ДНК на рибосому. иРНК синтезируется на участке ДНК по принципу комплементарности.Напротив азотистого основания аденин (А) на нити ДНК располагается урацил(У) на нити иРНК, напротив азотистого основания тимин (Т) на нити ДНК располагается аденин (А) на иРНК, напротив азотистого основания гуанин (Г) на нити ДНК располагается цитазин (Ц).
А У
Г Ц
Ц Г
Т А
Г Ц
А У
Т А
ДНК иРНК
Процесс считывания иРНК генетической информации о белке с участка ДНК называется транскрипцией. Этот процесс протекает как матричный синтез, так как одна из нитей ДНК является матрицей.
ТРАНСЛЯЦИЯ (или синтез белка)
Синтез белка происходит на рибосомах. На нити иРНК располагается обычно группа рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой.
Рибосомы продвигаются на нити иРНК от триплета к триплету.Каждый триплет на нити иРНК кодирует одну определенную аминокислоту из двадцати аминокислот.
Транспортные РНК присоединяют определенные аминокислоты (каждая тРНК присоединяет одну определенную аминокислоту) и приносит их к рибосомам.
При этом антикодон каждой тРНК должен быть комплементарен одному из триплетов (кодонов) на иРНК.Например
-антикодон АГЦ на тРНК должен быть комплементарен кодону УГЦ на нити иРНК. рРНК вместе с белками –ферментами учавствует в соединении аминокислот друг с другом, в результате чего на рибосомах синтезируется определенный белок.
Этот процесс называется трансляцией.
Достигнув конечного участка на нити иРНК, рибосомы отделяются от нити РНК. Отсинтезированная молекула белка имеет первичную структуру. Затем она приобретает вторичную, третичную и четвертичную структуры.
В синтезе белка принимают участие большое кол-во ферментов. На синтез белка расходуется энергия АТФ.
Белок затем поступает в каналы эндоплазматической сети, в котором транспортируется к определенным участкам клетки.
kopilkaurokov.ru
