Головна |
До основних процесів пластичного обміну належать біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез і хемосинтез.
Як приклад познайомимося з механізмом біосинтезу білків в клітині. Як відомо, молекула білка є полімером, в ролі мономерів полімерної молекули білка виступають амінокислоти. У вищих тварин і людини амінокислоти утворюються в результаті травлення, після чого кров приносить їх в клітини, де вони використовуються для побудови нових білків, характерних для даного організму. Клітини рослин не отримують амінокислоти в готовому вигляді, вони самі здатні їх синтезувати, використовуючи при цьому азот, аміак, нітрати. Білки виконують в організмі безліч важливих функцій: вони каталізують біохімічні реакції, здійснюють всі види клітинних рухів, створюють різні компоненти клітинних органел, іншими словами, від них залежить вся життєдіяльність організму. У клітині містяться кілька тисяч різних білків, причому кожен вид клітин має специфічні білки, властиві лише даному виду клітин. Здатність синтезувати тільки свої білки передається у спадок від клітини до клітини і зберігається протягом усього життя. Білки синтезуються в клітці постійно, приходячи на зміну «відпрацьованим своє» молекулам, структура і функції яких згодом порушуються. Такі молекули білків видаляються з клітки і замінюються новими повноцінними молекулами.
Структура молекули білка головним чином визначається послідовністю амінокислот в його поліпептидного ланцюга. Основна роль у визначенні цієї послідовності амінокислот належить ДНК, що знаходиться в ядрі клітини. Яким же чином аминокислотная послідовність білка закодована в структурі молекули ДНК? Оскільки ДНК і полімерна молекула білка є лінійними (нерозгалужені) молекули, природно напрошується думка, що порядок нуклеотидів в ДНК визначає порядок амінокислот в молекулі білка. До складу ДНК входить чотири види нуклеотидів - це значить, що «алфавіт» генетичного коду складається з чотирьох букв. Оскільки до складу білків входить 20 видів амінокислот, ясно, що кожна з них не може визначатися тільки однієї такої «буквою», бо в цьому випадку 16 «зайвих» амінокислот взагалі не мали б шансів потрапити в білок. Не можуть «слова» генетичного коду складатися і з двох букв, тому що з чотирьох букв можна скласти не більше 16-ти пар, що все ще дуже мало. Число ж різних сполучень по три з чотирьох «букв» одно 64, а цього вже вистачає з надлишком. Таким чином, кожна з двадцяти видів амінокислот має свій код у вигляді трьох сусідніх в ланцюжку ДНК нуклеотидів, які називаютьсякодонів або кодоном. генетичним кодом молекули білка в цілому є послідовність триплетів (кодонів) молекули ДНК.
В даний час код ДНК повністю розшифровано. Для кожної амінокислоти точно встановлений склад кодують її трійок нуклеотидів - кодон. У коді ДНК у багатьох випадках одна і та ж амінокислота закодована не одним кодоном, а кількома - двома, трьома, чотирма і навіть шістьма. Припускають, що така властивість коду має значення для підвищення надійності зберігання та передачі спадкової інформації. Оскільки молекули ДНК за своїми розмірами в багато разів перевершують розміри молекул білків, то слід зазначити, що одна і та ж молекула ДНК містить в собі код не однієї, а кількох молекул білка. Відрізок молекули ДНК, в якому міститься інформація про структуру однієї молекули білка, називається геном. Між генами перебувають «розділові знаки» - ділянки, які не несуть генетичну інформацію, а лише відокремлюють одні гени від інших. Їх називають спейсерами (від англ. Спейс - простір). У генетичному коді є три кодону (УАА, УАГ, УГА), кожен з яких означає закінчення синтезу молекули білка. Це так звані стоп-кодони. Кодон УАГ визначає місце початку синтезу черговий молекули білка.
Дослідження по розшифровці генетичного коду розкрили його основні властивості:
1. Кожна амінокислота кодується послідовністю із трьох нуклеотидів, яка називається кодоном або кодоном.
2. У всіх організмів одні й ті ж амінокислоти кодуються одними і тими ж кодонами, т. Е. Код універсальний.
3. Код є виродженим: одна амінокислота може кодуватися більш ніж одним кодоном.
4. Код не перекривається: зчитуються кодони один за іншим. Наприклад, з послідовності АУГГЦАЦГА зчитування відбувається тільки таким чином: АУГ / ГЦА / ЦДА. Зчитування типу АУГ / УГГ / ГГц або АУГ / ГГц / цяць не відбуваються.
Механізм біосинтезу білка був остаточно з'ясований в 50-і роки XX століття. Він складається з декількох етапів. Перший етап-транскрипція - Це синтез і-РНК на одній з ланцюгів молекули ДНК, який здійснюється за принципом комплементарное ™. Таким чином, інформація, що міститься в ДНК, як би перепісиваетсяна і-РНК. Потім молекула і-РНК покидає ядро ??і прямує до місця синтезу білка, т. Е. До рибосом. Сюди ж надходять і амінокислоти, з яких будується білок. У цитоплазмі завжди є достатня їх кількість, т. К. Кров постійно приносить амінокислоти в клітини з кишечника.
Транспорт амінокислот до місця синтезу білка здійснюється за допомогою транспортних РНК (т-РНК). Т-РНК - відносно невеликі молекули, що складаються приблизно з 30 нуклеотидів. Ланцюжок т-РНК в просторі згорнута в петлеподібну структуру, схожу за формою на лист конюшини. На його верхівці розташований так званий антикодон - тріклет, комплементарний одному з кодонів і-РНК, який відповідає певній амінокислоті. Саме цю амінокислоту здатна транспортувати дана т-РНК, приєднуючи її до себе в зоні акцепторного ділянки, розташованої у ніжки «листа конюшини». Так як в побудові білків беруть участь 20 видів амінокислот, значить в їх транспортуванні беруть участь 20 видів т-РНК, тому що кожен вид т-РНК здатна приєднувати і переносити тільки одну певну амінокислоту.
Наступний етап біосинтезу білка називаєтьсятрансляцією (Від лат. Транслятіо - передача). Під час цього етапу інформація про структуру білка, записана на і-РНК у вигляді послідовності кодонів, реалізується у вигляді послідовності амінокислот в синтезується молекулі білка. Процес складання білкової молекули починається з того, що рибосома вступає на ниткоподібну молекулу і-РНК з лівого кінця таким чином, що її мала і велика субодиниці виявляються по обидва боки молекули і-РНК. Рибосома пересувається по ній з кодону на кодон не плавно, а переривчасто, «кроками», роблячи при цьому короткі зупинки. Під час кожної з таких зупинок у функціональному центрі рибосоми (ділянці, де здійснюється трансляція) завжди одночасно перебувають два сусідніх кодону інформаційної РНК.
Кожен раз, коли рибосома призупиняє свій рух по і-РНК, в процес біосинтезу білка включаються т-РНК. Безперервним потоком, рухаючись один за одним, вони починають переміщатися в рибосому, несучи кожна свою амінокислоту. Затримається в рибосомі тільки та з них, антикодон якої виявиться комплементарним першому з двох кодонів і-РНК, які перебувають в даний момент в функціональному центрі рибосоми. На якусь мить між ними виникає комплементарная зв'язок, одночасно за допомогою ферменту від цієї т-РНК відчіплюється молекула амінокислоти. Звільнена від амінокислоти т-РНК знову-таки за допомогою певного ферменту від'єднується від молекули і-РНК і залишає рибосому. У цитоплазмі вона знову здатна приєднати до себе таку ж амінокислоту. Тим часом рибосома, закінчивши трансляцію першого кодону і-РНК, пересувається на черговий її кодон і знову за допомогою транспортних РНК продовжує підбирати потрібну амінокислоту. Між амінокислотами виникають ковалентні зв'язки, і полипептидная ланцюжок починає рости ланка за ланкою (рис. 15). Залежно від потреб клітини рибосома, використовуючи одну і ту ж молекулу інформаційної РНК, може побудувати скільки завгодно однакових молекул білка, але, як правило, робить це вона не одна. Одночасно по одній молекулі і-РНК можуть рухатися, синтезуючи однакові молекули білка, відразу кілька рибосом. У сукупності вони являють собою так звану полірібосом.
Для синтезу білка необхідні ферменти і енергія, яка звільняється при розщепленні АТФ.
Коли рибосома досягає стоп-кодону, синтез молекули білка закінчується, і рибосома, а разом з нею і синтезована молекула білка, залишають молекулу і-РНК. Після цього рибосома потрапляє на будь-яку іншу молекулу і-РНК, а молекула білка - на мембрани ЕПР з тим, щоб переміститися в ту частину клітини, де вона в даний момент необхідна.
ПИТАННЯ.
1. Пронумеруйте послідовність подій пластичного обміну:
А) виконання синтезованими сполуками їх біологічних функцій
Б) синтез «будівельних блоків» з проміжних сполук
В) синтез макромолекул білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, жирів з «будівельних блоків»
Г) синтез проміжних сполук з низькомолекулярних речовин
2. Визначте відповідність між молекулами і їх функціями в синтезі білка:
1) універсальний переносник енергії;
2) матриця для синтезу всіх типів РНК;
3) частину рибосоми, яка бере участь в синтезі білка, працює в цитоплазмі;
4) «підвозить» до місця синтезу білка амінокислоту і визначає в яке місце білкового ланцюжка її потрібно поставити, працює в цитоплазмі;
5) матриця для синтезу білка, працює в цитоплазмі разом з рибосомою
А) РНК, Б) т-РНК, В) рРНК, Г) ДНК
А Б В Г - ___ .
3. Позначте знаком «+» правильні відповіді, знаком «-» - неправильні.
А. Трансляція - це процес синтезу всіх типів РНК, який відбувається в ядрі клітини на матриці - молекулі ДНК
Б. У процесі трансляції інформація, яка міститься в іРНК, реалізується, синтезується відповідний білок
В. Синтез білка починається на стадії елонгації
Г. Синтез білка починається з освіти ініціюючого комплексу, який утворюється в результаті об'єднання іРНК з малою субодиницею рибосоми
4. Позначте знаком «+» все правильні відповіді.
1) Синтез нуклеїнових кислот в ядрі:
А. Трансляція Б. Транскрипція
В. Транслокация Г. Трансдукція
2) Трансляція протікає:
А. В ядрі Б. У цитоплазмі
В. С використанням рибосом Г. З витратою енергії
3) На вершині кожної молекули тРНК розташований:
А. Кодон Б. Антикодон
В. Ген Г. Стоп-кодон
4) Локалізація синтезу білків в клітині:
А. Гладка ендоплазматична сітка
Б. Шорсткувата ендоплазматична мережа
В. Ядро клітини
Г. Лізосоми
5. Розгляньте малюнок, напишіть назву процесу і зробіть позначення
___
1 - ___
2 - ___
3 - ___
4 - ___
6. Пронумеруйте послідовність подій в процесі синтезу білка
А. Трансляція
Б. Перетворення про- іРНК в зрілу мРНК
В. Освіта просторової структури молекули білка
Г. Транскрипція
Практична робота № 4
ВИЗНАЧЕННЯ ЗМІСТУ ВОДИ У ВЛАСНОМУ ОРГАНІЗМІ | Хід роботи | Вуглеводи: різноманітність, властивості і функції | Білки: будова і властивості. Функції білків. | Визначення деяких органічних речовин та їх властивостей | Нуклеїнові кислоти. Будова, властивості і функції ДНК. | Властивості і функції РНК і АТФ. | Роль вітамінів, гомоном і факторів росту в життєдіяльності організмів | На реплікацію і транскрипцію | Хімічний склад, будова і функції клітинних мембран. Транспорт речовин через мембрани |