Синтез белка — один из основных процессов метаболизма в клетке. Это — матричный синтез. Для синтеза белка необходимы ДНК, иРНК, тРНК, рРНК (рибосомы), аминокислоты, ферменты, ионы магния, энергия АТФ. Основная роль в определении структуры белка принадлежит ДНК.
Информация об аминокислотной последовательности в молекуле белка закодирована в молекуле ДНК. Способ записи информации называют кодированием. Генетический код — это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в информационной РНК.
В состав РНК входят нуклеотиды 4 типов: А, Г, Ц, У. В состав белковых молекул входит 20 аминокислот. Каждая из 20 амино- кислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, называемых триплетом, или кодоном. Из 4 нуклеотидов можно создать 64 различные комбинации по 3 нуклеотида в каждой (43=64).
Свойства генетического кода
1. Генетический код триплетный:
2. Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота кодируется более чем одним кодоном (от 2 до 6):
3. Код не перекрывающийся. Это значит, что последовательно расположенные кодоны являются последовательно расположенны- ми триплетами нуклеотидов:
4. Универсален для всех клеток (человека, животных, растений).
5. Специфичен. Один и тот же триплет не может соответствовать нескольким аминокислотам.
6. Синтез белка начинается со стартового (начального) кодона АУТ, который кодирует аминокислоту метионин.
7. Заканчивается синтез белка одним из трех стоп-кодонов, не кодирующих аминокислоты: УАТ, УАА, УТА.
Таблица генетического кода
Участок ДНК, содержащий информацию о структуре определенного белка, называют геном. Ген непосредственного участия в синтезе белка не принимает. Посредником между геном и белком является информационная РНК (иРНК). ДНК играет роль матрицы для синтеза иРНК в ядре клетки. Молекула ДНК на участке гена раскручивается. С одной из ее цепей переписывается информация на иРНК в соответствии с принципом компле- ментарности между азотистыми основаниями нуклеиновых кислот. Этот процесс называют транскрипцией. Транскрипция происходит в ядре клетки при участии фермента РНК-полимеразы и с использованием энергии АТФ (рис. 37).
Рис. 37. Транскрипция.
Синтез белка осуществляется в цитоплазме на рибосомах, где иРНК служит матрицей (рис. 38). Перевод последовательности триплетов нуклеотидов в молекуле иРНК в специфическую последовательность аминокислот называют трансляцией. Синтезированная иРНК выходит через поры в ядерной оболочке в цитоплазму клетки, объединяется с рибосомами, образуя полирибосомы (полисомы). Каждая рибосома состоит из двух субъединиц — большой и малой. иРНК присоединяется к малой субъединице в присутствии ионов магния (рис. 39).
Рис. 38. Синтез белка.
Рис. 39. Основные структуры, участвующие в белковом синтезе.
В цитоплазме находятся транспортные РНК (тРНК). Каждая аминокислота имеет свою тРНК. У молекулы тРНК на одной из петель имеется триплет нуклеотидов (антикодон), который комплементарен триплету нуклеотидов на иРНК (кодону).
Аминокислоты, находящиеся в цитоплазме, активируются (взаимодействуют с АТФ) и с помощью фермента аминоацил-тРНК- синтетазы присоединяются к тРНК. Первый (стартовый) кодон иРНК — АУГ — несет информацию об аминокислоте метионине (рис. 40). К этому кодону подходит молекула тРНК, содержащая комплементарный антикодон и несущая первую аминокислоту метионин. Это обеспечивает соединение большой и малой субъединиц рибосомы. Второй кодон иРНК присоединяет тРНК, содержащую антикодон, комплементарный этому кодону. тРНК содержит вторую аминокислоту. Между первой и второй аминокислотами образуется пептидная связь. Рибосома прерывисто, триплет за триплетом, перемещается по иРНК. Первая тРНК освобождается и выходит в цитоплазму, где может соединяться со своей аминокислотой.
По мере продвижения рибосомы по иРНК к полипептидной цепочке присоединяются аминокислоты, соответствующие триплетам иРНК и привезенные тРНК (рис. 41).
«Считывание» рибосомой информации, заключенной в иРНК, происходит до тех пор, пока не дойдет до одного из трех стоп-кодонов (УАА, УГА, УАГ). Полипептидная цепь
Рис. 40. Синтез белка.
А — связывание аминоацил — тРНК;
Б — образование пептидной связи между метионином и 2-ой аминокислотой;
В — перемещение рибосомы на один кодон.
выходит из рибосомы и приобретает структуру, свойственную данному белку.
Непосредственная функция отдельного гена состоит в кодировании структуры определенного белка-фермента, который ка- тализирует одну биохимическую реакцию, протекающую в определенных условиях среды.
Ген (участок ДНК) → иРНК → белок-фермент → биохимическая реакция → наследственный признак.
Рис. 41. Трансляция.
Вопросы для самоконтроля
1. Где в клетке происходит синтез белка?
2. Где записана информация о синтезе белка?
3. Какие свойства имеет генетический код?
4. С какого кодона начинается синтез белка?
5. Какими кодонами заканчивается синтез белка?
6. Что такое ген?
7. Как и где происходит транскрипция?
8. Как называют триплеты нуклеотидов в молекуле иРНК?
9. Что такое трансляция?
10. Каким образом к тРНК присоединяется аминокислота?
11. Как называют триплет нуклеотидов в молекуле тРНК? 12.Какая аминокислота обеспечивает соединение большой и
малой субъединиц рибосомы?
13. Как происходит образование полипептидной цепочки белка?
Ключевые слова темы «Синтез белка»
азотистые основания аланин
аминокислоты
антикодон
белок
биохимическая реакция
валин
ген
генетический код действие
ДНК
запись информация ионы магния
иРНК
кодирование
кодон
лейцин
матрица
метаболизм
метионин
наследственный признак нуклеиновые кислоты пептидная связь петля
полирибосома поры
последовательность посредник
принцип комплементарности рибосомы
рРНК
серин
синтез
сочетание
способ
структура
субъединица
транскрипция
трансляция
триплет
тРНК
участок
фенилаланин
ферменты
цепочка
цитоплазма
энергия АТФ
ядро