Матричные реакции в клетке. Биосинтез белка

Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий информацию об одном белке.

Генетический код — это система записи генетической информации о последовательности аминокислот в белках с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК.

Свойства генетического кода

– Триплетность. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трёх нуклеотидов, которая называется триплетом (кодоном).

– Однозначность (специфичность). Каждый триплет кодирует только одну определённую аминокислоту.

– Вырожденность (избыточность). Одну аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов. Это повышает надёжность генетического кода.

– Непрерывность. Код не содержит «знаков препинания». Триплеты считываются последовательно, один за другим.

– Неперекрываемость. Один и тот же нуклеотид не может входить в состав двух соседних триплетов.

– Универсальность. Генетический код одинаков для всех живых организмов на Земле (от бактерий до человека). Это доказывает единство их происхождения.

Матричные реакции в клетке

Матричные реакции — это процессы биосинтеза, при которых новые молекулы синтезируются на основе уже существующих, выполняющих роль матрицы или шаблона. Благодаря матричным реакциям, генетическая информация в клетке точно передается и реализуется.

Репликация - синтез двух дочерних молекул ДНК, каждая из которых является точной копией родительской молекулы.     

Стадии: расплетение двойной спирали, синтез новых цепей (при этом образуется одна отстающая и одна лидирующая цепь*), образование двух новых молекул ДНК. 

*На одной из цепей направление синтеза ДНК (от 3' к 5' по матрице) совпадает с направлением расплетания ДНК (движения вилки). Эта цепь называется лидирующей, на ней синтез происходит непрерывно. На другой цепи направление синтеза ДНК противоположно направлению расплетания, так что синтез происходит фрагментами, по мере расплетания все новых и новых участков матрицы. Эта цепь называется отстающей, а фрагменты, по имени открывшего их исследователя, называют фрагментами Оказаки.

Значение: обеспечивает передачу наследственной информации от клетки к клетке при делении. Происходит перед делением клетки в синтетическом периоде интерфазы.

Значение: переносит генетическую информацию из ядра (где хранится ДНК) в цитоплазму (где происходит синтез белка).

Транскрипция – синтез молекул РНК на матрице одной из цепей ДНК. Стадии: инициация, элонгация, терминация.

Инициация — прикрепление фермента РНК-полимеразы к промотору (началу гена) транскрибируемой цепи ДНК, расплетение цепочки ДНК и начало синтеза РНК.

Элонгация — это удлинение цепи РНК по принципу комплементарности и антипараллельности: ДНК (матричная цепь) 3'-ЦГТАГЦ-5' информационная РНК 5' ГЦАУЦГ-3’.

Терминация — РНК-полимераза достигает терминатора (точка окончания транскрипции) и отщепляется от ДНК, РНК выходит в цитоплазму.

Так образуются РНК трех видов: транспортные, рибосомальные и информационные.

Значение: переносит генетическую информацию из ядра (где хранится ДНК) в цитоплазму (где происходит синтез белка).

Трансляция - синтез молекулы белка на матрице иРНК.

Инициация: малая субъединица рибосомы находит на иРНК стартовый кодон (АУГ). К нему присоединяется первая тРНК с метионином. Затем присоединяется большая субъединица. В рибосоме оказываются два кодона, и для синтеза необходима комплементарность кодона и антикодона тРНК.

Элонгация: рибосома движется по иРНК на один триплет. К каждому следующему кодону по принципу комплементарности подходит тРНК со своей аминокислотой. Аминокислоты соединяются пептидными связями, образуя цепь белка.

Терминация: на стоп-кодоне (УАА, УАГ, УГА) синтез прекращается, так как для него нет тРНК. Готовая полипептидная цепь отделяется, рибосома распадается.

Значение: реализует генетическую информацию, закодированную в ДНК, в виде последовательности аминокислот, которая определяет структуру и функцию белка.

Ключевая особенность: принцип комплементарности - нуклеотиды  соединяются друг с другом в строгом соответствии с матрицей (ДНК или РНК): нуклеотид А комплементарен Т(на ДНК) или У (на РНК), нуклеотид Г комплементарен Ц. 

Условия биосинтеза белка (трансляции):

1.      Информационная РНК (матрица для построения ДНК);

2.      Рибосомы (в них происходит синтез белка);

3.      Аминокислоты (для сборки новой молекулы);

4.      Транспортная РНК (доставляют аминокислоты к рибосомам);

5.      АТФ (энергия для процесса).

Примеры заданий

№1. Верны ли следующие суждения о процессах матричного синтеза?

А.  Матрицей для синтеза молекулы РНК служит участок одной из цепей ДНК. 

Б.  Процесс репликации происходит на рибосомах.

1)  верно только А 

2)  верно только Б

3)  верны оба суждения 

4)  оба суждения неверны

Ответ: 1

Пояснение:

А. Процесс синтеза РНК называется трансляцией. Матрицей для синтеза молекулы РНК является цепь молекулы ДНК.

Б. На рибосомах происходит процесс трансляции – синтез полипептида на матрице иРНК. Репликация происходит в ядре клетки.

№2. Сколько нуклеотидов во фрагменте матричной цепи ДНК кодируют 55 аминокислот во фрагменте полипептида? В ответе запишите только соответствующее число.

Ответ: 165

Пояснение: одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида (триплет=кодон). Нужно количество аминокислот умножить на 3 нуклеотида: 55*3=165 нуклеотидов.