Les protéines jouent un rôle très important dans la vie des organismes, remplissent des fonctions protectrices, structurelles, hormonales, énergétiques. Fournit la croissance du tissu musculaire et osseux. Les protéines informent sur la structure de la cellule, sur ses fonctions et propriétés biochimiques, font partie des précieux, bénéfique pour le corps aliments (œufs, produits laitiers, poisson, noix, légumineuses, seigle et blé). La digestibilité de ces aliments est due à leur valeur biologique. A indicateur égal de la quantité de protéines, il sera plus facile de digérer le produit dont la valeur est la plus élevée. Les polymères défectueux doivent être retirés du corps et remplacés par des neufs. Ce processus a lieu lors de la synthèse des protéines dans les cellules.
Quelles sont les protéines
Les substances constituées uniquement de résidus d'acides aminés sont appelées protéines simples (protéines). Si nécessaire, utilisez-les propriété énergétique par conséquent, les personnes qui mènent une vie saine ont souvent besoin d'un apport supplémentaire en protéines. Les protéines complexes, les protéides, contiennent une protéine simple et une partie non protéique. Dix acides aminés dans les protéines sont indispensables, ce qui signifie que le corps ne peut pas les synthétiser seul, ils proviennent de la nourriture, tandis que les dix autres sont non remplaçables, c'est-à-dire qu'ils peuvent être créés à partir d'autres acides aminés. C'est ainsi que commence un processus vital pour tous les organismes.
Les grandes étapes de la biosynthèse : d'où viennent les protéines
De nouvelles molécules sont prises à la suite de la biosynthèse - réaction chimique Connexions. Il existe deux étapes principales dans la synthèse des protéines dans la cellule. Il s'agit de transcription et de diffusion. La transcription a lieu dans le noyau. C'est la lecture de l'ADN (acide désoxyribonucléique), qui transporte des informations sur la future protéine, à l'ARN (acide ribonucléique), qui transfère cette information de l'ADN au cytoplasme. Cela est dû au fait que l'ADN ne participe pas directement à la biosynthèse, il ne porte que des informations, n'ayant pas la capacité d'entrer dans le cytoplasme, où la protéine est synthétisée, et remplissant uniquement la fonction de porteur d'informations génétiques. La transcription, quant à elle, vous permet de lire les données d'une matrice d'ADN en ARN selon le principe de complémentarité.
Le rôle de l'ARN et de l'ADN dans le processus
Ainsi, la synthèse des protéines dans les cellules est déclenchée par une chaîne d'ADN qui transporte des informations sur une protéine spécifique et s'appelle un gène. La chaîne d'ADN se défait au cours du processus de transcription, c'est-à-dire que son hélice commence à se désintégrer en une molécule linéaire. Avec l'ADN, l'information doit être convertie en ARN. La thymine opposée dans ce processus devrait devenir l'adénine. La cytosine a la guanine par paire, tout comme l'ADN. Contrairement à l'adénine, l'ARN devient uracile, car dans l'ARN un nucléotide tel que la thymine n'existe pas, il est simplement remplacé par un nucléotide uracile. La cytosine est adjacente à la guanine. À l'opposé de l'adénine, l'uracile devient et l'adénine est associée à la thymine. Ces molécules d'ARN, qui deviennent opposées, sont appelées ARN messager (ARNm). Ils sont capables de quitter le noyau à travers les pores dans le cytoplasme et les ribosomes, qui, en fait, remplissent la fonction de synthèse des protéines dans les cellules.
Complexe en mots simples
Maintenant, l'assemblage des séquences d'acides aminés de la chaîne polypeptidique de la protéine est effectué. La transcription peut être appelée la lecture d'informations sur une future protéine d'une matrice d'ADN en ARN. Cela peut être défini comme la première étape. Une fois que l'ARN a quitté le noyau, il doit se rendre dans les ribosomes, où se déroule une deuxième étape, appelée traduction.
La traduction est déjà un transfert d'ARN, c'est-à-dire le transfert d'informations des nucléotides à une molécule de protéine, lorsque l'ARN parle de la séquence d'acides aminés qui devrait se trouver dans une substance. Dans cet ordre, l'ARN messager pénètre dans le cytoplasme jusqu'aux ribosomes, qui assurent la synthèse des protéines dans la cellule : A (adénine) - G (guanine) - U (uracile) - C (cytosine) - U (uracile) - A (adénine).
Pourquoi les ribosomes sont-ils nécessaires
Pour que la traduction se produise et que la protéine résultante se forme, des composants tels que l'ARN messager lui-même, l'ARN de transport et les ribosomes en tant qu'« usine » pour la production de protéines sont nécessaires. Dans ce cas, deux types d'ARN fonctionnent : informationnel, qui s'est formé dans le noyau avec l'ADN, et de transport. La molécule du second acide se présente sous la forme d'un trèfle. Ce « trèfle » lie l'acide aminé à lui-même et le transporte jusqu'aux ribosomes. C'est-à-dire qu'il effectue le transport des composés organiques directement vers "l'usine" pour leur formation.
Comment fonctionne l'ARNr
Il existe également des ARN ribosomiques, qui font partie du ribosome lui-même et effectuent la synthèse des protéines dans la cellule. Il s'avère que les ribosomes sont des structures non membranaires, ils n'ont pas de membranes, comme le noyau ou le réticulum endoplasmique, mais sont simplement constitués de protéines et d'ARN ribosomiques. Que se passe-t-il lorsqu'une séquence de nucléotides, c'est-à-dire l'ARN messager, atteint les ribosomes ?
L'ARN de transport, situé dans le cytoplasme, attire les acides aminés. D'où viennent les acides aminés dans la cellule ? Et ils se forment à la suite de la dégradation des protéines qui entrent dans la nourriture. Ces composés sont transportés par la circulation sanguine jusqu'aux cellules, où a lieu la production de protéines nécessaires à l'organisme.
La dernière étape de la synthèse des protéines dans les cellules
Les acides aminés flottent dans le cytoplasme de la même manière que les ARN de transport, et lorsque la chaîne polypeptidique est assemblée directement, ces ARN de transport commencent à se lier à eux. Cependant, pas dans chaque séquence et loin de chaque ARN de transport peut se combiner avec tous les types d'acides aminés. Il existe un site spécifique auquel l'acide aminé requis est attaché. La deuxième région de l'ARN de transport est appelée anticodon. Cet élément est constitué de trois nucléotides complémentaires de la séquence nucléotidique de l'ARN messager. Un acide aminé nécessite trois nucléotides. Par exemple, toute protéine conditionnelle se compose, pour simplifier, de seulement deux acides aminés. De toute évidence, en général, les protéines ont une structure très longue et sont constituées de nombreux acides aminés. La chaîne A - G - Y est appelée triplet, ou codon; un ARN de transport sous la forme d'un trèfle y sera attaché, au bout duquel il y aura un certain acide aminé. Le triplet suivant C - U - A sera rejoint par un autre ARNt, qui contiendra un acide aminé complètement différent complémentaire de cette séquence. Dans cet ordre, un assemblage supplémentaire de la chaîne polypeptidique se produira.
La signification biologique de la synthèse
Une liaison peptidique se forme entre les deux acides aminés situés aux extrémités des trèfles de chaque triplet. A ce stade, l'ARN de transport est libéré dans le cytoplasme. L'ARN de transport suivant avec un autre acide aminé est ensuite attaché aux triplets, ce qui forme une chaîne polypeptidique avec les deux précédents. Ce processus est répété jusqu'à ce que la séquence d'acides aminés requise soit atteinte. Ainsi, la synthèse des protéines se produit dans la cellule et il se forme des enzymes, des hormones, des substances sanguines, etc.. Toutes les cellules ne produisent pas de protéines. Chaque cellule peut former une protéine spécifique. Par exemple, l'hémoglobine sera formée dans les érythrocytes, et les hormones et diverses enzymes qui décomposent les aliments qui pénètrent dans le corps seront synthétisées par les cellules du pancréas.
Dans les muscles, les protéines actine et myosine seront formées. Comme vous pouvez le voir, le processus de synthèse des protéines dans les cellules est complexe et en plusieurs étapes, ce qui indique son importance et sa nécessité pour tous les êtres vivants.
Plan de la leçon
: "Synthèse des protéines dans la cellule"(Pour le profil 10e année, la durée du cours est de 2 heures)
Enseignant : Mastyukhina Anna Alexandrovna
MOU "École secondaire nommée d'après le général Zakharkin I.G."
Objectif de la leçon :
Éducatif:
examinercaractéristiques de la biosynthèse des protéines dans la cellule, explorer les notions :gène, code génétique, triplet, codon, anticodon, transcription, traduction, polysome; Ppoursuivre la formation des connaissances sur les mécanismes de biosynthèse des protéines sur l'exemple de la traduction ; élucider le rôle des ARN de transport dans le processus de biosynthèse des protéines ; pour révéler les mécanismes de synthèse matricielle de la chaîne polypeptidique sur les ribosomes.Développement:
afin de développer l'intérêt cognitif des élèvespréparer les messages à l'avance (« Faits intéressants sur le gène »,« Code génétique »,« Transcription et traduction »). Pour développer des compétences pratiquesfera syncwine. Pour développer la pensée logiqueapprendre à résoudre des problèmes.Éducatif:
Afin de former une vision scientifique du monde, prouver l'importance et la signification de la synthèse des protéines dans les cellules, ainsi que leur nécessité vitale.F.O.U.R
.: cours.Type de cours
: combinéType de cours
: avec présentation "Synthèse de protéines dans la cellule" et démonstration de modèles magnétiques.Équipement:
présentation "Synthèse des protéines dans la cellule"; tableau "Code génétique" ; Schéma "Formation d'ARNm à partir d'une matrice d'ADN (transcription)" ; Schéma "Structure de l'ARNt" ; Schéma "Synthèse des protéines dans les ribosomes (traduction)" ; Schéma "Synthèse de protéines sur un polysome" ; Des cartes de tâches et une grille de mots croisés ; modèles magnétiques.Pendant les cours :
Méthodes et techniques méthodologiques :
je
Organisation de la classe.Dans les leçons précédentes, nous avons étudié des substances appelées acides nucléiques. À cause de
qui a examiné leurs deux types : ADN et ARN, s'est familiarisé avec leur structure et leurs fonctions. Ils ont découvert que la composition de chacun des acides nucléiques comprend quatre bases azotées différentes, qui se combinent selon le principe de complémentarité. Nous aurons besoin de toutes ces connaissances pour étudier le nouveau sujet d'aujourd'hui.
Notez donc son nom dans vos cahiers "Synthèse des protéines dans la cellule".II
.Apprentissage de nouveau matériel :1) Actualisation des connaissances :
Avant de commencer à étudier un nouveau sujet, rappelons-nous : qu'est-ce que le métabolisme (métabolisme) :
MÉTABOLISME - un ensemble de toutes les réactions enzymatiques d'une cellule, associées les unes aux autres et avec environnement externe composé de plastique
et les échanges énergétiques.
Faisons un syncwine, dont le premier mot est métabolisme.
(1-métabolisme2-plastique, énergétique
3-fuite, absorbe, excrète
4-ensemble de réactions enzymatiques de la cellule
5-métabolisme)
Biosynthèse des protéines
fait référence aux réactions d'échange plastique. Biosynthèse des protéines – le processus le plus important dans la nature vivante. Il s'agit de la création de molécules de protéines basées sur des informations sur la séquence d'acides aminés dans sa structure primaire, contenue dans la structure de l'ADNDevoir : Complétez les phrases en complétant les termes manquants.
1. La photosynthèse est...
(synthèse de substances organiques à la lumière).2. Le processus de photosynthèse est effectué dans les organites cellulaires - ...
(chloroplastes).3. L'oxygène libre pendant la photosynthèse est libéré pendant la division ...
(l'eau).4. A quel stade de la photosynthèse l'oxygène libre se forme-t-il ? Sur le …
(lumière).5. Pendant la phase légère ... ATP.
(Synthétisé.)6. Au stade sombre, le chloroplaste se forme ...
(le principal glucide est le glucose).7. Quand le compte solaire atteint la chlorophylle...
(excitation des électrons).8. La photosynthèse a lieu dans les cellules...
(plantes vertes).9. La phase lumineuse de la photosynthèse se produit dans ...
(thylacoïdes).10. La phase sombre se produit dans ...
(quelconque) Heures du jour.Le processus d'assimilation le plus important dans la cellule est
protéines qui lui sont inhérentes.Chaque cellule contient des milliers de protéines, dont celles inhérentes uniquement à ce type de cellule. Étant donné que dans le processus d'activité vitale, toutes les protéines sont détruites tôt ou tard, la cellule doit continuellement synthétiser des protéines pour restaurer son
, organites, etc. De plus, de nombreuses cellules « produisent » des protéines pour les besoins de tout l'organisme, par exemple les cellules des glandes endocrines, qui sécrètent des hormones protéiques dans le sang. Dans de telles cellules, la synthèse des protéines est particulièrement intense.2) Apprendre du nouveau matériel :
La synthèse des protéines est énergivore.
La source de cette énergie, ainsi que pour tous les processus cellulaires, est
... La variété des fonctions des protéines est déterminée par leur structure primaire, c'est-à-dire la séquence d'acides aminés dans leur molécule. À son tour, héréditaire sur la structure primaire d'une protéine réside dans la séquence de nucléotides dans la molécule d'ADN. Le morceau d'ADN qui contient des informations sur la structure primaire d'une protéine s'appelle un gène. Un chromosome contient des informations sur la structure de plusieurs centaines de protéines.
Code génétique.
Chaque acide aminé de protéine dans
correspond à une séquence de trois nucléotides situés l'un après l'autre - un triplet. A ce jour, une carte du code génétique a été dressée, c'est-à-dire que l'on sait quelles combinaisons de triplets de nucléotides d'ADN correspondent à l'un ou l'autre des 20 acides aminés qui composent les protéines (Fig. 33). Comme vous le savez, l'ADN peut contenir quatre bases azotées : l'adénine (A), la guanine (G), la thymine (T) et la cytosine (C). Le nombre de combinaisons de 4 à 3 est : 43 = 64, c'est-à-dire que 64 acides aminés différents peuvent être codés, alors que seuls 20 acides aminés sont codés. Il s'est avéré que de nombreux acides aminés correspondent non pas à un, mais à plusieurs triplets différents - des codons.On suppose que cette propriété du code génétique augmente la fiabilité du stockage et de la transmission de l'information génétique au cours de la division cellulaire. Par exemple, 4 codons correspondent à l'acide aminé alanine : CHA, CHG, CHT, CHC, et il s'avère qu'une erreur aléatoire dans le troisième nucléotide ne peut pas affecter la structure de la protéine - ce sera toujours un codon alanine.
Étant donné que la molécule d'ADN contient des centaines de gènes, elle doit inclure des triplets, qui sont des « marques de ponctuation » et désignent le début et la fin d'un gène particulier.
Une propriété très importante du code génétique est la spécificité, c'est-à-dire qu'un triplet signifie toujours un seul acide aminé. Le code génétique est universel pour tous les organismes vivants, des bactéries aux humains.
Transcription. Le porteur de toutes les informations génétiques est l'ADN situé dans
Le cytoplasme doit contenir un ensemble d'acides aminés nécessaires à la synthèse des protéines. Ces acides aminés sont formés à la suite de la dégradation des protéines alimentaires. De plus, l'un ou l'autre acide aminé ne peut atteindre le site de synthèse protéique directe, c'est-à-dire le ribosome, qu'en se fixant à un ARN de transport spécial (ARNt).
ARN de transport.
Pour le transfert de chaque type d'acide aminé au ribosome, un type distinct d'ARN-t est nécessaire. Étant donné que les protéines contiennent environ 20 acides aminés, il existe le même nombre de types d'ARN-t. La structure de tous les ARNt est similaire (Fig. 35). Leurs molécules forment des structures particulières qui ressemblent à une feuille de trèfle. Les types d'ARNt diffèrent nécessairement par le triplet de nucléotides situé "au sommet". Ce triplet, appelé l'anticodon, selon le code génétique, correspond à l'acide aminé que doit transférer cet ARN-T. Une enzyme spéciale attache nécessairement au « pétiole de la feuille » l'acide aminé codé par un triplet complémentaire de l'anticodon.
Diffuser.
Dans le cytoplasme, la dernière étape de la synthèse des protéines a lieu - la traduction. Un ribosome est enfilé à l'extrémité de l'ARNm, à partir duquel la synthèse des protéines doit être lancée (Fig. 36). Le ribosome se déplace le long de la molécule d'ARNm par intermittence, "saute", s'attardant sur chaque triplet pendant environ 0,2 s. Durant cet instant, un ARNt parmi tant d'autres est capable d'« identifier » avec son anticodon le triplet sur lequel se trouve le ribosome. Et si l'anticodon est complémentaire de ce triplet d'ARNm, l'acide aminé est détaché du « pétiole de la feuille » et est attaché par une liaison peptidique à la chaîne protéique en croissance (Fig. 37). À ce moment, le ribosome se déplace dans l'ARN-i vers le triplet suivant, codant pour l'acide aminé suivant de la protéine synthétisée, et le t-ARN suivant « apporte » l'acide aminé nécessaire, qui construit la chaîne protéique en croissance. Cette opération est répétée autant de fois que le nombre d'acides aminés que doit contenir la protéine "en construction". Lorsque dans le ribosome il y a un triplet nz, qui est un "signal d'arrêt" entre les gènes, alors aucun ARNt ne peut s'attacher à un tel triplet, car l'ARNt n'a pas d'anticodons. À ce stade, la synthèse des protéines se termine. Toutes les réactions décrites se produisent dans des périodes de temps très courtes. On estime qu'il ne faut que deux minutes environ pour synthétiser une molécule de protéine assez grosse.
La cellule n'a pas besoin d'une, mais de plusieurs molécules de chaque protéine. Par conséquent, dès que le ribosome, qui a commencé la synthèse des protéines sur l'i-ARN, avance, le deuxième ribosome, synthétisant la même protéine, est enfilé derrière lui sur le même i-ARN. Ensuite, les troisième, quatrième ribosomes, etc.
Lorsque la synthèse des protéines est terminée, le ribosome peut trouver un autre ARNi et commencer à synthétiser la protéine dont la structure est codée dans le nouvel ARNi.
Ainsi, la traduction est la traduction de la séquence nucléotidique de la molécule d'ARNm en la séquence d'acides aminés de la protéine synthétisée.
On estime que toutes les protéines du corps des mammifères peuvent être codées avec seulement deux pour cent de l'ADN contenu dans ses cellules. Et à quoi servent les 98% d'ADN restants ? Il s'avère que chaque gène est beaucoup plus complexe qu'on ne le pensait auparavant, et contient non seulement la région dans laquelle la structure d'une protéine est codée, mais aussi des régions spéciales qui peuvent « activer » ou « désactiver » le travail de chaque gène. . C'est pourquoi toutes les cellules, par exemple corps humain qui ont le même ensemble de chromosomes sont capables de synthétiser différentes protéines : dans certaines cellules, les protéines sont synthétisées à l'aide de certains gènes, tandis que dans d'autres, des gènes complètement différents sont impliqués. Ainsi, dans chaque cellule, seule une partie de l'information génétique contenue dans ses gènes est réalisée.
La synthèse des protéines nécessite la participation d'un grand nombre d'enzymes. Et pour chaque réaction synthèse des protéines des enzymes spécialisées sont nécessaires.
IV
.Fixation du matériel :Remplissez le tableau :
EN 1
La biosynthèse des protéines se compose de deux étapes séquentielles : la transcription et la traduction.
Résoudre le problème 1 :
Les anticodons de l'ARNt sont donnés : GAA, HCA, AAA, ACG. À l'aide du tableau du code génétique, déterminez la séquence d'acides aminés dans la molécule de protéine, les codons d'ARNm et les triplets dans le fragment du gène codant pour cette protéine.
Solution:
Codons d'ARNm : TsUU - TsGU - UUU - UGT.
La séquence d'acides aminés : leu - arg - phen - cis.
Triplés d'ADN : GAA - HCA - AAA - ACG.
Devoir 2
TGT-ACA-TTA-AAA-TsTsT. Déterminer la séquence de nucléotides d'ARNm et la séquence d'acides aminés dans la protéine, qui est synthétisée sous le contrôle de ce gène.
Réponse : ADN : TGT-ACA-TTA-AAA-CCT
iRNC : ACA-UGU-AAU-UUU-GGA
Protéines : tre --- cis --- asp --- fen --- gli.
EN 2
Résoudre le problème 1 :
Un fragment d'une molécule d'ADN double brin est donné. A l'aide du tableau du code génétique, déterminez la structure du fragment de la molécule de protéine codée par cette section d'ADN :
AAA - TTT - AAAA - ЦЦЦЦ
TTT - AAA - - .
Solution:
Étant donné que l'ARNm est toujours synthétisé sur un seul brin d'ADN, qui est généralement représenté par écrit comme le brin supérieur, alors
ARNm : UUU - AAA - CCC - YGG;
fragment de protéine codé chaîne supérieure: sèche-cheveux - liz - pro - gli.
Devoir 2
: un morceau d'ADN a la séquence nucléotidique suivante :TGT-ACA-TTA-AAA-TsTsT. Déterminer la séquence de nucléotides de l'ARNm et la séquence d'acides aminés dans la protéine, qui est synthétisée sous le contrôle de ce gène.
Réponse : ADN : AGG-CTsT-TAT-YGG-CHA
ARNm : UCTs-GGA-AUA-CTSC-HCU
Protéine : soufre --- gli --- iso --- pro --- ala
Et maintenant, écoutons les messages intéressants que vous avez préparés.
"Faits intéressants sur le gène"
"Code génétique"
"Transcription et diffusion"
VI
Résumer les résultats de la leçon.1) Conclusion de la leçon :
L'un des processus les plus importants dans la cellule est la synthèse des protéines. Chaque cellule contient des milliers de protéines, dont celles inhérentes uniquement à ce type de cellule. Puisque dans le processus de la vie, toutes les protéines tôt ou tardsont détruites, la cellule doit en permanence synthétiser des protéines pour restaurer ses membranes, ses organites, etc. De plus, de nombreuses cellules produisent des protéines pour les besoins de l'organisme entier, par exemple les cellules des glandes endocrines qui libèrent des hormones protéiques dans le sang. Dans de telles cellules, la synthèse des protéines est particulièrement intense. La synthèse des protéines est énergivore. La source de cette énergie, ainsi que pour tous les processus cellulaires, est l'ATP.2) Taux travail indépendantélèves et leur travail au tableau. Évaluez également l'activité des participants à la conversation et des intervenants.
V
II . Devoirs:Répéter le § 2.13.
Résoudre les mots-croisés:
1. La séquence spécifique de nucléotides située au début de chaque gène.
2. Transition de la séquence de nucléotides de la molécule d'ARNm dans la séquence de l'AK de la molécule de protéine.
3. Signe du début de l'émission.
4. Le porteur de l'information génétique situé dans le noyau cellulaire.
5. Une propriété du code génétique qui augmente la fiabilité du stockage et de la transmission de l'information génétique au cours de la division cellulaire.
6. Morceau d'ADN contenant des informations sur la structure primaire d'une protéine.
7. Une séquence de trois nucléotides d'ADN situés l'un après l'autre.
8. Tous les ribosomes qui synthétisent des protéines sur une molécule d'ARNm.
9. Le processus de traduction d'informations sur la séquence d'AK dans une protéine du « langage de l'ADN » au « langage de l'ARN ».
10. Un codon qui ne code pas pour AK, mais indique seulement que la synthèse protéique doit être terminée.
11. La structure, où la séquence d'AK dans la molécule de protéine est déterminée.
12. Propriété importante code génétique, qui consiste dans le fait qu'un triplet ne code toujours qu'un seul AK.
13. "Point de ponctuation" dans la molécule d'ADN, indiquant que la synthèse d'ARNm doit être arrêtée.
14. Le code génétique... pour tous les organismes vivants, des bactéries aux humains.
- jusqu'à 2 minutes
- discours introductif du professeur
-35 minutes
-10 minutes
-prof
-au conseil 1 élève
- disciples écrivant dans un cahier
-prof
- de l'endroit
-diapositive 1 et 2
-diapositive 3
-diapositive 4
-diapositive 5
-diapositive 6
-diapositive 7 et 8
-diapositive 9 et 10
-diapositive 11 et 12
-diapositive 13
-diapositive 14
-diapositive 15 et 16
-diapositive 17 et 18
-diapositive 19 et 20
-transition logique
-diapositive 21
-prof
-25 minutes
-prof
-prof
-diapositive 22
-prof
-diapositive 23
-diapositive 24
-diapositive 25
-15 minutes
diapositive 27
-groupe n°1
-individuellement sur cartes
-groupe numéro 2
-individuellement sur cartes
-30 minutes
- préparé à l'avance
-diapositive 29
-10 minutes (1 séance)
-10 minutes (2 leçons)
-10 minutes (3 leçons)
-5 minutes
-prof
-3 minutes
-diapositive 30
-sur les cartes
Biosynthèse des protéines.
Le métabolisme plastique (assimilation ou anabolisme) est un ensemble de réactions de synthèse biologique. Le nom de ce type d'échange reflète son essence : à partir de substances entrant dans la cellule de l'extérieur, se forment des substances similaires à celles de la cellule.
Considérons l'une des formes les plus importantes du métabolisme plastique - la biosynthèse des protéines. Biosynthèse des protéines est réalisée dans toutes les cellules des pro-et eucaryotes. Les informations sur la structure primaire (ordre des acides aminés) d'une molécule de protéine sont codées par une séquence de nucléotides dans la région correspondante de la molécule d'ADN - un gène.
Un gène est une section d'une molécule d'ADN qui détermine l'ordre des acides aminés dans une molécule de protéine. Par conséquent, l'ordre des acides aminés dans un polypeptide dépend de l'ordre des nucléotides dans un gène, c'est-à-dire sa structure primaire, dont dépendent à leur tour toutes les autres structures, propriétés et fonctions de la molécule de protéine.
Le système d'enregistrement de l'information génétique dans l'ADN (et - l'ARN) sous la forme d'une séquence spécifique de nucléotides est appelé code génétique. Celles. une unité de code génétique (codon) est un triplet de nucléotides dans l'ADN ou l'ARN qui code pour un acide aminé.
Au total, le code génétique comprend 64 codons, dont 61 codants et 3 non codants (codons terminateurs indiquant la fin du processus de traduction).
Codons de terminaison dans i - ARN : UAA, UAG, UGA, dans l'ADN : ATT, ATC, ACT.
Le début du processus de traduction est déterminé par le codon initiateur (AUG, dans DNA - TAC), qui code pour l'acide aminé méthionine. Ce codon est le premier à entrer dans le ribosome. Par la suite, la méthionine, si elle n'est pas fournie en tant que premier acide aminé de cette protéine, est clivée.
Le code génétique a des propriétés caractéristiques.
1. Universalité - le code est le même pour tous les organismes. Le même triplet (codon) dans n'importe quel organisme code pour le même acide aminé.
2. Spécificité - chaque codon crypte un seul acide aminé.
3. Dégénérescence - la plupart des acides aminés peuvent être codés par plusieurs codons. L'exception est deux acides aminés - la méthionine et le tryptophane, qui n'ont qu'un seul variant de codon.
4. Entre les gènes, il y a des "marques de ponctuation" - trois triplets spéciaux (UAA, UAG, UGA), dont chacun indique la fin de la synthèse de la chaîne polypeptidique.
5. Il n'y a pas de « marques de ponctuation » à l'intérieur du gène.
Pour qu'une protéine soit synthétisée, des informations sur la séquence nucléotidique dans sa structure primaire doivent être transmises aux ribosomes. Ce processus comprend deux étapes - la transcription et la traduction.
Transcription L'information (de réécriture) se produit en synthétisant une molécule d'ARN simple brin sur l'une des chaînes de la molécule d'ADN, dont la séquence nucléotidique correspond exactement à la séquence des nucléotides de la matrice - la chaîne d'ADN polynucléotidique.
Elle (et - l'ARN) est un intermédiaire qui transfère les informations de l'ADN au site d'assemblage des molécules de protéines dans le ribosome. La synthèse de l'i-ARN (transcription) se déroule comme suit. L'enzyme (ARN - polymérase) clive le double brin d'ADN, et les nucléotides d'ARN s'alignent sur l'un de ses brins (codants) selon le principe de complémentarité. La molécule d'ARN-u ainsi synthétisée (synthèse matricielle) pénètre dans le cytoplasme et de petites sous-unités de ribosome sont enfilées à une extrémité de celui-ci.
La deuxième étape de la biosynthèse des protéines est diffuser- il s'agit de la traduction de la séquence de nucléotides dans la molécule et - de l'ARN en la séquence d'acides aminés dans le polypeptide. Chez les procaryotes qui n'ont pas de noyau formé, les ribosomes peuvent se lier à la molécule nouvellement synthétisée et à l'ARN immédiatement après sa séparation de l'ADN ou même avant que sa synthèse ne soit terminée. Chez les eucaryotes, - l'ARN doit d'abord être délivré à travers l'enveloppe nucléaire dans le cytoplasme. Le transfert est effectué par des protéines spéciales qui forment un complexe avec une molécule et - de l'ARN. En plus des fonctions de transfert, ces protéines protègent et - l'ARN de l'action néfaste des enzymes cytoplasmiques.
Dans le cytoplasme, un ribosome entre à l'une des extrémités de l'u-ARN (c'est-à-dire celle à partir de laquelle commence la synthèse de la molécule dans le noyau) et la synthèse du polypeptide commence. Au fur et à mesure qu'il se déplace le long de la molécule d'ARN, le ribosome traduit triplet par triplet, attachant séquentiellement les acides aminés à l'extrémité croissante de la chaîne polypeptidique. La correspondance exacte de l'acide aminé au code triplet et - ARN est fournie par t - ARN.
L'ARN de transport (t - ARN) "apporte" des acides aminés dans la grande sous-unité du ribosome. La molécule d'ARNt a une configuration complexe. Dans certaines parties, des liaisons hydrogène se forment entre les nucléotides complémentaires et la molécule ressemble à une feuille de trèfle. À son sommet se trouve un triplet de nucléotides libres (anticodon), qui correspond à un acide aminé spécifique, et la base sert de site de fixation pour cet acide aminé (Fig. 1).
Riz. un. Schéma de la structure de l'ARN de transport : 1 - liaisons hydrogène ; 2 - anticodon; 3-site de fixation de l'acide aminé.
Chaque ARN m ne peut porter que son propre acide aminé. L'ARN-T est activé par des enzymes spéciales, attache son acide aminé et le transporte jusqu'au ribosome. À l'intérieur du ribosome, à un moment donné, il n'y a que deux codons d'i-ARN. Si l'anticodon de l'ARNt est complémentaire du codon de l'ARNm, il y a alors une fixation temporaire de l'ARNt avec l'acide aminé à l'ARNm. Le deuxième ARNt est attaché au deuxième codon, qui porte son acide aminé. Les acides aminés sont situés côte à côte dans la grande sous-unité du ribosome et, à l'aide d'enzymes, une liaison peptidique est établie entre eux. Dans le même temps, la liaison entre le premier acide aminé et son ARNt est détruite et l'ARNt quitte le ribosome pour l'acide aminé suivant. Le ribosome se déplace d'un triplet et le processus se répète. C'est ainsi que se développe progressivement la molécule polypeptidique, dans laquelle les acides aminés sont disposés en respectant strictement l'ordre des triplets les codant (synthèse matricielle) (Fig. 2).
Riz. 2. Schéma de bissynthèse des protéines : 1 - i-ARN ; 2 - sous-unités du ribosome ; 3 - t-ARN avec acides aminés; 4 - ARNt sans acides aminés; 5 - polypeptide; 6 - codon i-ARN; 7- anticodon t-ARN.
Un ribosome est capable de synthétiser une chaîne polypeptidique complète. Cependant, assez souvent, plusieurs ribosomes se déplacent le long d'une molécule d'ARNm. De tels complexes sont appelés polyribosomes. Une fois la synthèse terminée, la chaîne polypeptidique est séparée de la matrice - la molécule d'ARNi, enroulée en spirale et acquiert sa structure caractéristique (secondaire, tertiaire ou quaternaire). Les ribosomes fonctionnent très efficacement : en 1 s, le ribosome bactérien forme une chaîne polypeptidique de 20 acides aminés.
Tout d'abord, établissez la séquence des étapes de la biosynthèse des protéines, en commençant par la transcription. L'ensemble des processus intervenant lors de la synthèse des molécules protéiques peut être combiné en 2 étapes :
Transcription.
Diffuser.
Les unités structurelles de l'information héréditaire sont des gènes - des sections de la molécule d'ADN qui codent pour la synthèse d'une protéine spécifique. En termes d'organisation chimique, le matériel d'hérédité et de variabilité des pro- et eucaryotes ne diffère pas fondamentalement. Le matériel génétique qu'ils contiennent est représenté dans la molécule d'ADN, le principe d'enregistrement des informations héréditaires et le code génétique sont également courants. Les mêmes acides aminés chez les pro- et les eucaryotes sont cryptés avec les mêmes codons.
Le génome des cellules procaryotes modernes est caractérisé par une taille relativement petite, l'ADN d'Escherichia coli a la forme d'un anneau, d'environ 1 mm de long. Il contient 4 x 10 6 paires de bases formant environ 4000 gènes. En 1961, F. Jacob et J. Monod ont découvert l'organisation cistronique, ou continue, des gènes procaryotes, qui sont entièrement composés de séquences nucléotidiques codantes, et ils sont entièrement réalisés au cours de la synthèse des protéines. Le matériel héréditaire de la molécule d'ADN procaryote est situé directement dans le cytoplasme de la cellule, où se trouvent également les ARNt et les enzymes nécessaires à l'expression des gènes.L'expression est l'activité fonctionnelle des gènes, ou l'expression des gènes. Par conséquent, l'ARNm synthétisé à partir de l'ADN est capable de remplir immédiatement la fonction de matrice lors de la traduction de la synthèse des protéines.
Le génome eucaryote contient beaucoup plus de matériel héréditaire. Chez l'homme, la longueur totale de l'ADN dans un ensemble diploïde de chromosomes est d'environ 174 cm, contient 3 x 10 9 paires de bases et comprend jusqu'à 100 000 gènes. En 1977, une discontinuité dans la structure de la plupart des gènes eucaryotes a été découverte, appelée gène « mosaïque ». Il se caractérise par le codage de séquences nucléotidiques exonique et intronique parcelles. Seules les informations sur les exons sont utilisées pour la synthèse des protéines. Le nombre d'introns varie selon les gènes. Il a été découvert que le gène de l'ovalbumine de poulet comprend 7 introns et le gène du procollagène de mammifère - 50. Les fonctions des introns d'ADN silencieux n'ont pas été entièrement élucidés. On suppose qu'ils fournissent : 1) l'organisation structurelle de la chromatine ; 2) certains d'entre eux sont évidemment impliqués dans la régulation de l'expression des gènes ; 3) les introns peuvent être considérés comme une réserve d'informations pour la variabilité ; 4) ils peuvent jouer un rôle protecteur, prenant l'action de mutagènes.
Transcription
Le processus de réécriture d'informations dans le noyau cellulaire d'une section d'une molécule d'ADN à une molécule d'ARNm (ARNm) est appelé transcription(Transcriptio latine - réécriture). Le produit principal du gène, l'ARNm, est synthétisé. C'est la première étape de la synthèse des protéines. Sur le site d'ADN correspondant, l'enzyme ARN polymérase reconnaît le signe du début de la transcription - promu Le point de départ est le premier nucléotide d'ADN, qui est inclus par l'enzyme dans le transcrit d'ARN. En règle générale, les régions codantes commencent par le codon AUG ; parfois GUG est utilisé dans les bactéries. Lorsque l'ARN polymérase se lie à un promoteur, il se produit un déroulement local de la double hélice d'ADN et l'un des brins est copié selon le principe de complémentarité. L'ARNm est synthétisé, sa vitesse d'assemblage atteint 50 nucléotides par seconde. Au fur et à mesure que l'ARN polymérase se déplace, la chaîne d'ARNm se développe et lorsque l'enzyme atteint la fin du site de copie - terminateur, l'ARNm s'écarte de la matrice. La double hélice d'ADN derrière l'enzyme est réparée.
La transcription des procaryotes est effectuée dans le cytoplasme. Du fait que l'ADN est entièrement constitué de séquences nucléotidiques codantes, l'ARNm synthétisé remplit donc immédiatement la fonction de matrice pour la traduction (voir ci-dessus).
La transcription de l'ARNm chez les eucaryotes se produit dans le noyau. Cela commence par la synthèse de grosses molécules - précurseurs (pro-ARNm), appelés ARN immatures ou nucléaires.Le produit principal du gène, le pro-ARNm, est une copie exacte de la région transcrite de l'ADN, qui comprend les exons et les introns. Le processus de formation de molécules d'ARN matures à partir de précurseurs est appelé En traitement... La maturation de l'ARNm se produit par épissage Sont coupés par des enzymes Enzyme de restriction introns et la connexion de sites avec des séquences d'exons transcrites par des enzymes ligases. (Fig.) L'ARNm mature est beaucoup plus court que les molécules précurseurs de pro-ARNm, la taille des introns qu'ils contiennent varie de 100 à 1000 nucléotides ou plus. Les introns représentent environ 80% de tous les ARNm immatures.
Il est maintenant prouvé que c'est possible épissage alternatif, dans lequel à partir d'un transcrit primaire, des séquences nucléotidiques peuvent être retirées dans différentes parties de celui-ci et plusieurs ARNm matures seront formés. Cette sorte l'épissage est caractéristique dans le système des gènes d'immunoglobulines chez les mammifères, ce qui permet de se former sur la base d'un transcrit d'ARNm différents types anticorps.
Une fois le traitement terminé, l'ARNm mature est sélectionné avant de quitter le noyau. Il a été constaté que seulement 5 % de l'ARNm mature pénètre dans le cytoplasme et que le reste est clivé dans le noyau.
Diffuser
Traduction (lat. Translatio - transmission, transfert) - traduction des informations contenues dans la séquence de nucléotides de la molécule d'ARNm dans la séquence d'acides aminés de la chaîne polypeptidique (Fig. 10). C'est la deuxième étape de la synthèse des protéines. Le transfert d'ARNm mature à travers les pores de l'enveloppe nucléaire est produit par des protéines spéciales qui forment un complexe avec une molécule d'ARN. En plus de transporter l'ARNm, ces protéines protègent l'ARNm des effets néfastes des enzymes cytoplasmiques. Dans le processus de traduction, les ARNt jouent un rôle central ; ils assurent la correspondance exacte de l'acide aminé au code triplet de l'ARNm. Le processus de traduction-décodage se produit dans les ribosomes et s'effectue dans le sens 5 à 3. Le complexe d'ARNm et de ribosomes s'appelle un polysome.
Au cours de la traduction, trois phases peuvent être distinguées : l'initiation, l'allongement et la terminaison.
Initiation.
A ce stade, l'assemblage de l'ensemble du complexe impliqué dans la synthèse de la molécule protéique a lieu. Il y a une union de deux sous-unités du ribosome à un certain site de l'ARNm, l'attachement du premier aminoacyl - ARNt à celui-ci, et cela définit le cadre de lecture de l'information. Toute molécule d'ARNm contient une région complémentaire de l'ARNr de la petite sous-unité du ribosome et est spécifiquement contrôlée par celui-ci. A côté se trouve le codon d'initiation AUG, qui code pour l'acide aminé méthionine.La phase d'initiation se termine par la formation d'un complexe : ribosome, -mRNA-initiation aminoacyl-tRNA.
Élongation
- il comprend toutes les réactions depuis le moment de la formation de la première liaison peptidique jusqu'à l'ajout du dernier acide aminé. Le ribosome a deux sites pour la liaison de deux molécules d'ARN-t. Dans un site, le peptidyle (P) est le premier ARNt avec l'acide aminé méthionine, et à partir de celui-ci commence la synthèse de toute molécule de protéine. La deuxième molécule d'ARNt pénètre dans la deuxième région du ribosome, l'aminoacyl (A), et se fixe à son codon. Une liaison peptidique se forme entre la méthionine et le deuxième acide aminé. Le deuxième ARNt se déplace avec son codon ARNm vers le centre peptidyle. Le mouvement de l'ARNt avec une chaîne polypeptidique du centre aminoacyle au centre peptidyle s'accompagne de l'avancement du ribosome le long de l'ARNm par une étape correspondant à un codon. L'ARN-T qui a délivré la méthionine retourne dans le cytoplasme et le centre amnoacyle est libéré. Il reçoit un nouvel ARNt avec un acide aminé codé par le codon suivant. Une liaison peptidique se forme entre les troisième et deuxième acides aminés, et le troisième ARNt, avec le codon ARNm, se déplace vers le centre peptidique.Le processus d'allongement, allongement de la chaîne protéique. Il continue jusqu'à ce que l'un des trois codons qui ne codent pas pour les acides aminés pénètre dans le ribosome. Ce codon est un terminateur et il n'y a pas d'ARN-t correspondant pour lui, donc aucun des ARNt ne peut avoir lieu dans le centre aminoacyle.
Résiliation
- l'achèvement de la synthèse du polypeptide. Elle est associée à la reconnaissance par une protéine ribosomique spécifique d'un des codons de terminaison (UAA, UAH, UGA) lors de son entrée dans le centre aminoacyle. Un facteur de terminaison spécial est attaché au ribosome, ce qui favorise la séparation des sous-unités du ribosome et la libération de la molécule de protéine synthétisée. L'eau est attachée au dernier acide aminé du peptide et son extrémité carboxyle est séparée de l'ARNt.
L'assemblage de la chaîne peptidique s'effectue à grande vitesse. Chez les bactéries à 37°C, elle s'exprime par l'ajout de 12 à 17 acides aminés par seconde au polypeptide. Dans les cellules eucaryotes, deux acides aminés sont ajoutés au polypeptide en une seconde.
La chaîne polypeptidique synthétisée pénètre ensuite dans le complexe de Golgi, où la construction de la molécule de protéine est terminée (les deuxième, troisième et quatrième structures apparaissent séquentiellement). C'est là que se produit la complexation des molécules de protéines avec les graisses et les glucides.
L'ensemble du processus de biosynthèse des protéines est présenté sous forme de schéma : ADN ® pro ARNm ® ARNm ® chaîne polypeptidique ® protéine ® complexation des protéines et leur transformation en molécules fonctionnellement actives.
Les étapes de réalisation de l'information héréditaire se déroulent également de manière similaire : d'abord, elle est transcrite dans la séquence nucléotidique de l'ARNm, puis elle est traduite dans la séquence d'acides aminés du polypeptide sur les ribosomes avec la participation de l'ARNt.
La transcription des eucaryotes est réalisée par trois ARN polymérases nucléaires. L'ARN polymérase 1 est située dans les nucléoles et est responsable de la transcription des gènes de l'ARNr. L'ARN polymérase 2 se trouve dans la sève nucléaire et est responsable de la synthèse du précurseur d'ARNm. L'ARN polymérase 3 est une petite fraction de la sève nucléaire qui synthétise de petits ARNr et ARNt. Les ARN polymérases reconnaissent spécifiquement la séquence nucléotidique du promoteur de transcription. L'ARNm eucaryote est d'abord synthétisé sous la forme d'un précurseur (pro-ARNm), les informations des exons et des introns y sont supprimées. L'ARNm synthétisé est plus grand que nécessaire pour la traduction et s'avère moins stable.
Au cours du processus de maturation de la molécule d'ARNm, les introns sont découpés à l'aide d'enzymes de restriction et les exons sont cousus à l'aide d'enzymes - les ligases. La maturation de l'ARNm s'appelle le traitement et l'assemblage des exons s'appelle l'épissage. Ainsi, l'ARNm mature ne contient que des exons et est beaucoup plus court que son prédécesseur, le pro-ARNm. La taille des introns varie de 100 à 10 000 nucléotides ou plus. Les intones représentent environ 80% de tous les ARNm immatures. À l'heure actuelle, la possibilité d'un épissage alternatif a été prouvée, dans laquelle des séquences nucléotidiques peuvent être retirées d'un transcrit primaire dans différentes parties de celui-ci et plusieurs ARNm matures seront formés. Ce type d'épissage est caractéristique du système des gènes d'immunoglobulines chez les mammifères, ce qui permet de former différents types d'anticorps à partir d'un seul transcrit d'ARNm. Une fois le traitement terminé, l'ARNm mature est sélectionné avant d'entrer dans le cytoplasme à partir du noyau. Il a été découvert que seulement 5 % de l'ARNm mature pénètre dans le noyau et que le reste est clivé. La transformation des transcriptons primaires des gènes eucaryotes, associée à leur organisation exon-intron, et en lien avec la transition des ARNm matures du noyau vers le cytoplasme, détermine les caractéristiques de la mise en œuvre de l'information génétique des eucaryotes. Par conséquent, le gène mosaïque des eucaryotes n'est pas un gène cistron, car toute la séquence d'ADN n'est pas utilisée pour la synthèse des protéines.