L'ensemble des réactions de synthèse biologique est appelé échange plastique, ou assimilation. Le nom de ce type d'échange reflète son essence: à partir de substances simples entrant dans la cellule de l'extérieur, des substances similaires aux substances de la cellule se forment.
Considérez l'une des formes les plus importantes du métabolisme du plastique - la biosynthèse des protéines. Toute la variété des propriétés des protéines est finalement déterminée par la structure primaire, c'est-à-dire la séquence d'acides aminés. Un grand nombre de combinaisons uniques d'acides aminés sélectionnés par évolution sont reproduites par la synthèse d'acides nucléiques avec une telle séquence de bases azotées qui correspond à la séquence d'acides aminés dans les protéines. Chaque acide aminé de la chaîne polypeptidique correspond à une combinaison de trois nucléotides - un triplet.
Le processus de réalisation de l'information héréditaire dans la biosynthèse est réalisé avec la participation de trois types d'acides ribonucléiques: informationnel (matrice) - ARNm (ARNm), ribosomal - ARNr et transport - ARNt. Tous les acides ribonucléiques sont synthétisés dans les régions correspondantes de la molécule d'ADN. Ils sont beaucoup plus petits que l'ADN et sont une seule chaîne de nucléotides. Les nucléotides contiennent un résidu d'acide phosphorique (phosphate), un sucre pentose (ribose) et l'une des quatre bases azotées - adénine, cytosine, guanine et uracile. La base azotée, l'uracile, est complémentaire de l'adénine.
Le processus de biosynthèse est complexe et comprend un certain nombre d'étapes - transcription, épissage et traduction.
La première étape (transcription) se produit dans le noyau cellulaire : l'ARNm est synthétisé à l'emplacement d'un certain gène de la molécule d'ADN. Cette synthèse est réalisée avec la participation d'un complexe d'enzymes, dont la principale est l'ARN polymérase dépendante de l'ADN, qui se fixe au point initial (initial) de la molécule d'ADN, déroule la double hélice et, se déplaçant le long de l'un des brins, synthétise un brin complémentaire d'ARNm à côté de lui. À la suite de la transcription, l'ARNm contient des informations génétiques sous la forme d'une alternance séquentielle de nucléotides, dont l'ordre est exactement copié à partir de la section correspondante (gène) de la molécule d'ADN.
D'autres études ont montré que le soi-disant pro-ARNm est synthétisé lors de la transcription, un précurseur de l'ARNm mature impliqué dans la traduction. Le pro-ARNm a significativement grandes tailles et contient des fragments qui ne codent pas pour la synthèse de la chaîne polypeptidique correspondante. Dans l'ADN, ainsi que dans les régions codant pour l'ARNr, l'ARNt et les polypeptides, il existe des fragments qui ne contiennent pas d'informations génétiques. Ils sont appelés introns, contrairement aux fragments codants, appelés exons. Les introns se trouvent dans de nombreuses régions des molécules d'ADN. Ainsi, par exemple, dans un gène - une région d'ADN codant pour l'ovalbumine de poulet, il y a 7 introns, dans le gène de l'albumine sérique de rat - 13 introns. La longueur de l'intron varie de deux cents à mille paires de nucléotides d'ADN. Les introns sont lus (transcrits) en même temps que les exons, de sorte que le pro-ARNm est significativement plus long que l'ARNm mature. Dans le noyau du pro-ARNm, les introns sont coupés par des enzymes spéciales et les fragments d'exon sont «épissés» ensemble dans un ordre strict. Ce processus est appelé épissage. Au cours du processus d'épissage, un ARNm mature est formé, qui ne contient que les informations nécessaires à la synthèse du polypeptide correspondant, c'est-à-dire la partie informative du gène de structure.
La signification et les fonctions des introns n'ont pas encore été entièrement élucidées, mais il a été établi que si seules des portions d'exons sont lues dans l'ADN, l'ARNm mature ne se forme pas. Le processus d'épissage a été étudié en utilisant le gène de l'ovalbumine comme exemple. Il contient un exon et 7 introns. Tout d'abord, le pro-ARNm contenant 7700 nucléotides est synthétisé sur l'ADN. Puis, dans le pro-ARNm, le nombre de nucléotides décroit à 6800, puis à 5600, 4850, 3800, 3400, etc., jusqu'à 1372 nucléotides correspondant à l'exon. L'ARNm contenant 1372 nucléotides quitte le noyau dans le cytoplasme, pénètre dans le ribosome et synthétise le polypeptide correspondant.
La prochaine étape de la biosynthèse - la traduction - se produit dans le cytoplasme sur les ribosomes avec la participation de l'ARNt.
Les ARN de transfert sont synthétisés dans le noyau, mais fonctionnent à l'état libre dans le cytoplasme de la cellule. Une molécule d'ARNt contient 76 à 85 nucléotides et a une structure plutôt complexe ressemblant à une feuille de trèfle. Trois sections d'ARNt sont d'une importance particulière : 1) un anticodon, composé de trois nucléotides, qui détermine le site d'attachement de l'ARNt au codon complémentaire correspondant (ARNm) sur le ribosome ; 2) un site qui détermine la spécificité de l'ARNt, la capacité d'une molécule donnée à se fixer uniquement à un acide aminé spécifique ; 3) un site accepteur auquel un acide aminé est attaché. Il est le même pour tous les ARNt et se compose de trois nucléotides - C-C-A. La fixation d'un acide aminé à l'ARNt est précédée de son activation par l'enzyme aminoacyl-ARNt synthétase. Cette enzyme est spécifique pour chaque acide aminé. L'acide aminé activé se fixe à l'ARNt correspondant et est délivré par celui-ci au ribosome.
La place centrale de la traduction appartient aux ribosomes - organites ribonucléoprotéiques du cytoplasme, qui sont présents dans de nombreux éléments. La taille des ribosomes chez les procaryotes est en moyenne de 30x30x20 nm, chez les eucaryotes - 40x40x20 nm. Habituellement, leurs tailles sont déterminées en unités de sédimentation (S) - la vitesse de sédimentation lors de la centrifugation dans le milieu approprié. Chez la bactérie Escherichia coli, le ribosome a une taille de 70S et est constitué de deux sous-particules dont l'une a une constante de 30S, la seconde 50S, et contient 64% d'ARN ribosomal et 36% de protéines.
La molécule d'ARNm sort du noyau dans le cytoplasme et se fixe à une petite sous-unité du ribosome. La traduction commence par le soi-disant codon de départ (initiateur de synthèse) - A-U-G-. Lorsque l'ARNt délivre un acide aminé activé au ribosome, son anticodon est lié par une liaison hydrogène aux nucléotides du codon complémentaire de l'ARNm. L'extrémité acceptrice de l'ARNt avec l'acide aminé correspondant est attachée à la surface de la grande sous-unité du ribosome. Après le premier acide aminé, un autre ARNt délivre l'acide aminé suivant, et ainsi une chaîne polypeptidique est synthétisée sur le ribosome. Une molécule d'ARNm fonctionne généralement sur plusieurs (5-20) ribosomes à la fois, connectés en polysomes. Le début de la synthèse d'une chaîne polypeptidique s'appelle l'initiation, sa croissance s'appelle l'élongation. La séquence d'acides aminés dans une chaîne polypeptidique est déterminée par la séquence de codons dans l'ARNm. La synthèse de la chaîne polypeptidique s'arrête lorsque l'un des codons terminateurs apparaît sur l'ARNm - UAA, UAG ou UGA. La fin de la synthèse d'une chaîne polypeptidique donnée est appelée terminaison.
Il a été établi que dans les cellules animales, la chaîne polypeptidique s'allonge de 7 acides aminés en une seconde et que l'ARNm avance sur le ribosome de 21 nucléotides. Chez les bactéries, ce processus se déroule deux à trois fois plus vite.
Par conséquent, la synthèse de la structure primaire de la molécule protéique - la chaîne polypeptidique - se produit sur le ribosome conformément à l'ordre d'alternance des nucléotides dans la matrice acide ribonucléique - ARNm. Cela ne dépend pas de la structure du ribosome.
Plan de leçon
: "Synthèse des protéines dans la cellule"(Pour le profil 10e année, le temps de cours est de 2 heures)
Enseignante : Anna Mastyukhina
MOU "École secondaire nommée d'après le général Zakharkin I.G."
Objectif de la leçon :
Éducatif:
explorercaractéristiques de la biosynthèse des protéines dans la cellule, apprendre des notions :gène, code génétique, triplet, codon, anticodon, transcription, traduction, polysome; Ppoursuivre la formation des connaissances sur les mécanismes de la biosynthèse des protéines à l'aide de l'exemple de la traduction ; élucider le rôle des ARN de transport dans le processus de biosynthèse des protéines ; révèlent 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"). Développer des compétences de travaux pratiquesfera un syncwine. Pour développer la pensée logiqueapprendre à résoudre des problèmes.Éducatif:
Afin de former une vision scientifique du monde, de prouver l'importance et la signification de la synthèse des protéines dans les cellules, ainsi que leur nécessité vitale.QUATRE
.: cours.Type de leçon
: combinéType de leçon
: avec la 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'i-ARN sur la matrice d'ADN (transcription)" ; Schéma "Structure de l'ARN-t" ; Schéma "Synthèse protéique en ribosomes (traduction)" ; Schéma "Synthèse protéique sur le polysome" ; Cartes avec des tâches et un jeu de mots croisés ; modèles magnétiques.Pendant les cours :
Méthodes et techniques méthodologiques :
je
.Organisation de classe.Dans les leçons précédentes, nous avons étudié des substances appelées acides nucléiques. À cause de
dont nous avons considéré deux de leurs types: l'ADN et l'ARN, nous sommes familiarisés avec leur structure et leurs fonctions. Il a été constaté que la composition de chacun des acides nucléiques comprend quatre bases azotées différentes, qui sont reliées entre elles selon le principe de complémentarité. Nous aurons besoin de toutes ces connaissances pour étudier le nouveau sujet d'aujourd'hui.
Alors écrivez son nom dans vos cahiers "Synthèse protéique dans une cellule".II
.Apprentissage de nouveau matériel :1) Mise à jour des connaissances :
Avant de passer à l'étude d'un nouveau sujet, rappelons : qu'est-ce que le métabolisme (métabolisme) :
MÉTABOLISME - la totalité de toutes les réactions enzymatiques de la cellule, liées 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 flux, 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. Il s'agit de la création de molécules de protéines sur la base d'informations sur la séquence d'acides aminés dans sa structure primaire contenue dans la structure de l'ADN.Tâche : Complétez les phrases en remplissant les termes manquants.
1. La photosynthèse est ...
(synthèse de substances organiques dans la lumière).2. Le processus de photosynthèse s'effectue dans les organites de la cellule - ...
(chloroplastes).3. L'oxygène libre lors de la photosynthèse est libéré lors de 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, ... se forme dans le chloroplaste.
(le glucide principal est le glucose).7. Quand le soleil compte sur la chlorophylle, ...
(excitation des électrons).8. La photosynthèse se produit dans les cellules...
(plantes vertes).9. La phase lumineuse de la photosynthèse se produit dans ...
(thylakoïdes).10. La phase sombre se produit à...
(quelconque) Heures du jour.Le processus d'assimilation le plus important dans la cellule est
ses protéines inhérentes.Chaque cellule contient des milliers de protéines, y compris celles inhérentes uniquement cette espèce cellules. Comme toutes les protéines sont détruites tôt ou tard au cours de la vie, la cellule doit en permanence synthétiser des protéines pour restaurer son
, organites, etc. De plus, de nombreuses cellules "fabriquent" des protéines pour les besoins de tout l'organisme, par exemple des 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 nécessite beaucoup d'énergie.
La source de cette énergie, comme pour tous les processus cellulaires, est
. La diversité des fonctions des protéines est déterminée par leur structure primaire, c'est-à-dire l'enchaînement des acides aminés dans leur molécule. À son tour, héréditaire La structure primaire de la protéine réside dans la séquence de nucléotides de la molécule d'ADN. La section d'ADN qui contient des informations sur la structure primaire d'une seule protéine s'appelle un gène. Un chromosome contient des informations sur la structure de plusieurs centaines de protéines.
Code génétique.
Chaque acide aminé dans une protéine
correspond à une séquence de trois nucléotides situés l'un après l'autre - un triplet. À ce jour, une carte du code génétique a été établie, 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, quatre bases azotées peuvent être incluses dans l'ADN : 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 encodés, alors que seuls 20 acides aminés sont encodés. 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 lors de la division cellulaire. Par exemple, 4 codons correspondent à l'acide aminé alanine : CGA, 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 comprend nécessairement des triplets, qui sont des « signes de ponctuation » et indiquent 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 désigne toujours un seul acide aminé. Le code génétique est universel pour tous les organismes vivants, des bactéries aux humains.
Transcription. Le support de toute l'information génétique 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 directe des protéines, c'est-à-dire dans le ribosome, qu'en se fixant à un ARN de transfert spécial (ARN-t).
ARN de transport.
Pour le transfert de chaque type d'acide aminé au ribosome, un type distinct d'ARNt est nécessaire. Comme il y a environ 20 acides aminés dans les protéines, il existe autant de types d'ARNt. La structure de tous les ARNt est similaire (Fig. 35). Leurs molécules forment des structures particulières ressemblant à une feuille de trèfle. Les types d'ARNt diffèrent nécessairement par le triplet de nucléotides situé "en haut". Ce triplet, appelé anticodon, correspond dans son code génétique à l'acide aminé que cet ARNt doit porter. Une enzyme spéciale attache au "pétiole de la feuille" l'acide aminé codé par le triplet complémentaire de l'anticodon.
Diffuser.
Dans le cytoplasme, la dernière étape de la synthèse des protéines se produit - la traduction. A la fin de l'ARNi, à partir duquel la synthèse protéique doit commencer, un ribosome est enfilé (Fig. 36). Le ribosome se déplace le long de la molécule d'ARNi par intermittence, "saute", s'attardant sur chaque triplet pendant environ 0,2 s. A cet instant, un t-RNA parmi tant d'autres est capable de "reconnaître" 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 le long de l'i-ARN vers le triplet suivant, qui code le prochain acide aminé de la protéine synthétisée, et le prochain t-ARN "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 la protéine en construction doit contenir. Lorsque le ribosome contient un ou plusieurs triplets, ce qui est un "signal d'arrêt" entre les gènes, aucun ARN-t ne peut rejoindre un tel triplet, car l'ARN-t n'a pas d'anticodons pour eux. À ce stade, la synthèse des protéines se termine. Toutes les réactions décrites se produisent dans des intervalles de temps très courts. On estime que la synthèse d'une molécule de protéine assez grosse ne prend qu'environ deux minutes.
La cellule n'a pas besoin d'une, mais de plusieurs molécules de chaque protéine. Par conséquent, dès que le ribosome, qui a été le premier à démarrer la synthèse protéique sur l'ARNm, avance, un deuxième ribosome, synthétisant la même protéine, est enfilé sur le même ARNm. Ensuite, les troisième et quatrième ribosomes sont séquentiellement enfilés sur l'i-ARN, etc. Tous les ribosomes synthétisant la même protéine codée dans cet i-ARN sont appelés polysomes.
Lorsque la synthèse protéique est terminée, le ribosome peut trouver un autre ARNm et commencer à synthétiser la protéine dont la structure est codée dans le nouvel ARNm.
Ainsi, la traduction est la traduction de la séquence nucléotidique d'une molécule d'ARNi dans la séquence d'acides aminés de la protéine synthétisée.
On estime que toutes les protéines d'un corps de mammifère peuvent être codées par seulement deux pour cent de l'ADN contenu dans ses cellules. À quoi servent les 98 % restants de l'ADN ? Il s'avère que chaque gène est beaucoup plus compliqué qu'on ne le pensait auparavant et contient non seulement la section dans laquelle la structure d'une protéine est codée, mais également des sections spéciales qui peuvent "activer" ou "désactiver" le travail de chaque gène. . C'est pourquoi toutes les cellules, par exemple corps humain, ayant le même ensemble de chromosomes, sont capables de synthétiser différentes protéines : dans certaines cellules, la synthèse des protéines se produit 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 individuelle de synthèse des protéines, des enzymes spécialisées sont nécessaires.
IV
.Matériel de fixation :Remplissez le tableau :
EN 1
La biosynthèse des protéines consiste en deux étapes successives : la transcription et la traduction.
Résolvez le problème 1 :
Les anticodons ARNt sont donnés : GAA, HCA, AAA, ACH. À l'aide du tableau du code génétique, déterminer la séquence d'acides aminés dans la molécule de protéine, les codons d'ARNm et les triplets dans le fragment de gène codant pour cette protéine.
Solution:
Codons d'ARNm : TSUU - CGU - UUU - UGC.
Séquence d'acides aminés : leu - arg - phène - cis.
Triplets d'ADN : GAA - HCA - AAA - ACH.
Tâche 2
TGT-ACA-TTA-AAA-TsTsT. Déterminez 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 : TGT-ACA-TTA-AAA-CCT
ARNm : ACA-UGU-AAU-UUU-GGA
Protéine : tre---cis---asp---fen---gli.
EN 2
Résolvez le problème 1 :
Un fragment d'une molécule d'ADN double brin est donné. A l'aide du tableau du code génétique, déterminer la structure du fragment de la molécule protéique codée par cette région d'ADN :
AAA - TTT - AAAA - CCC
TTT - AAA - CCC - AAAA.
Solution:
Étant donné que l'ARNm est toujours synthétisé sur un seul brin d'ADN, qui est généralement représenté par écrit comme le premier, alors
ARNm : UUU - AAA - CCC - GGY ;
fragment de protéine codé chaîne supérieure: sèche-cheveux - liz - pro - gli.
Tâche 2
: une section d'ADN a la séquence de nucléotides suivante :TGT-ACA-TTA-AAA-TsTsT. Déterminer la séquence nucléotidique de l'i-ARN et la séquence des acides aminés dans une protéine qui est synthétisée sous le contrôle de ce gène.
Réponse : ADN : AGG-TsT-TAT-YGG-TsGA
ARNm : UCC-GGA-AUA-CCC-GCU
Protéine : ser---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 la leçon.1) Conclusion sur la leçon :
L'un des processus les plus importants se produisant dans la cellule est la synthèse des protéines. Chaque cellule contient des milliers de protéines, y compris 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 continuellement synthétiser des protéines pour restaurer ses membranes, ses 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 intensive. La synthèse des protéines nécessite beaucoup d'énergie. La source de cette énergie, comme 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 orateurs.
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 nucléotidique de la molécule d'ARNm dans la séquence AA de la molécule protéique.
3. Signe du début de l'émission.
4. Un porteur d'informations génétiques 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 lors de la division cellulaire.
6. Une section d'ADN contenant des informations sur la structure primaire d'une protéine.
7. Une séquence de trois nucléotides d'ADN consécutifs.
8. Tous les ribosomes qui synthétisent une protéine sur une molécule d'ARNm.
9. Le processus de traduction des informations sur la séquence AK dans une protéine du "langage ADN" au "langage ARN".
10. Un codon qui ne code pas pour AA, mais indique seulement que la synthèse des protéines doit être terminée.
11. Structure, où la séquence de AK dans une molécule de protéine est déterminée.
12. Propriété importante code génétique, qui consiste dans le fait qu'un triplet code toujours un seul AK.
13. "Signe de ponctuation" dans la molécule d'ADN, indiquant que la synthèse de l'ARNm doit être arrêtée.
14. Code génétique... pour tous les organismes vivants, des bactéries aux humains.
- jusqu'à 2 minutes
- discours d'introduction du professeur
-35 mn
-10 minutes
-prof
- au tableau 1 élève
les élèves écrivent dans des cahiers
-prof
- du lieu
-diapositives 1 et 2
-diapositive 3
-diapositive 4
-diapositive 5
-diapositive 6
-diapositives 7 et 8
-diapositives 9 et 10
-diapositives 11 et 12
-diapositive 13
-diapositive 14
-diapositives 15 et 16
-diapositives 17 et 18
-diapositives 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 numéro 1
-individuellement sur cartes
-groupe numéro 2
-individuellement sur cartes
-30 minutes
- préparé à l'avance
-diapositive 29
-10 minutes (1 compte)
-10 minutes (2 acres)
-10 minutes (3 crédits)
-5 minutes
-prof
-3 minutes
-diapositive 30
-sur les cartes
La biosynthèse des protéines a lieu dans chaque cellule vivante. Il est le plus actif dans les jeunes cellules en croissance, où les protéines sont synthétisées pour la construction de leurs organites, ainsi que dans les cellules sécrétoires, où les protéines enzymatiques et les protéines hormonales sont synthétisées.
Le rôle principal dans la détermination de la structure des protéines appartient à l'ADN. Un morceau d'ADN contenant des informations sur la structure d'une seule protéine est appelé un gène. Une molécule d'ADN contient plusieurs centaines de gènes. Une molécule d'ADN contient un code pour la séquence d'acides aminés dans une protéine sous la forme de nucléotides définitivement combinés. Le code ADN a été déchiffré presque entièrement. Son essence est la suivante. Chaque acide aminé correspond à une section de la chaîne d'ADN de trois nucléotides adjacents.
Par exemple, la section T-T-T correspond à l'acide aminé lysine, le segment A-C-A correspond à la cystine, C-A-A à la valine, etc. Il existe 20 acides aminés différents, le nombre de combinaisons possibles de 4 nucléotides par 3 est de 64. Il existe donc plus qu'assez de triplets pour coder tous les acides aminés.
La synthèse des protéines est un processus complexe en plusieurs étapes représentant une chaîne de réactions synthétiques se déroulant selon le principe de la synthèse matricielle.
Étant donné que l'ADN est situé dans le noyau cellulaire et que la synthèse des protéines se produit dans le cytoplasme, il existe un intermédiaire qui transmet les informations de l'ADN aux ribosomes. Un tel intermédiaire est l'ARNm. :
Dans la biosynthèse des protéines, les étapes suivantes sont déterminées, qui vont à Différents composants cellules:
1. La première étape - la synthèse de l'i-ARN se produit dans le noyau, au cours de laquelle les informations contenues dans le gène de l'ADN sont réécrites en i-ARN. Ce processus est appelé transcription (du latin "transcription" - réécriture).
2. Au deuxième stade, les acides aminés sont connectés aux molécules d'ARN-t, qui se composent séquentiellement de trois nucléotides - anticodons, à l'aide desquels leur codon triplet est déterminé.
3. La troisième étape est le processus de synthèse directe des liaisons polypeptidiques, appelé traduction. Il se produit dans les ribosomes.
4. Au quatrième stade, la formation de la structure secondaire et tertiaire de la protéine se produit, c'est-à-dire la formation de la structure finale de la protéine.
Ainsi, dans le processus de biosynthèse des protéines, de nouvelles molécules de protéines sont formées conformément aux informations exactes intégrées dans l'ADN. Ce processus assure le renouvellement des protéines, les processus métaboliques, la croissance et le développement des cellules, c'est-à-dire l'ensemble des processus de l'activité vitale cellulaire.
Les chromosomes (du grec "chroma" - couleur, "soma" - corps) sont des structures très importantes du noyau cellulaire. jouent rôle principal dans le processus de division cellulaire, assurant le transfert des informations héréditaires d'une génération à l'autre. Ce sont de fins brins d'ADN attachés à des protéines. Les filaments sont appelés chromatides et sont constitués d'ADN, de protéines basiques (histones) et de protéines acides.
Dans une cellule qui ne se divise pas, les chromosomes remplissent tout le volume du noyau et ne sont pas visibles au microscope. Avant le début de la division, la spiralisation de l'ADN se produit et chaque chromosome devient visible au microscope. Au cours de la spiralisation, les chromosomes sont réduits des dizaines de milliers de fois. Dans cet état, les chromosomes ressemblent à deux fils identiques (chromatides) côte à côte, reliés par un site commun - le centromère.
Chaque organisme est caractérisé par un nombre et une structure constants de chromosomes. Dans les cellules somatiques, les chromosomes sont toujours appariés, c'est-à-dire que dans le noyau, il y a deux chromosomes identiques qui forment une paire. Ces chromosomes sont appelés homologues et les ensembles appariés de chromosomes dans les cellules somatiques sont appelés diploïdes.
Ainsi, l'ensemble diploïde de chromosomes chez l'homme se compose de 46 chromosomes, formant 23 paires. Chaque paire est constituée de deux chromosomes identiques (homologues).
Les caractéristiques structurelles des chromosomes permettent de distinguer leurs 7 groupes, qui sont désignés par les lettres latines A, B, C, D, E, F, G. Toutes les paires de chromosomes ont des numéros de série.
Les hommes et les femmes ont 22 paires de chromosomes identiques. Ils sont appelés autosomes. Les hommes et les femmes diffèrent par une paire de chromosomes, appelés chromosomes sexuels. Ils sont désignés par des lettres - grand X (groupe C) et petit Y (groupe C,). Le corps féminin a 22 paires d'autosomes et une paire (XX) de chromosomes sexuels. Les mâles ont 22 paires d'autosomes et une paire (XY) de chromosomes sexuels.
Contrairement aux cellules somatiques, les cellules germinales contiennent la moitié de l'ensemble des chromosomes, c'est-à-dire qu'elles contiennent un chromosome de chaque paire ! Un tel ensemble est appelé haploïde. L'ensemble haploïde de chromosomes apparaît au cours du processus de maturation cellulaire.
Les protéines jouent un rôle très important dans la vie des organismes, remplissent des fonctions protectrices, structurelles, hormonales, énergétiques. Fournit la croissance des tissus musculaires et osseux. Les protéines informent sur la structure de la cellule, sur ses fonctions et ses propriétés biochimiques, font partie de la précieuse, bénéfique pour le corps aliments (œufs, produits laitiers, poisson, fruits à coque, légumineuses, seigle et blé). La digestibilité de ces aliments s'explique par la valeur biologique. Avec un indicateur égal de la quantité de protéines, il sera plus facile de digérer le produit dont la valeur est plus élevée. Les polymères défectueux doivent être retirés du corps et remplacés par de nouveaux. Ce processus se produit lors de la synthèse des protéines dans les cellules.
Que 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 menant une vie saine ont souvent besoin d'un apport supplémentaire en protéines. Les protéines complexes, les protéides, sont composées d'une protéine simple et d'une partie non protéique. Dix acides aminés dans une protéine sont essentiels, ce qui signifie que le corps ne peut pas les synthétiser par lui-même, ils proviennent de l'alimentation, tandis que les dix autres ne sont pas essentiels, c'est-à-dire qu'ils peuvent être créés à partir d'autres acides aminés. C'est ainsi que commence le 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 y a deux étapes principales dans la synthèse des protéines dans une cellule. C'est la transcription et la traduction. La transcription a lieu dans le noyau. Il s'agit d'une lecture de l'ADN (acide désoxyribonucléique), qui transporte des informations sur la future protéine, à l'ARN ( acide ribonucléique), qui transporte cette information de l'ADN au cytoplasme. Cela est dû au fait que l'ADN ne participe pas directement à la biosynthèse, il ne transporte que des informations, ne pouvant pas pénétrer dans le cytoplasme où la protéine est synthétisée et ne remplissant que la fonction de porteur d'informations génétiques. La transcription, quant à elle, 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, il démarre la synthèse des protéines dans les cellules par une chaîne d'ADN qui porte des informations sur une protéine particulière et s'appelle un gène. La chaîne d'ADN se déroule pendant la transcription, c'est-à-dire que son hélice commence à se désintégrer en une molécule linéaire. À partir de l'ADN, les informations doivent être converties en ARN. Dans ce processus, l'adénine devrait devenir la thymine opposée. La cytosine a la guanine par paire, tout comme l'ADN. En face de l'adénine, l'ARN devient l'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. L'uracile est opposé à l'adénine et, associé à la thymine, l'adénine. Ces molécules d'ARN opposées sont appelées ARN messager (ARNm). Ils sont capables de sortir du noyau par les pores dans le cytoplasme et les ribosomes, qui remplissent en fait la fonction de synthèse des protéines dans les cellules.
À propos du complexe en mots simples
Maintenant, l'assemblage des séquences d'acides aminés de la chaîne polypeptidique de la protéine est en cours. La transcription peut être appelée la lecture d'informations sur la future protéine de la matrice d'ADN en ARN. Cela peut être défini comme la première étape. Une fois que l'ARN a quitté le noyau, il doit atteindre les ribosomes, où la deuxième étape, appelée traduction, a lieu.
La traduction est déjà la transition de l'ARN, c'est-à-dire le transfert d'informations des nucléotides à une molécule de protéine, lorsque l'ARN indique quelle séquence d'acides aminés doit se trouver dans la substance. Dans cet ordre, l'ARN messager pénètre dans le cytoplasme vers les ribosomes qui synthétisent les 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 aboutisse à une protéine, des composants tels que l'ARN messager lui-même, l'ARN de transfert et les ribosomes en tant qu '"usine" dans laquelle la protéine est produite sont nécessaires. Dans ce cas, deux types d'ARN fonctionnent : informationnel, qui s'est formé dans le noyau avec l'ADN, et transport. La deuxième molécule d'acide ressemble à un trèfle. Ce "trèfle" attache un acide aminé à lui-même et le transporte vers les 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 coquilles, comme le noyau ou le réticulum endoplasmique, mais sont simplement constitués de protéines et d'ARN ribosomal. Que se passe-t-il lorsqu'une séquence de nucléotides, c'est-à-dire un ARN messager, parvient aux ribosomes ?
L'ARN de transfert, situé dans le cytoplasme, attire les acides aminés vers lui-même. D'où viennent les acides aminés de la cellule ? Et ils se forment en raison de la dégradation des protéines ingérées avec de la nourriture. Ces composés sont transportés par la circulation sanguine vers les cellules, où sont produites les protéines nécessaires à l'organisme.
La dernière étape de la synthèse des protéines dans les cellules
Les acides aminés nagent dans le cytoplasme de la même manière que les ARN de transfert, et lorsque l'assemblage de la chaîne polypeptidique se produit directement, ces ARN de transfert commencent à se connecter avec eux. Cependant, dans n'importe quelle séquence et aucun ARN de transfert ne peut se combiner avec tous les types d'acides aminés. Il existe un site spécifique auquel l'acide aminé nécessaire est attaché. Le deuxième segment de l'ARN de transfert est appelé l'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 est constituée, pour simplifier, de seulement deux acides aminés. Évidemment, la plupart des protéines ont une structure très longue, composée de nombreux acides aminés. La chaîne A - G - Y est appelée triplet, ou codon, elle sera reliée par un ARN de transfert sous la forme d'un trèfle, au bout duquel se trouvera un certain acide aminé. Le prochain triplet 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
Entre les deux acides aminés situés aux extrémités des "trèfles" de chaque triplet, une liaison peptidique se forme. A ce stade, l'ARN de transfert passe dans le cytoplasme. Ensuite, le prochain ARN de transport avec un autre acide aminé rejoint les triplets, qui forment 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 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 seront synthétisées par les cellules pancréatiques qui décomposent les aliments qui pénètrent dans le corps.
Les protéines actine et myosine vont se former dans les muscles. Comme on peut 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.
La capacité des cellules à maintenir une organisation hautement ordonnée dépend de l'information génétique qui est réalisée, stockée, reproduite ou améliorée dans quatre processus génétiques : synthèse d'ARN et de protéines, réparation de l'ADN, réplication de l'ADN et recombinaison génétique. Les protéines représentent généralement plus de la moitié de la masse sèche de la cellule et leur synthèse joue un rôle majeur dans des processus tels que la croissance et la différenciation cellulaire, en maintenant leur structure et leur fonction.
Dépend de l'action conjointe de plusieurs classes de molécules d'ARN. Premièrement, à la suite de la copie d'ADN qui contient des informations sur la protéine synthétisée, une molécule d'ARN messager (ARNm) est formée. Une molécule d'ARN de transfert spécifique (ARNt) est attachée à chacun des 20 acides aminés qui composent une protéine, et certains facteurs protéiques auxiliaires sont attachés aux sous-unités du ribosome sur lesquelles se produit la synthèse.
Le début de la synthèse des protéines dans une cellule est considéré comme le moment où ces composants se combinent dans le cytoplasme, formant un ribosome fonctionnel. Au fur et à mesure que l'ARNm se déplace dans le ribosome, sa séquence nucléotidique est traduite (transportée) dans la séquence appropriée d'acides aminés, ce qui donne une chaîne protéique spécifique.
La synthèse d'ARN sur une matrice d'ADN est appelée transcription. À la suite de la transcription, des molécules d'ARNm sont formées qui transportent des informations pour la synthèse des protéines dans la cellule, ainsi que le transport, les ribosomes et d'autres types de molécules d'ARN qui remplissent des fonctions structurelles et catalytiques. La synthèse de ces molécules d'ARN - des copies des séquences nucléotidiques de sections de la molécule d'ADN - est catalysée par des enzymes appelées ARN polymérases.
La liaison ARN polymérase est très forte si l'ARN polymérase s'attache à une séquence d'ADN spécifique, au soi-disant promoteur contenant le signal de départ de la synthèse d'ARN, c'est-à-dire au site à partir duquel cette synthèse doit commencer. Les réactions qui en découlent se caractérisent par ce qui suit : après s'être fixée sur le promoteur, l'ARN polymérase déroule sa partie de la double hélice, exposant ainsi les nucléotides sur un court segment de chacun des deux brins d'ADN. L'une de ces deux chaînes séparées devrait devenir une matrice pour l'appariement complémentaire de l'ADN principal avec les bases des monomères entrants - les ribonucléosides triphosphates. La polymérase relie les deux premiers monomères entrants et initie ainsi la chaîne d'ARN synthétisée. Ensuite, l'ARN polymérase, se déplaçant pas à pas le long de l'ADN, déroule l'hélice d'ADN devant elle-même, exposant à chaque fois une nouvelle section de la matrice pour un appariement de bases complémentaires. En ajoutant un nucléotide à la chaîne d'ARN en croissance, il construit progressivement la chaîne.
Le processus d'allongement de la chaîne d'ARN se poursuit jusqu'à ce que l'enzyme rencontre sur son chemin une autre séquence nucléotidique spécifique de la chaîne d'ADN, à savoir le signal de terminaison de la transcription (signal d'arrêt). En atteignant ce point, la polymérase se sépare à la fois de l'ADN matrice et du brin d'ARN nouvellement synthétisé. Lors du mouvement de l'enzyme le long de la chaîne matrice, une double hélice ARN-ADN se forme en son centre actif. Derrière la molécule de polymérase, qui a terminé son travail de synthèse ADN-ARN, l'hélice ADN-ARN est immédiatement restaurée et l'ARN est expulsé. Chaque chaîne d'ARN complétée est séparée de la matrice d'ADN sous la forme d'une molécule simple brin libre, dans laquelle le nombre de nucléotides varie de 70 à 10 000.
En règle générale, l'un des brins d'ADN est transcrit. Laquelle des deux chaînes sera transcrite est déterminée par le promoteur dont la séquence nucléotidique est orientée de manière à diriger l'ARN polymérase vers l'une ou l'autre voie.
On sait également que des protéines spécifiques qui régulent l'activité des gènes jouent un rôle important dans la détermination des sections d'ADN qui seront transcrites par l'ARN polymérase. C'est d'eux en premier lieu que dépendront les protéines que la cellule produira. De plus, dans les cellules eucaryotes, la majorité des transcrits d'ARN ADN quitteront le noyau cellulaire et passeront dans le cytoplasme sous forme d'ARNm, subissant des changements significatifs - subissant un épissage.
Toutes les cellules possèdent un ensemble d'ARN de transfert (ARNt) - de petites molécules dont la taille varie de 70 à 90 nucléotides. Ces ARN, en attachant une extrémité à un codon d'ARNm spécifique et en attachant l'acide aminé codé par le triplet donné à l'autre extrémité, permettent aux acides aminés de s'aligner dans l'ordre dicté par la séquence nucléotidique de l'ARNm.
Chaque ARNt ne peut porter qu'un seul des 20 acides aminés utilisés dans la synthèse des protéines. L'ARN de transfert portant la glycine est appelé ARNt Gly, etc. Il existe un type d'ARNt pour chacun des 20 acides aminés. Il est important que chaque acide aminé soit lié de manière covalente à l'ARNt contenant l'anticodon correct - une séquence de trois nucléotides complémentaire du codon de trois nucléotides qui définit cet acide aminé dans une molécule d'ARNm. L'appariement d'un codon avec un anticodon permet à chaque acide aminé d'être inclus dans la chaîne protéique en croissance dans l'ordre dicté par la séquence nucléotidique de l'ARNm. Ainsi, le code génétique est utilisé pour traduire (traduire) les séquences nucléotidiques des acides nucléiques en séquences d'acides aminés des protéines.
le brin d'ARNm est coloré en rouge, les ribosomes sont bleus, les chaînes polypeptidiques en croissance sont vertes. (Photo du Dr Elena Kiseleva).
En attachant une extrémité à un acide aminé et en s'associant à un codon à l'autre, l'ARNt traduit une séquence de nucléotides en une séquence d'acides aminés. La fonction de l'ARNt dépend de la structure tridimensionnelle de sa molécule. L'endroit exact où un acide aminé donné sera attaché à la chaîne polypeptidique en croissance ne dépend pas de l'acide aminé lui-même, mais de la molécule d'ARNt qui l'a attaché. La molécule d'ARNt s'attache de manière covalente exactement à l'acide aminé des vingt acides aminés qui est son véritable partenaire. Ce mécanisme est associé à la participation d'enzymes appelées aminoacyl-ARNt synthases, qui attachent un acide aminé à l'ensemble approprié de molécules d'ARNt. Chacun des acides aminés a sa propre synthétase spéciale (il existe 20 de ces synthétases): l'une attache, par exemple, la glycine à l'ARNt Gly, l'autre attache l'alanine à l'ARNt Ala, etc. Ainsi, les molécules d'ARNt jouent le rôle d'adaptateurs terminaux, traduisant l'information contenue dans la séquence nucléotidique d'un acide nucléique dans le langage d'une protéine.
Les réactions de synthèse des protéines nécessitent un stimulus catalytique complexe. L'extrémité croissante de la chaîne polypeptidique doit s'adapter d'une certaine manière à la molécule d'ARNm afin que chaque codon d'ARNm suivant se connecte avec précision à l'anticodon d'ARNt sans sauter un seul nucléotide. Sinon, cela entraînera un décalage dans la séquence de lecture.
Plus de la moitié de la masse du ribosome est constituée d'ARN (ARNr), qui joue rôle clé dans l'activité catalytique du ribosome. Il existe trois sites différents sur le ribosome auxquels l'ARN se lie - un pour l'ARNm et deux pour l'ARNt. Parmi les deux derniers, un site contient la molécule d'ARNt attachée à l'extrémité croissante de la chaîne polypeptidique, il est donc appelé le site de liaison peptidyl-ARNt, ou site P.
Le deuxième site sert à retenir uniquement la molécule d'ARNt arrivée chargée d'acide aminé. C'est ce qu'on appelle le site de liaison de l'aminoacyl-ARNt, ou site A. Une molécule d'ARNt n'est fermement attachée aux deux sites que si son anticodon s'apparie avec son codon d'ARNm complémentaire. Les sites A et P sont situés très près l'un de l'autre - de sorte que les deux molécules d'ARNt qui leur sont associées s'apparient avec deux codons adjacents dans la molécule d'ARNm.
Le processus de constitution d'une chaîne polypeptidique sur les ribosomes peut être considéré comme un cycle composé de trois étapes distinctes :
- La molécule d'aminoacyl-ARNt se lie au site libre du ribosome adjacent au site P occupé. La liaison est réalisée en appariant les nucléotides de l'anticodon avec trois nucléotides d'ARNm situés dans le site A.
- Au deuxième stade, l'extrémité carboxyle de la chaîne polypeptidique dans le site P est séparée de la molécule d'ARNt et une liaison peptidique est formée avec l'acide aminé attaché à la molécule d'ARNt dans le site A.
- Le nouveau peptidyl-ARNt est transféré au site P du ribosome, tandis que le ribosome déplace exactement trois nucléotides le long de la molécule d'ARNm.
Le processus de translocation, qui est la troisième étape, comprend également le retour d'une molécule d'ARNt libre qui s'est séparée de la chaîne polypeptidique dans le site P au cours de la deuxième étape du pool d'ARNt cytoplasmique. Par conséquent, après l'achèvement de la troisième étape, le site A inoccupé peut accepter une nouvelle molécule d'ARNt chargée avec l'acide aminé suivant, c'est-à-dire que le cycle peut recommencer.
Un processus très énergivore. La formation de chaque nouvelle liaison peptidique s'accompagne de l'arrangement de quatre liaisons phosphate à haute énergie. Deux d'entre eux sont dépensés pour charger la molécule d'ARNt avec un acide aminé, et deux - pour la synthèse elle-même dans le cycle de réactions se produisant sur le ribosome. À la fin du cycle, la peptidyltransférase se fixe au peptidyl-ARNt non pas un acide aminé, mais une molécule H 2 O, grâce à laquelle l'extrémité carboxyle de la chaîne polypeptidique en croissance est séparée de la molécule d'ARNt - la chaîne protéique est libre et entre le cytoplasme.
Ainsi, une cellule nouvellement formée après la division mitotique est dotée de la continuité d'espèce du matériel héréditaire, du fait de son transfert en cours de division en quantités égales aux deux cellules filles. Les cellules filles poursuivent le processus évolutif fixe du métabolisme des espèces, acquérant des propriétés caractéristiques d'une population cellulaire d'appartenance tissulaire. Par conséquent, en peu de temps, les cellules nouvellement formées subissent une spécialisation (différenciation) en fonction de leur principale affiliation génétiquement fixée. Un certain nombre de propriétés deviennent extrêmement communes à toutes les cellules, quel que soit le système tissulaire dans lequel elles doivent effectuer leur cycle de vie. Pour remplir leurs fonctions, les cellules sont dotées d'un certain nombre de propriétés hautement spécialisées.
Sources:
Cytophysiologie / Lutsenko M.T. // Novossibirsk-Blagovechtchensk, 2011.