Unde are loc sinteza proteinelor în celulă? Acizi ribonucleici atât de diferiți și importanți

Proteinele joacă un rol foarte important în viața organismelor, îndeplinesc funcții de protecție, structurale, hormonale, energetice. Oferă creșterea țesutului muscular și osos. Proteinele informează despre structura celulei, despre funcțiile și proprietățile biochimice ale acesteia, fac parte din elementele valoroase, benefic pentru organism alimente (ouă, produse lactate, pește, nuci, leguminoase, secară și grâu). Digestibilitatea unui astfel de aliment se explică prin valoarea biologică. Cu un indicator egal al cantității de proteine, va fi mai ușor să digerați produsul a cărui valoare este mai mare. Polimerii defecte trebuie îndepărtați din corp și înlocuiți cu alții noi. Acest proces are loc în timpul sintezei proteinelor în celule.

Ce sunt proteinele

Substanțele care constau numai din reziduuri de aminoacizi sunt numite proteine ​​simple (proteine). Dacă este necesar, folosiți-le proprietatea energetică Prin urmare, oamenii care duc un stil de viață sănătos au adesea nevoie de un aport suplimentar de proteine. Proteinele complexe, proteinele, sunt compuse dintr-o proteină simplă și o parte neproteică. Zece aminoacizi dintr-o proteină sunt esențiali, ceea ce înseamnă că organismul nu îi poate sintetiza singur, ei provin din alimente, în timp ce ceilalți zece sunt neesențiali, adică pot fi creați din alți aminoacizi. Așa începe procesul, vital pentru toate organismele.

Principalele etape ale biosintezei: de unde provin proteinele

Molecule noi sunt luate ca rezultat al biosintezei - reactie chimica conexiuni. Există două etape principale în sinteza proteinelor într-o celulă. Aceasta este transcrierea și traducerea. Transcrierea are loc în nucleu. Aceasta este o citire de la ADN (acid dezoxiribonucleic), care transportă informații despre viitoarea proteină, la ARN (acid ribonucleic), care transferă această informație de la ADN în citoplasmă. Acest lucru se întâmplă din cauza faptului că ADN-ul nu participă în mod direct la biosinteză, el purtând doar informații, neputând pătrunde în citoplasmă în care este sintetizată proteina și îndeplinind doar funcția de purtător de informații genetice. Transcripția, pe de altă parte, face posibilă citirea datelor dintr-un șablon ADN în ARN conform principiului complementarității.

Rolul ARN-ului și ADN-ului în proces

Deci, începe sinteza proteinelor în celule printr-un lanț de ADN care poartă informații despre o anumită proteină și se numește genă. Lanțul de ADN se desfășoară în timpul transcripției, adică helixul său începe să se dezintegreze într-o moleculă liniară. Din ADN informațiile trebuie convertite în ARN. În acest proces, adenina ar trebui să devină opusă timinei. Citozina are guanina ca pereche, la fel ca ADN-ul. Opus adeninei, ARN-ul devine uracil, deoarece în ARN nu există o astfel de nucleotidă precum timina, ea este înlocuită pur și simplu de o nucleotidă uracil. Citozina este adiacentă guaninei. Opus adeninei este uracilul, iar asociat cu timina este adenina. Aceste molecule de ARN care stau vizavi se numesc ARN mesager (ARNm). Ei sunt capabili să iasă din nucleu prin pori în citoplasmă și ribozomi, care, de fapt, îndeplinesc funcția de sinteză a proteinelor în celule.

Despre complex în cuvinte simple

Acum, se face asamblarea secvențelor de aminoacizi ale lanțului polipeptidic al proteinei. Transcripția poate fi numită citirea informațiilor despre viitoarea proteină din șablonul ADN în ARN. Aceasta poate fi definită ca prima etapă. După ce ARN-ul părăsește nucleul, trebuie să ajungă la ribozomi, unde are loc a doua etapă, numită translație.

Translația este deja tranziția ARN-ului, adică transferul de informații de la nucleotide la o moleculă de proteină, atunci când ARN-ul spune ce secvență de aminoacizi ar trebui să fie în substanță. În această ordine, ARN-ul mesager intră în citoplasmă la ribozomi care sintetizează proteine ​​în celulă: A (adenină) - G (guanină) - U (uracil) - C (citozină) - U (uracil) - A (adenină).

De ce sunt necesari ribozomii?

Pentru ca translația să aibă loc și să rezulte o proteină, sunt necesare componente precum ARN-ul mesager în sine, ARN-ul de transfer și ribozomii ca o „fabrică” în care este produsă proteina. În acest caz, funcționează două tipuri de ARN: informațional, care s-a format în nucleu cu ADN, și de transport. A doua moleculă de acid arată ca un trifoi. Acest „trifoi” atașează un aminoacid la sine și îl transportă la ribozomi. Adică, efectuează transportul compușilor organici direct la „fabrică” pentru formarea lor.

Cum funcționează ARNr

Există, de asemenea, ARN-uri ribozomale care fac parte din ribozomul însuși și realizează sinteza proteinelor în celulă. Se pare că ribozomii sunt structuri non-membranare, nu au cochilii, cum ar fi nucleul sau reticulul endoplasmatic, ci pur și simplu constau din proteine ​​și ARN ribozomal. Ce se întâmplă când o secvență de nucleotide, adică ARN mesager, ajunge la ribozomi?

ARN-ul de transfer, care este situat în citoplasmă, trage aminoacizii spre sine. De unde provin aminoacizii din celulă? Și se formează din cauza defalcării proteinelor care sunt ingerate cu alimente. Acești compuși sunt transportați de fluxul sanguin către celule, unde sunt produse proteinele necesare organismului.

Etapa finală în sinteza proteinelor în celule

Aminoacizii înoată în citoplasmă în același mod ca ARN-urile de transfer, iar atunci când asamblarea lanțului polipeptidic are loc direct, acești ARN-uri de transfer încep să se conecteze cu ei. Cu toate acestea, nu în orice secvență și nici ARN de transfer nu se poate combina cu toate tipurile de aminoacizi. Există un loc specific de care este atașat aminoacidul necesar. Al doilea segment al ARN-ului de transfer se numește anticodon. Acest element constă din trei nucleotide care sunt complementare cu secvența de nucleotide din ARN-ul mesager. Un aminoacid necesită trei nucleotide. De exemplu, orice proteină condiționată constă, pentru simplitate, doar din doi aminoacizi. Evident, majoritatea proteinelor au o structură foarte lungă, constând din mulți aminoacizi. Lanțul A - G - Y se numește triplet, sau codon, acesta va fi unit prin transfer de ARN sub formă de trifoi, la capătul căruia va fi un anumit aminoacid. Următorul triplet C-U-A va fi alăturat de un alt ARNt, care va conține un aminoacid complet diferit complementar acestei secvențe. În această ordine, va avea loc o asamblare ulterioară a lanțului polipeptidic.

Semnificația biologică a sintezei

Intre cei doi aminoacizi situati la capetele "trifoiilor" fiecarui triplet se formeaza o legatura peptidica. În această etapă, ARN-ul de transfer intră în citoplasmă. Apoi următorul ARN de transport cu un alt aminoacid se alătură tripleților, care formează un lanț polipeptidic cu cei doi anteriori. Acest proces se repetă până când se ajunge la secvența necesară de aminoacizi. Astfel, în celulă are loc sinteza proteinelor și se formează enzime, hormoni, substanțe din sânge etc.. Nu fiecare celulă produce vreo proteină. Fiecare celulă poate forma o proteină specifică. De exemplu, hemoglobina se va forma în eritrocite, iar hormonii și diverse enzime vor fi sintetizate de celulele pancreatice care descompun alimentele care intră în organism.

Proteinele actină și miozina se vor forma în mușchi. După cum se poate observa, procesul de sinteză a proteinelor în celule este în mai multe etape și complex, ceea ce indică importanța și necesitatea acestuia pentru toate ființele vii.

Schița lecției : „Sinteza proteinelor în celulă”

(Pentru profilul clasa a X-a, durata lecției este de 2 ore)

Profesor: Anna Mastyukhina

MOU „Școala secundară numită după generalul Zakharkin I.G.”

Obiectivul lecției:

Educational: exploracaracteristicile biosintezei proteinelor în celulă, invata concepte:genă, cod genetic, triplet, codon, anticodon, transcripție, traducere, polizom; Psă continue formarea cunoștințelor despre mecanismele biosintezei proteinelor folosind exemplul de traducere; elucidarea rolului ARN-urilor de transport în procesul de biosinteză a proteinelor; dezvăluie mecanismele sintezei matriceale a lanțului polipeptidic pe ribozomi.

În curs de dezvoltare: în scopul dezvoltării interesului cognitiv al elevilorpregătiți mesajele în avans« Fapte interesante despre genă”, „Cod genetic”, „Transcriere și traducere”). Pentru a dezvolta abilități de muncă practicăva face un syncwin. Pentru a dezvolta gândirea logicăinvata sa rezolvi problemele.

Educational: Pentru a forma o viziune științifică asupra lumii, pentru a demonstra importanța și semnificația sintezei proteinelor în celule, precum și necesitatea lor vitală.

F.O.U.R .: lecție.

Tipul de lecție : combinate

Tipul de lecție : cu prezentarea „Sinteza proteinelor în celulă” și demonstrarea modelelor magnetice.

Echipament: prezentarea „Sinteza proteinelor în celulă”; tabelul „Cod genetic”; Schema „Formarea i-ARN pe matrița ADN (transcripție)”; Schema „Structura t-ARN”; Schema „Sinteza proteinelor în ribozomi (traducere)”; Schema „Sinteza proteinelor pe polizom”; Cărți cu sarcini și cuvinte încrucișate; modele magnetice.

Metode și tehnici metodologice:

eu .Organizarea clasei.

În lecțiile anterioare, am studiat substanțele numite acizi nucleici. Din cauza

pe care le-am considerat două dintre tipurile lor: ADN și ARN, s-au familiarizat cu structura și funcțiile lor. S-a constatat că compoziția fiecărui acizi nucleici include patru baze azotate diferite, care sunt conectate între ele conform principiului complementarității. Vom avea nevoie de toate aceste cunoștințe atunci când studiem noua temă de astăzi. Așa că notează-i numele în cărțile de lucru „Sinteza proteinelor într-o celulă”.

II .Învățare material nou:

1) Actualizare de cunoștințe:

Înainte de a trece la studiul unui nou subiect, să ne amintim: ce este metabolismul (metabolismul):

METABOLISM - totalitatea tuturor reacțiilor enzimatice ale celulei, legate între ele și cu Mediul extern constând din plastic
și schimburi de energie.

Să facem un syncwin, primul cuvânt al căruia este metabolism. (1-metabolism

2-plastic, energetic

3-curge, absoarbe, excretă

4-set de reacții enzimatice ale celulei

5-metabolism)

Biosinteza proteinelorse referă la reacții de schimb plastic.

Sarcină: Completați propozițiile completând termenii lipsă.

1. Fotosinteza este...(sinteza substanţelor organice în lumină).

2. Procesul de fotosinteză se desfășoară în organelele celulei - ...(cloroplaste).

3. Oxigenul liber în timpul fotosintezei este eliberat în timpul divizării...(apă).

4. În ce stadiu al fotosintezei se formează oxigenul liber? Pe …(ușoară).

5. În timpul etapei de lumină... ATP.(Sintetizat.)

6. În stadiul întunecat, ... se formează în cloroplast.(carbohidratul primar este glucoza).

7. Când soarele contează pe clorofilă, ...(excitarea electronilor).

8. Fotosinteza are loc în celule...(plante verzi).

9. Faza ușoară a fotosintezei are loc în...(tilacoizi).

10. Faza întunecată are loc la...(orice) Partea zilei.

Cel mai important proces de asimilare în celulă este proteinele sale inerente.

Fiecare celulă conține mii de proteine, inclusiv cele inerente doar acestui tip de celulă. Deoarece toate proteinele sunt distruse mai devreme sau mai târziu în cursul vieții, celula trebuie să sintetizeze continuu proteine ​​pentru a-și restabili. , organite etc. În plus, multe celule „fabrica” proteine ​​pentru nevoile întregului organism, de exemplu, celulele glandelor endocrine care secretă hormoni proteici în sânge. În astfel de celule, sinteza proteinelor este deosebit de intensivă.

2) Învățare material nou:

Sinteza proteinelor necesită multă energie.

Sursa acestei energii, ca și pentru toate procesele celulare, este . Diversitatea funcțiilor proteinelor este determinată de structura lor primară, adică. secvența de aminoacizi din molecula lor. La rândul său, ereditar despre structura primară a proteinei constă în secvența nucleotidelor din molecula de ADN. Secțiunea de ADN care conține informații despre structura primară a unei singure proteine ​​se numește genă. Un cromozom conține informații despre structura a multor sute de proteine.

Cod genetic.

Fiecare aminoacid dintr-o proteină corespunde unei secvențe de trei nucleotide situate una după alta - un triplet. Până în prezent, a fost întocmită o hartă a codului genetic, adică se știe ce combinații triplete de nucleotide ADN corespund unuia sau altuia dintre cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc proteinele (Fig. 33). După cum știți, patru baze azotate pot fi incluse în ADN: adenină (A), guanină (G), timină (T) și citozină (C). Numărul de combinații de la 4 la 3 este: 43 = 64, adică 64 de aminoacizi diferiți pot fi codificați, în timp ce doar 20 de aminoacizi sunt codificați. S-a dovedit că mulți aminoacizi corespund nu unuia, ci mai multor tripleți - codoni.

Se presupune că această proprietate a codului genetic crește fiabilitatea stocării și transmiterii informațiilor genetice în timpul diviziunii celulare. De exemplu, 4 codoni corespund aminoacidului alanină: CGA, CHG, CHT, CHC și se dovedește că o eroare aleatorie în a treia nucleotidă nu poate afecta structura proteinei - va fi totuși un codon alanină.

Deoarece molecula de ADN conține sute de gene, include în mod necesar tripleți, care sunt „semne de punctuație” și indică începutul și sfârșitul unei anumite gene.

O proprietate foarte importantă a codului genetic este specificitatea, adică un triplet desemnează întotdeauna un singur aminoacid. Codul genetic este universal pentru toate organismele vii, de la bacterii la oameni.
Transcriere. Purtătorul tuturor informațiilor genetice este ADN-ul, situat în celule. Sinteza proteinelor în sine are loc în citoplasma celulei, pe ribozomi. De la nucleu la citoplasmă, informațiile despre structura proteinei vin sub formă de ARN mesager (i-ARN). Pentru a sintetiza i-ARN, o secțiune de ADN este „desfășurată”, despiralizată, iar apoi, după principiul complementarității, moleculele de ARN sunt sintetizate pe unul dintre lanțurile de ADN cu ajutorul enzimelor (Fig. 34). Acest lucru se întâmplă astfel: împotriva, de exemplu, guanina moleculei de ADN devine citozina moleculei de ARN, împotriva adeninei moleculei de ADN - uracil ARN (rețineți că în ARN, uracilul este inclus în nucleotide în locul timinei) , împotriva timinei ADN-ului - adenină ARN și opus citozinei ADN-ului - guaninei ARN. Astfel, se formează un lanț i-ARN, care este o copie exactă a celui de-al doilea lanț de ADN (doar timina este înlocuită cu uracil). Astfel, informațiile despre secvența de nucleotide a oricărei gene ADN sunt „rescrise” în secvența de nucleotide a i-ARN. Acest proces se numește transcripție. La procariote, moleculele de ARNm sintetizate pot interacționa imediat cu ribozomii și începe sinteza proteinelor. La eucariote, ARNm interacționează în nucleu cu proteine ​​speciale și este transferat prin membrana nucleară în citoplasmă.
Citoplasma trebuie să conțină un set de aminoacizi necesari sintezei proteinelor. Acești aminoacizi se formează ca urmare a descompunerii proteinelor alimentare. În plus, unul sau altul aminoacid poate ajunge la locul sintezei directe a proteinelor, adică în ribozom, numai prin atașarea la un ARN de transfer special (t-ARN).

ARN de transport.

Pentru transferul fiecărui tip de aminoacid la ribozom, este necesar un tip separat de ARNt. Deoarece există aproximativ 20 de aminoacizi în proteine, există tot atâtea tipuri de ARNt. Structura tuturor ARNt-urilor este similară (Fig. 35). Moleculele lor formează structuri deosebite care seamănă cu o frunză de trifoi. Tipurile de ARNt diferă în mod necesar prin tripletul de nucleotide situat „în partea de sus”. Acest triplet, numit anticodon, corespunde în codul său genetic cu aminoacidul pe care trebuie să îl transporte acest ARNt. O enzimă specială leagă de „pețiolul frunzei” aminoacidul codificat de tripletul complementar anticodonului.

Difuzare.

În citoplasmă, are loc ultima etapă a sintezei proteinelor - translația. La sfârșitul i-ARN-ului, de la care trebuie să înceapă sinteza proteinelor, este înșirat un ribozom (Fig. 36). Ribozomul se deplasează de-a lungul moleculei i-ARN intermitent, „sare”, zăbovind pe fiecare triplet timp de aproximativ 0,2 s. În acest moment, un t-ARN din mulți este capabil să „recunoaște” cu anticodonul său tripletul pe care se află ribozomul. Și dacă anticodonul este complementar acestui triplet ARNm, aminoacidul este desprins din „pețiolul frunzei” și este atașat printr-o legătură peptidică de lanțul proteic în creștere (Fig. 37). În acest moment, ribozomul se deplasează de-a lungul i-ARN până la următorul triplet, care codifică următorul aminoacid al proteinei sintetizate, iar următorul t-ARN „aduce” aminoacidul necesar, care formează lanțul proteic în creștere. Aceasta operatie se repeta de cate ori este numarul de aminoacizi pe care trebuie sa o contina proteina in constructie. Când ribozomul conține unul sau mai multe triplete, care este un „semnal de oprire” între gene, atunci nici un singur t-ARN nu se poate alătura unui astfel de triplet, deoarece t-ARN nu are anticodoni pentru ele. În acest moment, sinteza proteinelor se termină. Toate reacțiile descrise apar în intervale de timp foarte mici. Se estimează că sinteza unei molecule de proteine ​​destul de mari durează doar aproximativ două minute.

Celula are nevoie nu de una, ci de multe molecule din fiecare proteină. Prin urmare, de îndată ce ribozomul, care a fost primul care a început sinteza proteinelor pe ARNm, se deplasează înainte, un al doilea ribozom, sintetizând aceeași proteină, este înșirat pe același ARNm. Apoi, al treilea și al patrulea ribozomi sunt înșirați secvențial pe i-ARN, etc. Toți ribozomii care sintetizează aceeași proteină codificată în acest i-ARN sunt numiți polizom.

Când sinteza proteinelor este finalizată, ribozomul poate găsi un alt ARNm și poate începe să sintetizeze proteina a cărei structură este codificată în noul ARNm.

Astfel, translația este traducerea secvenței de nucleotide a unei molecule i-ARN în secvența de aminoacizi a proteinei sintetizate.

Se estimează că toate proteinele corpului unui mamifer pot fi codificate doar de două procente din ADN-ul conținut în celulele sale. Pentru ce sunt celelalte 98% din ADN? Se pare că fiecare genă este mult mai complicată decât se credea anterior și conține nu numai secțiunea în care este codificată structura unei proteine, ci și secțiuni speciale care pot „porni” sau „dezactiva” activitatea fiecărei gene. . De aceea, toate celulele, de exemplu corpul uman, având același set de cromozomi, sunt capabili să sintetizeze proteine ​​diferite: în unele celule, sinteza proteinelor are loc cu ajutorul unor gene, în timp ce în altele sunt implicate gene complet diferite. Deci, în fiecare celulă este realizată doar o parte din informația genetică conținută în genele sale.

Sinteza proteinelor necesită participarea unui număr mare de enzime. Și pentru fiecare reacție sinteza proteinei sunt necesare enzime specializate.

IV .Material pentru fixare:

Completați tabelul:

ÎN 1

Biosinteza proteinelor constă în două etape succesive: transcriere și translație.

Rezolva problema 1:

Se dau anticodoni ARNt: GAA, HCA, AAA, ACH. Folosind tabelul codului genetic, determinați secvența de aminoacizi din molecula de proteină, codonii ARNm și tripleții din fragmentul de genă care codifică această proteină.

Soluţie:

Codoni ARNm: TSUU - CGU - UUU - UGC.

Secvența de aminoacizi: leu - arg - fene - cis.

Tripleți ADN: GAA - HCA - AAA - ACH.

Sarcina 2

TGT-ACA-TTA-AAA-TsTsT. Determinați secvența de nucleotide ARNm și secvența de aminoacizi din proteina care este sintetizată sub controlul acestei gene.

Raspuns: ADN: TGT-ACA-TTA-AAA-CCT

ARNm: ACA-UGU-AAU-UUU-GGA

Proteine: tre---cis---asp---fen---gli.

ÎN 2

Rezolva problema 1:

Se dă un fragment dintr-o moleculă de ADN dublu catenar. Folosind tabelul codului genetic, determinați structura fragmentului moleculei de proteină codificată de această regiune ADN:

AAA - TTT - YYY - CCC

TTT - AAA - CCC - YYY.

Soluţie:

Deoarece ARNm este întotdeauna sintetizat pe o singură catenă de ADN, care este de obicei descrisă în scris ca cea de sus, atunci

ARNm: UUU - AAA - CCC - GGY;

fragment proteic codificat lanț superior: uscator de par - liz - pro - gli.

Sarcina 2 : o secțiune de ADN are următoarea secvență de nucleotide:

TGT-ACA-TTA-AAA-TsTsT. Determinați secvența de nucleotide a i-ARN și secvența de aminoacizi dintr-o proteină care este sintetizată sub controlul acestei gene.

Răspuns: ADN: AGG-TsT-TAT-YGG-TsGA

ARNm: UCC-GGA-AUA-CCC-GCU

Proteine: ser---gli---iso---pro---ala

Și acum haideți să ascultăm mesajele interesante pe care le-ați pregătit.

„Fapte interesante despre genă”

"Cod genetic"

„Transcriere și difuzare”

VI .Rezumând lecția.

1) Concluzie asupra lecției: Unul dintre cele mai importante procese care au loc în celulă este sinteza proteinelor. Fiecare celulă conține mii de proteine, inclusiv cele inerente doar acestui tip de celulă. Deoarece în procesul vieții toate proteinele mai devreme sau mai târziusunt distruse, celula trebuie să sintetizeze continuu proteine ​​pentru a-și reface membranele, organitele etc. În plus, multe celule produc proteine ​​pentru nevoile întregului organism, de exemplu, celulele glandelor endocrine care secretă hormoni proteici în sânge. În astfel de celule, sinteza proteinelor este deosebit de intensivă. Sinteza proteinelor necesită multă energie. Sursa acestei energii, ca și pentru toate procesele celulare, este ATP.

2) Rata muncă independentă elevii și munca lor la tablă. De asemenea, evaluați activitatea participanților la conversație și a vorbitorilor.

V II . Teme pentru acasă:

Repetați § 2.13.

Rezolva cuvintele încrucișate:

1. Secvența specifică de nucleotide situată la începutul fiecărei gene.

2. Tranziția secvenței de nucleotide a moleculei de ARNm în secvența AA a moleculei de proteină.

3. Semnul începutului emisiunii.

4. Un purtător de informații genetice situat în nucleul celulei.

5. O proprietate a codului genetic care crește fiabilitatea stocării și transmiterii informațiilor genetice în timpul diviziunii celulare.

6. O secțiune de ADN care conține informații despre structura primară a unei proteine.

7. O secvență de trei nucleotide ADN consecutive.

8. Toți ribozomii care sintetizează proteine ​​pe o moleculă de ARNm.

9. Procesul de traducere a informațiilor despre secvența AK într-o proteină din „limbajul ADN” în „limbajul ARN”.

10. Un codon care nu codifică AA, ci indică doar că sinteza proteinelor trebuie să fie finalizată.

11. Structura, unde se determină secvența AK într-o moleculă de proteină.

12. Proprietate importantă cod genetic, care constă în faptul că un triplet codifică întotdeauna un singur AK.

13. „Semn de punctuație” în molecula de ADN, indicând faptul că sinteza ARNm trebuie oprită.

14. Cod genetic... pentru toate organismele vii de la bacterii la oameni.

- până la 2 minute

- discurs introductiv al profesorului

-35 de minute

-10 minute

-profesor

- la tabla 1 elev

elevii scriu în caiete

-profesor

- din loc

- diapozitivul 1 și 2

- slide 3

- slide 4

-diapozitivul 5

-diapozitivul 6

-diapozitivul 7 și 8

-diapozitivul 9 și 10

-diapozitivul 11 ​​și 12

-diapozitivul 13

-diapozitivul 14

-diapozitivul 15 și 16

-diapozitivul 17 și 18

-diapozitivul 19 și 20

-tranzitie logica

-diapozitivul 21

-profesor

-25 de minute

-profesor

-profesor

-diapozitivul 22

-profesor

-diapozitivul 23

-diapozitivul 24

-diapozitivul 25

-15 minute

slide 27

-grupa numarul 1

-individual pe carduri

-grupa numarul 2

-individual pe carduri

-30 minute

- pregătit în avans

-diapozitivul 29

-10 minute (1 cont)

-10 minute (2 ac.)

-10 minute (3 credite)

-5 minute

-profesor

-3 minute

-diapozitivul 30

-pe cărți

biosinteza proteinelor.

Metabolismul plastic (asimilare sau anabolism) este un ansamblu de reacții de sinteză biologică. Denumirea acestui tip de schimb reflectă esența acestuia: din substanțele care intră în celulă din exterior se formează substanțe asemănătoare cu substanțele celulei.

Luați în considerare una dintre cele mai importante forme de metabolism plastic - biosinteza proteinelor. Biosinteza proteinelor efectuate în toate celulele pro- și eucariote. Informațiile despre structura primară (ordinea aminoacizilor) a unei molecule de proteine ​​sunt codificate de secvența de nucleotide din secțiunea corespunzătoare a moleculei de ADN - gena.

O genă este o secțiune a unei molecule de ADN care determină ordinea aminoacizilor dintr-o moleculă de proteină. Prin urmare, ordinea aminoacizilor din polipeptidă depinde de ordinea nucleotidelor din genă, adică. structura sa primară, de care depind la rândul lor toate celelalte structuri, proprietăți și funcții ale moleculei proteice.

Sistemul de înregistrare a informațiilor genetice în ADN (și - ARN) sub forma unei secvențe specifice de nucleotide se numește cod genetic. Acestea. o unitate a codului genetic (codon) este un triplet de nucleotide din ADN sau ARN care codifică un aminoacid.

În total, codul genetic include 64 de codoni, dintre care 61 sunt codificatori și 3 sunt necodanți (codoni terminatori indicând sfârșitul procesului de traducere).

Codoni terminatori în și - ARN: UAA, UAG, UGA, în ADN: ATT, ATC, ACT.

Începutul procesului de translație este determinat de codonul inițiator (AUG, în ADN - TAC), care codifică aminoacidul metionină. Acest codon este primul care intră în ribozom. Ulterior, metionina, dacă nu este furnizată ca prim aminoacid al acestei proteine, este scindată.

Codul genetic are proprietăți caracteristice.

1. Universalitate - codul este același pentru toate organismele. Același triplet (codon) din orice organism codifică același aminoacid.

2. Specificitate - fiecare codon codifică doar un aminoacid.

3. Degenerare – majoritatea aminoacizilor pot fi codificați de mai mulți codoni. Excepție fac 2 aminoacizi - metionina și triptofanul, care au o singură variantă de codon fiecare.

4. Între gene există „semne de punctuație” - trei triplete speciale (UAA, UAG, UGA), fiecare indicând terminarea sintezei lanțului polipeptidic.

5. Nu există „semne de punctuație” în interiorul genei.

Pentru ca o proteină să fie sintetizată, informațiile despre secvența nucleotidelor din structura sa primară trebuie să fie livrate ribozomilor. Acest proces include două etape - transcriere și traducere.

Transcriere(rescrierea) informației are loc prin sintetizarea pe unul dintre lanțurile moleculei de ADN a unei molecule de ARN monocatenar, a cărei secvență de nucleotide corespunde exact secvenței de nucleotide a matricei - lanțul polinucleotid de ADN.

Ea (și - ARN) este un intermediar care transmite informații de la ADN la locul de asamblare al moleculelor de proteine ​​din ribozom. Sinteza și - ARN (transcripția) are loc după cum urmează. O enzimă (ARN polimeraza) scindează o dublă catenă de ADN, iar pe una dintre catenele sale (codificatoare) nucleotidele de ARN se aliniază conform principiului complementarității. Molecula i-ARN sintetizată în acest fel (sinteza matricei) intră în citoplasmă, iar subunități mici de ribozomi sunt înșirate la un capăt al acesteia.

Al doilea pas în sinteza proteinelor este difuzat- aceasta este translația secvenței de nucleotide din moleculă și - ARN-ului în secvența de aminoacizi din polipeptidă. La procariotele care nu au un nucleu bine format, ribozomii se pot lega la o moleculă i-ARN nou sintetizată imediat după separarea acesteia de ADN sau chiar înainte ca sinteza sa să fie finalizată. La eucariote, ARN-ul trebuie mai întâi să fie livrat prin învelișul nuclear în citoplasmă. Transferul este realizat de proteine ​​speciale care formează un complex cu molecula i-ARN. Pe lângă funcțiile lor de transport, aceste proteine ​​protejează i-ARN de efectele dăunătoare ale enzimelor citoplasmatice.

În citoplasmă, un ribozom intră într-unul dintre capetele i-ARN-ului (și anume cel de la care începe sinteza moleculei din nucleu) și începe sinteza polipeptidei. Pe măsură ce se deplasează de-a lungul moleculei de ARN, ribozomul se traduce triplet după triplet, adăugând secvenţial aminoacizi la capătul în creştere al lanţului polipeptidic. Corespondența exactă a aminoacidului cu codul triplet și - ARN este furnizată de t - ARN.

ARN-urile de transfer (t - ARN) „aduc” aminoacizi în subunitatea mare a ribozomului. Molecula t-ARN are o configurație complexă. În unele părți ale acestuia, se formează legături de hidrogen între nucleotide complementare, iar molecula are forma unei frunze de trifoi. La vârful său se află un triplet de nucleotide libere (anticodon), care corespunde unui anumit aminoacid, iar baza servește ca loc de atașare a acestui aminoacid (Fig. 1).

Orez. unu. Schema structurii ARN de transfer: 1 - legături de hidrogen; 2 - anticodon; 3 - locul de atașare a aminoacidului.

Fiecare t-ARN poate transporta doar propriul aminoacid. T-ARN este activat de enzime speciale, își atașează aminoacidul și îl transportă la ribozom. În interiorul ribozomului, la un moment dat, există doar doi codoni de ARNm. Dacă anticodonul ARNt este complementar codonului ARNm, atunci ARNt-ul cu aminoacidul este atașat temporar de ARNm. Un al doilea t-ARN este atașat de al doilea codon, purtând propriul său aminoacid. Aminoacizii sunt localizați unul lângă altul în subunitatea mare a ribozomului, iar cu ajutorul enzimelor se stabilește o legătură peptidică între ei. În același timp, legătura dintre primul aminoacid și t-ARN-ul său este ruptă, iar t-ARN părăsește ribozomul după următorul aminoacid. Ribozomul mișcă un triplet și procesul se repetă. Așa crește treptat o moleculă de polipeptidă, în care aminoacizii sunt aranjați în strictă conformitate cu ordinea tripleților lor codificatori (sinteza matricei) (Fig. 2).

Orez. 2. Schema bisintetică a proteinelor: 1 - ARNm; 2 - subunități ribozomale; 3 - t-ARN cu aminoacizi; 4 - t-ARN fără aminoacizi; 5 - polipeptidă; 6 - codon i-ARN; 7- anticodon ARNt.

Un ribozom este capabil să sintetizeze un lanț polipeptidic complet. Cu toate acestea, adesea mai mulți ribozomi se mișcă de-a lungul unei molecule de ARNm. Astfel de complexe se numesc poliribozomi. După terminarea sintezei, lanțul polipeptidic este separat de matrice - molecula de ARNm, încolăcită într-o spirală și capătă structura sa caracteristică (secundară, terțiară sau cuaternară). Ribozomii funcționează foarte eficient: în 1 s, un ribozom bacterian formează un lanț polipeptidic de 20 de aminoacizi.

Mai întâi, stabiliți secvența pașilor în biosinteza proteinelor, începând cu transcripția. Întreaga secvență de procese care au loc în timpul sintezei moleculelor proteice poate fi combinată în 2 etape:

1. Transcriere.

2. Difuzare.

Unitățile structurale ale informațiilor ereditare sunt genele - secțiuni ale moleculei de ADN care codifică sinteza unei anumite proteine. În ceea ce privește organizarea chimică, materialul de ereditate și variabilitatea pro- și eucariote nu este fundamental diferit. Materialul genetic din ele este prezentat în molecula de ADN, principiul înregistrării informațiilor ereditare și codul genetic este de asemenea comun. Aceiași aminoacizi din pro- și eucariote sunt criptați de aceiași codoni.

Genomul celulelor procariote moderne se caracterizează printr-o dimensiune relativ mică, ADN-ul Escherichia coli are forma unui inel, de aproximativ 1 mm lungime. Conține 4 x 10 6 perechi de baze, formând aproximativ 4000 de gene. În 1961, F. Jacob și J. Monod au descoperit organizarea cistronică sau continuă a genelor procariote, care constau în întregime din secvențe de nucleotide codificatoare și sunt realizate în întregime în timpul sintezei proteinelor. Materialul ereditar al moleculei de ADN a procariotelor este localizat direct în citoplasma celulei, unde se află și ARNt-ul și enzimele necesare pentru exprimarea genelor.Expresia este activitatea funcțională a genelor, sau expresia genelor. Prin urmare, ARNm sintetizat cu ADN este capabil să acționeze imediat ca un șablon în procesul de traducere a sintezei proteinelor.

Genomul eucariot conține mult mai mult material ereditar. La om, lungimea totală a ADN-ului din setul diploid de cromozomi este de aproximativ 174 cm. Acesta conține 3 x 10 9 perechi de baze și include până la 100.000 de gene. În 1977, a fost descoperită o discontinuitate în structura majorității genelor eucariote, care a fost numită gena „mozaic”. Are secvențe de nucleotide codificatoare exonicși intron parcele. Pentru sinteza proteinelor se utilizează numai informațiile despre exoni. Numărul de introni variază în diferite gene. S-a stabilit că gena ovalbuminei de pui include 7 introni, iar gena procolagenului de mamifer - 50. Funcțiile ADN-ului tăcut - introni nu au fost complet elucidate. Se presupune că acestea asigură: 1) organizarea structurală a cromatinei; 2) unele dintre ele sunt în mod evident implicate în reglarea expresiei genelor; 3) intronii pot fi considerați ca un depozit de informații pentru variabilitate; 4) pot juca un rol protector, preluând acţiunea mutagenilor.

Transcriere

Procesul de rescriere a informațiilor din nucleul celulei dintr-o porțiune a unei molecule de ADN într-o moleculă de ARNm (ARNm) se numește transcriere(lat. Transcriptio - rescriere). Produsul primar al genei, ARNm, este sintetizat. Acesta este primul pas în sinteza proteinelor. Pe secțiunea corespunzătoare a ADN-ului, enzima ARN polimerază recunoaște semnul începerii transcripției - previzualizare Punctul de plecare este considerat a fi prima nucleotidă ADN, care este inclusă de enzimă în transcriptul ARN. De regulă, regiunile de codificare încep cu codonul AUG, uneori GUG este folosit în bacterii. Când ARN polimeraza se leagă de promotor, helixul dublu ADN este nerăsucit local și una dintre catene este copiată conform principiului complementarității. ARNm este sintetizat, viteza sa de asamblare atinge 50 de nucleotide pe secundă. Pe măsură ce ARN polimeraza se mișcă, lanțul ARNm crește, iar când enzima ajunge la sfârșitul locului de copiere - terminator, ARNm se îndepărtează de șablon. Helixul dublu de ADN din spatele enzimei este reparat.

Transcrierea procariotelor are loc în citoplasmă. Datorită faptului că ADN-ul constă în întregime din secvențe de nucleotide care codifică, prin urmare, ARNm sintetizat acționează imediat ca un șablon pentru traducere (vezi mai sus).

Transcrierea ARNm la eucariote are loc în nucleu. Începe cu sinteza moleculelor mari - precursori (pro-ARNm), numiți imatur, sau ARN nuclear.Produsul primar al genei pro-ARNm este o copie exactă a regiunii ADN-ului transcris, include exoni și introni. Procesul de formare a moleculelor mature de ARN din precursori se numește prelucrare. Maturarea ARNm are loc prin îmbinare sunt butași de către enzime restrictaza introni și conexiunea situsurilor cu secvențe de exoni transcrise de către enzimele ligază. (Fig.) ARNm matur este mult mai scurt decât moleculele precursoare pro-ARNm, mărimea intronilor din ele variază de la 100 la 1000 de nucleotide sau mai mult. Intronii reprezintă aproximativ 80% din totalul ARNm imatur.

Acum s-a demonstrat că este posibil îmbinare alternativă,în care secvențele de nucleotide pot fi șterse dintr-un transcript primar în diferitele sale regiuni și se vor forma mai multe ARNm mature. Acest tip splicing-ul este caracteristic sistemului genelor imunoglobulinei la mamifere, ceea ce face posibilă formarea ARNm pe baza unei singure transcrieri tipuri diferite anticorpi.

La finalizarea procesării, ARNm-ul matur este selectat înainte de a părăsi nucleul. S-a stabilit că doar 5% din ARNm matur intră în citoplasmă, iar restul este scindat în nucleu.

Difuzare

Traducere (lat. Translatio - transfer, transfer) - traducerea informațiilor conținute în secvența de nucleotide a moleculei de ARNm în secvența de aminoacizi a lanțului polipeptidic (Fig. 10). Aceasta este a doua etapă a sintezei proteinelor. Transferul ARNm matur prin porii învelișului nuclear produce proteine ​​speciale care formează un complex cu molecula de ARN. Pe lângă transportul ARNm, aceste proteine ​​protejează ARNm de efectele dăunătoare ale enzimelor citoplasmatice. În procesul de traducere, ARNt-urile joacă un rol central; ele asigură corespondența exactă a aminoacidului cu codul tripletului ARNm. Procesul de translație-decodificare are loc în ribozomi și se desfășoară în direcția de la 5 la 3. Complexul de ARNm și ribozomi se numește polizom.

Translația poate fi împărțită în trei faze: inițiere, alungire și terminare.

Iniţiere.

În această etapă, întreg complexul implicat în sinteza moleculei proteice este asamblat. Există o unire a două subunități de ribozom la un anumit loc al ARNm, primul aminoacil - ARNt este atașat la acesta și aceasta stabilește cadrul pentru citirea informațiilor. Orice moleculă de ARNm conține un situs care este complementar ARNr-ului subunității mici a ribozomului și controlat în mod specific de acesta. Alături de acesta se află codonul de pornire AUG, care codifică aminoacidul metionină.

Elongaţie

- include toate reacțiile de la momentul formării primei legături peptidice până la adăugarea ultimului aminoacid. Ribozomul are două situsuri pentru legarea a două molecule de ARNt. Primul t-ARN cu aminoacidul metionină este situat într-o secțiune, peptidil (P), iar sinteza oricărei molecule proteice începe de la acesta. A doua moleculă t-ARN intră în al doilea loc al ribozomului - aminoacil (A) și se atașează de codonul său. Se formează o legătură peptidică între metionină și al doilea aminoacid. Al doilea ARNt se deplasează împreună cu codonul său ARNm către centrul peptidil. Mișcarea ARNt cu lanțul polipeptidic de la centrul aminoacil la centrul peptidil este însoțită de avansarea ribozomului de-a lungul ARNm printr-o etapă corespunzătoare unui codon. ARNt-ul care a eliberat metionina revine în citoplasmă, iar centrul amnoacil este eliberat. Primește un nou t-ARN cu un aminoacid criptat de următorul codon. Între al treilea și al doilea aminoacid se formează o legătură peptidică, iar al treilea ARNt, împreună cu codonul ARNm, se deplasează în centrul peptidil Procesul de alungire, alungire a lanțului proteic. Continuă până când unul dintre cei trei codoni care nu codifică aminoacizi intră în ribozom. Acesta este un codon terminator și nu există ARNt corespunzător pentru acesta, astfel încât niciunul dintre ARNt nu poate ocupa un loc în centrul aminoacil.

Încetarea

- finalizarea sintezei polipeptidelor. Este asociată cu recunoașterea de către o proteină ribozomală specifică a unuia dintre codonii de terminație (UAA, UAG, UGA) atunci când intră în centrul aminoacil. La ribozom este atașat un factor de terminare special, care promovează separarea subunităților ribozomului și eliberarea moleculei de proteină sintetizată. Apa este atașată de ultimul aminoacid al peptidei și capătul său carboxil este separat de ARNt.

Asamblarea lanțului peptidic se realizează la o viteză mare. În bacterii la o temperatură de 37°C, este exprimată prin adăugarea a 12 până la 17 aminoacizi pe secundă la polipeptidă. În celulele eucariote, doi aminoacizi sunt adăugați la o polipeptidă într-o secundă.

Lanțul polipeptidic sintetizat intră apoi în complexul Golgi, unde se finalizează construcția moleculei proteice (structurile a doua, a treia, a patra apar în succesiune). Aici există o complexare a moleculelor de proteine ​​cu grăsimi și carbohidrați.

Întregul proces de biosinteză a proteinelor este prezentat sub forma unei scheme: ADN ® pro mRNA ® mRNA ® polypeptide chain ® protein ® complexing proteic și transformarea lor în molecule active funcțional.

Etapele implementării informațiilor ereditare decurg, de asemenea, într-un mod similar: mai întâi, este transcris în secvența de nucleotide a ARNm și apoi tradus în secvența de aminoacizi a polipeptidei pe ribozomi cu participarea ARNt.

Transcripția eucariotelor se realizează sub acțiunea a trei ARN polimeraze nucleare. ARN polimeraza 1 este localizată în nucleol și este responsabilă pentru transcripția genelor ARNr. ARN polimeraza 2 se găsește în seva nucleară și este responsabilă pentru sinteza precursorului ARNm. ARN polimeraza 3 este o mică fracțiune din seva nucleară care sintetizează ARNr și ARNt mici. ARN polimerazele recunosc în mod specific secvența de nucleotide a promotorului transcripției. ARNm eucariotic este mai întâi sintetizat ca un precursor (pro-ARNm), informațiile de la exoni și introni sunt eliminate în acesta. ARNm sintetizat este mai mare decât este necesar pentru translație și este mai puțin stabil.

În procesul de maturare a moleculei de ARNm, intronii sunt tăiați cu ajutorul enzimelor de restricție, iar exonii sunt cusuți împreună cu ajutorul enzimelor ligază. Maturarea ARNm se numește procesare, iar unirea exonilor se numește splicing. Astfel, ARNm matur conține doar exoni și este mult mai scurt decât predecesorul său, pro-ARNm. Dimensiunile intronului variază de la 100 la 10.000 de nucleotide sau mai mult. Intonii reprezintă aproximativ 80% din totalul ARNm imatur. În prezent, a fost dovedită posibilitatea splicing-ului alternativ, în care secvențele de nucleotide pot fi șterse dintr-o transcriere primară în diferitele sale regiuni și se vor forma mai multe ARNm mature. Acest tip de splicing este caracteristic sistemului de gene a imunoglobulinei la mamifere, ceea ce face posibilă formarea diferitelor tipuri de anticorpi pe baza unui singur transcript ARNm. La finalizarea procesării, ARNm-ul matur este selectat înainte de a fi eliberat în citoplasmă din nucleu. S-a stabilit că doar 5% din ARNm matur intră, iar restul este scindat în nucleu. Transformarea transcriptoanelor primare ale genelor eucariote, asociate cu organizarea lor exon-intron, și în legătură cu tranziția ARNm matur de la nucleu la citoplasmă, determină caracteristicile realizării informației genetice a eucariotelor. Prin urmare, gena mozaic eucariotă nu este o genă cistronom, deoarece nu toată secvența ADN este utilizată pentru sinteza proteinelor.