Baltymų biosintezė vyksta kiekvienoje gyvoje ląstelėje. Jis aktyviausias jaunose augančiose ląstelėse, kuriose sintetinami baltymai, kad susidarytų jų organelės, taip pat sekrecinėse ląstelėse, kur sintetinami fermentiniai baltymai ir hormonų baltymai.

Pagrindinis vaidmuo nustatant baltymų struktūrą priklauso DNR. DNR dalis, kurioje yra informacijos apie vieno baltymo struktūrą, vadinama genu. DNR molekulėje yra keli šimtai genų. DNR molekulėje yra baltymo aminorūgščių sekos kodas specialiai sujungtų nukleotidų pavidalu. DNR kodas buvo beveik visiškai iššifruotas. Jo esmė yra tokia. Kiekviena aminorūgštis atitinka DNR grandinės atkarpą, susidedančią iš trijų gretimų nukleotidų.

Pavyzdžiui, T-T-T sekcija atitinka aminorūgštį liziną, A-C-A sekciją – cistiną, C-A-A – valiną ir tt Yra 20 skirtingų aminorūgščių, galimų 4 nukleotidų iš 3 derinių skaičius yra 64. Todėl tripletai yra gausiai užtenka visoms aminorūgštims užkoduoti.

Baltymų sintezė yra sudėtingas kelių etapų procesas, atspindintis sintetinių reakcijų grandinę, vykstančią pagal matricos sintezės principą.

Kadangi DNR yra ląstelės branduolyje, o baltymų sintezė vyksta citoplazmoje, yra tarpininkas, kuris perduoda informaciją iš DNR į ribosomas. Šis pasiuntinys yra mRNR. :

Baltymų biosintezės metu nustatomi šie etapai, vykstantys skirtingose ​​ląstelės dalyse:

1. Pirmas etapas – branduolyje vyksta i-RNR sintezė, kurios metu DNR geno esanti informacija perrašoma į i-RNR. Šis procesas vadinamas transkripcija (iš lotyniško „transkripto“ - perrašymas).

2. Antrajame etape aminorūgštys sujungiamos su tRNR molekulėmis, kurios nuosekliai susideda iš trijų nukleotidų – antikodonų, kurių pagalba nustatomas jų tripletas kodonas.

3. Trečiasis etapas – tiesioginės polipeptidinių ryšių sintezės procesas, vadinamas vertimu. Jis atsiranda ribosomose.

4. Ketvirtajame etape susidaro antrinė ir tretinė baltymo struktūra, tai yra galutinė baltymo struktūra.

Taigi baltymų biosintezės procese pagal tikslią DNR esančią informaciją susidaro naujos baltymų molekulės. Šis procesas užtikrina baltymų atsinaujinimą, medžiagų apykaitos procesus, ląstelių augimą ir vystymąsi, tai yra visus ląstelės gyvybės procesus.

Chromosomos (iš graikų "chroma" - spalva, "soma" - kūnas) yra labai svarbios ląstelės branduolio struktūros. Jie atlieka svarbų vaidmenį ląstelių dalijimosi procese, užtikrindami paveldimos informacijos perdavimą iš vienos kartos į kitą. Jie yra plonos DNR grandinės, susietos su baltymais. Gijos vadinamos chromatidėmis, kurias sudaro DNR, baziniai baltymai (histonai) ir rūgštiniai baltymai.

Nesidalančioje ląstelėje chromosomos užpildo visą branduolio tūrį ir nėra matomos pro mikroskopą. Prieš pradedant dalijimąsi, įvyksta DNR spiralizacija ir kiekviena chromosoma tampa matoma mikroskopu. Spiralizacijos metu chromosomos sutrumpėja dešimtis tūkstančių kartų. Šioje būsenoje chromosomos atrodo kaip dvi identiškos gijos (chromatidės), esančios viena šalia kitos, sujungtos bendra atkarpa – centromera.

Kiekvienam organizmui būdingas pastovus chromosomų skaičius ir struktūra. Somatinėse ląstelėse chromosomos visada yra suporuotos, tai yra, branduolyje yra dvi identiškos chromosomos, kurios sudaro vieną porą. Tokios chromosomos vadinamos homologinėmis, o suporuoti chromosomų rinkiniai somatinėse ląstelėse vadinami diploidiniais.

Taigi žmonių diploidinis chromosomų rinkinys susideda iš 46 chromosomų, sudarančių 23 poras. Kiekviena pora susideda iš dviejų identiškų (homologinių) chromosomų.

Chromosomų struktūros ypatybės leidžia jas išskirti į 7 grupes, kurios žymimos lotyniškomis raidėmis A, B, C, D, E, F, G. Visos chromosomų poros turi eilės numerius.

Vyrai ir moterys turi 22 poras identiškų chromosomų. Jie vadinami autosomomis. Vyras ir moteris skiriasi viena chromosomų pora, kurios vadinamos lytinėmis chromosomomis. Jie žymimi raidėmis - didelė X (C grupė) ir maža Y (C grupė). Moters kūne yra 22 poros autosomų ir viena pora (XX) lytinių chromosomų. Vyrai turi 22 poras autosomų ir vieną porą (XY) lytinių chromosomų.

Skirtingai nuo somatinių ląstelių, lytinėse ląstelėse yra pusė chromosomų rinkinio, tai yra, jose yra po vieną chromosomą iš kiekvienos poros! Šis rinkinys vadinamas haploidiniu. Haploidinis chromosomų rinkinys atsiranda ląstelių brendimo metu.

Pirmiausia nustatykite baltymų biosintezės etapų seką, pradedant nuo transkripcijos. Visą baltymų molekulių sintezės procesų seką galima sujungti į 2 etapus:

1. Transkripcija.

2. Transliacija.

Paveldimos informacijos struktūriniai vienetai yra genai – DNR molekulės sekcijos, kurios koduoja konkretaus baltymo sintezę. Kalbant apie cheminę organizaciją, pro- ir eukariotų paveldimumo ir kintamumo medžiaga iš esmės nesiskiria. Juose esanti genetinė medžiaga pateikta DNR molekulėje, taip pat įprastas paveldimos informacijos fiksavimo principas ir genetinis kodas. Tos pačios aminorūgštys pro- ir eukariotuose yra užšifruotos tais pačiais kodonais.

Šiuolaikinių prokariotinių ląstelių genomui būdingas palyginti mažas dydis, E. coli DNR yra žiedo formos, apie 1 mm ilgio. Jame yra 4 x 10 6 nukleotidų poros, sudarančios apie 4000 genų. 1961 m. F. Jacob ir J. Monod atrado cistroninę arba nuolatinę prokariotinių genų organizaciją, kurią sudaro tik koduojančios nukleotidų sekos ir jos visiškai realizuojamos baltymų sintezės metu. Paveldima prokariotų DNR molekulės medžiaga yra tiesiai ląstelės citoplazmoje, kur taip pat yra tRNR ir genų ekspresijai būtini fermentai Ekspresija – tai funkcinis genų aktyvumas, arba genų raiška. Todėl iš DNR susintetinta mRNR gali iš karto atlikti šablono funkciją baltymų sintezės vertimo procese.

Eukariotų genome yra žymiai daugiau paveldimos medžiagos. Žmonėms bendras DNR ilgis diploidiniame chromosomų rinkinyje yra apie 174 cm. Jame yra 3 x 10 9 nukleotidų poros ir iki 100 000 genų. 1977 m. buvo aptiktas daugumos eukariotų genų struktūros nenuoseklumas, vadinamas „mozaikos“ genu. Jai būdingos koduojančios nukleotidų sekos egzoniškas Ir vidinis sklypai. Baltymų sintezei naudojama tik informacija iš egzonų. Intronų skaičius skirtinguose genuose skiriasi. Nustatyta, kad vištienos ovalbumino genas apima 7 intronus, o žinduolių prokolageno geną – 50. Tyliųjų DNR intronų funkcijos iki galo neišaiškintos. Daroma prielaida, kad jie suteikia: 1) struktūrinę chromatino organizaciją; 2) kai kurie iš jų akivaizdžiai dalyvauja genų ekspresijos reguliavime; 3) intronai gali būti laikomi kintamumo informacijos saugykla; 4) jie gali atlikti apsauginį vaidmenį, imdamiesi mutagenų veikimo.

Transkripcija

Informacijos perrašymo procesas ląstelės branduolyje iš DNR molekulės dalies į mRNR molekulę (mRNR) vadinamas transkripcija(lot. Transcriptio – perrašymas). Sintetinamas pirminis geno produktas – mRNR. Tai pirmasis baltymų sintezės etapas. Atitinkamoje DNR vietoje fermentas RNR polimerazė atpažįsta transkripcijos pradžios ženklą - promotr. Pradinis taškas yra pirmasis DNR nukleotidas, kuris fermento įtraukiamas į RNR nuorašą. Paprastai kodavimo sritys prasideda kodonu AUG; kartais bakterijose naudojamas GUG. Kai RNR polimerazė prisijungia prie promotoriaus, įvyksta vietinis dvigubos DNR spiralės išsivyniojimas ir viena iš grandinių nukopijuojama pagal komplementarumo principą. Sintetinama mRNR, jos surinkimo greitis siekia 50 nukleotidų per sekundę. RNR polimerazei judant, auga mRNR grandinė, o kai fermentas pasiekia kopijavimo srities galą - terminatorius, mRNR tolsta nuo šablono. Atkuriama už fermento esanti DNR dviguba spiralė.

Prokariotų transkripcija vyksta citoplazmoje. Dėl to, kad DNR susideda tik iš koduojančių nukleotidų sekų, susintetinta mRNR iš karto veikia kaip transliacijos šablonas (žr. aukščiau).

iRNR transkripcija eukariotuose vyksta branduolyje. Jis prasideda didelių molekulių – pirmtakų (pro-mRNR), vadinamų nesubrendusiomis, arba branduoline RNR sinteze.Pirminis geno produktas – pro-mRNR yra tiksli transkribuotos DNR dalies kopija, apima egzonus ir intronus. Brandžių RNR molekulių susidarymo iš pirmtakų procesas vadinamas apdorojimas. mRNR brendimas vyksta iki sujungimas- juos supjausto fermentai restrikcijos fermentas intronai ir regionų sujungimas su transkribuotomis egzonų sekomis ligazės fermentais. (Pav.) Subrendusi iRNR yra daug trumpesnė už pro-mRNR pirmtakų molekules, jose esančių intronų dydžiai svyruoja nuo 100 iki 1000 nukleotidų ar daugiau. Intronai sudaro apie 80% visos nesubrendusios mRNR.

Dabar įrodyta, kad tai įmanoma alternatyvus sujungimas, kurioje iš vieno pirminio transkripto skirtingose ​​jo dalyse gali būti pašalintos nukleotidų sekos ir susidarys kelios subrendusios iRNR. Šis susijungimo tipas yra būdingas žinduolių imunoglobulino genų sistemoje, todėl remiantis vienu mRNR nuorašu galima suformuoti įvairių tipų antikūnus.

Kai apdorojimas baigtas, subrendusi mRNR parenkama prieš išeinant iš branduolio. Nustatyta, kad tik 5% subrendusios iRNR patenka į citoplazmą, o likusi dalis suskaidoma branduolyje.

Transliacija

Vertimas (lot. Translatio – perkėlimas, perkėlimas) – tai informacijos, esančios iRNR molekulės nukleotidų sekoje, vertimas į polipeptidinės grandinės aminorūgščių seką (10 pav.). Tai antrasis baltymų sintezės etapas. Brandžios mRNR pernešimą per branduolio apvalkalo poras gamina specialūs baltymai, kurie sudaro kompleksą su RNR molekule. Be mRNR transportavimo, šie baltymai apsaugo mRNR nuo žalingo citoplazminių fermentų poveikio. Vertimo procese tRNR atlieka pagrindinį vaidmenį; jie užtikrina tikslų aminorūgšties atitikimą mRNR tripleto kodui. Vertimo-dekodavimo procesas vyksta ribosomose ir vykdomas kryptimi nuo 5 iki 3. iRNR ir ribosomų kompleksas vadinamas polisoma.

Vertimo metu galima išskirti tris fazes: iniciaciją, pailgėjimą ir pabaigą.

Iniciacija.

Šiame etape surenkamas visas kompleksas, dalyvaujantis baltymo molekulės sintezėje. Du ribosomų subvienetai yra sujungti tam tikroje iRNR dalyje, prie jos prijungiama pirmoji aminoacil-tRNR ir tai nustato informacijos skaitymo rėmą. Bet kurioje m-RNR molekulėje yra sritis, kuri yra komplementari su mažo ribosomų subvieneto r-RNR ir yra jos kontroliuojama. Šalia yra inicijuojantis starto kodonas AUG, kuris koduoja aminorūgštį metioniną.Iniciacijos fazė baigiasi susidarant kompleksui: ribosoma, -mRNR inicijuojanti aminoacil-tRNR.

Pailgėjimas

— apima visas reakcijas nuo pirmosios peptidinės jungties susidarymo momento iki paskutinės aminorūgšties pridėjimo. Ribosoma turi dvi vietas, skirtas surišti dvi tRNR molekules. Viename regione, peptidilas (P), yra pirmoji t-RNR su aminorūgštimi metioninu, ir nuo jos prasideda bet kurios baltymo molekulės sintezė. Antroji tRNR molekulė patenka į antrąją ribosomos sekciją – aminoacilo sekciją (A) ir prisitvirtina prie jos kodono. Tarp metionino ir antrosios aminorūgšties susidaro peptidinė jungtis. Antroji tRNR kartu su savo mRNR kodonu juda į peptidilo centrą. T-RNR su polipeptidine grandine judėjimą iš aminoacilo centro į peptidilo centrą lydi ribosomos pažengimas išilgai m-RNR žingsniu, atitinkančiu vieną kodoną. T-RNR, kuri tiekė metioniną, grįžta į citoplazmą, o amnoacilo centras išsiskiria. Jis gauna naują t-RNR su aminorūgštimi, užšifruota kito kodono. Tarp trečiosios ir antrosios aminorūgščių susidaro peptidinis ryšys ir trečioji t-RNR kartu su m-RNR kodonu juda į peptidilo centrą Baltymų grandinės pailgėjimo, pailgėjimo procesas. Jis tęsiasi tol, kol vienas iš trijų kodonų, nekoduojančių aminorūgščių, patenka į ribosomą. Tai yra terminatoriaus kodonas ir jam nėra atitinkamos tRNR, todėl nė viena iš tRNR negali užimti vietos aminoacilo centre.

Nutraukimas

– polipeptidų sintezės užbaigimas. Jis yra susijęs su specifinio ribosominio baltymo atpažinimu vieno iš galinių kodonų (UAA, UAG, UGA), kai jis patenka į aminoacilo centrą. Prie ribosomos yra prijungtas specialus terminacijos faktorius, kuris skatina ribosomų subvienetų atsiskyrimą ir susintetinto baltymo molekulės išsiskyrimą. Į paskutinę peptido aminorūgštį įpilama vandens ir jos karboksilo galas atskiriamas nuo tRNR.

Peptidinės grandinės surinkimas vyksta dideliu greičiu. Bakterijose 37°C temperatūroje jis išreiškiamas 12–17 aminorūgščių per sekundę pridėjimu prie polipeptido. Eukariotinėse ląstelėse į polipeptidą kas sekundę pridedamos dvi aminorūgštys.

Tada susintetinta polipeptidinė grandinė patenka į Golgi kompleksą, kur baigiasi baltymo molekulės konstravimas (paeiliui atsiranda antroji, trečioji ir ketvirtoji struktūros). Čia baltymų molekulės susijungia su riebalais ir angliavandeniais.

Visas baltymų biosintezės procesas pateikiamas diagramos pavidalu: DNA ® pro mRNR ® mRNR ® polipeptidinė grandinė ® proteinas ® baltymų kompleksavimas ir jų pavertimas funkciškai aktyviomis molekulėmis.

Paveldimos informacijos įgyvendinimo etapai taip pat vyksta panašiai: pirmiausia ji transkribuojama į mRNR nukleotidų seką, o po to verčiama į polipeptido aminorūgščių seką ribosomose, dalyvaujant tRNR.

Transkripcija eukariotuose vykdoma veikiant trims branduolinėms RNR polimerazėms. RNR polimerazė 1 yra branduolyje ir yra atsakinga už rRNR genų transkripciją. RNR polimerazė 2 randama branduolio sultyse ir yra atsakinga už pirmtako mRNR sintezę. RNR polimerazė 3 yra maža branduolio sulčių dalis, kuri sintezuoja mažas rRNR ir tRNR. RNR polimerazės specifiškai atpažįsta transkripcijos promotoriaus nukleotidų seką. Eukariotinė mRNR pirmiausia susintetinama kaip pirmtakas (pro-mRNR), į ją perduodama informacija iš egzonų ir intronų. Susintetinta mRNR yra didesnė nei būtina vertimui ir yra mažiau stabili.

iRNR molekulės brendimo metu intronai išpjaustomi naudojant restrikcijos fermentus, o egzonai susiuvami naudojant ligazės fermentus. MRNR brendimas vadinamas apdorojimu, o egzonų susijungimas vadinamas sujungimu. Taigi subrendusioje mRNR yra tik egzonai ir ji yra daug trumpesnė nei jos pirmtakas pro-mRNR. Intronų dydžiai svyruoja nuo 100 iki 10 000 ar daugiau nukleotidų. Intonai sudaro apie 80% visos nesubrendusios mRNR. Dabar įrodyta alternatyvaus splaisingo galimybė, kai iš vieno pirminio transkripto skirtingose ​​jo dalyse gali būti pašalintos nukleotidų sekos ir susidarys kelios subrendusios mRNR. Šis susijungimo tipas yra būdingas žinduolių imunoglobulino genų sistemoje, todėl remiantis vienu mRNR nuorašu galima suformuoti įvairių tipų antikūnus. Baigus apdorojimą, subrendusi mRNR atrenkama prieš išleidžiant į citoplazmą iš branduolio. Nustatyta, kad subrendusios iRNR patenka tik 5%, o likusi dalis yra suskaldoma branduolyje. Pirminių eukariotų genų transkriptų transformacija, susijusi su jų egzon-intronų organizacija ir susijusi su brandžios mRNR perėjimu iš branduolio į citoplazmą, lemia eukariotų genetinės informacijos įgyvendinimo ypatybes. Todėl eukariotų mozaikos genas nėra cistrono genas, nes ne visa DNR seka naudojama baltymų sintezei.

Baltymų sintezę iš aminorūgščių galima suskirstyti į tris etapus.

Pirmas lygmuo - transkripcija - buvo aprašyta ankstesnėje temoje. Jį sudaro RNR molekulių susidarymas ant DNR šablonų. Baltymų sintezei ypač svarbi yra matricos arba pasiuntinio RNR sintezė, nes čia įrašoma informacija apie būsimą baltymą. Transkripcija vyksta ląstelės branduolyje. Tada specialių fermentų pagalba gauta pasiuntinio RNR juda į citoplazmą.

Antrasis etapas vadinamas pripažinimas. Aminorūgštys selektyviai jungiasi su savo transporteriais pernešti RNR.

Visos tRNR yra sukurtos panašiai. Kiekvienos tRNR molekulė yra polinukleotidinė grandinė, sulenkta „dobilo lapo“ pavidalu. tRNR molekulės yra sukurtos taip, kad jos turi skirtingus galus, turinčius afinitetą ir m-RNR (antikodonui), ir aminorūgštims. T-RNR ląstelėje turi 60 atmainų.

Norint sujungti aminorūgštis su pernešančiomis RNR, naudojamas specialus fermentas, t- RNR sintetazė arba, tiksliau, amino-acil-tRNR sintetazė.

Trečiasis baltymų biosintezės etapas vadinamas transliacija. Tai atsitinka toliau ribosomos. Kiekviena ribosoma susideda iš dviejų dalių – didelių ir mažų subvienetų. Jie susideda iš ribosomų RNR ir baltymų.

Vertimas prasideda nuo pasiuntinio RNR prijungimo prie ribosomos. Tada prie gauto komplekso pradeda jungtis t-RNR su aminorūgštimis. Šis ryšys atsiranda sujungiant tRNR antikodoną su pasiuntinio RNR kodonu remiantis komplementarumo principu. Prie ribosomos vienu metu gali prisijungti ne daugiau kaip dvi tRNR. Toliau aminorūgštys yra sujungtos viena su kita peptidiniais ryšiais, palaipsniui formuojant polipeptidą. Po to ribosoma perkelia RNR pasiuntinį tiksliai vienu kodonu. Tada procesas kartojamas dar kartą, kol pasibaigs pasiuntinio RNR. MRNR gale yra nesąmonių kodonai, kurie yra įrašo taškai ir tuo pačiu komanda ribosomai, kad ji turėtų atsiskirti nuo mRNR.

Taigi galima nustatyti keletą baltymų biosintezės ypatybių.

1. Pirminė baltymų struktūra formuojama griežtai remiantis duomenimis, įrašytais DNR molekulėse ir informacinėje RNR,

2. Pirminės struktūros pagrindu spontaniškai atsiranda aukštesnės baltymų struktūros (antrinės, tretinės, ketvirtinės).

3. Kai kuriais atvejais polipeptidinė grandinė, pasibaigus sintezei, patiria nedidelę cheminę modifikaciją, dėl kurios joje atsiranda nekoduotų aminorūgščių, kurios nepriklauso įprastoms 20. Tokios transformacijos pavyzdys yra baltymas kolagenas, kuriame aminorūgštys lizinas ir prolinas paverčiamos hidroksiprolinu ir oksilizinu.

4. Baltymų sintezę organizme pagreitina augimo hormonas ir hormonas testosteronas.

5. Baltymų sintezė yra labai daug energijos reikalaujantis procesas, reikalaujantis didžiulių ATP kiekių.

6. Daugelis antibiotikų slopina vertimą.

Aminorūgščių metabolizmas.

Aminorūgštys gali būti naudojamos įvairių nebaltyminių junginių sintezei. Pavyzdžiui, iš aminorūgščių sintetinama gliukozė, azotinės bazės, nebaltyminė hemoglobino dalis – hemas, hormonai – adrenalinas, tiroksinas ir tokie svarbūs junginiai kaip kreatinas, karnitinas, dalyvaujantys energijos apykaitoje.

Kai kurios aminorūgštys suskaidomos į anglies dioksidą, vandenį ir amoniaką.

Skilimas prasideda nuo reakcijų, būdingų daugumai aminorūgščių.

Jie apima.

1. Dekarboksilinimas – karboksilo grupės pašalinimas iš aminorūgščių anglies dioksido pavidalu.

PF (piridoksalio fosfatas) yra vitamino B6 kofermento darinys.

Pavyzdžiui, histaminas susidaro iš aminorūgšties histidino. Histaminas yra svarbus vazodilatatorius.

2. Deaminavimas – amino grupės atsiskyrimas NH3 pavidalu. Žmonėms aminorūgščių deamininimas vyksta oksidaciniu keliu.

3. Transaminavimas – aminorūgščių ir α-keto rūgščių reakcija. Šios reakcijos metu jos dalyviai keičiasi funkcinėmis grupėmis.

Visos aminorūgštys yra transaminuojamos. Šis procesas yra pagrindinė aminorūgščių transformacija organizme, nes jo greitis yra daug didesnis nei pirmųjų dviejų aprašytų reakcijų.

Transaminacija atlieka dvi pagrindines funkcijas.

1. Dėl šių reakcijų vienos aminorūgštys virsta kitomis. Šiuo atveju bendras aminorūgščių skaičius nesikeičia, tačiau keičiasi bendras santykis tarp jų organizme. Su maistu į organizmą patenka svetimų baltymų, kuriuose amino rūgštys yra skirtingomis proporcijomis. Transaminuojant sureguliuojama organizmo aminorūgščių sudėtis.

2. Transaminacija yra neatsiejama proceso dalis netiesioginis aminorūgščių deamininimas– procesas, kurio metu prasideda daugumos aminorūgščių skilimas.

Netiesioginio dezaminavimo schema.

Dėl transamininimo susidaro α-keto rūgštys ir amoniakas. Pirmieji sunaikinami iki anglies dioksido ir vandens. Amoniakas yra labai toksiškas organizmui. Todėl organizmas turi molekulinius jo neutralizavimo mechanizmus.

Pamokos metmenys : "Baltymų sintezė ląstelėje"

(Specializuotai 10 klasei, pamokos laikas - 2 val.)

Mokytoja: Mastyukhina Anna Aleksandrovna

Savivaldybės švietimo įstaiga „Generolo Zakharkino I.G. vardu pavadinta vidurinė mokykla“.

Pamokos tikslas:

Švietimas: studijuotibaltymų biosintezės ląstelėje ypatumai, išmokti sąvokų:genas, genetinis kodas, tripletas, kodonas, antikodonas, transkripcija, vertimas, polisomas; Ptoliau tobulinti žinias apie baltymų biosintezės mechanizmus, pasitelkiant vertimo pavyzdį; išsiaiškinti pernešančių RNR vaidmenį baltymų biosintezės procese; atskleisti ribosomų polipeptidinės grandinės šabloninės sintezės mechanizmus.

Vystomasis: siekiant ugdyti mokinių pažintinį susidomėjimąiš anksto paruošti žinutes („Įdomūs faktai apie geną“, „Genetinis kodas“, „Transkripcija ir vertimas“). Ugdyti praktinius įgūdžiuspadarys sinchroną. Siekiant lavinti loginį mąstymąišmokti spręsti problemas.

Švietimas: Tam, kad susidarytų mokslinė pasaulėžiūra, įrodyti baltymų sintezės ląstelėse svarbą ir reikšmę bei jų gyvybinę būtinybę.

F.O.U.R .: pamoka.

Pamokos tipas : sujungti

Pamokos tipas : su pristatymu „Baltymų sintezė ląstelėje“ ir magnetinių modelių demonstravimu.

Įranga: pristatymas „Baltymų sintezė ląstelėje“; lentelė „Genetinis kodas“; Schema „iRNR susidarymas iš DNR šablono (transkripcija)“; Schema „t-RNR struktūra“; Schema „Baltymų sintezė ribosomose (vertimas)“; Schema „Baltymų sintezė polisomoje“; Užduočių kortelės ir kryžiažodis; magnetiniai modeliai.

Užsiėmimų metu:

Metodai ir metodiniai metodai:

aš .Klasės organizavimas.

Ankstesnėse pamokose studijavome medžiagas, vadinamas nukleino rūgštimis. Dėl

tada pažvelgėme į du jų tipus: DNR ir RNR, susipažinome su jų sandara ir funkcijomis. Nustatyta, kad kiekvienoje iš nukleino rūgščių yra keturios skirtingos azoto bazės, kurios viena su kita susijungusios komplementarumo principu. Visų šių žinių mums prireiks studijuojant naują šiandienos temą. Taigi užsirašykite jo pavadinimą savo darbaknygėse „Baltymų sintezė ląstelėje“.

II .Naujos medžiagos mokymasis:

1) Žinių atnaujinimas:

Prieš pradėdami nagrinėti naują temą, prisiminkime: kas yra medžiagų apykaita (metabolizmas):

METABOLIZMAS – tai visų tarpusavyje ir su išorine aplinka susijusių fermentinių ląstelės reakcijų visuma, susidedanti iš plastiko.
ir energijos mainai.

Padarykime sinkviną, kurio pirmas žodis – medžiagų apykaita. (1- metabolizmas

2-plastikas, energija

3 - teka, sugeria, atpalaiduoja

4 ląstelės fermentinių reakcijų rinkinys

5-metabolizmas)

Baltymų biosintezėreiškia plastines mainų reakcijas.

Baltymų biosintezė – svarbiausias procesas gyvojoje gamtoje. Tai baltymų molekulių kūrimas, pagrįstas informacija apie aminorūgščių seką pirminėje struktūroje, esančioje DNR struktūroje.

Užduotis: užbaikite sakinius užpildydami trūkstamus terminus.

1. Fotosintezė yra...(organinių medžiagų sintezė šviesoje).

2. Fotosintezės procesas vyksta ląstelių organelėse – ...(chloroplastai).

3. Laisvas deguonis išsiskiria fotosintezės metu skaidant...(vanduo).

4. Kurioje fotosintezės stadijoje susidaro laisvas deguonis? Ant …(šviesa).

5. Šviesos stadijos metu... ATP.(Sintetina.)

6. Tamsioje stadijoje chloroplastas gamina...(pagrindinis angliavandenis yra gliukozė).

7. Kai saulė pasiekia chlorofilą...(elektronų sužadinimas).

8. Ląstelėse vyksta fotosintezė...(žali augalai).

9. Šviesioji fotosintezės fazė vyksta...(tilakoidai).

10. Tamsioji fazė įvyksta...(bet koks) Dienos laikai.

Svarbiausias asimiliacijos procesas ląstelėje yra jai būdingų baltymų.

Kiekvienoje ląstelėje yra tūkstančiai baltymų, įskaitant unikalius šio tipo ląstelėms. Kadangi visi baltymai anksčiau ar vėliau gyvybės procese sunaikinami, ląstelė turi nuolat sintetinti baltymus, kad atkurtų , organelės ir kt. Be to, daugelis ląstelių „gamina“ baltymus viso organizmo poreikiams, pavyzdžiui, endokrininių liaukų ląstelės, kurios į kraują išskiria baltyminius hormonus. Tokiose ląstelėse baltymų sintezė vyksta ypač intensyviai.

2) Naujos medžiagos mokymasis:

Baltymų sintezei reikia daug energijos.

Šios energijos šaltinis, kaip ir visų ląstelių procesų, yra . Baltymų funkcijų įvairovę lemia pirminė jų struktūra, t.y. aminorūgščių seka jų molekulėje. Savo ruožtu paveldimas Pirminė baltymo struktūra yra DNR molekulės nukleotidų sekoje. DNR dalis, kurioje yra informacijos apie pirminę vieno baltymo struktūrą, vadinama genu. Vienoje chromosomoje yra informacijos apie daugelio šimtų baltymų struktūrą.

Genetinis kodas.

Kiekviena baltymo aminorūgštis atitinka trijų vienas po kito išsidėsčiusių nukleotidų seką – tripletą. Iki šiol yra sudarytas genetinio kodo žemėlapis, tai yra žinoma, kurios DNR nukleotidų tripletų kombinacijos atitinka vieną ar kitą iš 20 aminorūgščių, sudarančių baltymus (33 pav.). Kaip žinote, DNR gali būti keturios azoto bazės: adeninas (A), guaninas (G), timinas (T) ir citozinas (C). Derinių skaičius iš 4 po 3 yra: 43 = 64, t.y., gali būti užkoduotos 64 skirtingos aminorūgštys, o užkoduota tik 20 aminorūgščių. Paaiškėjo, kad daug aminorūgščių atitinka ne vieną, o kelis skirtingus tripletus – kodonus.

Daroma prielaida, kad ši genetinio kodo savybė padidina genetinės informacijos saugojimo ir perdavimo patikimumą ląstelių dalijimosi metu. Pavyzdžiui, aminorūgštis alaninas atitinka 4 kodonus: CGA, CGG, CTG, CGC ir pasirodo, kad atsitiktinė trečiojo nukleotido klaida negali turėti įtakos baltymo struktūrai – tai vis tiek bus alanino kodonas.

Kadangi DNR molekulėje yra šimtai genų, ji būtinai apima tripletus, kurie yra „skyrybos ženklai“ ir nurodo konkretaus geno pradžią ir pabaigą.

Labai svarbi genetinio kodo savybė yra specifiškumas, t.y. vienas tripletas visada reiškia tik vieną aminorūgštį. Genetinis kodas yra universalus visiems gyviems organizmams nuo bakterijų iki žmonių.
Transkripcija. Visos genetinės informacijos nešėjas yra DNR, esanti ląstelės. Pati baltymų sintezė vyksta ląstelės citoplazmoje, ribosomose. Iš branduolio į citoplazmą informacija apie baltymo struktūrą ateina pasiuntinio RNR (i-RNR) pavidalu. Norint susintetinti iRNR, DNR atkarpa „išsivynioja“, despiralizuojasi, o vėliau pagal komplementarumo principą vienoje iš DNR grandinių fermentų pagalba sintetinamos RNR molekulės (34 pav.). Tai atsitinka taip: prieš, pavyzdžiui, DNR molekulės guaninas tampa RNR molekulės citozinu, prieš DNR molekulės adeninu - uracilo RNR (atminkite, kad RNR nukleotiduose vietoj timino yra uracilo), DNR priešingas timinas - adeninas. RNR ir priešingas citozinas DNR – guanino RNR. Taip susidaro mRNR grandinė, kuri yra tiksli antrosios DNR grandinės kopija (tik timinas pakeičiamas uracilu). Taigi informacija apie DNR geno nukleotidų seką „perrašoma“ į mRNR nukleotidų seką. Šis procesas vadinamas transkripcija. Prokariotuose susintetintos iRNR molekulės gali iš karto sąveikauti su ribosomomis, prasideda baltymų sintezė. Eukariotuose mRNR sąveikauja su specialiais baltymais branduolyje ir per branduolio apvalkalą pernešama į citoplazmą.
Citoplazmoje turi būti aminorūgščių rinkinys, būtinas baltymų sintezei. Šios aminorūgštys susidaro skaidant maisto baltymus. Be to, tam tikra aminorūgštis gali patekti į tiesioginės baltymų sintezės vietą, t.y., ribosomą, tik prisijungusi prie specialios pernešančios RNR (tRNR).

Perkelkite RNR.

Norint perkelti kiekvieno tipo aminorūgštis į ribosomas, reikalingas atskiras tRNR tipas. Kadangi baltymuose yra apie 20 aminorūgščių, yra tiek pat tRNR tipų. Visų tRNR struktūra panaši (35 pav.). Jų molekulės sudaro savotiškas struktūras, kurios savo forma primena dobilo lapą. tRNR tipai būtinai skiriasi nukleotidų tripletu, esančiu „viršuje“. Šis tripletas, vadinamas antikodonu, savo genetiniu kodu atitinka aminorūgštį, kurią perneš ši T-RNR. Specialus fermentas būtinai pritvirtina prie „lapo lapkočio“ aminorūgštį, kurią koduoja antikodoną papildantis tripletas.

Transliacija.

Paskutinis baltymų sintezės etapas – transliacija – vyksta citoplazmoje. Ant iRNR galo įsriegiama ribosoma, nuo kurios turi prasidėti baltymų sintezė (36 pav.). Ribosoma juda išilgai mRNR molekulės su pertrūkiais, „šuoliais“, ant kiekvieno tripleto išbūdama maždaug 0,2 s. Per šią akimirką viena iš daugelio tRNR gali „identifikuoti“ su savo antikodonu tripletą, ant kurio yra ribosoma. O jei antikodonas yra komplementarus šiam mRNR tripletui, aminorūgštis atsiskiria nuo „lapo lapkočio“ ir peptidiniu ryšiu prijungiama prie augančios baltymų grandinės (37 pav.). Šiuo metu ribosoma išilgai mRNR juda į kitą tripletą, koduodama kitą sintezuojamo baltymo aminorūgštį, o kita t-RNR „atneša“ reikiamą aminorūgštį, kuri padidina augančio baltymo grandinę. Ši operacija kartojama tiek kartų, kiek aminorūgščių turi būti gaminamame baltyme. Kai ribosomoje yra vienas tripletų rinkinys, kuris yra „stop signalas“ tarp genų, tada prie tokio tripleto negali prisijungti nei viena t-RNR, nes t-RNR neturi jiems antikodonų. Šiuo metu baltymų sintezė baigiasi. Visos aprašytos reakcijos įvyksta per labai trumpą laiką. Skaičiuojama, kad gana didelės baltymo molekulės sintezė trunka tik apie dvi minutes.

Ląstelei reikia ne vienos, o daugybės kiekvieno baltymo molekulių. Todėl, kai tik ribosoma, kuri pirmoji pradėjo baltymų sintezę mRNR, pajuda į priekį, antroji ribosoma, sintetinanti tą patį baltymą, yra už jos toje pačioje mRNR. Tada ant iRNR paeiliui surišamos trečios, ketvirtos ribosomos ir tt Visos ribosomos, kurios sintetina tą patį baltymą, užkoduotą tam tikroje iRNR, vadinamos polisomomis.

Kai baltymų sintezė baigiasi, ribosoma gali rasti kitą iRNR ir pradėti sintetinti baltymą, kurio struktūra užkoduota naujoje iRNR.

Taigi transliacija yra mRNR molekulės nukleotidų sekos vertimas į susintetinto baltymo aminorūgščių seką.

Apskaičiuota, kad visus žinduolio kūno baltymus gali užkoduoti vos du procentai jo ląstelėse esančios DNR. Kam reikalingi kiti 98% DNR? Pasirodo, kiekvienas genas yra daug sudėtingesnis, nei manyta anksčiau, ir jame yra ne tik sekcija, kurioje užkoduota baltymo struktūra, bet ir specialūs skyriai, galintys „įjungti“ arba „išjungti“ kiekvieno geno veikimą. . Štai kodėl visos ląstelės, pavyzdžiui, žmogaus kūnas, turinčios tą patį chromosomų rinkinį, gali sintetinti skirtingus baltymus: vienose ląstelėse baltymų sintezė vyksta tam tikrų genų pagalba, o kitose dalyvauja visiškai skirtingi genai. Taigi kiekvienoje ląstelėje realizuojama tik dalis jos genuose esančios genetinės informacijos.

Baltymų sintezei reikalingas daugybės fermentų dalyvavimas. Ir kiekvienai atskirai baltymų sintezės reakcijai reikalingi specializuoti fermentai.

IV .Pritvirtinkite medžiagą:

Užpildykite lentelę:

1

Baltymų biosintezė susideda iš dviejų nuoseklių etapų: transkripcijos ir vertimo.

Išspręskite 1 problemą:

Pateikiami tRNR antikodonai: GAA, GCA, AAA, ACG. Naudodami genetinių kodų lentelę nustatykite aminorūgščių seką baltymo molekulėje, mRNR kodonus ir tripletus geno fragmente, koduojančiame šį baltymą.

Sprendimas:

mRNR kodonai: TSUU – TsGU – UUU – UGC.

Aminorūgščių seka: leu – arg – phen – cis.

DNR trynukai: GAA – GCA – AAA – ACG.

2 užduotis

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. Nustatykite mRNR nukleotidų seką ir aminorūgščių seką baltyme, kuris sintetinamas kontroliuojant šiam genui.

Atsakymas: DNR: TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT

mRNR: ACA-UGU-AAU-UUU-GGA

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

AT 2

Išspręskite 1 problemą:

Pateiktas dvigrandės DNR molekulės fragmentas. Naudodamiesi genetinio kodo lentele, nustatykite baltymo molekulės fragmento, užkoduoto šioje DNR dalyje, struktūrą:

AAA – TTT – YYY – CCC

TTT – AAA – TCC – YYY.

Sprendimas:

Kadangi mRNR visada sintetinama tik vienoje DNR grandinėje, kuri raštu paprastai vaizduojama kaip viršutinė grandinė, tada

mRNR: UUU – AAA – CCC – YGG;

baltymo fragmentas, užkoduotas viršutinės grandinės: fen – lys – prog – gly.

2 užduotis : DNR dalis turi tokią nukleotidų seką:

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. Nustatykite mRNR nukleotidų seką ir aminorūgščių seką baltyme, kuris sintetinamas kontroliuojant šiam genui.

Atsakymas: DNR: AGG-CCT-TAT-YYY-CGA

mRNR: UCC-GGA-AUA-CCC-GCU

Baltymai: ser---gli---iso---pro---ala

Dabar pasiklausykime įdomių jūsų paruoštų pranešimų.

"Įdomūs faktai apie geną"

"Genetinis kodas"

„Transkripcija ir transliavimas“

VI .Apibendrindamas pamoką.

1) Pamokos išvada: Vienas iš svarbiausių ląstelėje vykstančių procesų yra baltymų sintezė. Kiekvienoje ląstelėje yra tūkstančiai baltymų, įskaitant unikalius šio tipo ląstelėms. Kadangi gyvenimo procese anksčiau ar vėliau visi baltymaisunaikinami, ląstelė turi nuolat sintetinti baltymus, kad atkurtų savo membranas, organelius ir kt. Be to, daugelis ląstelių gamina baltymus viso organizmo poreikiams, pavyzdžiui, endokrininių liaukų ląstelės, kurios į kraują išskiria baltyminius hormonus. Tokiose ląstelėse baltymų sintezė vyksta ypač intensyviai. Baltymų sintezei reikia daug energijos. Šios energijos šaltinis, kaip ir visų ląstelių procesų, yra ATP.

2) Įvertinti studentų savarankišką darbą ir jų darbą taryboje. Taip pat įvertinkite pokalbio dalyvių ir pranešėjų aktyvumą.

V II . Namų darbai:

Pakartokite § 2.13.

Išspręskite kryžiažodį:

1. Konkreti nukleotidų seka, esanti kiekvieno geno pradžioje.

2. iRNR molekulės nukleotidų sekos perėjimas į baltymo molekulės AK seką.

3. Transliacijos pradžios ženklas.

4. Genetinės informacijos nešėjas, esantis ląstelės branduolyje.

5. Genetinio kodo savybė, padidinanti genetinės informacijos saugojimo ir perdavimo patikimumą ląstelių dalijimosi metu.

6. DNR dalis, kurioje yra informacija apie vieno baltymo pirminę struktūrą.

7. Trijų DNR nukleotidų seka, išsidėsčiusi vienas po kito.

8. Visos ribosomos, kurios sintetina baltymą vienoje iRNR molekulėje.

9. Informacijos apie AK seką baltyme vertimas iš „DNR kalbos“ į „RNR kalbą“.

10. Kodonas, kuris nekoduoja AK, o tik nurodo, kad baltymų sintezė turi būti baigta.

11. Struktūra, kai nustatoma AK seka baltymo molekulėje.

12. Svarbi genetinio kodo savybė yra ta, kad vienas tripletas visada koduoja tik vieną AK.

13. „Skyrybos ženklas“ DNR molekulėje, nurodantis, kad mRNR sintezė turi būti sustabdyta.

14. Genetinis kodas... visiems gyviems organizmams nuo bakterijų iki žmonių.

- iki 2 minučių

- mokytojo įžanginė kalba

-35 minutes

-10 minučių

- mokytojas

-1 mokinys valdyboje

-mokiniai rašo į sąsiuvinius

- mokytojas

- iš vietos

- 1 ir 2 skaidrės

- 3 skaidrė

- 4 skaidrė

- 5 skaidrė

- 6 skaidrė

- 7 ir 8 skaidrės

- 9 ir 10 skaidrės

-11 ir 12 skaidrės

-13 skaidrė

-14 skaidrė

-15 ir 16 skaidrės

-17 ir 18 skaidrės

-19 ir 20 skaidrės

- loginis perėjimas

- 21 skaidrė

- mokytojas

-25 minutes

- mokytojas

- mokytojas

- 22 skaidrė

- mokytojas

- 23 skaidrė

- 24 skaidrė

- 25 skaidrė

-15 minučių

skaidrė 27

-grupė Nr.1

- atskirai kortelėse

-grupė Nr.2

- atskirai kortelėse

-30 minučių

- paruošta

- 29 skaidrė

-10 minučių (1 pamoka)

-10 minučių (2 pamokos)

-10 minučių (3 pamokos)

-5 minutės

- mokytojas

-3 minutes

- 30 skaidrė

- kortelėse

Gyvybė yra baltymų molekulių egzistavimo procesas. Būtent taip tai išreiškia daugelis mokslininkų, įsitikinusių, kad baltymai yra visų gyvų dalykų pagrindas. Šie sprendimai yra visiškai teisingi, nes šios medžiagos ląstelėje turi daugiausiai pagrindinių funkcijų. Visi kiti organiniai junginiai atlieka energetinių substratų vaidmenį, o energija vėl reikalinga baltymų molekulių sintezei.

Baltymų biosintezės stadijos charakteristikos

Baltymų struktūra yra koduojama nukleino rūgštyje arba RNR) kodonų pavidalu. Tai yra paveldima informacija, kuri atkuriama kiekvieną kartą, kai ląstelei reikia naujos baltyminės medžiagos. Biosintezės pradžia yra branduolyje apie poreikį susintetinti naują baltymą su jau nurodytomis savybėmis.

Reaguojant į tai, nukleorūgšties dalis, kurioje užkoduota jos struktūra, yra despiruojama. Šią vietą dubliuoja pasiuntinio RNR ir perduoda į ribosomas. Jie yra atsakingi už polipeptidinės grandinės konstravimą, pagrįstą matrica - pasiuntinio RNR. Trumpai tariant, visi biosintezės etapai pateikiami taip:

• transkripcija (DNR sekcijos su koduota baltymo struktūra dubliavimosi stadija);
• apdorojimas (pranešėjo RNR susidarymo etapas);
• transliacija (baltymų sintezė ląstelėje, pagrįsta pasiuntinio RNR);
• posttransliacinė modifikacija (polipeptido „brendimas“, jo trimatės struktūros formavimas).

Nukleino rūgščių transkripcija

Visą baltymų sintezę ląstelėje vykdo ribosomos, o informacija apie molekules yra nukleorūgštyje arba DNR). Jis yra genuose: kiekvienas genas yra specifinis baltymas. Genuose yra informacijos apie naujojo baltymo aminorūgščių seką. DNR atveju genetinis kodas pašalinamas taip:

• prasideda nukleorūgščių srities išsiskyrimas iš histonų, atsiranda despiralizacija;
• DNR polimerazė dubliuoja DNR sekciją, kurioje saugomas baltymo genas;
• dubliuota sekcija yra pasiuntinio RNR pirmtakas, kurį fermentai apdoroja, kad pašalintų nekoduojančius intarpus (jos pagrindu atliekama mRNR sintezė).

Remiantis pasiuntinio RNR, vyksta mRNR sintezė. Tai jau yra matrica, po kurios baltymų sintezė ląstelėje vyksta ribosomose (šiurkščiame endoplazminiame tinkle).

Ribosomų baltymų sintezė

Messenger RNR turi du galus, kurie yra 3`-5` formos. Baltymų skaitymas ir sintezė ribosomose prasideda nuo 5' galo ir tęsiasi iki introno – srities, kuri nekoduoja jokios aminorūgšties. Tai atsitinka taip:

• pasiuntinio RNR yra „suverta“ ant ribosomos ir prijungia pirmąją aminorūgštį;
• ribosoma juda išilgai pasiuntinio RNR vienu kodonu;
• perdavimo RNR suteikia reikiamą (koduojamą šio mRNR kodono) alfa aminorūgštį;
• aminorūgštis pridedama prie pradinės aminorūgšties, kad susidarytų dipeptidas;
• tada mRNR pasislenka vienu kodonu atgal, pridedama alfa aminorūgštis ir ji prisijungia prie augančios peptidinės grandinės.

Kai ribosoma pasiekia introną (nekoduojantį intarpą), pasiuntinio RNR tiesiog juda toliau. Tada, pasiuntinei RNR progresuojant, ribosoma vėl pasiekia egzoną – sritį, kurios nukleotidų seka atitinka konkrečią aminorūgštį.

Nuo šio momento vėl prasideda baltymų monomerų prijungimas prie grandinės. Procesas tęsiasi iki kito introno atsiradimo arba iki stop kodono. Pastarasis sustabdo polipeptidinės grandinės sintezę, po kurios ji laikoma baigta ir prasideda postsintetinės (posttransliacinės) molekulės modifikacijos stadija.

Modifikacija po vertimo

Po transliacijos lygiosiose cisternose vyksta baltymų sintezė.Pastarosiose yra nedaug ribosomų. Kai kuriose ląstelėse jų gali visiškai nebūti AEI. Tokios sritys reikalingos iš pradžių antrinei, paskui tretinei arba, jei užprogramuota, ketvirtinei struktūrai suformuoti.

Visa baltymų sintezė ląstelėje vyksta sunaudojant didžiulį ATP energijos kiekį. Todėl baltymų biosintezei palaikyti reikalingi visi kiti biologiniai procesai. Be to, norint pernešti baltymus ląstelėje aktyviu transportavimu, reikia šiek tiek energijos.

Daugelis baltymų yra perkeliami iš vienos ląstelės vietos į kitą modifikavimui. Visų pirma, potransliacinė baltymų sintezė vyksta Golgi komplekse, kai prie tam tikros struktūros polipeptido yra prijungtas angliavandenių arba lipidų domenas.