Biosinteza proteinelor are loc în fiecare celulă vie. Este cel mai activ în celulele tinere în creștere, unde proteinele sunt sintetizate pentru a-și construi organele, precum și în celulele secretoare, unde sunt sintetizate proteinele enzimatice și proteinele hormonale.

Rolul principal în determinarea structurii proteinelor îi revine ADN-ului. O bucată de ADN care conține informații despre structura unei proteine ​​se numește genă. O moleculă de ADN conține câteva sute de gene. Molecula de ADN conține un cod pentru secvența de aminoacizi dintr-o proteină sub formă de nucleotide care se potrivesc în mod specific. Codul ADN a fost aproape complet descifrat. Esența sa este următoarea. Fiecare aminoacid corespunde unei secțiuni a unui lanț de ADN format din trei nucleotide adiacente.

De exemplu, secțiunea T-T-T corespunde aminoacidului lizină, secțiunea A-C-A corespunde cistinei, C-A-A valinei etc. Există 20 de aminoacizi diferiți, numărul de combinații posibile de 4 nucleotide din 3 este de 64. Prin urmare, tripleții sunt suficient pentru a codifica toți aminoacizii.

Sinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape, reprezentând un lanț de reacții sintetice care se desfășoară conform principiului sintezei matricei.

Deoarece ADN-ul este localizat în nucleul celulei, iar sinteza proteinelor are loc în citoplasmă, există un intermediar care transferă informații de la ADN la ribozomi. Acest mesager este ARNm. :

În biosinteza proteinelor, sunt determinate următoarele etape, care au loc în diferite părți ale celulei:

1. Prima etapă - sinteza i-ARN are loc în nucleu, timp în care informația conținută în gena ADN este rescrisă în i-ARN. Acest proces se numește transcriere (din latinescul „transcriere” - rescriere).

2. În a doua etapă, aminoacizii sunt combinați cu molecule de ARNt, care sunt compuse secvenţial din trei nucleotide - anticodoni, cu ajutorul cărora se determină codonul lor triplet.

3. A treia etapă este procesul de sinteză directă a legăturilor polipeptidice, numită translație. Apare în ribozomi.

4. La a patra etapă are loc formarea structurii secundare și terțiare a proteinei, adică formarea structurii finale a proteinei.

Astfel, în procesul de biosinteză a proteinelor, se formează noi molecule de proteine ​​în conformitate cu informațiile exacte conținute în ADN. Acest proces asigură reînnoirea proteinelor, proceselor metabolice, creșterea și dezvoltarea celulelor, adică toate procesele de viață ale celulei.

Cromozomii (din grecescul „chroma” - culoare, „soma” - corp) sunt structuri foarte importante ale nucleului celular. Aceștia joacă un rol major în procesul de diviziune celulară, asigurând transmiterea informațiilor ereditare de la o generație la alta. Sunt catene subtiri de ADN legate de proteine. Catenele se numesc cromatide, constând din ADN, proteine ​​de bază (histone) și proteine ​​acide.

Într-o celulă care nu se divide, cromozomii umplu întregul volum al nucleului și nu sunt vizibili la microscop. Înainte de a începe diviziunea, are loc spiralizarea ADN-ului și fiecare cromozom devine vizibil la microscop. În timpul spiralizării, cromozomii sunt scurtați de zeci de mii de ori. În această stare, cromozomii arată ca două fire (cromatide) identice situate una lângă alta, conectate printr-o secțiune comună - centromerul.

Fiecare organism este caracterizat de un număr constant și de o structură de cromozomi. În celulele somatice, cromozomii sunt întotdeauna perechi, adică în nucleu există doi cromozomi identici care formează o pereche. Astfel de cromozomi se numesc omologi, iar seturile pereche de cromozomi din celulele somatice sunt numite diploide.

Astfel, setul diploid de cromozomi la om este format din 46 de cromozomi, formând 23 de perechi. Fiecare pereche este formată din doi cromozomi identici (omologi).

Caracteristicile structurale ale cromozomilor fac posibilă distingerea lor în 7 grupe, care sunt desemnate prin literele latine A, B, C, D, E, F, G. Toate perechile de cromozomi au numere de serie.

Bărbații și femeile au 22 de perechi de cromozomi identici. Se numesc autozomi. Un bărbat și o femeie diferă într-o pereche de cromozomi, care se numesc cromozomi sexuali. Ele sunt desemnate prin litere - X mare (grupul C) și Y mic (grupul C). În corpul feminin există 22 de perechi de autozomi și o pereche (XX) de cromozomi sexuali. Bărbații au 22 de perechi de autozomi și o pereche (XY) de cromozomi sexuali.

Spre deosebire de celulele somatice, celulele germinale conțin jumătate din setul de cromozomi, adică conțin câte un cromozom din fiecare pereche! Acest set se numește haploid. Setul haploid de cromozomi apare în timpul maturării celulare.

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 variabilitate în pro- și eucariote nu este fundamental diferit. Materialul genetic din ele este prezentat în molecula de ADN; principiul înregistrării informațiilor ereditare și codul genetic sunt de asemenea comune. Aceiași aminoacizi din pro- și eucariote sunt criptați de aceiași codoni.

Genomul celulelor procariote moderne se caracterizează printr-o dimensiune relativ mică, ADN-ul E. coli are forma unui inel, de aproximativ 1 mm lungime. Conține 4 x 10 6 perechi de nucleotide, 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 din ADN poate îndeplini imediat funcția de șablon în procesul de translație a sintezei proteinelor.

Genomul eucariot conține semnificativ 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 nucleotide și include până la 100.000 de gene. În 1977, a fost descoperită discontinuitatea în structura majorității genelor eucariote, numită gena „mozaic”. Se caracterizează prin codificarea secvențelor de nucleotide exonicȘi intrronic parcele. Doar informațiile de la exoni sunt folosite pentru sinteza proteinelor. Numărul de introni variază în diferite gene. S-a stabilit că gena ovalbuminei de pui include 7 introni, iar gena procolagenului mamiferelor include 50. Funcțiile intronilor ADN silențios nu au fost pe deplin 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 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 secțiune a unei molecule de ADN într-o moleculă de ARNm (ARNm) se numește transcriere(Latina Transcriptio - rescriere). Produsul genic primar, ARNm, este sintetizat. Aceasta este prima etapă a sintezei proteinelor. La locul ADN corespunzător, enzima ARN polimeraza recunoaște semnul începerii transcripției - promotr. Punctul de pornire este prima nucleotidă ADN care este încorporată în transcriptul ARN de către enzimă. De regulă, regiunile de codificare încep cu codonul AUG; uneori în bacterii se folosește GUG. Când ARN polimeraza se leagă de promotor, are loc derularea locală a dublei helix ADN 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 de ARNm crește, iar când enzima ajunge la sfârșitul regiunii de copiere - terminator, ARNm se îndepărtează de șablon. Helixul dublu ADN din spatele enzimei este restaurat.

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).

Transcripția ARNm la eucariote are loc în nucleu. Începe cu sinteza moleculelor mari - precursori (pro-ARNm), numite imatur sau ARN nuclear.Produsul primar al genei - pro-ARNm este o copie exactă a secțiunii transcrise a ADN-ului, include exoni și introni. Procesul de formare a moleculelor mature de ARN din precursori se numește prelucrare. Maturarea ARNm are loc prin îmbinare- acestea sunt tăiate de enzime enzima de restrictie introni și conexiunea regiunilor cu secvențe de exoni transcrise de către enzimele ligaze. (Fig.) ARNm matur este mult mai scurt decât moleculele precursoare ale pro-ARNm; dimensiunile 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 dovedit că este posibil îmbinare alternativă,în care secvențele de nucleotide pot fi îndepărtate dintr-un transcript primar în diferite părți ale acestuia și se vor forma mai multe ARNm mature. Acest tip de splicing este tipic în sistemul de gene a imunoglobulinei la mamifere, ceea ce face posibilă formarea diferitelor tipuri de anticorpi pe baza unui transcript de ARNm.

Odată ce procesarea este completă, mARN-ul matur este selectat înainte de a ieși din nucleu. S-a stabilit că doar 5% din ARNm matur intră în citoplasmă, iar restul este scindat în nucleu.

Difuzare

Traducerea (Latin Translatio - transfer, transfer) este traducerea informațiilor conținute în secvența de nucleotide a unei molecule de ARNm în secvența de aminoacizi a unui lanț polipeptidic (Fig. 10). Aceasta este a doua etapă a sintezei proteinelor. Transferul ARNm matur prin porii învelișului nuclear este produs de 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 joacă un rol central; ele asigură potrivirea 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.

În timpul translației se pot distinge trei faze: inițierea, alungirea și terminarea.

Iniţiere.

În această etapă, întreg complexul implicat în sinteza moleculei proteice este asamblat. Cele două subunități ribozomale sunt unite la o anumită secțiune a ARNm, primul aminoacil-ARNt este atașat la aceasta și aceasta stabilește cadrul de citire a informațiilor. În orice moleculă de m-ARN există o regiune care este complementară cu r-ARN-ul subunității ribozomale mici și este controlată în mod specific de aceasta. Alături de acesta se află codonul de început de inițiere AUG, care codifică aminoacidul metionina.Faza de inițiere se termină cu formarea unui complex: ribozom, -mARN-inițiator aminoacil-ARNt.

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. Într-o regiune, peptidilul (P), există primul t-ARN cu aminoacidul metionină, iar sinteza oricărei molecule de proteină începe cu acesta. A doua moleculă de ARNt intră în a doua secțiune a ribozomului, secțiunea 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 t-ARN cu un lanț polipeptidic de la centrul aminoacil la centrul peptidil este însoțită de avansarea ribozomului de-a lungul m-ARN printr-o etapă corespunzătoare unui codon. ARN-ul T care a eliberat metionina revine în citoplasmă, iar centrul amnoacil este eliberat. Acesta primește un nou t-ARN cu un aminoacid criptat de următorul codon. Între al treilea și al doilea aminoacid se formează o legătură peptidică și al treilea t-ARN împreună cu codonul m-ARN se deplasează în centrul peptidil Procesul de alungire, prelungire 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. Ribozomului este atașat un factor de terminare special, care promovează separarea subunităților ribozomale și eliberarea moleculei de proteină sintetizată. La ultimul aminoacid al peptidei se adaugă apă și capătul său carboxil este separat de ARNt.

Asamblarea lanțului peptidic are loc la viteză mare. În bacterii la o temperatură de 37°C, se exprimă prin adăugarea a 12 până la 17 aminoacizi pe secundă la polipeptidă. În celulele eucariote, la o polipeptidă se adaugă doi aminoacizi în fiecare secundă.

Lanțul polipeptidic sintetizat intră apoi în complexul Golgi, unde este finalizată construcția moleculei proteice (structurile a doua, a treia și a patra apar secvenţial). Aici moleculele de proteine ​​se combină cu grăsimile și carbohidrații.

Întregul proces de biosinteză a proteinelor este prezentat sub forma unei diagrame: ADN ® pro ARNm ® ARNm ® lanț polipeptidic ® proteină ® complexarea proteinelor și transformarea lor în molecule active funcțional.

Etapele de implementare a 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 unei polipeptide pe ribozomi cu participarea ARNt.

Transcripția la eucariote se realizează sub acțiunea a trei ARN polimeraze nucleare. ARN polimeraza 1 este localizată în nucleol și este responsabilă pentru transcrierea genelor ARNr. ARN polimeraza 2 se găsește în seva nucleară și este responsabilă pentru sinteza ARNm precursor. 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 unui promotor de transcripție. ARNm eucariotic este mai întâi sintetizat ca un precursor (pro-ARNm), iar informațiile de la exoni și introni sunt transferate acestuia. ARNm sintetizat este mai mare decât este necesar pentru translație și este mai puțin stabil.

În timpul maturării moleculei de ARNm, intronii sunt excizați folosind enzime de restricție, iar exonii sunt legați împreună folosind enzime 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 intronilor variază de la 100 la 10.000 de nucleotide sau mai mult. Intonii reprezintă aproximativ 80% din totalul ARNm imatur. S-a dovedit acum posibilitatea unei splicing alternative, în care secvențele de nucleotide pot fi îndepărtate dintr-o transcriere primară în diferite părți ale acestuia și se vor forma mai multe ARNm mature. Acest tip de splicing este tipic în sistemul de gene a imunoglobulinei la mamifere, ceea ce face posibilă formarea diferitelor tipuri de anticorpi pe baza unui transcript de 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 implementării informațiilor genetice ale eucariotelor. Prin urmare, gena mozaic eucariotă nu este o genă cistron, deoarece nu întreaga secvență de ADN este utilizată pentru sinteza proteinelor.

Sinteza proteinelor din aminoacizi poate fi împărțită în trei etape.

Primul stagiu - transcriere - a fost descris în subiectul anterior. Constă în formarea de molecule de ARN pe șabloanele de ADN. Pentru sinteza proteinelor, sinteza matricei sau a ARN-ului mesager este de o importanță deosebită, deoarece informațiile despre viitoarea proteină sunt înregistrate aici. Transcripția are loc în nucleul celulei. Apoi, cu ajutorul unor enzime speciale, ARN-ul mesager rezultat se deplasează în citoplasmă.

A doua etapă se numește recunoaştere. Aminoacizii se leagă selectiv de transportatorii lor transfer de ARN.

Toate ARNt-urile sunt construite într-un mod similar. Molecula fiecărui ARNt este un lanț polinucleotidic îndoit sub forma unei „frunze de trifoi”. Moleculele de ARNt sunt proiectate în așa fel încât să aibă capete diferite care au afinitate atât pentru m-ARN (anticodon) cât și pentru aminoacizi. T-ARN are 60 de soiuri într-o celulă.

Pentru a conecta aminoacizii cu ARN de transfer, o enzimă specială, t- ARN sintetaza sau, mai precis, amino-acil-ARNt sintetaza.

A treia etapă a biosintezei proteinelor se numește difuzat. Se întâmplă pe ribozomi. Fiecare ribozom este format din două părți - subunități mari și mici. Ele constau din ARN ribozomal și proteine.

Translația începe cu atașarea ARN-ului mesager la ribozom. Apoi t-ARN cu aminoacizi începe să se atașeze de complexul rezultat. Această conexiune are loc prin legarea anticodonului tARN la codonul ARN mesager pe baza principiului complementarității. Nu mai mult de două ARNt se pot atașa la ribozom în același timp. Apoi, aminoacizii sunt legați între ei prin legături peptidice, formând treptat o polipeptidă. După aceasta, ribozomul mută ARN-ul mesager exact un codon. Apoi procesul se repetă din nou până când ARN-ul mesager se epuizează. La sfârșitul ARNm există codoni nonsens, care sunt puncte în înregistrare și, în același timp, o comandă pentru ribozom că ar trebui să se separe de ARNm.

Astfel, pot fi identificate mai multe caracteristici ale biosintezei proteinelor.

1. Structura primară a proteinelor este formată strict pe baza datelor înregistrate în moleculele de ADN și ARN-ul informațional,

2. Structurile proteice superioare (secundar, terțiar, cuaternar) apar spontan pe baza structurii primare.

3. În unele cazuri, lanțul polipeptidic, după terminarea sintezei, suferă o ușoară modificare chimică, în urma căreia apar în el aminoacizi necodați care nu aparțin celor 20 obișnuiți. Un exemplu de astfel de transformare este colagenul proteic, unde aminoacizii lizină și prolină sunt transformați în hidroxiprolină și oxilizină.

4. Sinteza proteinelor în organism este accelerată de hormonul de creștere și de hormonul testosteron.

5. Sinteza proteinelor este un proces foarte consumator de energie care necesită cantități uriașe de ATP.

6. Multe antibiotice inhibă translația.

Metabolismul aminoacizilor.

Aminoacizii pot fi utilizați pentru sinteza diverșilor compuși non-proteici. De exemplu, glucoza, bazele azotate, partea neproteică a hemoglobinei - hem, hormonii - adrenalina, tiroxina și compuși importanți precum creatina, carnitina, care participă la metabolismul energetic, sunt sintetizate din aminoacizi.

Unii aminoacizi sunt supuși descompunerii în dioxid de carbon, apă și amoniac.

Defalcarea începe cu reacții comune majorității aminoacizilor.

Acestea includ.

1. Decarboxilarea -îndepărtarea grupării carboxil din aminoacizi sub formă de dioxid de carbon.

PF (piridoxal fosfat) este un derivat de coenzimă al vitaminei B6.

De exemplu, histamina se formează din aminoacidul histidină. Histamina este un vasodilatator important.

2. Dezaminare - desprinderea grupării amino sub formă de NH3. La om, dezaminarea aminoacizilor are loc prin calea oxidativă.

3. Transaminarea – reacția dintre aminoacizi și α-cetoacizi. În timpul acestei reacții, participanții săi fac schimb de grupuri funcționale.

Toți aminoacizii suferă transaminare. Acest proces este principala transformare a aminoacizilor din organism, deoarece viteza sa este mult mai mare decât cea a primelor două reacții descrise.

Transaminarea are două funcții principale.

1. Datorită acestor reacții, unii aminoacizi sunt transformați în alții. În acest caz, numărul total de aminoacizi nu se modifică, dar raportul total dintre ei în organism se modifică. Odată cu alimentele, proteinele străine intră în organism, în care aminoacizii sunt în proporții diferite. Prin transaminare, compoziția de aminoacizi a organismului este ajustată.

2. Transaminarea este o parte integrantă a procesului dezaminarea indirectă a aminoacizilor– procesul prin care începe descompunerea majorității aminoacizilor.

Schema de dezaminare indirectă.

Ca rezultat al transaminării, se formează α-cetoacizi și amoniac. Primele sunt distruse în dioxid de carbon și apă. Amoniacul este foarte toxic pentru organism. Prin urmare, organismul are mecanisme moleculare pentru neutralizarea lui.

Schița lecției : „Sinteza proteinelor în celulă”

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

Profesor: Mastyukhina Anna Aleksandrovna

Instituția de învățământ municipală „Școala secundară numită după generalul Zakharkin I.G.”

Obiectivul lecției:

Educational: studiucaracteristicile biosintezei proteinelor în celulă, invata concepte:genă, cod genetic, triplet, codon, anticodon, transcriere, traducere, polizom; Pcontinuarea dezvoltării cunoștințelor despre mecanismele biosintezei proteinelor folosind exemplul de traducere; aflați rolul ARN-urilor de transfer în procesul de biosinteză a proteinelor; dezvăluie mecanismele de sinteză matriță a lanțului polipeptidic pe ribozomi.

Dezvoltare: în scopul dezvoltării interesului cognitiv al elevilorpregătiți mesajele în avans („Fapte interesante despre genă”, „Cod genetic”, „Transcriere și traducere”). Pentru a dezvolta abilități practiceva face un syncwin. Pentru a dezvolta gândirea logicăinvata sa rezolvi problemele.

Educational: Pentru a forma o viziune științifică asupra lumii, dovediți 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: prezentare „Sinteza proteinelor în celulă”; tabelul „Cod genetic”; Schema „Formarea ARNm din matrița ADN (transcripție)”; Schema „Structura t-ARN”; Schema „Sinteza proteinelor în ribozomi (traducere)”; Schema „Sinteza proteinelor pe un polizom”; Carduri cu sarcini și cuvinte încrucișate; modele magnetice.

În timpul orelor:

Metode și tehnici metodologice:

eu .Organizarea clasei.

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

apoi ne-am uitat la cele două tipuri ale lor: ADN și ARN și ne-am familiarizat cu structura și funcțiile lor. S-a constatat că fiecare dintre acizii nucleici conține 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 în celulă”.

II .Învățare material nou:

1) Actualizarea cunoștințelor:

Înainte de a începe să studiem un subiect nou, să ne amintim: ce este metabolismul (metabolismul):

METABOLISMUL este totalitatea tuturor reacțiilor enzimatice ale unei celule 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, energie

3-curge, absoarbe, eliberează

4-set de reacții enzimatice ale celulei

5-metabolism)

Biosinteza proteinelorse referă la reacții de schimb plastic.

Biosinteza proteinelor – cel mai important proces din natura vie. Aceasta este crearea de molecule de proteine ​​bazate pe informații despre secvența de aminoacizi din structura sa primară conținută în structura ADN-ului.

Sarcină: completați propozițiile completând termenii lipsă.

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

2. Procesul de fotosinteză se desfășoară în organele celulare - ...(cloroplaste).

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

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

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

6. În stadiul de întuneric, cloroplastul produce...(carbohidratul primar este glucoza).

7. Când soarele lovește clorofila...(excitația electronilor).

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

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

10. Faza întunecată apare în...(orice) Partea zilei.

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

Fiecare celulă conține mii de proteine, inclusiv cele unice pentru acest tip de celulă. Deoarece toate proteinele sunt distruse mai devreme sau mai târziu în procesul vieții, celula trebuie să sintetizeze continuu proteine ​​pentru a-și restabili. , organele 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 intensă.

2) Învățare material nou:

Sinteza proteinelor necesită multă energie.

Sursa acestei energii, ca și pentru toate procesele celulare, este . Varietatea funcțiilor proteinelor este determinată de structura lor primară, adică. secvența de aminoacizi din molecula lor. La rândul său, ereditar Structura primară a unei proteine ​​este conținută în secvența de nucleotide dintr-o moleculă de ADN. O secțiune a ADN-ului care conține informații despre structura primară a unei proteine ​​se numește genă. Un cromozom conține informații despre structura a multor sute de proteine.

Cod genetic.

Fiecare aminoacid din 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, ADN-ul poate conține patru baze azotate: adenină (A), guanină (G), timină (T) și citozină (C). Numărul de combinații de 4 cu 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, aminoacidul alanina corespunde la 4 codoni: CGA, CGG, CTG, CGC și se dovedește că o eroare aleatorie în a treia nucleotidă nu poate afecta structura proteinei - va fi totuși un codon alanină.

Deoarece o moleculă 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 ARNm, o secțiune de ADN se „desfășoară”, despira, iar apoi, conform principiului 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 unei molecule de ADN devine citozina unei molecule de ARN, împotriva adeninei unei molecule de ADN - uracil ARN (rețineți că ARN-ul conține uracil în loc de timină în nucleotide), opus timină în ADN - adenină ARN și opus citozină în ADN - ARN guanină. Astfel, se formează un lanț de ARNm, care este o copie exactă a celei de-a doua catene de ADN (doar timina este înlocuită cu uracil). Astfel, informațiile despre secvența de nucleotide a unei gene ADN sunt „rescrise” în secvența de nucleotide a ARNm. Acest proces se numește transcripție. La procariote, moleculele de ARNm sintetizate pot interacționa imediat cu ribozomii și începe sinteza proteinelor. La eucariote, ARNm interacționează cu proteine ​​speciale din nucleu și este transportat prin învelișul nuclear 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, un anumit aminoacid poate ajunge la locul sintezei directe a proteinelor, adică ribozomul, numai prin atașarea la un ARN de transfer special (ARNt).

Transfer ARN-uri.

Pentru a transfera fiecare tip de aminoacid în ribozomi, este necesar un tip separat de ARNt. Deoarece proteinele conțin aproximativ 20 de aminoacizi, 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 în tripletul de nucleotide situat „în partea de sus”. Acest triplet, numit anticodon, corespunde în codul său genetic cu aminoacidul pe care îl va transporta acest T-ARN. O enzimă specială atașează în mod necesar la „pețiolul frunzei” aminoacidul care este codificat de tripletul complementar anticodonului.

Difuzare.

Ultima etapă a sintezei proteinelor — translația — are loc în citoplasmă. Un ribozom este atașat la capătul ARNm de la care trebuie să înceapă sinteza proteinelor (Fig. 36). Ribozomul se deplasează de-a lungul moleculei de ARNm intermitent, în „sărituri”, rămânând pe fiecare triplet timp de aproximativ 0,2 s. În acest moment, un ARNt din mulți este capabil să „identifice” cu anticodonul său tripletul pe care se află ribozomul. Și dacă anticodonul este complementar acestui triplet ARNm, aminoacidul este desprins din „pețiolul frunzei” și atașat printr-o legătură peptidică de lanțul proteic în creștere (Fig. 37). În acest moment, ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm la următorul triplet, codificând următorul aminoacid al proteinei care se sintetizează, iar următorul t-ARN „aduce” aminoacidul necesar, ceea ce crește lanțul proteic în creștere. Această operație se repetă de câte ori trebuie să conțină numărul de aminoacizi pe care proteina care se construiește. Când există un set de tripleți în ribozom, 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 perioade foarte scurte de timp. Se estimează că sinteza unei molecule de proteine ​​destul de mari durează doar aproximativ două minute.

O celulă 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, avansează, un al doilea ribozom care sintetizează aceeași proteină se află în spatele lui pe același ARNm. Apoi, al treilea, al patrulea ribozomi etc. sunt înșirați succesiv pe ARNm.Toți ribozomii care sintetizează aceeași proteină codificată într-un ARNm dat se numesc 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 de ARNm în secvența de aminoacizi a proteinei sintetizate.

Se estimează că toate proteinele din corpul unui mamifer pot fi codificate de doar două procente din ADN-ul conținut în celulele sale. Pentru ce este necesar restul de 98% din ADN? Se dovedește că fiecare genă este mult mai complexă 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” funcționarea fiecărei gene. . De aceea toate celulele, de exemplu corpul uman, care au același set de cromozomi, sunt capabile să sintetizeze proteine ​​diferite: în unele celule, sinteza proteinelor are loc cu ajutorul anumitor 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 fiecare reacție individuală de sinteză a proteinelor necesită enzime specializate.

IV .Asigurați materialul:

Completați tabelul:

ÎN 1

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

Rezolvați problema 1:

Se dau anticodonii ARNt: GAA, GCA, AAA, ACG. Folosind tabelul de coduri genetice, determinați secvența de aminoacizi din molecula de proteină, codonii ARNm și tripleții din fragmentul de genă care codifică această proteină.

Soluţie:

Codoni ARNm: TSUU – TsGU – UUU – UGC.

Secvența de aminoacizi: leu – arg – phen – cis.

Tripleți ADN: GAA – GCA – AAA – ACG.

Sarcina 2

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

Raspuns: DNA: TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT

ARNm: ACA-UGU-AAU-UUU-GGA

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

LA 2

Rezolvați problema 1:

Este dat un fragment al unei molecule de ADN dublu catenar. Folosind tabelul de coduri genetice, determinați structura fragmentului moleculei de proteină codificată de această secțiune a ADN-ului:

AAA – TTT – YYY – CCC

TTT – AAA – TCC – YYY.

Soluţie:

Deoarece mARN-ul este întotdeauna sintetizat pe o singură catenă de ADN, care este de obicei descrisă în scris ca șirna superioară, atunci

ARNm: UUU – AAA – CCC – YGG;

fragment proteic codificat de lanțul superior: fen - lys - pro - gly.

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

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

Raspuns: ADN: AGG-CCT-TAT-YYY-CGA

ARNm: UCC-GGA-AUA-CCC-GCU

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

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

„Fapte interesante despre genă”

"Cod genetic"

„Transcriere și difuzare”

VI .Rezumând lecția.

1) Concluzia lecției: Unul dintre cele mai importante procese care au loc într-o celulă este sinteza proteinelor. Fiecare celulă conține mii de proteine, inclusiv cele unice pentru acest 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 intensă. Sinteza proteinelor necesită multă energie. Sursa acestei energii, ca și pentru toate procesele celulare, este ATP.

2) Evaluați munca independentă a elevilor și munca lor la consiliu. De asemenea, evaluați activitatea participanților la conversație și a vorbitorilor.

V II . Teme pentru acasă:

Repetați § 2.13.

Rezolvați cuvintele încrucișate:

1. O secvență specifică de nucleotide situată la începutul fiecărei gene.

2. Tranziția secvenței de nucleotide a unei molecule de ARNm în secvența AK a unei molecule de proteină.

3. Semnul de începere a difuzării.

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 situate una după alta.

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 AK, ci indică doar că sinteza proteinelor trebuie să fie finalizată.

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

12. O proprietate importantă a codului genetic este că un triplet codifică întotdeauna doar un singur AK.

13. Un „semn de punctuație” într-o moleculă de ADN care indică faptul că sinteza ARNm ar trebui oprită.

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

- până la 2 minute

- discursul introductiv al profesorului

-35 de minute

-10 minute

-profesor

-1 elev la bord

-elevii scriind 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 nr 1

- individual pe carduri

-grupa nr 2

- individual pe carduri

-30 minute

-pregătit

-diapozitivul 29

-10 minute (1 lecție)

-10 minute (2 lecții)

-10 minute (3 lecții)

-5 minute

-profesor

-3 minute

-diapozitivul 30

-pe cărți

Viața este procesul de existență a moleculelor proteice. Exact așa o exprimă mulți oameni de știință, care sunt convinși că proteinele sunt baza tuturor viețuitoarelor. Aceste judecăți sunt absolut corecte, deoarece aceste substanțe din celulă au cel mai mare număr de funcții de bază. Toți ceilalți compuși organici joacă rolul de substraturi energetice, iar energia este din nou necesară pentru sinteza moleculelor de proteine.

Caracteristicile etapei biosintezei proteinelor

Structura unei proteine ​​este codificată în acid nucleic sau ARN) sub formă de codoni. Aceasta este o informație ereditară care este reprodusă de fiecare dată când celula necesită o nouă substanță proteică. Începutul biosintezei este în nucleu despre necesitatea de a sintetiza o nouă proteină cu proprietăți deja specificate.

Ca răspuns la aceasta, secțiunea de acid nucleic în care este codificată structura sa este despirată. Acest site este duplicat de ARN mesager și transmis la ribozomi. Ei sunt responsabili pentru construirea unui lanț polipeptidic bazat pe o matrice - ARN mesager. Pe scurt, toate etapele biosintezei sunt prezentate după cum urmează:

• transcripție (etapa de duplicare a unei secțiuni de ADN cu o structură proteică codificată);
• procesare (etapa de formare a ARN mesager);
• translație (sinteza proteinelor într-o celulă pe bază de ARN mesager);
• modificare post-translațională („maturarea” polipeptidei, formarea structurii sale tridimensionale).

Transcrierea acidului nucleic

Toată sinteza proteinelor din celulă este efectuată de ribozomi, iar informațiile despre molecule sunt conținute în acid nucleic sau ADN). Se află în gene: fiecare genă este o proteină specifică. Genele conțin informații despre secvența de aminoacizi a noii proteine. În cazul ADN-ului, îndepărtarea codului genetic se realizează după cum urmează:

• începe eliberarea regiunii de acid nucleic din histone, are loc despiralizarea;
• ADN polimeraza dublează secțiunea de ADN care stochează gena proteinei;
• secțiunea duplicată este un precursor al ARN-ului mesager, care este procesat de enzime pentru a elimina inserțiile necodante (sinteza ARNm se realizează pe baza acestuia).

Pe baza ARN-ului mesager, are loc sinteza ARNm. Este deja o matrice, după care sinteza proteinelor în celulă are loc pe ribozomi (în reticulul endoplasmatic aspru).

Sinteza proteinelor ribozomale

ARN-ul mesager are două capete, care au forma 3`-5`. Citirea și sinteza proteinelor pe ribozomi începe de la capătul 5’ și continuă până la intron - o regiune care nu codifică niciun aminoacid. Se intampla asa:

• ARN-ul mesager este „înșirat” pe ribozom și atașează primul aminoacid;
• ribozomul se deplasează de-a lungul ARN-ului mesager printr-un codon;
• ARN de transfer furnizează alfa aminoacid necesar (codificat de acest codon ARNm);
• aminoacidul este adăugat la aminoacidul de pornire pentru a forma o dipeptidă;
• ARNm este apoi mutat înapoi cu un codon, se adaugă un aminoacid alfa și se alătură lanțului peptidic în creștere.

Odată ce ribozomul ajunge la intron (inserție non-codificare), ARN-ul mesager pur și simplu trece mai departe. Apoi, pe măsură ce ARN-ul mesager avansează, ribozomul ajunge din nou la un exon - o regiune a cărei secvență de nucleotide corespunde unui aminoacid specific.

Din acest punct, atașarea monomerilor proteici la lanț începe din nou. Procesul continuă până la apariția următorului intron sau până la un codon de stop. Acesta din urmă oprește sinteza lanțului polipeptidic, după care este considerat complet și începe etapa de modificare postsintetică (post-translațională) a moleculei.

Modificare post-traducere

După translație, sinteza proteinelor are loc în cisternele netede, acestea din urmă conțin un număr mic de ribozomi. În unele celule ele pot fi complet absente din RES. Astfel de zone sunt necesare pentru formarea mai întâi a unei structuri secundare, apoi terțiare sau, dacă este programată, a unei structuri cuaternare.

Toată sinteza proteinelor în celulă are loc cu cheltuirea unei cantități uriașe de energie ATP. Prin urmare, toate celelalte procese biologice sunt necesare pentru a menține biosinteza proteinelor. În plus, este necesară o anumită energie pentru a transporta proteinele în interiorul celulei prin transport activ.

Multe dintre proteine ​​sunt transferate dintr-o locație în celulă în alta pentru modificare. În special, sinteza proteinelor post-translaționale are loc în complexul Golgi, unde un domeniu carbohidrat sau lipidic este atașat la o polipeptidă cu o anumită structură.