Biosyntéza bielkovín prebieha v každej živej bunke. Najaktívnejší je v mladých rastúcich bunkách, kde sa syntetizujú proteíny na stavbu ich organel, ako aj v sekrečných bunkách, kde sa syntetizujú enzýmové proteíny a hormonálne proteíny.

Hlavná úloha pri určovaní štruktúry bielkovín patrí DNA. Kúsok DNA obsahujúci informácie o štruktúre jedného proteínu sa nazýva gén. Molekula DNA obsahuje niekoľko stoviek génov. Molekula DNA obsahuje kód pre sekvenciu aminokyselín v proteíne vo forme špecificky kombinovaných nukleotidov. Kód DNA bol takmer úplne rozlúštený. Jeho podstata je nasledovná. Každá aminokyselina zodpovedá časti reťazca DNA pozostávajúcej z troch susediacich nukleotidov.

Napríklad sekcia T-T-T zodpovedá aminokyseline lyzínu, sekcia A-C-A zodpovedá cystínu, C-A-A valínu atď. Existuje 20 rôznych aminokyselín, počet možných kombinácií 4 nukleotidov po 3 je 64. Preto sú triplety bohato postačujúce na kódovanie všetkých aminokyselín.

Syntéza proteínov je komplexný viacstupňový proces, ktorý predstavuje reťazec syntetických reakcií prebiehajúcich podľa princípu syntézy matrice.

Keďže DNA sa nachádza v bunkovom jadre a syntéza proteínov prebieha v cytoplazme, existuje medzičlánok, ktorý prenáša informácie z DNA do ribozómov. Tento posol je mRNA. :

Pri biosyntéze bielkovín sa určujú nasledujúce štádiá vyskytujúce sa v rôznych častiach bunky:

1. Prvá etapa - v jadre nastáva syntéza i-RNA, počas ktorej sa informácie obsiahnuté v géne DNA prepisujú na i-RNA. Tento proces sa nazýva transkripcia (z latinského „prepisu“ - prepisovanie).

2. V druhom štádiu sa aminokyseliny kombinujú s molekulami tRNA, ktoré sa postupne skladajú z troch nukleotidov - antikodónov, pomocou ktorých sa určí ich tripletový kodón.

3. Treťou etapou je proces priamej syntézy polypeptidových väzieb, nazývaný translácia. Vyskytuje sa v ribozómoch.

4. Vo štvrtom štádiu dochádza k tvorbe sekundárnej a terciárnej štruktúry proteínu, to znamená k vytvoreniu konečnej štruktúry proteínu.

V procese biosyntézy bielkovín sa teda vytvárajú nové molekuly bielkovín v súlade s presnými informáciami obsiahnutými v DNA. Tento proces zabezpečuje obnovu bielkovín, metabolické procesy, bunkový rast a vývoj, teda všetky životné procesy bunky.

Chromozómy (z gréckeho „chroma“ - farba, „soma“ - telo) sú veľmi dôležité štruktúry bunkového jadra. Hrajú hlavnú úlohu v procese delenia buniek, zabezpečujú prenos dedičných informácií z jednej generácie na druhú. Sú to tenké vlákna DNA spojené s proteínmi. Reťazce sa nazývajú chromatidy, pozostávajú z DNA, zásaditých proteínov (histónov) a kyslých proteínov.

V nedeliacej sa bunke chromozómy vypĺňajú celý objem jadra a nie sú viditeľné pod mikroskopom. Pred začiatkom delenia dochádza k špirále DNA a každý chromozóm sa stáva viditeľným pod mikroskopom. Počas spiralizácie sa chromozómy skracujú desaťtisíckrát. V tomto stave chromozómy vyzerajú ako dve rovnaké vlákna (chromatidy) ležiace vedľa seba, spojené spoločným úsekom – centromérou.

Každý organizmus sa vyznačuje konštantným počtom a štruktúrou chromozómov. V somatických bunkách sú chromozómy vždy spárované, to znamená, že v jadre sú dva rovnaké chromozómy, ktoré tvoria jeden pár. Takéto chromozómy sa nazývajú homológne a párové sady chromozómov v somatických bunkách sa nazývajú diploidné.

Diploidný súbor chromozómov u ľudí teda pozostáva zo 46 chromozómov, ktoré tvoria 23 párov. Každý pár pozostáva z dvoch identických (homologických) chromozómov.

Štrukturálne znaky chromozómov umožňujú rozlíšiť ich do 7 skupín, ktoré sú označené latinskými písmenami A, B, C, D, E, F, G. Všetky páry chromozómov majú sériové čísla.

Muži a ženy majú 22 párov identických chromozómov. Nazývajú sa autozómy. Muž a žena sa líšia v jednom páre chromozómov, ktoré sa nazývajú pohlavné chromozómy. Sú označené písmenami - veľké X (skupina C) a malé Y (skupina C). V ženskom tele je 22 párov autozómov a jeden pár (XX) pohlavných chromozómov. Muži majú 22 párov autozómov a jeden pár (XY) pohlavných chromozómov.

Na rozdiel od somatických buniek, zárodočné bunky obsahujú polovicu sady chromozómov, to znamená, že obsahujú jeden chromozóm z každého páru! Tento súbor sa nazýva haploidný. Haploidná sada chromozómov vzniká počas dozrievania buniek.

Najprv stanovte postupnosť krokov v biosyntéze proteínov, počnúc transkripciou. Celú sekvenciu procesov, ktoré sa vyskytujú počas syntézy proteínových molekúl, možno kombinovať do 2 etáp:

1. Prepis.

2. Vysielanie.

Štrukturálnymi jednotkami dedičnej informácie sú gény – úseky molekuly DNA, ktoré kódujú syntézu konkrétneho proteínu. Z hľadiska chemickej organizácie sa materiál dedičnosti a variability u pro- a eukaryotov zásadne nelíši. Genetický materiál je v nich prezentovaný v molekule DNA, spoločný je aj princíp zápisu dedičnej informácie a genetického kódu. Rovnaké aminokyseliny v pro- a eukaryotoch sú zakódované rovnakými kodónmi.

Genóm moderných prokaryotických buniek sa vyznačuje relatívne malou veľkosťou, DNA E. coli má tvar prstenca, dlhého asi 1 mm. Obsahuje 4 x 106 nukleotidových párov, ktoré tvoria asi 4000 génov. V roku 1961 F. Jacob a J. Monod objavili cistronickú alebo nepretržitú organizáciu prokaryotických génov, ktoré pozostávajú výlučne z kódujúcich nukleotidových sekvencií a sú úplne realizované počas syntézy proteínov. Dedičný materiál molekuly DNA prokaryotov sa nachádza priamo v cytoplazme bunky, kde sa nachádza aj tRNA a enzýmy potrebné na génovú expresiu.Expresia je funkčná aktivita génov, čiže expresia génov. Preto mRNA syntetizovaná z DNA môže okamžite vykonávať funkciu templátu v procese translácie syntézy proteínov.

Eukaryotický genóm obsahuje podstatne viac dedičného materiálu. U ľudí je celková dĺžka DNA v diploidnej sade chromozómov asi 174 cm, obsahuje 3 x 10 9 párov nukleotidov a zahŕňa až 100 000 génov. V roku 1977 bola objavená diskontinuita v štruktúre väčšiny eukaryotických génov, nazývaná „mozaikový“ gén. Vyznačuje sa kódovaním nukleotidových sekvencií exonický A intronic pozemky. Na syntézu proteínov sa používajú iba informácie z exónov. Počet intrónov sa v rôznych génoch líši. Zistilo sa, že gén kuracieho ovalbumínu obsahuje 7 intrónov a gén cicavčieho prokolagénu obsahuje 50. Funkcie tichých intrónov DNA neboli úplne objasnené. Predpokladá sa, že poskytujú: 1) štruktúrnu organizáciu chromatínu; 2) niektoré z nich sa zjavne podieľajú na regulácii génovej expresie; 3) intróny možno považovať za sklad informácií pre variabilitu; 4) môžu hrať ochrannú úlohu, pričom preberajú pôsobenie mutagénov.

Prepis

Proces prepisovania informácií v bunkovom jadre z časti molekuly DNA na molekulu mRNA (mRNA) sa nazýva tzv. prepis(lat. Transscriptio – prepisovanie). Syntetizuje sa primárny génový produkt, mRNA. Toto je prvá fáza syntézy bielkovín. Na zodpovedajúcom mieste DNA rozpozná enzým RNA polymeráza znak začiatku transkripcie - promótor. Východiskovým bodom je prvý nukleotid DNA, ktorý je enzýmom začlenený do transkriptu RNA. Kódujúce oblasti spravidla začínajú kodónom AUG, niekedy sa v baktériách používa GUG. Keď sa RNA polymeráza naviaže na promótor, dôjde k lokálnemu odvinutiu dvojitej špirály DNA a jedno z vlákien sa skopíruje podľa princípu komplementarity. mRNA je syntetizovaná, rýchlosť jej zostavovania dosahuje 50 nukleotidov za sekundu. Keď sa RNA polymeráza pohybuje, reťazec mRNA rastie a keď enzým dosiahne koniec kopírovacej oblasti - terminátor mRNA sa vzdiali od templátu. Dvojzávitnica DNA za enzýmom sa obnoví.

Transkripcia prokaryotov prebieha v cytoplazme. Vzhľadom na skutočnosť, že DNA pozostáva výlučne z kódujúcich nukleotidových sekvencií, syntetizovaná mRNA okamžite pôsobí ako templát pre transláciu (pozri vyššie).

Transkripcia mRNA v eukaryotoch prebieha v jadre. Začína sa syntézou veľkých molekúl – prekurzorov (pro-mRNA), nazývaných nezrelá alebo jadrová RNA.Primárny produkt génu – pro-mRNA je presnou kópiou prepísaného úseku DNA, zahŕňa exóny a intróny. Proces tvorby zrelých molekúl RNA z prekurzorov je tzv spracovanie. Dozrievanie mRNA prebieha o spájanie- tieto sú štiepené enzýmami reštrikčný enzým intróny a spojenie oblastí s transkribovanými exónovými sekvenciami pomocou ligázových enzýmov. (Obr.) Zrelá mRNA je oveľa kratšia ako prekurzorové molekuly pro-mRNA, veľkosť intrónov v nich kolíše od 100 do 1000 nukleotidov alebo viac. Intróny tvoria asi 80 % všetkej nezrelej mRNA.

Teraz sa ukázalo, že je to možné alternatívne spájanie, v ktorej môžu byť nukleotidové sekvencie odstránené z jedného primárneho transkriptu v jeho rôznych častiach a vznikne niekoľko zrelých mRNA. Tento typ zostrihu je typický pre imunoglobulínový génový systém u cicavcov, ktorý umožňuje vytvárať rôzne typy protilátok na základe jedného transkriptu mRNA.

Po dokončení spracovania sa zrelá mRNA vyberie pred výstupom z jadra. Zistilo sa, že iba 5 % zrelej mRNA vstupuje do cytoplazmy a zvyšok sa štiepi v jadre.

Vysielanie

Translácia (lat. Translatio - transfer, transfer) je preklad informácie obsiahnutej v nukleotidovej sekvencii molekuly mRNA do aminokyselinovej sekvencie polypeptidového reťazca (obr. 10). Toto je druhá fáza syntézy bielkovín. Prenos zrelej mRNA cez póry jadrového obalu je produkovaný špeciálnymi proteínmi, ktoré tvoria komplex s molekulou RNA. Okrem transportu mRNA tieto proteíny chránia mRNA pred škodlivými účinkami cytoplazmatických enzýmov. V procese translácie zohráva ústrednú úlohu tRNA, ktorá zabezpečuje presnú zhodu aminokyseliny s kódom tripletu mRNA. Proces translácie-dekódovania prebieha v ribozómoch a prebieha v smere od 5 do 3. Komplex mRNA a ribozómov sa nazýva polyzóm.

Počas translácie možno rozlíšiť tri fázy: iniciáciu, predĺženie a ukončenie.

Zasvätenie.

V tomto štádiu je zostavený celý komplex zapojený do syntézy proteínovej molekuly. Dve ribozomálne podjednotky sú spojené v určitom úseku mRNA, k nej je pripojená prvá aminoacyl-tRNA, čím sa nastavuje informačný čítací rámec. V každej molekule m-RNA je oblasť, ktorá je komplementárna k r-RNA malej ribozomálnej podjednotky a je ňou špecificky riadená. Vedľa je iniciačný štart kodón AUG, ktorý kóduje aminokyselinu metionín Iniciačná fáza končí vytvorením komplexu: ribozóm, -mRNA-iniciujúca aminoacyl-tRNA.

Predĺženie

— zahŕňa všetky reakcie od okamihu vytvorenia prvej peptidovej väzby až po pridanie poslednej aminokyseliny. Ribozóm má dve miesta na väzbu dvoch molekúl tRNA. V jednej oblasti, v peptidyle (P), je prvá t-RNA s aminokyselinou metionínom a s ňou začína syntéza akejkoľvek molekuly proteínu. Druhá molekula tRNA vstupuje do druhej časti ribozómu, aminoacylovej časti (A), a pripája sa k jej kodónu. Medzi metionínom a druhou aminokyselinou vzniká peptidová väzba. Druhá tRNA sa pohybuje spolu so svojím mRNA kodónom do peptidylového centra. Pohyb t-RNA s polypeptidovým reťazcom z aminoacylového centra do peptidylového centra je sprevádzaný posunom ribozómu pozdĺž m-RNA o krok zodpovedajúci jednému kodónu. T-RNA, ktorá dodávala metionín, sa vracia do cytoplazmy a uvoľní sa amnoacylové centrum. Prijíma novú t-RNA s aminokyselinou zašifrovanou nasledujúcim kodónom. Medzi treťou a druhou aminokyselinou vzniká peptidová väzba a tretia t-RNA sa spolu s kodónom m-RNA presúva do peptidylového centra Proces predlžovania, predlžovania proteínového reťazca. Pokračuje, kým jeden z troch kodónov, ktoré nekódujú aminokyseliny, nevstúpi do ribozómu. Toto je terminátorový kodón a neexistuje preň zodpovedajúca tRNA, takže žiadna z tRNA nemôže zaujať miesto v aminoacylovom centre.

Ukončenie

– dokončenie syntézy polypeptidov. Je spojená s rozpoznaním jedného z terminačných kodónov (UAA, UAG, UGA) špecifickým ribozomálnym proteínom, keď vstúpi do aminoacylového centra. Na ribozóm je pripojený špeciálny terminačný faktor, ktorý podporuje oddelenie ribozomálnych podjednotiek a uvoľnenie syntetizovanej proteínovej molekuly. K poslednej aminokyseline peptidu sa pridá voda a jej karboxylový koniec sa oddelí od tRNA.

Zostavenie peptidového reťazca prebieha vysokou rýchlosťou. V baktériách sa pri teplote 37 °C prejavuje pridaním 12 až 17 aminokyselín za sekundu k polypeptidu. V eukaryotických bunkách sa každú sekundu pridajú k polypeptidu dve aminokyseliny.

Syntetizovaný polypeptidový reťazec potom vstupuje do Golgiho komplexu, kde je dokončená konštrukcia molekuly proteínu (druhá, tretia a štvrtá štruktúra sa objavujú postupne). Tu sa molekuly bielkovín spájajú s tukmi a sacharidmi.

Celý proces biosyntézy proteínov je prezentovaný vo forme diagramu: DNA ® pre mRNA ® mRNA ® polypeptidový reťazec ® proteín ® komplexácia proteínov a ich transformácia na funkčne aktívne molekuly.

Etapy implementácie dedičnej informácie tiež prebiehajú podobným spôsobom: najprv sa prepíše do nukleotidovej sekvencie mRNA a potom sa preloží do aminokyselinovej sekvencie polypeptidu na ribozómoch za účasti tRNA.

Transkripcia v eukaryotoch sa uskutočňuje pôsobením troch jadrových RNA polymeráz. RNA polymeráza 1 sa nachádza v jadierku a je zodpovedná za transkripciu génov rRNA. RNA polymeráza 2 sa nachádza v jadrovej šťave a je zodpovedná za syntézu prekurzorovej mRNA. RNA polymeráza 3 je malá frakcia v jadrovej šťave, ktorá syntetizuje malé rRNA a tRNA. RNA polymerázy špecificky rozpoznávajú nukleotidovú sekvenciu promótora transkripcie. Eukaryotická mRNA sa najskôr syntetizuje ako prekurzor (pro-mRNA) a prenášajú sa do nej informácie z exónov a intrónov. Syntetizovaná mRNA je väčšia ako je potrebné na transláciu a je menej stabilná.

Počas dozrievania molekuly mRNA sú intróny vyrezané pomocou reštrikčných enzýmov a exóny sú spojené pomocou ligázových enzýmov. Zrenie mRNA sa nazýva spracovanie a spájanie exónov sa nazýva zostrih. Zrelá mRNA teda obsahuje iba exóny a je oveľa kratšia ako jej predchodkyňa pro-mRNA. Veľkosti intrónov sa pohybujú od 100 do 10 000 nukleotidov alebo viac. Intony tvoria asi 80 % všetkej nezrelej mRNA. Teraz bola dokázaná možnosť alternatívneho zostrihu, pri ktorom môžu byť z jedného primárneho transkriptu odstránené nukleotidové sekvencie v rôznych jeho častiach a vznikne niekoľko zrelých mRNA. Tento typ zostrihu je typický pre imunoglobulínový génový systém u cicavcov, ktorý umožňuje vytvárať rôzne typy protilátok na základe jedného transkriptu mRNA. Po dokončení spracovania sa zrelá mRNA vyberie pred uvoľnením do cytoplazmy z jadra. Zistilo sa, že len 5 % zrelej mRNA vstupuje a zvyšok sa štiepi v jadre. Transformácia primárnych transkriptónov eukaryotických génov spojená s ich organizáciou exón-intrón a v spojení s prechodom zrelej mRNA z jadra do cytoplazmy určuje vlastnosti implementácie genetickej informácie eukaryotov. Preto eukaryotický mozaikový gén nie je cistrónovým génom, pretože nie celá sekvencia DNA sa používa na syntézu proteínov.

Syntézu bielkovín z aminokyselín možno rozdeliť do troch etáp.

Prvé štádium - prepis – bolo popísané v predchádzajúcej téme. Pozostáva z tvorby molekúl RNA na templátoch DNA. Pre syntézu proteínov je obzvlášť dôležitá syntéza matricovej alebo messengerovej RNA, pretože tu sú zaznamenané informácie o budúcom proteíne. K transkripcii dochádza v bunkovom jadre. Potom sa pomocou špeciálnych enzýmov výsledná mediátorová RNA presunie do cytoplazmy.

Druhá etapa je tzv uznanie. Aminokyseliny sa selektívne viažu na svoje transportéry transferové RNA.

Všetky tRNA sú vytvorené podobným spôsobom. Molekula každej tRNA je polynukleotidový reťazec ohnutý do tvaru „ďatelinového listu“. Molekuly tRNA sú navrhnuté tak, že majú rôzne konce, ktoré majú afinitu k m-RNA (antikodón) aj aminokyselinám. T-RNA má v bunke 60 odrôd.

Na spojenie aminokyselín s transferovými RNA sa používa špeciálny enzým, t- RNA syntetáza alebo presnejšie, amino-acyl-tRNA syntetáza.

Tretia etapa biosyntézy bielkovín je tzv vysielať. Stáva sa to na ribozómy. Každý ribozóm pozostáva z dvoch častí – veľkej a malej podjednotky. Pozostávajú z ribozomálnej RNA a proteínov.

Translácia začína pripojením mediátorovej RNA k ribozómu. Potom sa na výsledný komplex začne pripájať t-RNA s aminokyselinami. K tomuto spojeniu dochádza naviazaním antikodónu tRNA na kodón messenger RNA na princípe komplementarity. Nie viac ako dve tRNA sa môžu pripojiť k ribozómu súčasne. Ďalej sú aminokyseliny navzájom spojené peptidovými väzbami, čím sa postupne vytvorí polypeptid. Potom ribozóm presunie messengerovú RNA presne o jeden kodón. Potom sa proces znova opakuje, kým sa neminie messenger RNA. Na konci mRNA sú nezmyselné kodóny, ktoré sú bodmi v zázname a zároveň príkazom pre ribozóm, že sa má oddeliť od mRNA.

Možno teda identifikovať niekoľko znakov biosyntézy proteínov.

1. Primárna štruktúra proteínov sa tvorí striktne na základe údajov zaznamenaných v molekulách DNA a informačnej RNA,

2. Vyššie proteínové štruktúry (sekundárne, terciárne, kvartérne) vznikajú spontánne na základe primárnej štruktúry.

3. V niektorých prípadoch polypeptidový reťazec po dokončení syntézy prechádza miernou chemickou úpravou, v dôsledku čoho sa v ňom objavujú nekódované aminokyseliny, ktoré nepatria do bežných 20. Príkladom takejto transformácie je proteínový kolagén, kde sa aminokyseliny lyzín a prolín premieňajú na hydroxyprolín a oxylyzín.

4. Syntézu bielkovín v tele urýchľuje rastový hormón a hormón testosterón.

5. Syntéza bielkovín je energeticky veľmi náročný proces, ktorý vyžaduje obrovské množstvo ATP.

6. Mnohé antibiotiká inhibujú transláciu.

Metabolizmus aminokyselín.

Aminokyseliny sa môžu použiť na syntézu rôznych neproteínových zlúčenín. Z aminokyselín sa syntetizuje napríklad glukóza, dusíkaté zásady, neproteínová časť hemoglobínu - hem, hormóny - adrenalín, tyroxín a také dôležité zlúčeniny ako kreatín, karnitín, ktoré sa podieľajú na energetickom metabolizme.

Niektoré aminokyseliny podliehajú rozkladu na oxid uhličitý, vodu a amoniak.

Rozklad začína reakciami bežnými pre väčšinu aminokyselín.

Tie obsahujú.

1. Dekarboxylácia - odstránenie karboxylovej skupiny z aminokyselín vo forme oxidu uhličitého.

PF (pyridoxal fosfát) je koenzýmový derivát vitamínu B6.

Napríklad histamín sa tvorí z aminokyseliny histidín. Histamín je dôležitý vazodilatátor.

2. Deaminácia - odštiepenie aminoskupiny vo forme NH3. U ľudí prebieha deaminácia aminokyselín oxidačnou cestou.

3. Transaminácia – reakcia medzi aminokyselinami a α-ketokyselinami. Počas tejto reakcie si jej účastníci vymieňajú funkčné skupiny.

Všetky aminokyseliny podliehajú transaminácii. Tento proces je hlavnou transformáciou aminokyselín v tele, pretože jeho rýchlosť je oveľa vyššia ako rýchlosť prvých dvoch opísaných reakcií.

Transaminácia má dve hlavné funkcie.

1. Vďaka týmto reakciám sa niektoré aminokyseliny premieňajú na iné. V tomto prípade sa nemení celkový počet aminokyselín, ale mení sa celkový pomer medzi nimi v tele. S jedlom sa do tela dostávajú cudzie bielkoviny, v ktorých sú aminokyseliny v rôznych pomeroch. Transamináciou sa upravuje aminokyselinové zloženie tela.

2. Transaminácia je neoddeliteľnou súčasťou procesu nepriama deaminácia aminokyselín– proces, ktorým sa začína rozklad väčšiny aminokyselín.

Schéma nepriamej deaminácie.

V dôsledku transaminácie vznikajú α-ketokyseliny a amoniak. Prvé sú zničené na oxid uhličitý a vodu. Amoniak je pre telo vysoko toxický. Preto má telo molekulárne mechanizmy na jeho neutralizáciu.

Náčrt lekcie : "Syntéza bielkovín v bunke"

(Pre špecializovaný 10. ročník, vyučovacia hodina - 2 hodiny)

Učiteľ: Mastyukhina Anna Aleksandrovna

Mestská vzdelávacia inštitúcia "Stredná škola pomenovaná po generálovi Zakharkinovi I.G."

Cieľ lekcie:

Vzdelávacie: štúdiumvlastnosti biosyntézy bielkovín v bunke, naučiť sa pojmy:gén, genetický kód, triplet, kodón, antikodón, transkripcia, translácia, polyzóm; Ppokračovať v rozvíjaní poznatkov o mechanizmoch biosyntézy bielkovín na príklade translácie; zistiť úlohu transferových RNA v procese biosyntézy bielkovín; odhaliť mechanizmy templátovej syntézy polypeptidového reťazca na ribozómoch.

vývojové: s cieľom rozvíjať kognitívny záujem žiakovpripraviť správy vopred („Zaujímavé fakty o géne“, „Genetický kód“, „Prepis a preklad“). Rozvíjať praktické zručnostiurobí syncwine. S cieľom rozvíjať logické myslenienaučiť sa riešiť problémy.

Vzdelávacie: Aby sa vytvoril vedecký svetonázor, dokážte dôležitosť a význam syntézy bielkovín v bunkách, ako aj ich životnú nevyhnutnosť.

F.O.U.R .: lekcia.

Typ lekcie : kombinované

Typ lekcie : s prezentáciou „Proteínová syntéza v bunke“ a demonštráciou magnetických modelov.

Vybavenie: prezentácia „Syntéza bielkovín v bunke“; tabuľka "Genetický kód"; Schéma „Tvorba mRNA z templátu DNA (transkripcia)“; Schéma „Štruktúra t-RNA“; Schéma „Syntéza bielkovín v ribozómoch (preklad)“; Schéma „Proteínová syntéza na polyzóme“; Úlohové karty a krížovky; magnetické modely.

Počas tried:

Metódy a metodologické techniky:

ja .Triedna organizácia.

V predchádzajúcich lekciách sme študovali látky nazývané nukleové kyseliny. Kvôli

potom sme sa pozreli na ich dva typy: DNA a RNA a zoznámili sme sa s ich štruktúrou a funkciami. Zistilo sa, že každá z nukleových kyselín obsahuje štyri rôzne dusíkaté bázy, ktoré sú navzájom spojené podľa princípu komplementarity. Všetky tieto znalosti budeme potrebovať pri štúdiu dnešnej novej témy. Zapíšte si teda jeho názov do svojich zošitov „Proteínová syntéza v bunke“.

II .Učenie nového materiálu:

1) Aktualizácia vedomostí:

Skôr ako začnete študovať novú tému, nezabudnite: čo je metabolizmus (metabolizmus):

METABOLIZMUS je súhrn všetkých enzymatických reakcií bunky spojených navzájom a s vonkajším prostredím, pozostávajúce z plastov
a výmeny energie.

Urobme si syncwine, ktorého prvé slovo je metabolizmus. (1-metabolizmus

2-plast, energ

3-tečie, absorbuje, uvoľňuje

4-sada enzymatických reakcií bunky

5-metabolizmus)

Biosyntéza bielkovínsa týka plastických výmenných reakcií.

Biosyntéza bielkovín – najdôležitejší proces v živej prírode. Ide o tvorbu proteínových molekúl na základe informácií o sekvencii aminokyselín v jej primárnej štruktúre obsiahnutej v štruktúre DNA

Úloha: doplňte vety doplnením chýbajúcich výrazov.

1. Fotosyntéza je...(syntéza organických látok vo svetle).

2. Proces fotosyntézy prebieha v bunkových organelách - ...(chloroplasty).

3. Voľný kyslík sa uvoľňuje pri fotosyntéze pri rozpade...(voda).

4. V akom štádiu fotosyntézy vzniká voľný kyslík? Na…(svetlo).

5. Počas fázy svetla... ATP.(Syntetizované.)

6. V tmavom štádiu chloroplast produkuje...(primárnym sacharidom je glukóza).

7. Keď slnko zasiahne chlorofyl...(excitácia elektrónov).

8. Fotosyntéza prebieha v bunkách...(zelené rastliny).

9. Svetelná fáza fotosyntézy nastáva v...(tylakoidy).

10. Fáza tmy nastáva v...(akýkoľvek) Denná doba.

Najdôležitejším procesom asimilácie v bunke je jeho vlastné proteíny.

Každá bunka obsahuje tisíce proteínov, vrátane tých, ktoré sú jedinečné pre tento typ bunky. Keďže všetky proteíny sú v priebehu života skôr alebo neskôr zničené, bunka musí neustále syntetizovať proteíny, aby obnovila svoje Okrem toho mnohé bunky „vyrábajú“ proteíny pre potreby celého organizmu, napríklad bunky žliaz s vnútornou sekréciou, ktoré vylučujú do krvi proteínové hormóny. V takýchto bunkách je syntéza bielkovín obzvlášť intenzívna.

2) Učenie sa nového materiálu:

Syntéza bielkovín vyžaduje veľa energie.

Zdrojom tejto energie, ako pri všetkých bunkových procesoch, je . Rôznorodosť funkcií bielkovín je daná ich primárnou štruktúrou, t.j. poradie aminokyselín v ich molekule. Na druhej strane dedičné Primárna štruktúra proteínu je obsiahnutá v sekvencii nukleotidov v molekule DNA. Úsek DNA, ktorý obsahuje informácie o primárnej štruktúre jedného proteínu, sa nazýva gén. Jeden chromozóm obsahuje informácie o štruktúre mnohých stoviek proteínov.

Genetický kód.

Každá aminokyselina v proteíne zodpovedá sekvencii troch nukleotidov umiestnených za sebou - tripletu. Dodnes bola zostavená mapa genetického kódu, to znamená, že je známe, ktoré tripletové kombinácie nukleotidov DNA zodpovedajú jednej alebo druhej z 20 aminokyselín, ktoré tvoria proteíny (obr. 33). Ako viete, DNA môže obsahovať štyri dusíkaté bázy: adenín (A), guanín (G), tymín (T) a cytozín (C). Počet kombinácií 4 x 3 je: 43 = 64, t.j. môže byť kódovaných 64 rôznych aminokyselín, pričom je kódovaných iba 20 aminokyselín. Ukázalo sa, že veľa aminokyselín zodpovedá nie jednému, ale niekoľkým rôznym tripletom - kodónom.

Predpokladá sa, že táto vlastnosť genetického kódu zvyšuje spoľahlivosť ukladania a prenosu genetickej informácie pri delení buniek. Napríklad aminokyselina alanín zodpovedá 4 kodónom: CGA, CGG, CTG, CGC a ukazuje sa, že náhodná chyba v treťom nukleotide nemôže ovplyvniť štruktúru proteínu – stále to bude kodón alanínu.

Keďže molekula DNA obsahuje stovky génov, nevyhnutne zahŕňa triplety, čo sú „interpunkčné znamienka“ a označujú začiatok a koniec konkrétneho génu.

Veľmi dôležitou vlastnosťou genetického kódu je špecifickosť, teda jeden triplet vždy označuje len jednu jedinú aminokyselinu. Genetický kód je univerzálny pre všetky živé organizmy od baktérií až po ľudí.
Prepis. Nositeľom všetkej genetickej informácie je DNA, nachádzajúca sa v bunky. Samotná syntéza bielkovín prebieha v cytoplazme bunky na ribozómoch. Z jadra do cytoplazmy prichádza informácia o štruktúre proteínu vo forme messenger RNA (i-RNA). Za účelom syntézy mRNA sa úsek DNA „odvinie“, despiruje a následne sa podľa princípu komplementarity pomocou enzýmov syntetizujú molekuly RNA na jednom z reťazcov DNA (obr. 34). Deje sa to nasledovne: napríklad proti guanínu molekuly DNA sa stane cytozín molekuly RNA, proti adenínu molekuly DNA - uracil RNA (pamätajte, že RNA obsahuje uracil namiesto tymínu v nukleotidoch), naopak tymín v DNA - adenín RNA a opačný cytozín v DNA – guanínová RNA. Tak vzniká reťazec mRNA, ktorý je presnou kópiou druhého vlákna DNA (len tymín je nahradený uracilom). Informácie o nukleotidovej sekvencii génu DNA sa teda „prepisujú“ do nukleotidovej sekvencie mRNA. Tento proces sa nazýva transkripcia. U prokaryotov môžu syntetizované molekuly mRNA okamžite interagovať s ribozómami a začína sa syntéza proteínov. U eukaryotov mRNA interaguje so špeciálnymi proteínmi v jadre a je transportovaná cez jadrový obal do cytoplazmy.
Cytoplazma musí obsahovať sadu aminokyselín potrebných na syntézu proteínov. Tieto aminokyseliny vznikajú v dôsledku rozkladu potravinových bielkovín. Okrem toho sa konkrétna aminokyselina môže dostať do miesta priamej syntézy proteínov, teda do ribozómu, len naviazaním sa na špeciálnu transferovú RNA (tRNA).

Preneste RNA.

Na prenos každého typu aminokyseliny do ribozómov je potrebný samostatný typ tRNA. Keďže proteíny obsahujú asi 20 aminokyselín, existuje toľko druhov tRNA. Štruktúra všetkých tRNA je podobná (obr. 35). Ich molekuly tvoria zvláštne štruktúry, ktoré tvarom pripomínajú ďatelinový list. Typy tRNA sa nevyhnutne líšia v triplete nukleotidov umiestnených „navrchu“. Tento triplet, nazývaný antikodón, zodpovedá vo svojom genetickom kóde aminokyseline, ktorú bude niesť táto T-RNA. Špeciálny enzým nevyhnutne viaže na „listovú stopku“ aminokyselinu, ktorá je kódovaná tripletom komplementárnym k antikodónu.

Vysielanie.

Posledná fáza syntézy proteínov – translácia – prebieha v cytoplazme. Na koniec mRNA je navlečený ribozóm, z ktorého musí začať syntéza proteínov (obr. 36). Ribozóm sa pohybuje pozdĺž molekuly mRNA prerušovane, v „skokoch“, pričom zostáva na každom triplete približne 0,2 s. Počas tohto okamihu je jedna tRNA z mnohých schopná „identifikovať“ so svojím antikodónom triplet, na ktorom sa nachádza ribozóm. A ak je antikodón komplementárny k tomuto tripletu mRNA, aminokyselina sa oddelí od „listovej stopky“ a pripojí sa peptidovou väzbou k rastúcemu proteínovému reťazcu (obr. 37). V tomto momente sa ribozóm pohybuje pozdĺž mRNA k ďalšiemu tripletu, ktorý kóduje ďalšiu aminokyselinu syntetizovaného proteínu a ďalšia t-RNA „prináša“ potrebnú aminokyselinu, ktorá zvyšuje rastúci proteínový reťazec. Táto operácia sa opakuje toľkokrát, koľko aminokyselín musí stavaný proteín obsahovať. Keď je v ribozóme jedna sada tripletov, čo je „stop signál“ medzi génmi, potom sa k takémuto tripletu nemôže pripojiť ani jedna t-RNA, pretože t-RNA pre ne nemá antikodóny. V tomto bode syntéza bielkovín končí. Všetky opísané reakcie sa vyskytujú vo veľmi krátkych časových úsekoch. Odhaduje sa, že syntéza pomerne veľkej molekuly proteínu trvá len asi dve minúty.

Bunka potrebuje nie jednu, ale veľa molekúl každého proteínu. Akonáhle sa teda ribozóm, ktorý ako prvý začal s proteínovou syntézou na mRNA, pohne dopredu, na tej istej mRNA je za ním druhý ribozóm syntetizujúci rovnaký proteín. Potom sa na mRNA postupne navlieka tretí, štvrtý ribozóm atď.. Všetky ribozómy, ktoré syntetizujú rovnaký proteín kódovaný v danej mRNA, sa nazývajú polyzómy.

Po dokončení syntézy proteínov môže ribozóm nájsť inú mRNA a začať syntetizovať proteín, ktorého štruktúra je zakódovaná v novej mRNA.

Translácia je teda translácia nukleotidovej sekvencie molekuly mRNA do aminokyselinovej sekvencie syntetizovaného proteínu.

Odhaduje sa, že všetky bielkoviny v tele cicavca môžu byť kódované len dvomi percentami DNA obsiahnutej v jeho bunkách. Na čo je potrebných zvyšných 98 % DNA? Ukazuje sa, že každý gén je oveľa zložitejší, ako sa predtým myslelo, a obsahuje nielen časť, v ktorej je zakódovaná štruktúra proteínu, ale aj špeciálne časti, ktoré dokážu „zapnúť“ alebo „vypnúť“ činnosť každého génu. . To je dôvod, prečo všetky bunky, napríklad ľudské telo, ktoré majú rovnakú sadu chromozómov, sú schopné syntetizovať rôzne proteíny: v niektorých bunkách prebieha syntéza proteínov pomocou určitých génov, zatiaľ čo v iných sú zahrnuté úplne odlišné gény. Takže v každej bunke sa realizuje iba časť genetickej informácie obsiahnutej v jej génoch.

Syntéza bielkovín vyžaduje účasť veľkého počtu enzýmov. A každá jednotlivá reakcia syntézy proteínov vyžaduje špecializované enzýmy.

IV .Zabezpečte materiál:

Vyplňte tabuľku:

V 1

Biosyntéza proteínov pozostáva z dvoch po sebe nasledujúcich etáp: transkripcie a translácie.

Vyriešte problém 1:

Uvádzajú sa antikodóny tRNA: GAA, GCA, AAA, ACG. Pomocou tabuľky genetického kódu určite sekvenciu aminokyselín v molekule proteínu, kodónoch mRNA a tripletoch v génovom fragmente kódujúcom tento proteín.

Riešenie:

mRNA kodóny: TSUU – TsGU – UUU – UGC.

Sekvencia aminokyselín: leu – arg – fen – cis.

DNA triplety: GAA – GCA – AAA – ACG.

Úloha 2

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. Určte nukleotidovú sekvenciu mRNA a sekvenciu aminokyselín v proteíne, ktorý je syntetizovaný pod kontrolou tohto génu.

Odpoveď: DNA: TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT

mRNA: ACA-UGU-AAU-UUU-GGA

Proteín: tre---cis---asp---fen---gli.

AT 2

Vyriešte problém 1:

Daný je fragment molekuly dvojvláknovej DNA. Pomocou tabuľky genetického kódu určite štruktúru fragmentu molekuly proteínu kódovaného touto časťou DNA:

AAA – TTT – YYY – CCC

TTT – AAA – TCC – YYY.

Riešenie:

Keďže mRNA sa vždy syntetizuje iba na jednom vlákne DNA, ktoré je zvyčajne písomne ​​znázornené ako horné vlákno, potom

mRNA: UUU – AAA – CCC – YGG;

proteínový fragment kódovaný horným reťazcom: fen - lys - pro - gly.

Úloha 2 : úsek DNA má nasledujúcu nukleotidovú sekvenciu:

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. Určte nukleotidovú sekvenciu mRNA a aminokyselinovú sekvenciu v proteíne, ktorý je syntetizovaný pod kontrolou tohto génu.

Odpoveď: DNA: AGG-CCT-TAT-YYY-CGA

mRNA: UCC-GGA-AUA-CCC-GCU

Proteín: ser---gli---iso---pro---ala

Teraz si vypočujme zaujímavé správy, ktoré ste si pripravili.

"Zaujímavé fakty o géne"

"Genetický kód"

"Prepis a vysielanie"

VI .Zhrnutie lekcie.

1) Záver z lekcie: Jedným z najdôležitejších procesov prebiehajúcich v bunke je syntéza bielkovín. Každá bunka obsahuje tisíce proteínov, vrátane tých, ktoré sú jedinečné pre tento typ bunky. Vzhľadom k tomu, v procese života, všetky proteíny skôr alebo neskôrsú zničené, bunka musí nepretržite syntetizovať proteíny, aby obnovila svoje membrány, organely atď. Okrem toho mnohé bunky produkujú proteíny pre potreby celého organizmu, napríklad bunky žliaz s vnútornou sekréciou, ktoré vylučujú do krvi proteínové hormóny. V takýchto bunkách je syntéza bielkovín obzvlášť intenzívna. Syntéza bielkovín vyžaduje veľa energie. Zdrojom tejto energie, ako pre všetky bunkové procesy, je ATP.

2) Hodnotiť samostatnú prácu študentov a ich prácu v komisii. Vyhodnoťte aj aktivitu účastníkov konverzácie a rečníkov.

V II . Domáca úloha:

Zopakujte § 2.13.

Vyriešte krížovku:

1. Špecifická sekvencia nukleotidov umiestnená na začiatku každého génu.

2. Prechod nukleotidovej sekvencie molekuly mRNA do AK sekvencie molekuly proteínu.

3. Znak začiatku vysielania.

4. Nosič genetickej informácie nachádzajúci sa v bunkovom jadre.

5. Vlastnosť genetického kódu, ktorá zvyšuje spoľahlivosť uchovávania a prenosu genetickej informácie pri delení buniek.

6. Úsek DNA obsahujúci informácie o primárnej štruktúre jedného proteínu.

7. Sekvencia troch nukleotidov DNA umiestnených jeden po druhom.

8. Všetky ribozómy, ktoré syntetizujú proteín na jednej molekule mRNA.

9. Proces prekladu informácií o sekvencii AK v proteíne z „jazyka DNA“ do „jazyka RNA“.

10. Kodón, ktorý nekóduje AK, ale iba naznačuje, že musí byť dokončená syntéza bielkovín.

11. Štruktúra, kde sa určuje sekvencia AK v molekule proteínu.

12. Dôležitou vlastnosťou genetického kódu je, že jeden triplet kóduje vždy len jeden AK.

13. „Interpunkčné znamienko“ v molekule DNA označujúce, že by sa mala zastaviť syntéza mRNA.

14. Genetický kód... pre všetky živé organizmy od baktérií až po ľudí.

- do 2 minút

- úvodný prejav učiteľa

-35 minút

-10 minút

- učiteľ

-1 študent na rade

- žiaci píšuci do zošitov

- učiteľ

- z miesta

- snímka 1 a 2

- snímka 3

- snímka 4

- snímka 5

- snímka 6

- snímka 7 a 8

- snímka 9 a 10

- snímka 11 a 12

- snímka 13

- snímka 14

- snímka 15 a 16

- snímka 17 a 18

- snímka 19 a 20

- logický prechod

- snímka 21

- učiteľ

-25 minút

- učiteľ

- učiteľ

- snímka 22

- učiteľ

- snímka 23

- snímka 24

- snímka 25

-15 minút

snímka 27

-skupina č.1

- jednotlivo na kartách

-skupina č.2

- jednotlivo na kartách

-30 minút

- pripravený

- snímka 29

-10 minút (1 lekcia)

-10 minút (2 lekcie)

-10 minút (3 lekcie)

-5 minút

- učiteľ

-3 minúty

- snímka 30

- na kartách

Život je proces existencie proteínových molekúl. Presne takto sa vyjadruje mnoho vedcov, ktorí sú presvedčení, že bielkoviny sú základom všetkého živého. Tieto úsudky sú absolútne správne, pretože tieto látky v bunke majú najväčší počet základných funkcií. Všetky ostatné organické zlúčeniny zohrávajú úlohu energetických substrátov a energia je opäť potrebná na syntézu molekúl bielkovín.

Charakteristika štádia biosyntézy bielkovín

Štruktúra proteínu je kódovaná v nukleovej kyseline alebo RNA) vo forme kodónov. Ide o dedičnú informáciu, ktorá sa reprodukuje zakaždým, keď bunka vyžaduje novú bielkovinovú substanciu. Začiatok biosyntézy je v jadre o potrebe syntetizovať nový proteín s už špecifikovanými vlastnosťami.

V reakcii na to je časť nukleovej kyseliny, kde je zakódovaná jej štruktúra, despiralizovaná. Toto miesto je duplikované messengerovou RNA a prenášané na ribozómy. Sú zodpovedné za konštrukciu polypeptidového reťazca založeného na matrici - messenger RNA. Stručne, všetky štádiá biosyntézy sú prezentované takto:

• transkripcia (štádium duplikácie úseku DNA so zakódovanou proteínovou štruktúrou);
• spracovanie (štádium tvorby messenger RNA);
• translácia (syntéza proteínov v bunke na základe messenger RNA);
• posttranslačná modifikácia („dozrievanie“ polypeptidu, tvorba jeho trojrozmernej štruktúry).

Transkripcia nukleovej kyseliny

Celú syntézu proteínov v bunke vykonávajú ribozómy a informácie o molekulách sú obsiahnuté v nukleovej kyseline alebo DNA). Nachádza sa v génoch: každý gén je špecifický proteín. Gény obsahujú informácie o sekvencii aminokyselín nového proteínu. V prípade DNA sa odstránenie genetického kódu vykonáva takto:

• začína sa uvoľňovanie oblasti nukleovej kyseliny z histónov, dochádza k despiralizácii;
• DNA polymeráza duplikuje časť DNA, ktorá uchováva proteínový gén;
• duplikovaný úsek je prekurzorom messenger RNA, ktorý je spracovávaný enzýmami na odstránenie nekódujúcich inzertov (na jeho základe prebieha syntéza mRNA).

Na základe messenger RNA dochádza k syntéze mRNA. Je to už matrica, po ktorej nastáva syntéza bielkovín v bunke na ribozómoch (v hrubom endoplazmatickom retikule).

Syntéza ribozomálnych bielkovín

Messenger RNA má dva konce, ktoré majú tvar 3`-5`. Čítanie a syntéza proteínov na ribozómoch začína od 5' konca a pokračuje k intrónu - oblasti, ktorá nekóduje žiadnu aminokyselinu. Stáva sa to takto:

• messenger RNA je „navlečená“ na ribozóm a pripája prvú aminokyselinu;
• ribozóm sa pohybuje pozdĺž messenger RNA o jeden kodón;
• transferová RNA poskytuje požadovanú (kódovanú týmto kodónom mRNA) alfa aminokyselinu;
• aminokyselina sa pridá k východiskovej aminokyseline za vzniku dipeptidu;
• mRNA sa potom posunie o jeden kodón späť, pridá sa alfa aminokyselina a pripojí sa k rastúcemu peptidovému reťazcu.

Akonáhle ribozóm dosiahne intrón (nekódujúci inzert), messenger RNA sa jednoducho posunie ďalej. Potom, ako messenger RNA postupuje, ribozóm opäť dosiahne exón - oblasť, ktorej nukleotidová sekvencia zodpovedá špecifickej aminokyseline.

Od tohto bodu opäť začína pripájanie proteínových monomérov k reťazcu. Proces pokračuje až do objavenia sa ďalšieho intrónu alebo do stop kodónu. Ten zastavuje syntézu polypeptidového reťazca, po ktorej sa považuje za dokončenú a začína sa štádium postsyntetickej (posttranslačnej) modifikácie molekuly.

Post-translačná úprava

Po translácii prebieha syntéza proteínov v hladkých cisternách, ktoré obsahujú malý počet ribozómov. V niektorých bunkách môžu úplne chýbať v OZE. Takéto oblasti sú potrebné na vytvorenie najprv sekundárnej, potom terciárnej alebo, ak je naprogramovaná, kvartérnej štruktúry.

Celá syntéza proteínov v bunke nastáva s vynaložením obrovského množstva energie ATP. Preto sú na udržanie biosyntézy proteínov potrebné všetky ostatné biologické procesy. Okrem toho je určitá energia potrebná na transport proteínov v bunke aktívnym transportom.

Mnohé z proteínov sa prenášajú z jedného miesta v bunke do druhého na účely modifikácie. Najmä posttranslačná syntéza proteínov sa vyskytuje v Golgiho komplexe, kde je sacharidová alebo lipidová doména pripojená k polypeptidu určitej štruktúry.