§17. Біосинтез білка

Основні терміни і поняття: біосинтез, ДНК, іРНК, тРНК, білки, амінокислоти, ге­нетичний код, триплет, фермент, ген, транскрипція, трансляція, ініціативний ком­плекс.

Білки синтезуються в клітинах:

а) у період росту і розвитку (збільшення маси організму);

б) де синтезуються ферменти, гормони та інші біологічно активні речовини білко-

вої природи; •

в) менш інтенсивно, але відбувається це у всіх клітинах, тому що в них постійно розпадаються білки і їх необхідно відновлювати.

Роль нуклеїнових кислот у синтезі, білка

1. Сама ДНК безпосередньої участі в синтезі білка не бере, тому що знаходиться в ядрі, а основним місцем синтезу білка є рибосоми на ЕР цитоплазми. Але на ДНК записана інформація про те, який у цитоплазмі повинен синтезуватися білок.

1. РНК беруть безпосередню участь у синтезі білка.

Поняття про ген

В одній молекулі ДНК може бути закодована послідовність амінокислот для багатьох білків. Функціональний відрізок молекули ДНК (ІРНК), що несе в собі інформацію про струк-;-туру і активність одного білка, називається геном. Розрізняють структурні гени, в яких за­кодована інформація для синтезу структурних і ферментних білків, і гени з інформацією для синтезу тРНК, рРНК та ін. Ген може проявитися у кількох формах - алелях (жовте і зелене забарвлення насінин гороху).

Генетичний код

Генетичний код - встановлені відповідності між певною послідовністю нуклео-тидів у ДНК (ІРНК) і амінокислотами в білку,

Код:

а) триплетний - кожній амінокислоті відповідає трійка нуклеотидів ДНК (ІРНК) -

кодон;

б) однозначний - один триплет кодує лише одну амінокислоту;

в) вироджений - одну амінокислоту можуть кодувати декілька різних триплетів (це підвищує надійність коду). 18 з 20 амінокислот кодуються кількома трипле­ тами (від двох до шести) і тільки триптофан і метіонін - одним;

г) універсальний - єдиний для всіх організмів, які існують на Землі (прокаріот, рос-

лин, грибів, тварин);

д) який не перекривається - зчитуються кодони один за одним, з однієї певної точки

в одному напрямку, тобто той самий нухлеотид не може входити одночасно до складу двох сусідніх триплетів; є) між генами існують «розділові знаки» - ділянки, які не несуть генетичної інформа­ції, а лише відокремлюють одні гени від інших. їх називають спейсерами. Три­плети УАА, УАГ, УГА позначають припинення синтезу даного білка. Отже, знаючи порядок розташування триплетів у ДНК (іРНК) і генетичний код, можна встановити порядок розташування амінокислот у білку (первинну структуру).

52

Етапи біосинтезу білка

1) Переписування інформації з ДНК на ІРНК (транскрипція).

І І І

Г Ц Г

А

А Т

—А

2) Активація амінокислот у ци­топлазмі.

Приєднання фермента і АТФ до амінокислоти. Приєднання активованих амінокислот до тРНК. Комплекс тРНК + амінокислота + фермент + АТФ прямує до рибосоми.

ІРНК крізь ядерні пори виходить у цитоплазму.

ІРНК

4) Утворення вторинної, третинної і четвертинної структури білка.

ІЗапам 'ятайте! Реакції матричного синтезу - новий тип реакцій, характерних тільки для живої при­роди. Це утворення собі подібних молекул. Сутність таких реакцій полягає в спрямова­ному стягуванні мономерів у певне місце клітини - на молекули, що служать матрицею. Здійснюються вони швидко і точно. Якби такі реакції відбувалися в результаті випад­кового зіткнення молекул, вони протікали б нескінченно повільно.

Догма молекулярної біології ДНК ► РНК ► білок

Ц—Г Ц

І І І

] 2

Схема синтезу інформаційної РНК: 1 -ДНК; 2

3) Трансляція.

А мінокислоти

-ІРНК

ІРНК рухається між двома субодини-цями рибосоми зліва направо. Перший кодон завжди буде ГУЦ, у прокаріот -АУГ. Рибосоми нанизуються на ІРНК і кроками по ній переміщуються. Трансляція триває 5-6 секунд. Рибо­сома займає два триплети. Кодон, ІРНК, антикодон, тРНК, рибосома -ініціативний комплекс. Утворення тако­го комплексу - початок синтезу білка.

Учнівська сторінка

1. На якій підставі ці реакції відносяться до реакцій матричного синтезу:

а) реплікація (самоподвоєння) ДНК;

б) синтез ІРНК;

в) синтез білка? Відповідь обґрунтуйте. (10 балів)

53 ■

Розв'язування задач

Розв'язуючи задачі, користуйтеся таблицею генетичного коду.

Генетичний код

Перша основа	Друга основа				Третя основа
	У (А)	Ц(П	А(Т)	Г(Ц)
У(А)	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир	Цис Цис Три	У(А) Ц(П А(Т) Г(Ц)
Ц(Г)	'Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Пс Пс Глн Глн	Apr Apr Apr Apr	У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц)
А(Т)	Іле Іле Іле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Ліз Ліз	Сер Сер Apr Apr	У(А) Ц(П А(Т) Г(Ц)
Г(Ц)	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Глі Глі Глі Глі	У(А) Ц(П А(Т) Г(Ц)

Користуватися таблицею просто. Перший нуклеотид у триплеті береться з лівого вер­тикального ряду, другий - з верхнього горизонтального і третій - з правого вертикаль­ного. Там, де перетнуться лінії, що йдуть від усіх трьох нуклеотидів, і знаходиться шу­кана амінокислота. Припустимо, потрібно довідатися, про яку амінокислоту несе інфор­мацію триплет УГГ в ІРНК. Ліворуч по вертикалі беремо У, зверху - Г, праворуч по верти­калі - Г. Лінії перетинаються на «Три», тобто триптофан. У ДНК ця амінокислота закодо­вана триплетом АЦЦ.

2. Ділянка молекули ДНК має таку будову: АЦЦ - ГТА - АТА - ЦАА - ГТЦ . Визначте послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі. (6 балів)

Ключ до розв'язання. ДНК »- РНК »-білок

Розв'язання. Спочатку визначаємо структуру іРНК: УГГ - ЦЦУ - УАУ - ГУУ - ЦАГ. За допомогою генетичного коду встановлюємо будову відповідного поліпептидного лан­цюга

Примітка. Якщо в таблиці генетичного коду зазначені нуклеотиди ІРНК і ДНК (як у даному випадку), то відразу визначаємо послідовність амінокислот.

3. Ділянка поліпептидного ланцюга має таку будову: серин - валін - аланін - лізин. Ви­значте послідовність нуклеотидів у ділянці ДНК, що кодує цю частину ланцюга. (7 балів)

Ключ до розв'язання. ДНК -» РНК-* білок

Розв'язання. Спочатку визначаємо відповідну ділянку ІРНК. У генетичному коді ви­значеній амінокислоті відповідає кілька триплетів іРНК. При розв'язанні задач, як пра­вило, вказується перший триплет. Потім інформацію з ІРНК переписуємо на ДНК (на підставі принципу комплементарності).

Примітка. Якщо в таблиці генетичного коду зазначені нуклеотиди ІРНК і ДНК (як у даному випадку), то відразу визначаємо послідовність амінокислот.

1. іРНК УЦУ-ГУУ-ГЦУ-ААА

2. ДНК

54

4. До складу білка входить 200 амінокислот. Визначте, яку довжину має ген, який йо­го кодує. (10 балів)

Ключ до розв'язання. ДНК« Т ІРНК- » білок

Довжина однієї пари нуклеотидів ДНК або одного нуклеотида ІРНК = 0,34 нм

Дано:

п амінокислот = 200 і нуклеотиду = 0,34 нм

Розв'язання.

1) Відповідна ділянка ланцюга ІРНК складається

з нуклеотидів.

2) Довжина одного нуклеотиду нм, звідси довжи­ на гена нм.

(гена = ?

Відповідь..

(204 нм)

5. Один з ланцюгів ДНК має молекулярну масу 72450. Визначте кількість мономерів біл­ка, закодованого в цій ДНК, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду - 345. (10 балів)

Ключ до розв'язання. ДНК ■* ІРНК білок

Дано:

М одного ланцюга ДНК = 72450 М нуклеотиду = 345

Розв'язання.

1) В одному ланцюзі ДНК нуклеотидів.

2) нуклеотидів ІРНК.

3) Одній амінокислоті відповідає триплет нуклеотидів. Отже, амінокислот.

п амінокислот = ? Відповідь.

(70)