5. Генетичний код, його властивості. Біосинтез білка

Генетичний код

Інформація про первинну структуру білка закодована в ДНК. Але до складу ДНК входять лише 4 нуклеотиди /А,Т,Ц,Г/, а білок складається з 20-ти різних амінокислот.

Як ці амінокислоти закодовані в ДНК?

Одна амінокислота закодована послідовністю трьох нуклеотидів в ДНК. Ця послідовність з 3-х нуклеотидів називається триплет /кодон/.

Всього для кодування 20 амінокислот використовуються 64 кодони. 61 кодон визначає включення певної амінокислоти до складу молекули білку. Три кодони УАА, УАГ, УГА - є беззмістовними, вони не кодують ніякої амінокислоти, а виконують роль "сигналів" термінації процесу трансляції. Вони називаються термінальні кодони.

Оскільки кодонів 61, а амінокислот - 20, то одна амінокислота може кодуватися різними кодонами /декількома кодонами/, переважно 3-ма/.

Властивості генетичного коду:

1. Універсальність (єдиний для всіх живих організмів – від вірусів до людини).

2. Неперекривність (кожна нітратна основа одного кодону ніколи не входить до складу іншого).

3. Надмірність (одна амінокислота часто має більш ніж один кодовий триплет).

4. Триплетність (три сусідні нітратні основи кодують одну амінокислоту).

5. Спецефічність (кожний окремий триплет кодує тільки одну певну амінокислоту).

6. Відсутність розділових знаків.

7. Колінеарність (ДНК є лінійним полінуклеотидним ланцюгом, а білок – лінійним поліпептидним. Послідовність амінокислот у білку відповідає послідовності триплетів у його гені).

8. Відповідність гени-поліпептиди (клітина може мати стільки поліпептидів, скільки має генів).

Генетичний код - це система розташування нуклеотидів в ДНК, яка контролює послідовність розташування амінокислот в молекулі білка.

Ген - ділянка ДНК, яка кодує яку-небудь ознаку клітини. Кожний ген займає в хромосомі певне місце-локус. Залежно від функцій розрізняють:

• структурні гени /цистрони/

• регуляторні гени /ген-регулятор, ген-оператор/.

Разом вони утворюють функціональну одиницю хромосоми – оперон.

Оперон -- ділянка ДНК, що складається з промотора, гена-оператора, гена-термінатора, структурних генів /цистронів/, яка регулюється геном-регулятором і визначає синтез певних білків /ферменів/

Біосинтез білка.

Згідно з сучасними уявленнями, біосинтез білка включає ряд складних біохімічних процесів, в яких беруть участь нуклеїнові кислоти, різні ферментні системи.

Процес біосинтезу білка поділяється на 3 основні стадії:

• транскрипція

• активація амінокислот

• трансляція

Транскрипція

Інформація про те, яким повинен бути білок, про його первинну структуру, закодована в ДНК у вигляді певної послідовності нуклеотидів.

Оскільки ДНК знаходиться в ядрі, а біосинтез білка відбувається в цитоплазмі на рибосомах, то ДНК передає інформацію щодо процесу синтезу білка через іРНК.

Транскрипція - процес переписування інформації про структуру білка з ДНК на іРНК. Каталізує цей процес ДНК-залежна РНК-полімераза.

Під дією ферменту спіраль ДНК розпадається па два вільні ланцюги. Далі з вільних нуклеотидів за принципом комплементарності на одному з ланцюгів ДНК відбувається синтез іРНК. Після цього іРНК відділяється від ДНК, проникає через пори ядерної оболонки, іде в цитоплазму до місця синтезу /до рибосом/.

ДНК еукаріотичних клітин має некодуючі послідовності (тобто вони не несуть інформацію про амінокислоти), називаються інтрони. Інтронні ділянки за допомогою ферментів вирізаються , а екзонні з’єднуються та утворюють молекулу м-РНК. Цей процес отримав назву сплайсинг. Завдяки сплайсингу утворюються дрібні молекули м РНК.

У прокаріот сплайсинг відсутній, бо кожна молекула іРНК складається лише з кодувальних нуклеотидів (екзонів). Але дозрівання молекули іРНК (процесинг) у прокаріотів присутній.

Активація амінокислот – це процес сполучення амінокислот зі "своїми" тРНК за участю ферменту аміноацил-тРНК-синтетази.

Трансляція - це процес синтезу білка на рибосомі. В трансляції розрізняють 3 стадії: ініціація, елонгація, термінація.

Ініціація – це утворення ініціюючого комплексу, формування функціонально активної рибосоми (рибосома зв'язується з іРНК, до них приєднується перша тРНК з амінокислотою).

Елонгація – ріст поліпептидного ланцюга (рибосома «ковзає» по іРНК , утворюючи пептидні зв’язки між амінокислотами (між амінокислотами виникає міцний ковалентний зв’язок NH-CO, який називається пептидним.)

Термінація – рибосома залишає іРНК, утворений поліпептид відокремлюється від кодона, входить у канали ЕПС, далі – в апарат Гольджі, де білок набуває властивої йому структури.

6