Генетический код

В ядре клетки в хромосомах с помощью нуклеотидов ДНК зашифрована информация о первичной структуре белка. Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последова­тельности расположения нуклеотидов в ДНК.

Свойства генетического кода

1. Код триплетен. Это означает, что каждая из аминокислот (их всего 20) зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, называемых триплетом или кодоном. Всего генетических кодов 64, 61 из них смысловой, когда они идут на И-РНК идет синтез белка, а три (УАА, УАГ, УГА) бессмысленных, когда они идут на И-РНК синтез белка прекращает­ся.

2. Код вырожден. Каждая аминокислота шифруется несколькими генетическими кодами, исключение составляют метионин и триптофан.

3. Код универсален. Генетический код один для всех живущих на Земле существ (для человека, животных, растений, бактерий и грибов).

4. Генетический код неперекрывающийся. Нуклеотиды в ДНК не наползают друг на друга.

Биосинтез белка в клетке

Биосинтез белков в клетке состоит из двух этапов:

1. Транскрипция.

2. Трансляция.

1. Транскрипция - это переписывание информации о первичной структуре белка с определенного участка ДНК (гена) на И-РНК по принципу комплементарности при помощи фермента РНК - полимеразы. Считывание наследственной информации начинается с определенного участка ДНК, который называется промотор. Он располагается перед геном и включает около 80 нуклеотидов. Фермент РНК - полимераза узнает промотор, прочно с ним связывается и расплавляет его, разъединяя, нуклеотиды комплементарных цепей ДНК, затем этот фермент начинает двигаться вдоль гена и по мере разъединения цепей ДНК на одной из них, которая называется смысловой, синтезируется И-РНК. Готовая И-РНК через поры ядерной оболочки выходит в цитоплазму и пронизывает малую субъединицу рибосомы, а те участки гена, на которых полимераза образовала И-РНК, вновь закручиваются в спираль. И-РНК может пронизывать сразу несколько рибо­сом и этот комплекс называется полисома. В цитоплазме аминокислоты активизируются ферментом аминоацил-т-синтетаза и присоединяются к длинному концу Т-РНК (рис.24). Рис. 24. Механизм транскрипции

2. Трансляция - это перевод наследственной информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Трансляция начинается со стартового кодона АУГ, к которому своим антикодоном УАЦ присоединяется нагруженная метионином Т-РНК. В большой субъединице рибосомы имеется аминоацильный и пептидильный центры. Сначала I амино­кислота (метионин) попадает в аминоацильный центр, а затем вместе со своей Т-РНК перемешается в пептидильный центр. Аминоацильный центр освобождается и может при­нять следующую Т-РНК со своей аминокислотой. Вторая Т-РНК, нагруженная 2-ой аминокислотой, поступает в большую субединицу рибосомы и своим антикодоном соединяется с комплементарным кодоном И-РНК. Сразу же при помощи фермента пептидил - трансферазы предшествующая аминокислота своей карбоксильной группой (СООН) соединяется с аминогруппой (NH2) вновь пришедшей аминокислоты. Между ними образуется пептидная связь (-CO-NH-). В результате Т-РНК, принесшая метионин, освобождается, а в аминоацильном центре к Т-РНК присоединяются две аминокислоты (дипептид). Для дальнейшего процесса роста полипептидной цепи требуется освободить аминоацильный центр. Большая и малая субединица рибосомы прокручивается относительно друг друга (по типу завода часов) триплет нуклеотидов на И-РНК продвигается вперед, на его место становится следующий триплет нуклеотидов. В освободившийся аминоацильный центр следующая Т-РНК приносит в соответствии с кодоном И-РНК аминокислоту, которая при помощи пептидной связи соединяется с предыдущей, а вторая Т-РНК уходит из рибосомы. Далее рибосома снова продвигается на один кодон и процесс повторяется. Происходит последовательное присоединение аминокислот к полипептидной цепи в строгом соответствии с последовательностью колонов на И-РНК.

Когда на рибосоме оказывается один из триплетов (УАА, УАГ,УГА) ни одна Т-РНК не может занять место в аминоацильном центре, т.е. не существует антикодонов комплементарных этим генетическим кодам, поэтому синтез белков завершается. Синтезированные из аминокислот полипептидные цепи в дальнейшем поступают в ком­плекс Гольджи, где возникают вторичная, третичная, четвертичная структуры белка. Здесь же формируются комплексы белковых молекул с углеводами и жирами. Весь процесс биосинтеза белка представляется в виде схемы: ДНК - и - РНК - полипептидная цепь - белок - комплекс бел­ков с другими веществами (рис. 25).

Рис. 25. Схема синтеза белка в рибосоме:

А - рибосома;

Б - и-РНК;

В - фермент (белок синтетаза);

Г - т-РНК, несущие аминокислоты в рибосому;

Д - белок.