Что значит синтезировать белки
Что такое синтез белка?
Синтез белка в организме осуществляется на клеточном уровне при непосредственном участии так называемых нуклеиновых кислот. При этом расположение нуклеотидов способно предопределять синтезируемую структуру белка – или другими словами, устанавливать последовательность аминокислот в молекуле белка.
Что говорит наука?
Как выяснила современная наука, синтез белка в живом организма, и человеческом также, происходит.
При наличии ферментной системы, позволяющей соединять аминокислоты в нужной организму последовательности.
И при наличии «природной информации», позволяющей определять последовательность такого соединения.
Учитывая тот факт, что в организме существуют тысячи белков, наделенные самыми различными функциями, и то, что каждый из них составлен из сотен аминокислот, становится понятным, что объем той самой «хранимой информации» может впечатлить кого угодно. По словам исследователей, эта «информация» и записана на химическом уровне в молекулах нуклеиновых кислот.
К примеру, в описанной последовательности синтезируются некоторые виды пищеварительных ферментов и даже гормоны. Так наиважнейший анаболический гормон инсулин появляется после процесса ферментизации своего предшественника – проинсулина. Это как раз один из примеров того, когда синтез белков идет при участии других белковых структур. И естественно, что для завершения этих пластических процессов в организме должен быть в достатке необходимый строительный материал. К счастью, в этом отношении организм с лихвой умеет использовать альтернативные источники строительных материалов. Увы, не всегда выгодные представителям силовых видов спорта.
Сколько живут белковые структуры?
Учеными также достоверно установлено, что образовавшиеся в результате сложного процесса биосинтеза белки не сохраняются в организме до конца его жизни. Иными словами, процесс воссоздания и обновления белковых структур идет постоянно и к тому же он требует не малых затрат АТФ. Белковые структуры постоянно распадаются, а на их место встают другие, заново синтезированные.
Время распада у различных белковых структур различно. Некоторые из них, к примеру, разрушаются, только вместе с гибелью клетки-носителя. В среднем же приводятся такие показатели срока жизни белков – от нескольких часов до нескольких месяцев.
Искусственные белки
Для справки. Современная химическая наука научилась синтезировать отдельно взятые аминокислоты. Но при этом сами аминокислоты соединяются, как правило, в беспорядочном порядке. Так что искусственные белки иногда мало чем похожи на свои природные прототипы.
Но, несмотря на эти трудности, в отельных случаях люди научились восстанавливать нужную последовательность аминокислот. Например, таким образом сегодня производится синтетический аналог человеческого инсулина, спасающий больных диабетом.
В целом же процесс искусственного воспроизводства белков затруднен еще и тем, что большинство нужных человеку белков имеют в своей молекулярной цепочке по несколько сотен аминокислот, и при этом каждая из них должна определенно находиться на «своем» месте.
Но наука не стоит на месте, постоянно открывая все новые горизонты. И не исключено, что научные изыскания в этом направлении в самом скором времени окажут сильное влияние на развитие силовых видов спорта. Отметим также, что эта идея подогревает ученые умы уже больше века…
Транскрипция и трансляция
Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.
Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)
Образуется несколько начальных кодонов иРНК.
Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.
Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)
Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.
Примеры решения задачи №1
Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.
«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»
По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).
Пример решения задачи №2
«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК»
Пример решения задачи №3
Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.
Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Синтез белков в клетке
Урок 24. Общая биология 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Синтез белков в клетке»
Получаемые с пищей белки, жиры и углеводы в организме распадаются на более простые вещества, а затем из них уже строятся необходимые организму высокомолекулярные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды). Этот процесс называется ассимиляцией или пластическим обменом.
Однако самым важным процессом ассимиляции все же является синтез белков. Так как белки в организме выполняют достаточно много функций их роль чрезвычайно разнообразна.
Клетки нашего организма содержат тысячи белков. В процессе жизнедеятельности все белки рано или поздно разрушаются. И для нормального хода всех реакций они должны синтезироваться вновь.
За обедом вы съели какую-либо белковую пищу (мясо, рыбу или творог, например).
В организме поступившие с пищей белки расщепляются.
Под влиянием ферментов в двенадцатиперстной кишке завершается начавшееся в желудке расщепление белков до аминокислот.
Все аминокислоты подразделяют на заменимые и незаменимые.
Заменимые аминокислоты синтезируются в организме человека, к ним относят (аланин, аргинин, аспарагин, аспарагиновую кислоту, глицин, глутамин, глутаминовую кислоту, пролин, серин, тирозин и цистеин).
А незаменимые аминокислоты в организме не синтезируются и должны в обязательном порядке поступать с пищей.
Это (валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин). Содержатся они в основном в продуктах животного происхождения.
Среди двухсот известных аминокислот только 20 из них участвуют во внутриклеточном синтезе белков.
Их называют (протеиногенными аминокислотами или стандартными). Однако, в организме человека обнаружено около 40 непротеиногенных аминокислот.
Вопрос, почему именно эти 20 аминокислот стали «избранными», остаётся нерешённым. Не совсем ясно, чем эти аминокислоты оказались предпочтительнее других похожих.
Для удобства названия аминокислот имеют общепринятые сокращения.
Аминокислоты соединяются между собой благодаря пептидной связи. Так образуется молекула, которая представляет собой дипептид.
Поскольку на одном конце дипептида находится свободная аминогруппа, а на другом – свободная карбоксильная группа, дипептид может присоединять к себе другие аминокислоты.
В состав белков могут входить не только аминокислоты. Если белок содержит компоненты неаминокислотной природы, то такой белок относят к сложным. Простые белки состоят только из аминокислот.
Итак, мы сказали, что в двенадцатиперстном кишечнике происходит окончательное расщепление белков до аминокислот.
Затем аминокислоты в виде водных растворов всасываются в кровь капиллярами ворсинок тонкого кишечника.
Кровеносные сосуды, отходящие от кишечника поступают в воротную вену.
Которая собирает кровь от желудка, селезёнки, кишечника в печень.
Печень играет важную роль в обмене белков. Наибольшее количество белка синтезируется в мышцах, однако в пересчёте на 1 г массы в печени их производится все же больше.
Здесь образуются не только собственные белки клеток печени, но и большое количество секретируемых белков, необходимых для нужд всего организма.
Функции белков зависят от их строения. От последовательности, аминокислот, которые составляют их основу.
После синтеза белки для, того чтобы осуществлять свои биологические функции, сворачиваются в одну или несколько особых пространственных конфигураций.
Приобретают вторичную, третичную и четвертичную структуру.
Однако изначально, когда они только синтезировались белки имеют первичную структуру.
Первичная структура белка представлена определённой последовательностью аминокислот, которые связаны между собой пептидной связью.
В какой последовательности должны располагаться аминокислоты?
Информация о первичной структуре белков закодирована в последовальности нуклеотидов в молекуле двухцепочечной ДНК. Эта информация называется генетической информацией.
А участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка, называется геном.
В состав нуклеотидов входят азотистые основная.
У ДНК четыре разных азотистых основания: аденин (А), тимин (Т) гуанин (Г) и цитозин (Ц).
3 нуклеотида (триплет) кодируют 1 аминокислоту.
А какую именно аминокислоту можно понять по последовательности этих самых нуклеотидов.
На сегодняшний день уже известно какие триплетные сочетания нуклеотидов ДНК соответствуют той или иной из 20 аминокислот, входящих в состав белков.
Однако изначально информация с ДНК переписывается на информационную (матричную) РНК в виде триплетов – кодонов.
Определённые кодоны как вы видите соответствуют определённым аминокислотам.
Однако, многим аминокислотам соответствует не один, а несколько различных триплетов – кодонов.
Считается что такое свойство генетического кода повышает надёжность хранения и передачи генетической информации при делении клеток.
Например, аминокислоте аланину соответствует 4 кадона. ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА и ГЦГ.
Первые два азотистых основания у всех триплетов одинаковы. Поэтому даже если произойдёт случайная ошибка в третьем нуклеотиде, то все равно это будет кодон аланина.
Важное свойство генетического кода — это специфичность. То есть один триплет будет обозначать только одну аминокислоту.
Итак, мы сказали, что в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК закодирована информацию о первичной структуре белка.
Как же получить эту информацию?
Сначала генетической информация с ДНК переносится на информационную (матричную) РНК, этот процесс называется транскрипцией.
Давайте посмотрим каким образом происходит этот перенос.
Списывание генетической информации осуществляет фермент РНК-полимераза.
РНК полимераза узнает специфическую последовательность нуклеотидов, называемая промотером. Благодаря промотору синтез иРНК начинается с нужного участка цепи ДНК.
Перед промотером располагаются структурные гены, которые несут информацию о структуре иРНК.
РНК-полимераза производит цепочку иРНК с сайта инициации стартового кодона кодирующей области.
Процесс наращивания молекулы РНК нуклеотидами называется элонгацией.
Именно с промотора РНК-полимераза начинает расплетать двуспиральную ДНК и синтезировать информационную РНК по ДНК.
И по мере движения РНК-полимеразы по матрице впереди неё происходит расплетание, а позади — восстановление двойной спирали ДНК.
Тем самым РНК-полимераза по принципу комплементарности копирует одну из двух цепочек.
Вы помните, что по принципу комплементарности аденин соединяется только с тимином двумя водородными связями. А гуанин соединяется только с цитозином тремя водородными связями. Таким образом, нуклеотиды образуют пары.
По тому же принципу синтезируется и информационная РНК: против Цитозина молекулы ДНК становиться Гуанин молекулы РНК, против Тимина –Аденин. Против гуанина цитозин. А против аденина молекулы ДНК – урацил РНК.
Так РНК-полимераза синтезирует иРНК до тех пор, пока она не встретит определённую последовательность нуклеотидов, которая называется терминатором. Терминатор является знаком препинания, он указывает на то что синтез РНК следует прекратить.
Так формируется цепочка иРНК, которая представляет собой точную копию цепочки ДНК (только вместо тимина включён урацил).
Синтезированная информационная РНК выносит списанную генетическую информацию из ядра в цитоплазму. Где и будет происходит синтез белка.
С этого момента наступает следующий этап синтеза – его называют трансляцией.
Как мы уже говорили выше белки необходимые организму строятся из аминокислот. Которые были либо синтезированы самим организмом, либо получены с пищей.
Так вот эти аминокислоты попали в клетки с током крови. Теперь они находятся в цитоплазме.
Наступает трансляция перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка.
Информационная РНК переместилась из ядра в цитоплазму. Здесь в цитоплазме её встречают рибосомы.
Вы помните, что рибосома состоит из малой и большой субъединицы.
Сперва к информационной РНК к (кодону АУГ, который сигнализирует о начале цепи) присоединяется малая субъединица рибосомы.
Так как кодон АУГ кодирует аминокислоту метионин, то все белки начинаются с метионина. За исключением некоторых случаев.
Когда присоединяется большая субъединица в рибосоме формируется пептидильный (или П-участок) и аминоацильный (или А-участок).
Аминокислоты, которые плавают в цитоплазме поступают в рибосому при помощи ещё одной специализированной РНК её называют транспортная РНК или тРНК.
Эти небольшие молекулы, способны сворачиваться таким образом, что образуют структуры, напоминающие по форме клеверный лист. В клетке имеется столько же разных тРНК, сколько кодонов, шифрующих аминокислоты.
Одна т-РНК несёт 1 аминокислоту. Однако т-РНК может захватить не любую аминокислоту, а строго определённую.
На вершине «листа» каждой тРНК имеется последовательность трёх нуклеотидов, их называют антикодоном. Данный антикадон взаимосоответствует, то есть комплементарен кодону в информационной РНК с которым он связывается. И соответствует той аминокислоте, которую он переносит.
Так первая аминокислота поступает в П-участок рибосомы.
Входящая в А участок вторая транспортная РНК взаимосоответствует, то есть комплементарна второму кодону. Аминокислота первой транспортной РНК переноситься на аминокислоту второй транспортной РНК.
Между аминокислотами формируется пептидная связь.
Первая транспортная РНК уходит, и рибосома продвигается дальше. А очередная т-РНК подносит необходимую аминокислоту, наращивающую растущую цепочку белка.
Эта операция повторяется столько раз, сколько аминокислот должен содержать строящийся белок.
И когда в рибосоме оказывается тройка нуклеотидов «стоп-кодон УАА, УАГ или УГА», то трансляция белка прекращается. Эта тройка нуклеотидов не соответствует никакой аминокислоте. И ни одна т-РНК к такому триплету присоединиться не может, так как антикадонов к ним у т-РНК не бывает.
Аминокислоты, которые поднесли т-РНК формируются в полипептидную цепочку.
После завершения синтеза цепи, полипептид высвобождается из рибосомы.
Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. Это происходит в цистернах аппарата Гольджи. Белки созревают, а затем они доставляются к месту своего назначения.
Любой полипептид можно полностью задать словом, длина которого равна количеству аминокислотных остатков и в котором используется 20 букв, каждая из которых соответствует одной аминокислоте.
Этот простой, «буквенный» способ хранения и передачи информации задействован в живых организмах – вся информация о первичной структуре белков содержится в ДНК, а её главная функция как раз и состоит в хранении и передаче именно этой информации.
Так как белки в организме выполняют много функций они являются и гормонами и ферментами, то их необходимо достаточно много.
Поэтому, как только рибосома продвигается вперёд, за ней тут же на информационную РНК нанизывается следующая, которая будет синтезировать естественно тот же белок.
На одну и ту же иРНК может быть нанизана и третья и четвертая рибосома. Все рибосомы, синтезирующие белок на одной молекуле иРНК называются полисомой.
Когда этого белка для организма на данный момент достаточно, рибосома находит другую информационную РНК которая содержит информацию о каком-то другом белке.
Таким образом, последовательность аминокислот в первичной структуре белка не зависит от рибосом, а определяется только последовательностью нуклеотидов иРНК.
СИНТЕЗ БЕЛКА
Смотреть что такое «СИНТЕЗ БЕЛКА» в других словарях:
цитоплазматический синтез белка — Синтез белка цитоплазматическими рибосомами путем трансляции мРНК, транскрибированных с ядерных генов; термин «Ц.с.б.» используется в противопоставлении процессам трансляции пластомных мРНК, происходящим в той же органелле, что и их синтез.… … Справочник технического переводчика
цитоплазматический синтез белка — cytoplasmic protein synthesis цитоплазматический синтез белка. Cинтез белка цитоплазматическими рибосомами путем трансляции мРНК, транскрибированных с ядерных генов; термин “Ц.с.б.” используется в противопоставлении процессам трансляции… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
In vitro синтез белка — * in vitro сінтэз бялку * in vitro protein synthesis or cell free p. s. соединение аминокислот в полипептидные цепочки в бесклеточной системе … Генетика. Энциклопедический словарь
Цитоплазматический синтез белка — * цытаплазматычны сінтэз бялку * cytoplasmic protein synthesis процесс трансляции молекул мРНК соответствующих ядерных генов, который осуществляется рибосомами, прикрепленными к цитоскелету. Термин используется в противопоставление процессам… … Генетика. Энциклопедический словарь
синтез — а, м. synthèse f. < гр. synthesis соединение, составление. 1. Метод научного исследования явлений действительности в их целостности, во взаимодействии их частей. БАС 1. Сначала ум человеческий дробит предмет, рассматривает, так сказать, монады … Исторический словарь галлицизмов русского языка
синтез — [тэ], а, только ед., м. 1) Метод научного исследования, состоящий в изучении предмета или явления в его целостности, в единстве и взаимной связи его частей. Синтез и анализ. Антонимы: ана/лиз 2) перен. Соединение, органическое сочетание различных … Популярный словарь русского языка
СИНТЕЗ — (греч. syn вместе, tithemi помещаю) метод мышления, состоящий в восхождения от простого к сложному, от частей к целому, от причин к явлениям, от начала к последствиям, противоположен анализу. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского… … Словарь иностранных слов русского языка
Биосинтез белка — В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам. Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, они входят в состав цитоплазмы. Белки обладают необычайно высокой реакционной… … Биологическая энциклопедия
Матричный синтез — * матрычны сінтэз * template synthesis синтез белка, первичную структуру которого определяет матричная РНК … Генетика. Энциклопедический словарь
Микробиологический синтез — синтез структурных элементов или продуктов обмена веществ микроорганизмов за счёт присущих микробной клетке ферментных систем. При М. с., как и любом органическом синтезе, сложные вещества образуются из более простых соединений. М. с.… … Большая советская энциклопедия