Proteinsyntese i muskelceller. Proteinbiosyntese: kort og tydelig

1. Hvilke funksjoner utfører proteiner i en celle?

Svare. Proteiner spiller en ekstremt viktig rolle i livsprosessene til celler og organismer de er preget av følgende funksjoner.

1. Strukturell. De er en del av intracellulære strukturer, vev og organer. For eksempel tjener kollagen og elastin som komponenter i bindevev: bein, sener, brusk; fibroin er en del av silke, edderkoppnett; keratin er en del av epidermis og dens derivater (hår, horn, fjær). De danner skall (kapsider) av virus.

2. Enzymatisk. Alle kjemiske reaksjoner i cellen skjer med deltakelse av biologiske katalysatorer - enzymer (oksidoreduktaser, hydrolaser, ligaser, transferaser, isomeraser og lyaser).

3. Regulatorisk. For eksempel regulerer hormonene insulin og glukagon glukosemetabolismen. Histonproteiner er involvert i den romlige organiseringen av kromatin, og påvirker derved genuttrykk.

4. Transport. Hemoglobin frakter oksygen i blodet til virveldyr, hemocyanin i hemolymfen til noen virvelløse dyr, og myoglobin i muskler. Serumalbumin tjener til transport av fettsyrer, lipider osv. Membrantransportproteiner sørger for aktiv transport av stoffer over cellemembraner. Cytokromer transporterer elektroner langs elektrontransportkjedene til mitokondrier og kloroplaster.

5. Beskyttende. For eksempel danner antistoffer (immunoglobuliner) komplekser med bakterielle antigener og med fremmede proteiner. Interferoner blokkerer viral proteinsyntese i en infisert celle. Fibrinogen og trombin er involvert i blodkoagulasjonsprosesser.

6. Kontraktil (motor). Proteinene aktin og myosin sørger for prosessene med muskelkontraksjon og sammentrekning av cytoskjelettelementer.

7. Signal (reseptor). Cellemembranproteiner er en del av reseptorer og overflateantigener.

Lagringsproteiner. Melkekasein, kyllingeggalbumin, ferritin (lagrer jern i milten).

8. Toksinproteiner. Difteritoksin.

9. Energifunksjon. Når 1 g protein brytes ned til de endelige metabolske produktene (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), frigjøres 17,6 kJ eller 4,2 kcal energi.

2. Hva består proteiner av?

Svare. Proteiner er høymolekylære organiske stoffer som består av aminosyrer forbundet i en kjede med en peptidbinding. I levende organismer bestemmes aminosyresammensetningen av proteiner av den genetiske koden i de fleste tilfeller brukes 20 standard aminosyrer under syntesen. Deres mange kombinasjoner skaper proteinmolekyler med en rekke egenskaper.

Spørsmål etter §26

1. Hva er et gen?

Svare. Et gen er en materiell bærer av arvelig informasjon, hvis helhet foreldre overfører til sine etterkommere under reproduksjon. For tiden er det i molekylærbiologien fastslått at gener er deler av DNA som bærer en slags integrert informasjon - om strukturen til ett proteinmolekyl eller ett RNA-molekyl. Disse og andre funksjonelle molekyler bestemmer veksten og funksjonen til kroppen.

2. Hvilken prosess kalles transkripsjon?

Svare. Bæreren av genetisk informasjon er DNA, lokalisert i cellekjernen. Proteinsyntesen i seg selv skjer i cytoplasmaet på ribosomer. Fra kjernen til cytoplasmaet kommer informasjon om strukturen til proteinet i form av messenger-RNA (mRNA). For å syntetisere mRNA vikles en del av dobbelttrådet DNA av, og deretter syntetiseres et mRNA-molekyl på en av DNA-trådene i henhold til komplementaritetsprinsippet. Dette skjer som følger: mot for eksempel G av et DNA-molekyl blir C til et RNA-molekyl, mot A til et DNA-molekyl - Y til et RNA-molekyl (husk at i stedet for tymin, bærer RNA uracil, eller Y), mot T av et DNA-molekyl - A til et RNA-molekyl og mot C DNA-molekyler - RNA-molekyler. Dermed dannes en mRNA-kjede, som er en eksakt kopi av den andre (ikke-mal) DNA-kjeden (bare uracil er inkludert i stedet for tymin). Dette er hvordan informasjon om sekvensen av aminosyrer i et protein blir oversatt fra "språket for DNA" til "språket for RNA." Denne prosessen kalles transkripsjon.

3. Hvor og hvordan skjer proteinbiosyntesen?

Svare. Prosessen med proteinsyntese skjer i cytoplasmaet, som også kalles translasjon. Translasjon er oversettelse av nukleotidsekvensen til et mRNA-molekyl til aminosyresekvensen til et proteinmolekyl. Ribosomet samhandler med enden av mRNA som proteinsyntesen skal begynne fra. I dette tilfellet er begynnelsen av det fremtidige proteinet indikert av tripletten AUG, som er et tegn på begynnelsen av oversettelsen. Siden dette kodonet koder for aminosyren metionin, begynner alle proteiner (unntatt i spesielle tilfeller) med metionin. Etter binding begynner ribosomet å bevege seg langs mRNA, og stopper ved hver del av det, som inkluderer to kodoner (dvs. 3 + 3 = 6 nukleotider). Forsinkelsestiden er bare 0,2 s. I løpet av denne tiden klarer tRNA-molekylet, hvis antikodon er komplementært til kodonet i ribosomet, å gjenkjenne det. Aminosyren som var assosiert med dette tRNA-en skilles fra "petiole" og slutter seg til den voksende proteinkjeden for å danne en peptidbinding. I samme øyeblikk nærmer neste tRNA seg ribosomet, hvis antikodon er komplementært til neste triplett i mRNA, og den neste aminosyren som bringes med dette tRNA er inkludert i den voksende kjeden. Etter dette beveger ribosomet seg langs mRNA, stopper ved de neste nukleotidene, og alt gjentar seg på nytt.

4. Hva er et stoppkodon?

Svare. Stoppkodoner (UAA, UAG eller UGA) koder ikke for aminosyrer, de indikerer bare at proteinsyntesen må fullføres. Proteinkjeden løsnes fra ribosomet, går inn i cytoplasmaet og danner de sekundære, tertiære og kvartære strukturene som er iboende i dette proteinet

5. Hvor mange typer tRNA er involvert i syntesen av proteiner i cellen?

Svare. Ikke mindre enn 20 (antall aminosyrer), ikke mer enn 61 (antall sense-kodoner). Vanligvis er det omtrent 43 tRNA i prokaryoter. Hos mennesker sørger rundt 50 forskjellige tRNA-er for inkorporering av aminosyrer i protein.

6. Hva består et polysom av?

Svare. En celle trenger ikke ett, men mange molekyler av hvert protein. Derfor, så snart ribosomet, som var det første som startet proteinsyntese på et mRNA-molekyl, beveger seg fremover, blir et andre ribosom umiddelbart trukket på dette mRNA, som begynner å syntetisere det samme proteinet. Det samme mRNA kan tres med et tredje og et fjerde ribosom osv. Alle ribosomer som syntetiserer protein på ett mRNA-molekyl kalles et polysom.

7. Krever proteinsynteseprosesser energi? Eller tvert imot, skjer energifrigjøring i prosessene med proteinsyntese?

Svare. Som enhver syntetisk prosess er proteinsyntese en endoterm reaksjon og krever derfor energi. Proteinbiosyntese representerer en kjede av syntetiske reaksjoner: 1) syntese av mRNA; 2) forbindelse av aminosyrer med tRNA; 3) "proteinsamling". Alle disse reaksjonene krever høye energikostnader – opptil 24,2 kcal/mol. Energien for proteinsyntese tilveiebringes av spaltningsreaksjonen av ATP.

Proteiners rolle i cellen og kroppen

Proteinets rolle i en celles liv og hovedstadiene i syntesen. Struktur og funksjoner til ribosomer. Ribosomenes rolle i prosessen med proteinsyntese.

Proteiner spiller en ekstremt viktig rolle i livsprosessene til celler og organismer de er preget av følgende funksjoner.

Strukturelt. De er en del av intracellulære strukturer, vev og organer. For eksempel tjener kollagen og elastin som komponenter i bindevev: bein, sener, brusk; fibroin er en del av silke, edderkoppnett; keratin er en del av epidermis og dens derivater (hår, horn, fjær). De danner skall (kapsider) av virus.

Enzymatisk. Alle kjemiske reaksjoner i cellen skjer med deltakelse av biologiske katalysatorer - enzymer (oksidoreduktaser, hydrolaser, ligaser, transferaser, isomeraser og lyaser).

Regulatorisk. For eksempel regulerer hormonene insulin og glukagon glukosemetabolismen. Histonproteiner er involvert i den romlige organiseringen av kromatin, og påvirker derved genuttrykk.

Transportere. Hemoglobin frakter oksygen i blodet til virveldyr, hemocyanin i hemolymfen til noen virvelløse dyr, og myoglobin i muskler. Serumalbumin tjener til transport av fettsyrer, lipider osv. Membrantransportproteiner gir aktiv transport av stoffer over cellemembraner (Na+, K+-ATPase). Cytokromer transporterer elektroner langs elektrontransportkjedene til mitokondrier og kloroplaster.

Beskyttende. For eksempel danner antistoffer (immunoglobuliner) komplekser med bakterielle antigener og med fremmede proteiner. Interferoner blokkerer viral proteinsyntese i en infisert celle. Fibrinogen og trombin er involvert i blodkoagulasjonsprosesser.

Kontraktil (motor). Proteinene aktin og myosin sørger for prosessene med muskelkontraksjon og sammentrekning av cytoskjelettelementer.

Signal (reseptor). Cellemembranproteiner er en del av reseptorer og overflateantigener.

Lagringsproteiner. Melkekasein, kyllingeggalbumin, ferritin (lagrer jern i milten).

Giftige proteiner. Difteritoksin.

Energifunksjon. Når 1 g protein brytes ned til de endelige metabolske produktene (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), frigjøres 17,6 kJ eller 4,2 kcal energi.

Proteinbiosyntese skjer i hver levende celle. Det er mest aktivt i unge voksende celler, der proteiner syntetiseres for å bygge organellene deres, samt i sekretoriske celler, hvor enzymproteiner og hormonproteiner syntetiseres.

Hovedrolle ved å bestemme strukturen til proteiner tilhører DNA. Et stykke DNA som inneholder informasjon om strukturen til ett protein kalles et gen. Et DNA-molekyl inneholder flere hundre gener. DNA-molekylet inneholder en kode for sekvensen av aminosyrer i et protein i form av spesifikt matchende nukleotider.

Proteinsyntese - en kompleks flertrinnsprosess som representerer en kjede av syntetiske reaksjoner som foregår i henhold til prinsippet om matrisesyntese.

I proteinbiosyntese bestemmes følgende stadier, som forekommer i forskjellige deler av cellen:

Første trinn - mRNA-syntese skjer i kjernen, hvor informasjonen i DNA-genet transkriberes til mRNA. Denne prosessen kalles transkripsjon (fra latin "transkripsjon" - omskriving).

På andre trinn aminosyrer kombineres med tRNA-molekyler, som sekvensielt består av tre nukleotider - antikodoner, ved hjelp av hvilke deres triplettkodon bestemmes.

Tredje trinn - Dette er prosessen med direkte syntese av polypeptidbindinger, kalt translasjon. Det forekommer i ribosomer.

På fjerde trinn dannelsen av den sekundære og tertiære strukturen til proteinet skjer, det vil si dannelsen av den endelige strukturen til proteinet.

Således, i prosessen med proteinbiosyntese, dannes nye proteinmolekyler i samsvar med den nøyaktige informasjonen som finnes i DNA. Denne prosessen sikrer fornyelse av proteiner, metabolske prosesser, cellevekst og utvikling, det vil si alle livsprosessene til cellen.

Leksjonsoversikt : "Proteinsyntese i cellen"

(For spesialisert 10. klasse, leksjonstid - 2 timer)

Lærer: Mastyukhina Anna Aleksandrovna

Kommunal utdanningsinstitusjon "Videregående skole oppkalt etter general Zakharkin I.G."

Leksjonens mål:

Pedagogisk: studeretrekk ved proteinbiosyntese i cellen, lære konsepter:gen, genetisk kode, triplett, kodon, antikodon, transkripsjon, oversettelse, polysom; nfortsette å utvikle kunnskap om mekanismene for proteinbiosyntese ved å bruke eksemplet på oversettelse; finne ut rollen til overførings-RNA i prosessen med proteinbiosyntese; avsløre mekanismene for templatsyntese av polypeptidkjeden på ribosomer.

Utviklingsmessig: for å utvikle den kognitive interessen til eleveneforberede meldinger på forhånd("Interessante fakta om genet", "Genetisk kode", "Transkripsjon og oversettelse"). Å utvikle praktiske ferdighetervil lage en syncwine. For å utvikle logisk tenkninglære å løse problemer.

Pedagogisk: For å danne et vitenskapelig verdensbilde, bevis viktigheten og betydningen av proteinsyntese i celler, så vel som deres vitale nødvendighet.

F.O.U.R .: leksjon.

Leksjonstype : kombinert

Leksjonstype : med presentasjonen "Proteinsyntese i cellen" og demonstrasjon av magnetiske modeller.

Utstyr: presentasjon "Proteinsyntese i cellen"; tabell "Genetisk kode"; Skjema "Danning av mRNA fra DNA-mal (transkripsjon)"; Skjema "Struktur av t-RNA"; Opplegg "Proteinsyntese i ribosomer (oversettelse)"; Skjema "Proteinsyntese på et polysom"; Oppgavekort og kryssord; magnetiske modeller.

Leksjonsfremgang:

Metoder og metodiske teknikker:

jeg .Klasseorganisering.

I tidligere leksjoner studerte vi stoffer som kalles nukleinsyrer. Som en konsekvens

så så vi på de to typene deres: DNA og RNA, og ble kjent med deres struktur og funksjoner. Det ble funnet at hver av nukleinsyrene inneholder fire forskjellige nitrogenholdige baser, som er forbundet med hverandre i henhold til komplementaritetsprinsippet. Vi vil trenge all denne kunnskapen når vi studerer dagens nye tema. Så skriv ned navnet i arbeidsbøkene dine "Proteinsyntese i cellen."

II .Lære nytt materiale:

1) Oppdatering av kunnskap:

Før du begynner å studere et nytt emne, la oss huske: hva er metabolisme (metabolisme):

METABOLISME er helheten av alle enzymatiske reaksjoner i en celle forbundet med hverandre og med det ytre miljøet, bestående av plast
og energiutveksling.

La oss lage en syncwine, hvor det første ordet er metabolisme. (1-metabolisme

2-plast, energi

3-strømmer, absorberer, slipper

4-sett med enzymatiske reaksjoner i cellen

5-metabolisme)

Proteinbiosynteserefererer til plastiske utvekslingsreaksjoner.

Proteinbiosyntese – den viktigste prosessen i levende natur. Dette er dannelsen av proteinmolekyler basert på informasjon om sekvensen av aminosyrer i dens primære struktur inneholdt i strukturen til DNA

Oppgave: fullfør setningene ved å fylle inn de manglende begrepene.

1. Fotosyntese er...(syntese av organiske stoffer i lyset).

2. Prosessen med fotosyntese utføres i celleorganeller - ...(kloroplaster).

3. Det frigjøres fritt oksygen under fotosyntesen under nedbrytningen av...(vann).

4. På hvilket stadium av fotosyntesen dannes fritt oksygen? På...(lys).

5. Under lysstadiet... ATP.(Syntetisert.)

6. I mørkestadiet dannes... i kloroplasten...(primært karbohydrat er glukose).

7. Når solen treffer klorofyll...(eksitasjon av elektroner).

8. Fotosyntese skjer i celler...(grønne planter).

9. Lysfasen i fotosyntesen skjer i...(thylakoider).

10. Den mørke fasen oppstår i...(noen) Tider på dagen.

Den viktigste prosessen med assimilering i cellen er dets iboende proteiner.

Hver celle inneholder tusenvis av proteiner, inkludert de som er unike for denne celletypen. Siden alle proteiner blir ødelagt før eller senere i livets prosess, må cellen kontinuerlig syntetisere proteiner for å gjenopprette sin , organeller, etc. I tillegg "produserer" mange celler proteiner for behovene til hele organismen, for eksempel celler i de endokrine kjertlene, som skiller ut proteinhormoner i blodet. I slike celler er proteinsyntesen spesielt intens.

2) Lære nytt materiale:

Proteinsyntese krever mye energi.

Kilden til denne energien, som for alle cellulære prosesser, er . Variasjonen av funksjoner til proteiner bestemmes av deres primære struktur, dvs. sekvensen av aminosyrer i deres molekyl. I sin tur arvelig Den primære strukturen til et protein er inneholdt i sekvensen av nukleotider i et DNA-molekyl. En del av DNA som inneholder informasjon om den primære strukturen til ett protein kalles et gen. Ett kromosom inneholder informasjon om strukturen til mange hundre proteiner.

Genetisk kode.

Hver aminosyre i proteinet tilsvarer en sekvens av tre nukleotider plassert etter hverandre - en triplett. Til dags dato er det utarbeidet et kart over den genetiske koden, det vil si at man vet hvilke triplettkombinasjoner av DNA-nukleotider som tilsvarer en eller annen av de 20 aminosyrene som utgjør proteiner (fig. 33). Som du vet kan DNA inneholde fire nitrogenholdige baser: adenin (A), guanin (G), tymin (T) og cytosin (C). Antall kombinasjoner av 4 x 3 er: 43 = 64, dvs. 64 forskjellige aminosyrer kan kodes, mens bare 20 aminosyrer er kodet. Det viste seg at mange aminosyrer tilsvarer ikke én, men flere forskjellige trillinger - kodoner.

Det antas at denne egenskapen til den genetiske koden øker påliteligheten av lagring og overføring av genetisk informasjon under celledeling. For eksempel tilsvarer aminosyren alanin 4 kodoner: CGA, CGG, CTG, CGC, og det viser seg at en tilfeldig feil i det tredje nukleotidet ikke kan påvirke strukturen til proteinet – det vil fortsatt være et alaninkodon.

Siden et DNA-molekyl inneholder hundrevis av gener, inkluderer det nødvendigvis tripletter, som er "tegnsettingstegn" og indikerer begynnelsen og slutten av et bestemt gen.

En svært viktig egenskap ved den genetiske koden er spesifisitet, det vil si at én triplett alltid angir kun én enkelt aminosyre. Den genetiske koden er universell for alle levende organismer fra bakterier til mennesker.
Transkripsjon. Bæreren av all genetisk informasjon er DNA, lokalisert i celler. Proteinsyntesen i seg selv skjer i cytoplasmaet til cellen, på ribosomer. Fra kjernen til cytoplasmaet kommer informasjon om strukturen til proteinet i form av messenger-RNA (i-RNA). For å syntetisere mRNA, "vikler" en del av DNA seg ut, despiraler, og deretter, i henhold til komplementaritetsprinsippet, syntetiseres RNA-molekyler på en av DNA-kjedene ved hjelp av enzymer (fig. 34). Dette skjer som følger: mot for eksempel guanin av et DNA-molekyl blir cytosin av et RNA-molekyl, mot adenin av et DNA-molekyl - uracil RNA (husk at RNA inneholder uracil i stedet for tymin i nukleotider), motsatt tymin av DNA - adenin RNA og motsatt cytosin av DNA - guanin RNA. Dermed dannes en mRNA-kjede, som er en eksakt kopi av den andre DNA-strengen (kun tymin er erstattet med uracil). Dermed blir informasjon om nukleotidsekvensen til et DNA-gen "omskrevet" til nukleotidsekvensen til mRNA. Denne prosessen kalles transkripsjon. I prokaryoter kan syntetiserte mRNA-molekyler umiddelbart samhandle med ribosomer, og proteinsyntesen begynner. Hos eukaryoter interagerer mRNA med spesielle proteiner i kjernen og transporteres gjennom kjernekappen inn i cytoplasmaet.
Cytoplasmaet må inneholde et sett med aminosyrer som er nødvendige for proteinsyntese. Disse aminosyrene dannes som et resultat av nedbrytning av matproteiner. I tillegg kan denne eller den aminosyren komme til stedet for direkte proteinsyntese, dvs. inn i ribosomet, bare ved å feste seg til et spesielt overførings-RNA (t-RNA).

Overfør RNA.

For å overføre hver type aminosyre til ribosomer, trengs en egen type tRNA. Siden proteiner inneholder omtrent 20 aminosyrer, er det like mange typer tRNA. Strukturen til alle tRNA er lik (fig. 35). Molekylene deres danner særegne strukturer som ligner et kløverblad i form. Typer av tRNA er nødvendigvis forskjellige i tripletten av nukleotider som ligger "på toppen". Denne tripletten, kalt et antikodon, tilsvarer i sin genetiske kode aminosyren som dette T-RNA vil bære. Et spesielt enzym fester nødvendigvis til "bladstilken" aminosyren som er kodet av tripletten komplementær til antikodonet.

Kringkaste.

Det siste stadiet av proteinsyntese - translasjon - skjer i cytoplasmaet. Et ribosom tres på enden av mRNA som proteinsyntesen må begynne fra (fig. 36). Ribosomet beveger seg langs mRNA-molekylet intermitterende, i "hopp", og blir på hver triplett i omtrent 0,2 s. I løpet av dette øyeblikket er ett tRNA av mange i stand til å "identifisere" med sitt antikodon tripletten som ribosomet er lokalisert på. Og hvis antikodonet er komplementært til denne mRNA-tripletten, løsnes aminosyren fra "bladstilken" og festes med en peptidbinding til den voksende proteinkjeden (fig. 37). I dette øyeblikket beveger ribosomet seg langs mRNA til neste triplett, og koder for neste aminosyre i proteinet som syntetiseres, og neste t-RNA "bringer" den nødvendige aminosyren, som øker den voksende proteinkjeden. Denne operasjonen gjentas så mange ganger som antall aminosyrer proteinet som bygges må inneholde. Når det er ett sett med tripletter i ribosomet, som er et "stoppsignal" mellom gener, kan ikke et eneste t-RNA bli med i en slik triplett, siden t-RNA ikke har antikodoner for dem. På dette tidspunktet slutter proteinsyntesen. Alle de beskrevne reaksjonene skjer i løpet av svært korte tidsperioder. Det er anslått at syntesen av et ganske stort proteinmolekyl tar bare rundt to minutter.

En celle trenger ikke ett, men mange molekyler av hvert protein. Derfor, så snart ribosomet, som var det første som startet proteinsyntese på mRNA, beveger seg fremover, er et andre ribosom som syntetiserer det samme proteinet bak det på samme mRNA. Deretter blir de tredje, fjerde ribosomer osv. strengt på mRNA. Alle ribosomer som syntetiserer det samme proteinet som er kodet i et gitt mRNA, kalles et polysom.

Når proteinsyntesen er fullført, kan ribosomet finne et annet mRNA og begynne å syntetisere proteinet hvis struktur er kodet i det nye mRNA.

Dermed er translasjon translasjonen av nukleotidsekvensen til et mRNA-molekyl til aminosyresekvensen til det syntetiserte proteinet.

Det anslås at alle proteinene i et pattedyrs kropp kan kodes av bare to prosent av DNAet som finnes i cellene. Hva trengs de andre 98 % av DNA til? Det viser seg at hvert gen er mye mer komplekst enn tidligere antatt, og inneholder ikke bare seksjonen der strukturen til et protein er kodet, men også spesielle seksjoner som kan "slå på" eller "slå av" driften av hvert gen . Det er derfor alle celler, for eksempel menneskekroppen, som har samme sett med kromosomer, er i stand til å syntetisere forskjellige proteiner: i noen celler skjer proteinsyntese ved hjelp av visse gener, mens i andre er helt andre gener involvert. Så i hver celle blir bare en del av den genetiske informasjonen i genene realisert.

Proteinsyntese krever deltakelse av et stort antall enzymer. Og hver enkelt proteinsyntese-reaksjon krever spesialiserte enzymer.

IV .Sikre materialet:

Fyll ut tabellen:

B-1

Proteinbiosyntese består av to påfølgende stadier: transkripsjon og translasjon.

Løs oppgave 1:

tRNA-antikodonene er gitt: GAA, GCA, AAA, ACG. Bruk den genetiske kodetabellen til å bestemme aminosyresekvensen i proteinmolekylet, mRNA-kodoner og tripletter i genfragmentet som koder for dette proteinet.

Løsning:

mRNA-kodoner: TSUU – TsGU – UUU – UGC.

Aminosyresekvens: leu – arg – phen – cis.

DNA-tripletter: GAA – GCA – AAA – ACG.

Oppgave 2

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. Bestem nukleotidsekvensen til mRNA og sekvensen av aminosyrer i proteinet som syntetiseres under kontroll av dette genet.

Svar: DNA: TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT

mRNA: ACA-UGU-AAU-UUU-GGA

Protein: tre---cis---asp---fen---gli.

V-2

Løs oppgave 1:

Gitt er et fragment av et dobbelttrådet DNA-molekyl. Bruk den genetiske kodetabellen, bestem strukturen til fragmentet av proteinmolekylet kodet av denne delen av DNA:

AAA – TTT – ÅÅÅ – CCC

TTT – AAA – TCC – ÅÅÅ.

Løsning:

Siden mRNA alltid syntetiseres på bare én DNA-streng, som vanligvis er avbildet skriftlig som den øverste strengen, så

mRNA: UUU – AAA – CCC – YGG;

proteinfragment kodet av den øvre kjeden: fen - lys - pro - gly.

Oppgave 2 : en del av DNA har følgende nukleotidsekvens:

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. Bestem nukleotidsekvensen til mRNA og aminosyresekvensen i proteinet som syntetiseres under kontroll av dette genet.

Svar: DNA: AGG-CCT-TAT-ÅÅÅ-CGA

mRNA: UCC-GGA-AUA-CCC-GCU

Protein: ser---gli---iso---pro---ala

La oss nå lytte til de interessante meldingene du har forberedt.

"Interessante fakta om genet"

"Genetisk kode"

"Transkripsjon og kringkasting"

VI .Opsummering av leksjonen.

1) Konklusjon fra leksjonen: En av de viktigste prosessene som skjer i en celle er proteinsyntese. Hver celle inneholder tusenvis av proteiner, inkludert de som er unike for denne celletypen. Siden i prosessen med livet, alle proteiner før eller senereblir ødelagt, må cellen kontinuerlig syntetisere proteiner for å gjenopprette sine membraner, organeller osv. I tillegg produserer mange celler proteiner for hele organismens behov, for eksempel celler i de endokrine kjertlene, som skiller ut proteinhormoner til blodet. I slike celler er proteinsyntesen spesielt intens. Proteinsyntese krever mye energi. Kilden til denne energien, som for alle cellulære prosesser, er ATP.

2) Evaluere studentenes selvstendige arbeid og deres arbeid i styret. Evaluer også aktiviteten til samtaledeltakere og foredragsholdere.

V II . Lekser:

Gjenta § 2.13.

Løs kryssordet:

1. En spesifikk sekvens av nukleotider lokalisert i begynnelsen av hvert gen.

2. Overgang av nukleotidsekvensen til et mRNA-molekyl til AK-sekvensen til et proteinmolekyl.

3. Sendingsstartskilt.

4. En bærer av genetisk informasjon lokalisert i cellekjernen.

5. En egenskap ved den genetiske koden som øker påliteligheten av lagring og overføring av genetisk informasjon under celledeling.

6. En del av DNA som inneholder informasjon om den primære strukturen til ett protein.

7. En sekvens av tre DNA-nukleotider lokalisert etter hverandre.

8. Alle ribosomer som syntetiserer protein på ett mRNA-molekyl.

9. Prosessen med å oversette informasjon om AK-sekvensen i et protein fra "DNA-språket" til "RNA-språket".

10. Et kodon som ikke koder for AK, men bare indikerer at proteinsyntesen må fullføres.

11. Struktur, hvor sekvensen til AK i et proteinmolekyl bestemmes.

12. En viktig egenskap ved den genetiske koden er at én triplett alltid koder for kun én AK.

13. Et "tegningstegn" i et DNA-molekyl som indikerer at mRNA-syntese bør stoppes.

14. Genetisk kode... for alle levende organismer fra bakterier til mennesker.

- opptil 2 minutter

- lærerens innledningsforedrag

-35 minutter

-10 minutter

-lærer

-1 elev ved styret

-studenter skriver i notatbøker

-lærer

- fra stedet

-lysbilde 1 og 2

- lysbilde 3

- lysbilde 4

- lysbilde 5

- lysbilde 6

- lysbilde 7 og 8

-lysbilde 9 og 10

- lysbilde 11 og 12

-lysbilde 13

- lysbilde 14

- lysbilde 15 og 16

- lysbilde 17 og 18

- lysbilde 19 og 20

-logisk overgang

-lysbilde 21

-lærer

-25 minutter

-lærer

- lysbilde 22

-lærer

-lysbilde 23

- lysbilde 24

- lysbilde 25

-15 minutter

lysbilde 27

-gruppe nr. 1

- individuelt på kort

-gruppe nr. 2

- individuelt på kort

-30 minutter

-forberedt

- lysbilde 29

-10 minutter (1 leksjon)

-10 minutter (2 leksjoner)

-10 minutter (3 leksjoner)

-5 minutter

-lærer

-3 minutter

- lysbilde 30

- på kort

Settet med reaksjoner av biologisk syntese kalles plastisk utveksling, eller assimilering. Navnet på denne typen utveksling gjenspeiler dens essens: fra enkle stoffer som kommer inn i cellen fra utsiden, dannes stoffer som ligner på cellens stoffer.

La oss vurdere en av de viktigste formene for plastisk metabolisme - proteinbiosyntese. Hele mangfoldet av egenskaper til proteiner bestemmes til slutt av den primære strukturen, dvs. sekvensen av aminosyrer. Et stort antall unike kombinasjoner av aminosyrer valgt av evolusjon blir reprodusert ved syntese av nukleinsyrer med en sekvens av nitrogenholdige baser som tilsvarer sekvensen av aminosyrer i proteiner. Hver aminosyre i polypeptidkjeden tilsvarer en kombinasjon av tre nukleotider - en triplett.

Prosessen med å realisere arvelig informasjon i biosyntese utføres med deltakelse av tre typer ribonukleinsyrer: informasjon (mal) - mRNA (mRNA), ribosomalt - rRNA og transport - tRNA. Alle ribonukleinsyrer syntetiseres i de tilsvarende delene av DNA-molekylet. De er mye mindre i størrelse enn DNA og representerer en enkelt kjede av nukleotider. Nukleotider inneholder en fosforsyrerest (fosfat), et pentosesukker (ribose) og en av fire nitrogenholdige baser - adenin, cytosin, guanin og uracil. Den nitrogenholdige basen, uracil, er komplementær til adenin.

Biosynteseprosessen er kompleks og inkluderer en rekke stadier - transkripsjon, spleising og oversettelse.

Det første stadiet (transkripsjon) skjer i cellekjernen: mRNA syntetiseres i en del av et spesifikt gen på et DNA-molekyl. Denne syntesen utføres med deltakelse av et kompleks av enzymer, hvorav hoveddelen er DNA-avhengig RNA-polymerase, som fester seg til startpunktet til DNA-molekylet, vikler ut dobbelthelixen og syntetiserer langs en av trådene. en komplementær streng av mRNA ved siden av den. Som et resultat av transkripsjon inneholder mRNA genetisk informasjon i form av en sekvensiell veksling av nukleotider, hvis rekkefølge er nøyaktig kopiert fra den tilsvarende delen (genet) av DNA-molekylet.

Ytterligere studier viste at under transkripsjonsprosessen syntetiseres det såkalte pro-mRNA - forløperen til modent mRNA som er involvert i translasjon. Pro-mRNA er betydelig større og inneholder fragmenter som ikke koder for syntesen av den tilsvarende polypeptidkjeden. I DNA, sammen med regioner som koder for rRNA, tRNA og polypeptider, er det fragmenter som ikke inneholder genetisk informasjon. De kalles introner i motsetning til de kodende fragmentene, som kalles eksoner. Introner finnes i mange deler av DNA-molekyler. For eksempel inneholder ett gen, DNA-delen som koder for kylling-ovalbumin, 7 introner, og rotteserumalbumingenet inneholder 13 introner. Lengden på intronet varierer - fra to hundre til tusen par DNA-nukleotider. Introner leses (transkriberes) samtidig som eksoner, så pro-mRNA er mye lengre enn modent mRNA. I kjernen kuttes introner ut i pro-mRNA av spesielle enzymer, og eksonfragmenter "spleises" sammen i en streng rekkefølge. Denne prosessen kalles skjøting. Under spleiseprosessen dannes modent mRNA, som bare inneholder informasjonen som er nødvendig for syntesen av det tilsvarende polypeptidet, det vil si den informative delen av strukturgenet.

Betydningen og funksjonene til introner er fortsatt ikke helt klare, men det er fastslått at hvis bare eksonseksjoner leses i DNA, dannes ikke modent mRNA. Skjøteprosessen ble studert ved å bruke eksemplet med ovalbumingenet. Den inneholder ett ekson og 7 introner. Først syntetiseres pro-mRNA som inneholder 7700 nukleotider på DNA. Så i pro-mRNA reduseres antallet nukleotider til 6800, deretter til 5600, 4850, 3800, 3400 osv. til 1372 nukleotider som tilsvarer eksonet. Inneholder 1372 nukleotider, mRNA forlater kjernen inn i cytoplasmaet, går inn i ribosomet og syntetiserer det tilsvarende polypeptidet.

Det neste stadiet av biosyntese - translasjon - skjer i cytoplasmaet på ribosomer med deltakelse av tRNA.

Overførings-RNA syntetiseres i kjernen, men fungerer i fri tilstand i cellens cytoplasma. Ett tRNA-molekyl inneholder 76-85 nukleotider og har en ganske kompleks struktur, som minner om et kløverblad. Tre seksjoner av tRNA er av spesiell betydning: 1) et antikodon, bestående av tre nukleotider, som bestemmer bindingsstedet for tRNA til det tilsvarende komplementære kodonet (mRNA) på ribosomet; 2) en region som bestemmer spesifisiteten til tRNA, evnen til et gitt molekyl til å feste seg kun til en spesifikk aminosyre; 3) akseptorsted som aminosyren er festet til. Det er likt for alle tRNA og består av tre nukleotider - C-C-A. Tilsetningen av en aminosyre til tRNA innledes av dens aktivering av enzymet aminoacyl-tRNA-syntetase. Dette enzymet er spesifikt for hver aminosyre. Den aktiverte aminosyren festes til det tilsvarende tRNA og leveres til ribosomet.

Det sentrale stedet i oversettelse tilhører ribosomer - ribonukleoproteinorganeller i cytoplasmaet, som er tilstede i stort antall i den. Størrelsene på ribosomer i prokaryoter er i gjennomsnitt 30x30x20 nm, i eukaryoter - 40x40x20 nm. Vanligvis bestemmes deres størrelser i sedimenteringsenheter (S) - sedimentasjonshastigheten under sentrifugering i et passende medium. I bakterien Escherichia coli har ribosomet en størrelse på 70S og består av to underenheter, hvorav den ene har en konstant på 30S, den andre 50S, og inneholder 64 % ribosomalt RNA og 36 % protein.

mRNA-molekylet forlater kjernen inn i cytoplasmaet og fester seg til den lille ribosomale underenheten. Oversettelse begynner med det såkalte startkodonet (initiator av syntese) - A-U-G-. Når tRNA leverer en aktivert aminosyre til ribosomet, er antikodonet hydrogenbundet til nukleotidene til det komplementære kodonet til mRNA. Akseptorenden av tRNA med den tilsvarende aminosyren er festet til overflaten av den store ribosomale underenheten. Etter den første aminosyren leverer et annet tRNA den neste aminosyren, og dermed syntetiseres polypeptidkjeden på ribosomet. Et mRNA-molekyl virker vanligvis på flere (5-20) ribosomer samtidig, koblet til polysomer. Begynnelsen av syntesen av en polypeptidkjede kalles initiering, dens vekst kalles forlengelse. Sekvensen av aminosyrer i en polypeptidkjede bestemmes av sekvensen av kodoner i mRNA. Syntese av polypeptidkjeden stopper når et av terminatorkodonene vises på mRNA - UAA, UAG eller UGA. Slutten av syntesen av en gitt polypeptidkjede kalles terminering.

Det er fastslått at i dyreceller forlenges polypeptidkjeden med 7 aminosyrer i løpet av ett sekund, og mRNA-en går videre på ribosomet med 21 nukleotider. Hos bakterier skjer denne prosessen to til tre ganger raskere.

Følgelig skjer syntesen av den primære strukturen til proteinmolekylet - polypeptidkjeden - på ribosomet i samsvar med rekkefølgen for veksling av nukleotider i matrisen ribonukleinsyre - mRNA. Det avhenger ikke av strukturen til ribosomet.

Prosessen med proteinbiosyntese er ekstremt viktig for cellen. Siden proteiner er komplekse stoffer som spiller en stor rolle i vev, er de essensielle. Av denne grunn implementeres en hel kjede av proteinbiosynteseprosesser i cellen, som forekommer i flere organeller. Dette garanterer cellens reproduksjon og muligheten for eksistens.

Essensen av proteinbiosynteseprosessen

Det eneste stedet for proteinsyntese er det grove Her er hoveddelen av ribosomene, som er ansvarlige for dannelsen av polypeptidkjeden. Men før translasjonsstadiet (prosessen med proteinsyntese) starter, kreves aktivering av genet, som lagrer informasjon om proteinstrukturen. Etter dette kreves kopiering av denne delen av DNA (eller RNA, hvis bakteriell biosyntese vurderes).

Etter at DNA er kopiert, er prosessen med å lage messenger-RNA nødvendig. På grunnlag av det vil syntesen av proteinkjeden bli utført. Dessuten må alle stadier som oppstår med involvering av nukleinsyrer skje i Dette er imidlertid ikke stedet hvor proteinsyntesen skjer. hvor forberedelse til biosyntese finner sted.

Ribosomal proteinbiosyntese

Det viktigste stedet hvor proteinsyntese skjer er en cellulær organell, bestående av to underenheter. Det er et stort antall slike strukturer i cellen, og de er hovedsakelig lokalisert på membranene til det grove endoplasmatiske retikulumet. Selve biosyntesen foregår som følger: budbringer-RNA dannet i cellekjernen går ut gjennom kjerneporer inn i cytoplasmaet og møter ribosomet. mRNA skyves deretter inn i gapet mellom de ribosomale underenhetene, hvoretter den første aminosyren fikseres.

Aminosyrer tilføres stedet der proteinsyntesen skjer ved hjelp av Et slikt molekyl kan bringe en aminosyre om gangen. De er festet etter tur avhengig av kodonsekvensen til messenger-RNA. Syntesen kan også stoppe en stund.

Når man beveger seg langs mRNA, kan ribosomet gå inn i regioner (introner) som ikke koder for aminosyrer. På disse stedene beveger ribosomet seg ganske enkelt langs mRNA, men ingen aminosyrer tilføres kjeden. Når ribosomet når eksonet, det vil si regionen som koder for syren, så fester det seg til polypeptidet.

Postsyntetisk modifisering av proteiner

Etter at ribosomet når stoppkodonet til messenger-RNA, er prosessen med direkte syntese fullført. Imidlertid har det resulterende molekylet en primær struktur og kan ennå ikke utføre funksjonene som er reservert for det. For å fungere fullt ut, må molekylet organiseres i en bestemt struktur: sekundær, tertiær eller enda mer kompleks - kvartær.

Strukturell organisering av protein

Sekundær struktur er den første fasen av strukturell organisering. For å oppnå dette må den primære polypeptidkjeden kveiles (danne alfa-helikser) eller foldes (lage beta-ark). Deretter, for å ta opp enda mindre plass langs lengden, trekkes molekylet ytterligere sammen og vikles til en kule på grunn av hydrogen, kovalente og ioniske bindinger, samt interatomiske interaksjoner. Dermed får vi en kuleformet

Kvartær proteinstruktur

Den kvartære strukturen er den mest komplekse av alle. Den består av flere seksjoner med en kulestruktur, forbundet med fibrillære tråder av et polypeptid. I tillegg kan den tertiære og kvaternære strukturen inneholde en karbohydrat- eller lipidrest, som utvider spekteret av funksjoner til proteinet. Spesielt er glykoproteiner, proteiner og karbohydrater immunglobuliner og utfører en beskyttende funksjon. Glykoproteiner er også lokalisert på cellemembraner og fungerer som reseptorer. Imidlertid modifiseres molekylet ikke der proteinsyntesen skjer, men i det glatte endoplasmatiske retikulum. Her er det mulighet for å feste lipider, metaller og karbohydrater til proteindomener.