Краткое содержание: Параграф § 24 / Биология 10 класс

Основные принципы биосинтеза белков

Биосинтез белка, или пластический обмен, — это сложный многоступенчатый процесс, в ходе которого информация о последовательности аминокислот, записанная в ДНК, преобразуется в функционирующий белок. Этот процесс критически важен для жизнедеятельности клетки и осуществляется в два основных этапа: транскрипция и трансляция.

Генетический код:

• Информация о последовательности аминокислот в белке записана в молекуле ДНК в виде последовательности нуклеотидов. Участок ДНК, кодирующий один белок, называется геном.
• Генетический код является триплетным, то есть каждая аминокислота кодируется комбинацией из трёх нуклеотидов, называемой кодоном.
• В ДНК всего четыре типа нуклеотидов (А, Г, Т, Ц). Комбинаций из трёх нуклеотидов (триплетов) возможно \( 4^3 = 64 \), что более чем достаточно для кодирования 20 различных аминокислот.
• Код является вырожденным (или избыточным), так как большинство аминокислот кодируются более чем одним триплетом. Однако код является однозначным: каждый триплет кодирует только одну определённую аминокислоту.
• Код универсален: одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех живых организмов.
• Существуют специальные кодоны: стартовый кодон (например, АУГ в иРНК), который начинает синтез, и три стоп-кодона (например, УАА, УАГ, УГА в иРНК), которые завершают синтез полипептидной цепи.

Транскрипция (переписывание):

• Процесс, в ходе которого генетическая информация переписывается с одной из цепей молекулы ДНК на молекулу информационной РНК (иРНК).
• Осуществляется в ядре (у эукариот) с помощью фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы.
• РНК-полимераза узнаёт специфический участок ДНК перед геном, называемый промотором, и начинает синтез комплементарной цепи иРНК, используя нуклеотиды, комплементарные матричной цепи ДНК (например, А ДНК соответствует У иРНК, Т ДНК соответствует А иРНК, Г ДНК соответствует Ц иРНК, Ц ДНК соответствует Г иРНК).
• Синтез прекращается, когда фермент достигает участка ДНК, называемого терминатором.
• У эукариот после синтеза иРНК происходит сплайсинг (редактирование): участки, не кодирующие аминокислоты (интроны), вырезаются, а кодирующие участки (экзоны) сшиваются друг с другом.
• После созревания молекула иРНК через ядерные поры перемещается в цитоплазму к рибосомам.

Трансляция (перевод):

• Процесс синтеза полипептидной цепи, осуществляемый на рибосомах, где последовательность нуклеотидов в иРНК переводится в последовательность аминокислот.
• Транспортные РНК (тРНК) переносят аминокислоты к рибосоме. Каждая тРНК имеет специфический участок – антикодон, который комплементарен кодону иРНК, кодирующему соответствующую аминокислоту.
• Рибосома состоит из двух субъединиц и движется вдоль молекулы иРНК.
• Процесс начинается со связывания тРНК с аминокислотой метионин со стартовым кодоном иРНК.
• Затем в активном центре рибосомы последовательно связываются кодоны иРНК с соответствующими антикодонами тРНК. Между аминокислотами образуется пептидная связь.
• После образования связи первая тРНК освобождается, а рибосома смещается на один триплет, и процесс повторяется, пока не будет достигнут стоп-кодон.
• Несколько рибосом могут одновременно транслировать одну молекулу иРНК, образуя структуру, называемую полисомой (или полирибосомой), что увеличивает скорость синтеза белка.
• Для образования пептидной связи требуется энергия в виде АТФ. Энергия также затрачивается на перемещение рибосомы и присоединение аминокислот к тРНК. В целом, для синтеза одной пептидной связи требуются четыре макроэргические связи (две от АТФ и две от ГТФ, хотя в тексте упоминается четыре макроэргические связи только от АТФ).

Биосинтез белка — это яркий пример того, как пластический и энергетический обмены неразрывно связаны: для построения новых молекул необходима энергия, которая запасается в результате энергетического обмена.