sinteza proteinei- unul dintre principalele procese de metabolism în celulă. Aceasta este sinteza matricei. Sinteza proteinelor necesită ADN, ARNm, ARNt, ARNr (ribozomi), aminoacizi, enzime, ioni de magneziu, energie ATP. Rolul principal în determinarea structurii unei proteine îi revine ADN-ului.
Informațiile despre secvența de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină sunt codificate în molecula de ADN. Metoda de înregistrare a informațiilor se numește codificare. Codul genetic este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi din proteine folosind secvența de nucleotide din ARN-ul mesager.
Compoziția ARN include nucleotide de 4 tipuri: A, G, C, U. Compoziția moleculelor proteice include 20 de aminoacizi. Fiecare dintre cei 20 de aminoacizi este codificat de o secvență de 3 nucleotide numită triplet sau codon. Din 4 nucleotide pot fi create 64 de combinații diferite a câte 3 nucleotide (4 3 = 64).
Proprietățile codului genetic
1. Cod genetic triplet:
2. Cod degenerat. Aceasta înseamnă că fiecare aminoacid este codificat de mai mult de un codon (de la 2 la 6):
3. Cod nesuprapunere. Aceasta înseamnă că codonii consecutivi sunt tripleți de nucleotide aranjați secvențial:
4. universal pentru toate celulele (umane, animale, vegetale).
5. Specific. Același triplet nu poate corespunde mai multor aminoacizi.
6. Sinteza proteinelor începe de la codonul de început (inițial). AFARA, care codifică aminoacidul metionină.
7. Sinteza proteinelor se termină cu una din trei codoni de oprire, aminoacizi necodant: UAT, UAA, UTA.
Tabelul codului genetic
O secțiune a ADN-ului care conține informații despre structura unei anumite proteine se numește genă. Gena nu este direct implicată în sinteza proteinelor. ARN-ul mesager (ARNm) este mediatorul dintre o genă și o proteină. ADN-ul joacă rolul unui șablon pentru sinteza ARNm în nucleul celulei. Molecula de ADN din secțiunea genei se desfășoară. Informația este scrisă dintr-unul dintre lanțurile sale în ARNm în conformitate cu principiul complementarității între bazele azotate ale acizilor nucleici. Acest proces se numește transcriere. Transcripția are loc în nucleul celulei cu participarea enzimei ARN polimerază și folosind energia ATP (Fig. 37).
Orez. 37. Transcriere.
Sinteza proteinelor este efectuată în citoplasmă pe ribozomi, unde ARNm servește ca șablon (Fig. 38). Traducerea unei secvențe de tripleți de nucleotide dintr-o moleculă de ARNm într-o secvență specifică de aminoacizi se numește difuzat. ARNm sintetizat iese prin porii din învelișul nuclear în citoplasma celulei, se combină cu ribozomi, formând poliribozomi (polizomi). Fiecare ribozom este format din două subunități - mari și mici. ARNm se atașează la subunitatea mică în prezența ionilor de magneziu (Fig. 39).
Orez. 38. Sinteza proteinei.
Orez. 39.Principalele structuri implicate în sinteza proteinelor.
ARN-urile de transfer (ARNt) se găsesc în citoplasmă. Fiecare aminoacid are propriul său ARNt. Molecula de ARNt de pe una dintre bucle are un triplet de nucleotide (anticodon), care este complementar cu tripletul de nucleotide de pe ARNm (codon).
Aminoacizii localizați în citoplasmă sunt activați (interacționează cu ATP) și, cu ajutorul enzimei aminoacil-ARNt sintetaza, sunt atașați de tARN. Primul codon (de pornire) al ARNm - AUG - poartă informații despre aminoacidul metionină (Fig. 40). Acest codon este asociat cu o moleculă de ARNt care conține un anticodon complementar și care poartă primul aminoacid metionină. Aceasta asigură conectarea subunităților mari și mici ale ribozomului. Al doilea codon ARNm adaugă un ARNt care conține un anticodon complementar acestui codon. ARNt conține un al doilea aminoacid. Se formează o legătură peptidică între primul și al doilea aminoacid. Ribozomul intermitent, triplet cu triplet, se deplasează de-a lungul ARNm. Primul ARNt este eliberat și eliberat în citoplasmă, unde se poate combina cu aminoacidul său.
Pe măsură ce ribozomul se mișcă de-a lungul ARNm, aminoacizii corespunzători tripleților ARNm și ARNt-urile importate sunt adăugați la lanțul polipeptidic (Fig. 41).
„Citirea” de către ribozom a informațiilor conținute în ARNm are loc până când ajunge la unul dintre cei trei codoni stop (UAA, UGA, UAG). Lanț polipeptidic
Orez. 40. Sinteza proteinei.
DAR- leagă aminoacil - ARNt;
B- educatie legătură peptidicăîntre metionină și al 2-lea aminoacid;
LA- mișcarea ribozomului de către un codon.
părăsește ribozomul și capătă structura caracteristică acestei proteine.
Funcția directă a unei gene individuale este de a codifica structura unei anumite proteine-enzime care catalizează o reacție biochimică care are loc în anumite condiții de mediu.
Genă (secțiunea ADN-ului) → ARNm → proteină-enzimă → reacție biochimică → trăsătură ereditară.
Orez. 41. Difuzare.
Întrebări pentru autocontrol
1. Unde are loc sinteza proteinelor în celulă?
2. Unde sunt înregistrate informațiile despre sinteza proteinelor?
3. Ce proprietăți are codul genetic?
4. Cu ce codon începe sinteza proteinelor?
5. Ce codoni termină sinteza proteinelor?
6. Ce este o genă?
7. Cum și unde are loc transcrierea?
8. Cum se numesc tripletele de nucleotide dintr-o moleculă de ARNm?
9. Ce este difuzat?
10. Cum se atașează un aminoacid la ARNt?
11. Care este numele unui triplet de nucleotide dintr-o moleculă de ARNt? 12. Care aminoacid oferă o mare și
subunitate mică a ribozomului?
13. Cum se formează un lanț polipeptidic al unei proteine?
Cuvinte cheie ale subiectului „Sinteza proteinelor”
baze azotate alanina
aminoacizi
anticodon
proteină
reacție biochimică
valină
gena
acțiunea codului genetic
ADN
înregistrează informații despre ionii de magneziu
ARNm
codificare
codon
leucina
matrice
metabolism
metionină
trăsătură ereditară acizi nucleici buclă de legătură peptidică
porul poliribozomului
secvență intermediară
principiul complementarității ribozomilor
ARNr
serină
sinteză
combinaţie
cale
structura
subunitate
transcriere
difuzat
triplet
ARNt
complot
Fenilalanină
enzime
lanţ
citoplasma
energie ATP
Mai întâi, stabiliți secvența pașilor în biosinteza proteinelor, începând cu transcripția. Întreaga secvență de procese care au loc în timpul sintezei moleculelor proteice poate fi combinată în 2 etape:
Transcriere.
Difuzare.
Unitățile structurale ale informațiilor ereditare sunt genele - secțiuni ale moleculei de ADN care codifică sinteza unei anumite proteine. În ceea ce privește organizarea chimică, materialul de ereditate și variabilitatea pro- și eucariote nu este fundamental diferit. Materialul genetic din ele este prezentat în molecula de ADN, principiul înregistrării informațiilor ereditare și codul genetic este de asemenea comun. Aceiași aminoacizi din pro- și eucariote sunt criptați de aceiași codoni.
Genomul celulelor procariote moderne este caracterizat de o dimensiune relativ mică, ADN coli are forma unui inel, de aproximativ 1 mm lungime. Conține 4 x 10 6 perechi de baze, formând aproximativ 4000 de gene. În 1961, F. Jacob și J. Monod au descoperit organizarea cistronică sau continuă a genelor procariote, care constau în întregime din secvențe de nucleotide codificatoare și sunt realizate în întregime în timpul sintezei proteinelor. Materialul ereditar al moleculei de ADN a procariotelor este localizat direct în citoplasma celulei, unde se află și ARNt-ul și enzimele necesare pentru exprimarea genelor.Expresia este activitatea funcțională a genelor, sau expresia genelor. Prin urmare, ARNm sintetizat cu ADN este capabil să acționeze imediat ca un șablon în procesul de traducere a sintezei proteinelor.
Genomul eucariot conține mult mai mult material ereditar. La om, lungimea totală a ADN-ului din setul diploid de cromozomi este de aproximativ 174 cm. Acesta conține 3 x 10 9 perechi de baze și include până la 100.000 de gene. În 1977, a fost descoperită o discontinuitate în structura majorității genelor eucariote, care a fost numită gena „mozaic”. Are secvențe de nucleotide codificatoare exonicși intron parcele. Pentru sinteza proteinelor se utilizează doar informațiile despre exoni. Numărul de introni variază în diferite gene. S-a stabilit că gena ovalbuminei de pui include 7 introni, iar gena procolagenului mamiferelor - 50. Funcțiile ADN-ului tăcut - introni nu au fost complet elucidate. Se presupune că acestea asigură: 1) organizarea structurală a cromatinei; 2) unele dintre ele sunt în mod evident implicate în reglarea expresiei genelor; 3) intronii pot fi considerați ca un depozit de informații pentru variabilitate; 4) se pot juca rol protector preluând acţiunea mutagenilor.
Transcriere
Procesul de rescriere a informațiilor din nucleul celulei dintr-o porțiune a unei molecule de ADN într-o moleculă de ARNm (ARNm) se numește transcriere(lat. Transcriptio - rescriere). Produsul primar al genei, ARNm, este sintetizat. Acesta este primul pas în sinteza proteinelor. Pe secțiunea corespunzătoare a ADN-ului, enzima ARN polimerază recunoaște semnul începerii transcripției - previzualizare Punctul de plecare este considerat a fi prima nucleotidă ADN, care este inclusă de enzimă în transcriptul ARN. De regulă, regiunile de codificare încep cu codonul AUG, uneori GUG este folosit în bacterii. Când ARN-polimeraza se leagă de promotor, dubla helix ADN este nerăsucită local și una dintre catene este copiată conform principiului complementarității. ARNm este sintetizat, viteza sa de asamblare atinge 50 de nucleotide pe secundă. Pe măsură ce ARN polimeraza se mișcă, lanțul ARNm crește, iar când enzima ajunge la sfârșitul locului de copiere - terminator, ARNm se îndepărtează de șablon. dublu helix ADN-ul din spatele enzimei este reparat.
Transcrierea procariotelor are loc în citoplasmă. Datorită faptului că ADN-ul constă în întregime din secvențe de nucleotide care codifică, prin urmare, ARNm sintetizat acționează imediat ca un șablon pentru traducere (vezi mai sus).
Transcripția ARNm la eucariote are loc în nucleu. Începe cu sinteza moleculelor mari - precursori (pro-ARNm), numite imatur sau ARN nuclear.Produsul primar al genei - pro-ARNm este o copie exactă a regiunii ADN-ului transcris, include exoni și introni. Procesul de formare a moleculelor mature de ARN din precursori se numește prelucrare. Maturarea ARNm are loc prin îmbinare sunt butași de către enzime restrictaza introni și conexiunea situsurilor cu secvențe de exoni transcrise de către enzimele ligază. (Fig.) ARNm matur este mult mai scurt decât moleculele precursoare pro-ARNm, mărimea intronilor din ele variază de la 100 la 1000 de nucleotide sau mai mult. Intronii reprezintă aproximativ 80% din totalul ARNm imatur.
Acum s-a demonstrat că este posibil îmbinare alternativă,în care secvențele de nucleotide pot fi șterse dintr-un transcript primar în diferitele sale regiuni și se vor forma mai multe ARNm mature. Acest tip splicing-ul este caracteristic sistemului genelor imunoglobulinei la mamifere, ceea ce face posibilă formarea ARNm pe baza unei singure transcrieri tipuri diferite anticorpi.
La finalizarea procesării, mARN-ul matur este selectat înainte de a părăsi nucleul. S-a stabilit că doar 5% din ARNm matur intră în citoplasmă, iar restul este scindat în nucleu.
Difuzare
Traducere (lat. Translatio - transfer, transfer) - traducerea informațiilor conținute în secvența de nucleotide a moleculei de ARNm în secvența de aminoacizi a lanțului polipeptidic (Fig. 10). Aceasta este a doua etapă a sintezei proteinelor. Transferul ARNm matur prin porii învelișului nuclear produce proteine speciale care formează un complex cu molecula de ARN. Pe lângă transportul ARNm, aceste proteine protejează ARNm de efectele dăunătoare ale enzimelor citoplasmatice. În procesul de traducere, ARNt-urile joacă un rol central; ele asigură corespondența exactă a aminoacidului cu codul tripletului ARNm. Procesul de translație-decodificare are loc în ribozomi și se desfășoară în direcția de la 5 la 3. Complexul de ARNm și ribozomi se numește polizom.
Translația poate fi împărțită în trei faze: inițiere, alungire și terminare.
Iniţiere.
În această etapă, întreg complexul implicat în sinteza moleculei proteice este asamblat. Există o uniune a două subunități de ribozom la un anumit loc al ARNm, primul aminoacil - ARNt este atașat la acesta și aceasta stabilește cadrul pentru citirea informațiilor. Orice moleculă de ARNm conține un situs care este complementar ARNr-ului subunității mici a ribozomului și controlat în mod specific de acesta. Alături de acesta se află codonul de pornire AUG, care codifică aminoacidul metionină.
Elongaţie
- include toate reacțiile din momentul formării primei legături peptidice până la atașarea ultimului aminoacid. Ribozomul are două situsuri pentru legarea a două molecule de ARNt. Primul t-ARN cu aminoacidul metionină este situat într-o secțiune, peptidil (P), iar sinteza oricărei molecule proteice începe de la acesta. A doua moleculă t-ARN intră în al doilea loc al ribozomului - aminoacil (A) și se atașează de codonul său. Se formează o legătură peptidică între metionină și al doilea aminoacid. Al doilea ARNt se deplasează împreună cu codonul său ARNm către centrul peptidil. Mișcarea ARNt cu lanțul polipeptidic de la centrul aminoacil la centrul peptidil este însoțită de avansarea ribozomului de-a lungul ARNm printr-o etapă corespunzătoare unui codon. ARNt-ul care a eliberat metionina revine în citoplasmă, iar centrul amnoacil este eliberat. Acesta primește un nou t-ARN cu un aminoacid criptat de următorul codon. Între al treilea și al doilea aminoacid se formează o legătură peptidică, iar al treilea ARNt, împreună cu codonul ARNm, se deplasează în centrul peptidil Procesul de alungire, alungire a lanțului proteic. Continuă până când unul dintre cei trei codoni care nu codifică aminoacizi intră în ribozom. Acesta este un codon terminator și nu există ARNt corespunzător pentru acesta, astfel încât niciunul dintre ARNt nu poate ocupa un loc în centrul aminoacil.
Încetarea
- finalizarea sintezei polipeptidelor. Este asociată cu recunoașterea de către o proteină ribozomală specifică a unuia dintre codonii de terminație (UAA, UAG, UGA) atunci când intră în centrul aminoacil. La ribozom este atașat un factor de terminare special, care promovează separarea subunităților ribozomului și eliberarea moleculei de proteină sintetizată. Apa este atașată de ultimul aminoacid al peptidei și capătul său carboxil este separat de ARNt.
Asamblarea lanțului peptidic se realizează la o viteză mare. În bacterii la o temperatură de 37°C, este exprimată prin adăugarea a 12 până la 17 aminoacizi pe secundă la polipeptidă. În celulele eucariote, doi aminoacizi sunt adăugați la o polipeptidă într-o secundă.
Lanțul polipeptidic sintetizat intră apoi în complexul Golgi, unde se finalizează construcția moleculei proteice (structurile a doua, a treia, a patra apar succesiv). Aici există o complexare a moleculelor de proteine cu grăsimi și carbohidrați.
Întregul proces de biosinteză a proteinelor este prezentat sub forma unei scheme: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polypeptide chain ® protein ® complexing proteic și transformarea lor în molecule active funcțional.
Etapele implementării informațiilor ereditare decurg, de asemenea, într-un mod similar: mai întâi, este transcris în secvența de nucleotide a ARNm și apoi tradus în secvența de aminoacizi a polipeptidei pe ribozomi cu participarea ARNt.
Transcrierea eucariotelor se realizează sub acțiunea a trei ARN polimeraze nucleare. ARN polimeraza 1 este localizată în nucleol și este responsabilă pentru transcrierea genelor ARNr. ARN polimeraza 2 se găsește în seva nucleară și este responsabilă pentru sinteza precursorului ARNm. ARN polimeraza 3 este o fracțiune mică din seva nucleară care sintetizează ARNr și ARNt mici. ARN polimerazele recunosc în mod specific secvența de nucleotide a promotorului transcripției. ARNm eucariotic este mai întâi sintetizat ca un precursor (pro-ARNm), informațiile de la exoni și introni sunt eliminate în acesta. ARNm sintetizat este mai mare decât este necesar pentru translație și este mai puțin stabil.
În procesul de maturare a moleculei de ARNm, intronii sunt tăiați cu ajutorul enzimelor de restricție, iar exonii sunt cusuți împreună cu ajutorul enzimelor ligază. Maturarea ARNm se numește procesare, iar unirea exonilor se numește splicing. Astfel, ARNm matur conține doar exoni și este mult mai scurt decât predecesorul său, pro-ARNm. Dimensiunile intronului variază de la 100 la 10.000 de nucleotide sau mai mult. Intonii reprezintă aproximativ 80% din totalul ARNm imatur. În prezent, a fost dovedită posibilitatea splicing-ului alternativ, în care secvențele de nucleotide pot fi șterse dintr-o transcriere primară în diferitele sale regiuni și se vor forma mai multe ARNm mature. Acest tip de splicing este caracteristic sistemului de gene imunoglobulinei la mamifere, ceea ce face posibilă formarea diferitelor tipuri de anticorpi pe baza unui singur transcript de ARNm. La finalizarea procesării, ARNm-ul matur este selectat înainte de a fi eliberat în citoplasmă din nucleu. S-a stabilit că doar 5% din ARNm matur intră, iar restul este scindat în nucleu. Transformarea transcriptoanelor primare ale genelor eucariote, asociate cu organizarea lor exon-intron și în legătură cu tranziția ARNm matur de la nucleu la citoplasmă, determină caracteristicile implementării. informatii genetice eucariote. Prin urmare, gena mozaic eucariotă nu este o genă cistronom, deoarece nu toată secvența ADN este utilizată pentru sinteza proteinelor.
Biosinteza proteinelor are loc în fiecare celulă vie. Este cel mai activ în celulele tinere în creștere, unde proteinele sunt sintetizate pentru construirea organelelor lor, precum și în celulele secretoare, unde sunt sintetizate proteinele enzimatice și proteinele hormonale.
Rolul principal în determinarea structurii proteinelor îi revine ADN-ului. O bucată de ADN care conține informații despre structura unei singure proteine se numește genă. O moleculă de ADN conține câteva sute de gene. O moleculă de ADN conține un cod pentru secvența de aminoacizi dintr-o proteină sub formă de nucleotide combinate definitiv. Codul ADN a fost descifrat aproape complet. Esența sa este următoarea. Fiecare aminoacid corespunde unei secțiuni a lanțului ADN din trei nucleotide adiacente.
De exemplu, regiunea T-T-T corespunde aminoacidului lizina, segmentul A-C-A- cistina, C-A-A - valină etc. Există 20 de aminoacizi diferiți, numărul de combinații posibile de 4 nucleotide cu 3 este de 64. Prin urmare, există destui tripleți în exces pentru a codifica toți aminoacizii.
Sinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape care reprezintă un lanț de reacții sintetice care se desfășoară conform principiului sintezei matricei.
Deoarece ADN-ul este localizat în nucleul celulei, iar sinteza proteinelor are loc în citoplasmă, există un intermediar care transmite informații de la ADN la ribozomi. Un astfel de intermediar este ARNm. :
În biosinteza proteinelor, se determină următorii pași, care merg la părți diferite celule:
1. Prima etapă - sinteza i-ARN are loc în nucleu, timp în care informația conținută în gena ADN este rescrisă în i-ARN. Acest proces se numește transcriere (din latinescul „transcriere” – rescriere).
2. În a doua etapă, aminoacizii sunt legați de molecule de t-ARN, care constau secvenţial din trei nucleotide - anticodoni, cu ajutorul cărora se determină codonul lor triplet.
3. A treia etapă este procesul de sinteză directă a legăturilor polipeptidice, numită translație. Apare în ribozomi.
4. La a patra etapă are loc formarea structurii secundare și terțiare a proteinei, adică formarea structurii finale a proteinei.
Astfel, în procesul de biosinteză a proteinelor, se formează noi molecule de proteine în conformitate cu informațiile exacte încorporate în ADN. Acest proces asigură reînnoirea proteinelor, procesele metabolice, creșterea și dezvoltarea celulelor, adică toate procesele activității vitale a celulelor.
Cromozomii (din grecescul „chroma” – culoare, „soma” – corp) sunt structuri foarte importante ale nucleului celular. se joacă rol principalîn procesul de diviziune celulară, asigurând transferul informațiilor ereditare de la o generație la alta. Sunt catene subtiri de ADN atasate de proteine. Filamentele se numesc cromatide și sunt formate din ADN, proteine de bază (histone) și proteine acide.
Într-o celulă nedivizată, cromozomii umplu întregul volum al nucleului și nu sunt vizibili la microscop. Înainte de a începe diviziunea, are loc spiralizarea ADN-ului și fiecare cromozom devine vizibil la microscop. În timpul spiralizării, cromozomii sunt reduse de zeci de mii de ori. În această stare, cromozomii arată ca două fire identice (cromatide) situate una lângă alta, conectate printr-un loc comun - centromerul.
Fiecare organism este caracterizat de un număr constant și de o structură de cromozomi. În celulele somatice, cromozomii sunt întotdeauna perechi, adică în nucleu există doi cromozomi identici care formează o pereche. Astfel de cromozomi se numesc omologi, iar seturile pereche de cromozomi din celulele somatice sunt numite diploide.
Deci, setul diploid de cromozomi la om este format din 46 de cromozomi, formând 23 de perechi. Fiecare pereche este formată din doi cromozomi identici (omologi).
Caracteristicile structurale ale cromozomilor fac posibilă distingerea celor 7 grupe ale acestora, care sunt notate cu literele latine A, B, C, D, E, F, G. Toate perechile de cromozomi au numere de serie.
Bărbații și femeile au 22 de perechi de cromozomi identici. Se numesc autozomi. Bărbații și femeile diferă într-o pereche de cromozomi, care se numesc cromozomi sexuali. Ele sunt desemnate prin litere - X mare (grupul C) și Y mic (grupul C). Corpul feminin are 22 de perechi de autozomi și o pereche (XX) de cromozomi sexuali. Bărbații au 22 de perechi de autozomi și o pereche (XY) de cromozomi sexuali.
Spre deosebire de celulele somatice, celulele germinale conțin jumătate din setul de cromozomi, adică conțin câte un cromozom din fiecare pereche! Un astfel de set se numește haploid. Setul haploid de cromozomi ia naștere în procesul de maturare celulară.
1. Ce funcții îndeplinesc proteinele într-o celulă?
Răspuns. Veverițele joacă exclusiv mare rolîn procesele vitale ale celulei și organismului, acestea se caracterizează prin următoarele funcții.
1. Structurale. Ele fac parte din structurile, țesuturile și organele intracelulare. De exemplu, colagenul și elastina servesc ca componente ale țesutului conjunctiv: oase, tendoane, cartilaj; fibroina face parte din pânzele de păianjen de mătase; keratina face parte din epidermă și derivații acesteia (păr, coarne, pene). Ele formează învelișuri (capside) de viruși.
2. Enzimatic. Toate reacții chimiceîn celulă se procedează cu participarea catalizatorilor biologici - enzime (oxidoreductază, hidrolază, ligază, transferază, izomerază și liază).
3. de reglementare. De exemplu, hormonii insulina si glucagonul regleaza metabolismul glucozei. Proteinele histonice sunt implicate în organizarea spațială a cromatinei și afectează astfel expresia genelor.
4. Transport. Hemoglobina transportă oxigen în sângele vertebratelor, hemocianina în hemolimfa unor nevertebrate, mioglobina în mușchi. Albumina serică servește la transportul acizilor grași, lipidelor etc. Proteinele de transport membranar asigură transportul activ al substanțelor prin membranele celulare. Citocromii efectuează transferul de electroni de-a lungul lanțurilor de transport de electroni ale mitocondriilor și cloroplastelor.
5. Protectiv. De exemplu, anticorpii (imunoglobulinele) formează complexe cu antigenele bacteriene și cu proteinele străine. Interferonii blochează sinteza proteinelor virale într-o celulă infectată. Fibrinogenul și trombina sunt implicate în procesele de coagulare a sângelui.
6. Contractil (motor). Proteinele actină și miozina asigură procesele de contracție musculară și contracție a elementelor citoscheletice.
7. Semnal (receptor). Proteinele membranei celulare fac parte din receptori și antigene de suprafață.
proteine de depozitare. Cazeina din lapte, albumina ou de gaina, feritina (stochează fier în splină).
8. Protein-toxine. toxina difterice.
9. Funcția energetică. Odată cu descompunerea a 1 g de proteină în produșii metabolici finali (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), se eliberează 17,6 kJ sau 4,2 kcal de energie.
2. Din ce sunt alcătuite proteinele?
Răspuns. Proteine - greutate moleculară mare materie organică, constând din aminoacizi legați într-un lanț printr-o legătură peptidică. În organismele vii, compoziția de aminoacizi a proteinelor este determinată de cod genetic, sinteza în majoritatea cazurilor folosește 20 de aminoacizi standard. Multe dintre combinațiile lor creează molecule de proteine cu o mare varietate de proprietăți.
Întrebări după §26
1. Ce este o genă?
Răspuns. O genă este un purtător material de informații ereditare, a căror totalitate părinții o transmit descendenților lor în timpul reproducerii. În prezent, în biologie moleculara s-a stabilit că genele sunt secțiuni de ADN care poartă orice informație integrală - despre structura unei molecule de proteine sau a unei molecule de ARN. Acestea și alte molecule funcționale determină creșterea și funcționarea unui organism.
2. Ce proces se numește transcripție?
Răspuns. Purtătorul de informații genetice este ADN-ul situat în nucleul celulei. Sinteza proteinelor în sine are loc în citoplasma de pe ribozomi. De la nucleu la citoplasmă, informațiile despre structura proteinei vin sub formă de ARN mesager (ARNm). Pentru a sintetiza ARNm, o secțiune de ADN dublu catenar este desfășurată, iar apoi o moleculă de ARNm este sintetizată pe una dintre catenele de ADN conform principiului complementarității. Acest lucru se întâmplă astfel: împotriva, de exemplu, G al moleculei de ADN devine C al moleculei de ARN, împotriva A a moleculei de ADN - Y-ul moleculei de ARN (rețineți că, în loc de timină, ARN-ul poartă uracil, sau U. ), împotriva T al moleculei de ADN - A a moleculei de ARN și împotriva moleculelor de ADN C - moleculele de ARN G. Astfel, se formează un lanț de ARNm, care este o copie exactă a celui de-al doilea lanț de ADN (fără șablon) (este inclus doar uracil în loc de timină). Deci, informațiile despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină sunt traduse din „limbajul ADN-ului” în „limbajul ARN-ului”. Acest proces se numește transcripție.
3. Unde și cum are loc biosinteza proteinelor?
Răspuns. În citoplasmă are loc un proces de sinteză a proteinelor, care se numește altfel traducere. Translația este traducerea secvenței de nucleotide a unei molecule de ARNm în secvența de aminoacizi a unei molecule de proteine. Ribozomul interacționează cu capătul ARNm de la care ar trebui să înceapă sinteza proteinelor. În acest caz, începutul viitoarei proteine este indicat de tripletul AUG, care este un semn al începutului translației. Deoarece acest codon codifică aminoacidul metionină, toate proteinele (cu excepția cazurilor speciale) încep cu metionină. După legare, ribozomul începe să se miște de-a lungul ARNm, oprindu-se la fiecare dintre secțiunile sale, care include doi codoni (adică, 3 + 3 = 6 nucleotide). Timpul de întârziere este de numai 0,2 secunde. În acest timp, molecula de ARNt, al cărei anticodon este complementar codonului situat în ribozom, reușește să-l recunoască. Aminoacidul care a fost asociat cu acest ARNt este separat de „petiol” și se unește cu formarea unei legături peptidice la lanțul proteic în creștere. În același moment, următorul ARNt se apropie de ribozom, al cărui anticodon este complementar următorului triplet din ARNm, iar următorul aminoacid adus de acest ARNt este inclus în lanțul în creștere. După aceea, ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm, persistă pe următoarele nucleotide și totul se repetă de la început.
4. Ce este un codon de oprire?
Răspuns. Codonii de stop (UAA, UAG sau UGA) nu codifică pentru aminoacizi, ei indică doar că sinteza proteinelor trebuie finalizată. Lanțul proteic se desprinde de ribozom, pătrunde în citoplasmă și formează structurile secundare, terțiare și cuaternare inerente acestei proteine.
5. Câte tipuri de ARNt sunt implicate în sinteza proteinelor într-o celulă?
Răspuns. Nu mai puțin de 20 (număr de aminoacizi), nu mai mult de 61 (număr de codoni de sens). De obicei, aproximativ 43 de ARNt la procariote. La om, aproximativ 50 de ARNt diferite asigură încorporarea aminoacizilor în proteine.
6. Din ce constă un polizom?
Răspuns. Celula are nevoie nu de una, ci de multe molecule din fiecare proteină. Prin urmare, de îndată ce ribozomul, care a fost primul care a început sinteza proteinelor pe molecula de ARNm, se deplasează înainte, al doilea ribozom este imediat legat de acest ARNm, care începe să sintetizeze aceeași proteină. Același ARNm poate fi legat cu al treilea și al patrulea ribozom etc. Toți ribozomii care sintetizează proteine pe o moleculă de ARNm sunt numiți polizom.
7. Procesele de sinteză a proteinelor necesită energie? Sau, dimpotrivă, în procesele de sinteză a proteinelor se eliberează energie?
Răspuns. Ca orice proces sintetic, sinteza proteinelor este o reacție endotermă și, prin urmare, necesită energie. Biosinteza proteinelor este un lanț de reacții sintetice: 1) sinteza i-ARN; 2) legătura aminoacizilor cu t-ARN; 3) „ansamblu de proteine”. Toate aceste reacții necesită costuri mari de energie - până la 24,2 kcal/mol. Energia pentru sinteza proteinelor provine din descompunerea ATP.
Rolul proteinelor în celulă și organism
Rolul proteinelor în viața celulară și principalele etape ale sintezei acesteia. Structura și funcțiile ribozomilor. Rolul ribozomilor în sinteza proteinelor.
Proteinele joacă un rol extrem de important în procesele de viață ale celulei și organismului, ele fiind caracterizate prin următoarele funcții.
Structural. Ele fac parte din structurile, țesuturile și organele intracelulare. De exemplu, colagenul și elastina servesc ca componente ale țesutului conjunctiv: oase, tendoane, cartilaj; fibroina face parte din pânzele de păianjen de mătase; keratina face parte din epidermă și derivații acesteia (păr, coarne, pene). Ele formează învelișuri (capside) de viruși.
Enzimatic. Toate reacțiile chimice din celulă au loc cu participarea catalizatorilor biologici - enzime (oxidoreductază, hidrolază, ligază, transferază, izomerază și liază).
de reglementare. De exemplu, hormonii insulina si glucagonul regleaza metabolismul glucozei. Proteinele histonice sunt implicate în organizarea spațială a cromatinei și afectează astfel expresia genelor.
Transport. Hemoglobina transportă oxigen în sângele vertebratelor, hemocianina în hemolimfa unor nevertebrate, mioglobina în mușchi. Albumina serică servește la transportul acizilor grași, lipidelor etc. Proteinele de transport membranar asigură transportul activ al substanțelor prin membranele celulare (Na +, K + -ATPaza). Citocromii efectuează transferul de electroni de-a lungul lanțurilor de transport de electroni ale mitocondriilor și cloroplastelor.
De protecţie. De exemplu, anticorpii (imunoglobulinele) formează complexe cu antigenele bacteriene și cu proteinele străine. Interferonii blochează sinteza proteinelor virale într-o celulă infectată. Fibrinogenul și trombina sunt implicate în procesele de coagulare a sângelui.
contractil (motor). Proteinele actina și miozina asigură procesele de contracție musculară și contracție a elementelor citoscheletice.
Semnal (receptor). Proteinele membranei celulare fac parte din receptori și antigene de suprafață.
proteine de depozitare. Cazeina din lapte, ou albumina, feritina (stochează fier în splină).
Toxine proteice. toxina difterice.
Funcția energetică. Odată cu descompunerea a 1 g de proteină în produșii metabolici finali (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), se eliberează 17,6 kJ sau 4,2 kcal de energie.
Biosinteza proteinelor are loc în fiecare celulă vie. Este cel mai activ în celulele tinere în creștere, unde proteinele sunt sintetizate pentru construirea organelelor lor, precum și în celulele secretoare, unde sunt sintetizate proteinele enzimatice și proteinele hormonale.
Rol principalîn determinarea structurii proteinelor aparţine ADN-ului. O bucată de ADN care conține informații despre structura unei singure proteine se numește genă. O moleculă de ADN conține câteva sute de gene. O moleculă de ADN conține un cod pentru secvența de aminoacizi dintr-o proteină sub formă de nucleotide combinate definitiv.
Sinteza proteinei - un proces complex în mai multe etape reprezentând un lanț de reacții sintetice care se desfășoară după principiul sintezei matricei.
În biosinteza proteinelor, sunt determinate următoarele etape, care au loc în diferite părți ale celulei:
Primul stagiu - Sinteza i-ARN are loc în nucleu, timp în care informația conținută în gena ADN este rescrisă în i-ARN. Acest proces se numește transcriere (din latinescul „transcriere” – rescriere).
La a doua etapă există o conexiune a aminoacizilor cu moleculele t-ARN, care constau secvenţial din trei nucleotide - anticodoni, cu ajutorul cărora se determină codonul său triplet.
Etapa a treia - acesta este procesul de sinteză directă a legăturilor polipeptidice, numit translație. Apare în ribozomi.
La a patra etapă formarea structurii secundare și terțiare a proteinei, adică formarea structurii finale a proteinei.
Astfel, în procesul de biosinteză a proteinelor, se formează noi molecule de proteine în conformitate cu informațiile exacte încorporate în ADN. Acest proces asigură reînnoirea proteinelor, procesele metabolice, creșterea și dezvoltarea celulelor, adică toate procesele activității vitale a celulelor.
