Реализация генетической информации

Лекция № 5.

 

РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД И ЕГО СВОЙСТВА.

 

План.

1. Сущность гена.
2. Биосинтез белка в клетке

1.Сущность гена.

 

            Ген (от греч. génos — род, происхождение) - участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного белка. 

    Каждый ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма.

              

             Главная функция гена — программирование синтеза ферментных и других белков, осуществляющегося при участии клеточных РНК.

       При изменении структуры гена нарушаются определённые биохимические процессы в клетках, что ведёт к усилению, ослаблению или выпадению ранее существовавших реакций или признаков.

 

Гено́м — совокупность всех генов организма.

 

Все имеющиеся в клетке гены можно  разделить на три группы:

I – гены, контролирующие через этапы транскрипции и трансляции структуру белков, участвующих в процессах метаболизма, - структурные гены.

IIа – гены, отвечающие за синтез р-РНК и т-РНК.

IIв – гены, контролирующие структуру белков, обслуживающих процессы репликации ДНК, транскрипции и трансляции.

 

Геном прокариот.

 

Геном прокариот состоит из:

- оперона или расположенных  рядом генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции;

- генов-регуляторов, кодирующих белки-репрессоры для каждого оперона.

 

Оперон начинается с промотора - посадочной площадки для фермента РНК-полимеразы.

За промотором идет участок – оператор – с него начинается синтез и-РНК.

Заканчивается оперон участком – терминатором, здесь завершается считывание информации о структуре белка.

 

Геном эукариот.

 

У эукариот собственно гены разделены  участками «молчащей», нетранскрибируемой ДНК – спейсерами. Спейсеры усиливают или угнетают транскрипцию.

 

Функции промотора выполняет блок ТАТА, далее следует собственно ген, а затем участок-терминатор.

В строении структурного гена эукариот выделяют 2 типа участков:

1) экзоны – это участки ДНК, которые несут информацию и строении белка и входят в состав соответствующих РНК и белка.

2) интроны – несмысловые участки, не кодируют структуру белка и в состав зрелой молекулы и-РНК не входят.

Процесс вырезания интронов – «ненужных» участков молекулы РНК и сращивания экзонов при образовании и-РНК  осуществляется специальными ферментами и получил название сплайсинг. Экзоны обычно соединяются вместе в том же порядке, в котором они располагаются в ДНК.

 

2.Биосинтез белка

 

Биосинтез белка происходит в рибосомах, а информация о структуре белка содержится в ДНК, которая находится в ядре.

Информация зашифрована в ДНК  в виде триплетов (3 нуклеотидов). Каждый триплет соответствует какой-либо аминокислоте.

Например, ТТТ – лизин, УЦУ –  серин и т.д.

 

Биосинтез белка включает 2 процесса:

1. транскрипция
2. трансляция

 

Транскрипция – процесс считывания генетической информации с молекулы ДНК на и-РНК. Происходит в ядре клетки с затратой энергии и при участии фермента полимераза. Под действием ферментов ДНК расплетается. По одной нити ДНК строится молекула и-РНК по принципу комплементарности. Транскрипция начинается на участке ДНК – промотор, заканчивается на участке – терминатор.

Затем  и-РНК  из  ядра  выходит  в  цитоплазму  к  рибосомам.

 

Трансляция – процесс синтеза молекулы белка на рибосомах по и-РНК.

Кодон  – триплет на  и-РНК.

Антикодон – триплет на  т-РНК. Он соответствует определенной аминокислоте.

 

Фазы трансляции:

1. Фаза инициации – начало синтеза пептида. Заключается в объединении двух субъединиц рибосомы. Между ними пронизывается и-РНК.

2.  Фаза элонгации – удлинение пептида (от образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты).

т-РНК  с аминокислотой входит в рибосому.

Если кодон будет комплементарен антикодону, то т-РНК соединяется  с  и-РНК  и  аминокислота  «спрыгивает» с т-РНК в рибосому.

Затем т-РНК уходит из рибосомы, а  рибосома  передвигается  по и-РНК  на один триплет (кодон). Внутрь рибосомы попадает следующая  т-РНК  с аминокислотой и действие повторяется.

Между аминокислотами образуются пептидные связи, формируя молекулу белка.

Процесс  повторяется, пока  рибосома не пройдет всю цепочку и-РНК.

3.  Фаза терминации – завершение синтеза пептида. Внутрь  рибосомы  попадает  бессмысленный  кодон,  сборка  молекулы  белка  заканчивается.  К последней аминокислоте присоединяется молекула воды, белок поступает в ЭПС, а рибосома распадается на 2 субъединицы.

 

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ:

 

1. Структура гена.
2. Особенности строение гена.
3. Особенности этапов биосинтеза.
4. Фазы трансляции.