Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 10 клас. Задорожній - Нова програма

§ 43. Біосинтез білка. Трансляція

Поміркуйте

Чому в деяких випадках у живих організмів виникли модифіковані варіанти генетичного коду?

Згадайте

Будова білка

Амінокислоти білків

Пептидний зв'язок

Будова рибосом

Генетичний код

Будова молекули білка визначається послідовністю нуклеотидів у ДНК. Кожна амінокислота кодується за допомогою трьох нуклеотидів. Такий триплет нуклеотидів, відповідний певній амінокислоті, називається кодоном. Система запису спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот, за якою послідовність нуклеотидів у молекулах ДНК і РНК визначає послідовність амінокислот у молекулі білка, називається генетичним кодом.

Наприклад, триплету АУГ відповідає амінокислота метіонін (Мет), триплету АУЦ — амінокислота ізолейцин (Іле), а нуклеотиди УАА, УАГ і УГА є стоп-кодонами, вони сигналізують про закінчення синтезу поліпептидного ланцюга.

Генетичний код універсальний — він працює за однаковими принципами в організмах різного рівня складності. Однак відомо кілька винятків. У геномах мітохондрій і прокаріотів виявлено альтернативні варіанти деяких кодонів. А недавно у деяких груп організмів було відкрито дві рідкісні амінокислоти: селеноцистеїн, що кодується стоп-кодоном УГА, і піролізин, що кодується стоп-кодоном УАГ.

Універсальність генетичного коду свідчить про те, що він склався дуже рано в процесі еволюції, а відхилення від універсальності — про те, що сам код змінювався.

Аміноацил-тРНК

20 різних амінокислот, необхідних для синтезу білка, містяться в цитоплазмі клітини. Для участі в синтезі вони мають приєднатися до відповідних молекул тРНК. Приєднання каталізують ферменти аміноацил-тРНК-синтетази. Вони працюють дуже специфічно — кожна з 20-ти аміноацил-тРНК-синтетаз розпізнає тільки одну амінокислоту і відповідну їй тРНК. Молекула тРНК, ковалентно пов’язана з амінокислотою, називається аміноацил-тРНК.

Трансляція

Трансляція, або біосинтез білка,— це етап, під час якого за інформацією, що міститься в іРНК, синтезується поліпептидний ланцюг молекули білка.

Процес трансляції відбувається в рибосомах, які містяться в цитоплазмі клітини. Синтез відбувається згідно з генетичним кодом, тобто кожному триплету нуклеотидів іРНК відповідає певна амінокислота.

Біосинтез білка забезпечується енергією за рахунок розщеплення АТФ.

Процес трансляції складається з трьох етапів: ініціації, елонгації та термінації.

Ініціація — початок синтезу поліпептидного ланцюга (мал. 43.1, А). На цьому етапі відбувається: приєднання малої субодиниці рибосоми до ланцюга іРНК, розпізнавання старт-кодону, приєднання великої субодиниці рибосоми та транспорт до рибосоми першої амінокислоти.

Старт-кодоном завжди є кодон АУГ. До нього приєднується тРНК, що приносить до рибосоми амінокислоту метіонін, яка й буде першою амінокислотою майбутнього поліпептидного ланцюга.

Молекула тРНК приєднується до молекули іРНК за допомогою свого триплету, який називають антикодоном, за принципом комплементарності.

Елонгація — нарощування поліпептидного ланцюга (мал. 43.1, Б). Після старт-кодона рибосома аналізує наступний кодон, розпізнає його та приєднує до нього відповідну молекулу тРНК з наступною амінокислотою.

На мал. 43.1, Б наступним кодоном є ГУЦ, а наступною амінокислотою, яка транспортується за допомогою тРНК,— валін.

Між двома амінокислотами утворюється пептидний зв’язок. Молекула тРНК при цьому звільняється і залишає рибосому.

Після цього рибосома переміщується до наступного триплету іРНК, розпізнає його та приєднує наступну молекулу тРНК, яка приносить до рибосоми відповідну амінокислоту. Вона приєднується до попередньої амінокислоти за допомогою пептидного зв’язку, і поліпептидний ланцюг подовжується.

Термінація — завершення трансляції (мал. 43.1, В). Починається з розпізнавання рибосомою стоп-кодону — УАА, УАГ або УГА. Синтез поліпептидного ланцюга завершується, рибосома розпадається на субодиниці, молекули тРНК та іРНК звільняються.

Рибосоми

Рибосоми — немембранні органели, що складаються з рибосомних білків і молекул рРНК. Рибосома може дисоціювати на дві окремі субодиниці — велику й малу.

По суті, рибосома — це величезний фермент, активний центр якого каталізує синтез пептидних зв’язків. Також на рибосомах є ділянки зв’язування іРНК і тРНК, ділянки зв’язування рибосомних субодиниць одна з одною, ділянки зв’язування рибосом з мембранами ендоплазматичного ретикулуму.

На одній молекулі іРНК одночасно може «працювати» кілька рибосом. Спільно з іРНК вони утворюють полірибосоми (полісоми).

Мал. 43.1. Схема трансляції

Ключова ідея

Трансляція — процес, під час якого за інформацією, що міститься в іРНК, синтезується поліпептидний ланцюг молекули білка. Синтез відбувається згідно з генетичним кодом, тобто кожному триплету нуклеотидів іРНК відповідає певна амінокислота білка. Трансляція відбувається на рибосомах у цитоплазмі клітини.

Практична робота

Розв'язування задач на тему «Біосинтез білка»

1. Фрагмент ланцюга іРНК має послідовність нуклеотидів: ЦЦЦ АЦЦ ГЦА ГУА. Визначте послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК, антикодони відповідних тРНК і послідовність амінокислот у фрагменті молекули синтезованого білка.

2. У молекулі білка така послідовність амінокислот: тре-лей-тир-ліз-сер-глі. Побудуйте ділянку іРНК, на якій закодований цей білок.

Запитання та завдання

1. Вважають, що генетичний код еволюціонував від дволітерного (одна амінокислота визначається двома нуклеотидами) до трилітерного. Що в сучасному генетичному коді свідчить про це? 2. Для чого клітина утворює полірибосоми?