Sekvensen av trinn i proteinbiosyntese som begynner med transkripsjon. Stadier av proteinbiosyntese. En ny metode for proteinsyntese

For å studere prosessene som foregår i kroppen, må du vite hva som skjer på cellenivå. Og der spiller proteinforbindelser en avgjørende rolle. Det er nødvendig å studere ikke bare funksjonene deres, men også etableringsprosessen. Derfor er det viktig å forklare kort og tydelig. Grad 9 passer best for dette. Det er på dette stadiet studentene har kunnskap nok til å forstå dette emnet.

Proteiner - hva det er og hvorfor de trengs

Disse makromolekylære forbindelsene spiller en enorm rolle i livet til enhver organisme. Proteiner er polymerer, det vil si at de består av mange lignende “stykker”. Antallet kan variere fra flere hundre til tusenvis.

I en celle utfører proteiner mange funksjoner. Deres rolle er også stor på høyere organisasjonsnivåer: vev og organer avhenger i stor grad av at proteiner fungerer riktig.

For eksempel er alle hormoner av protein opprinnelse. Men det er nettopp disse stoffene som styrer alle prosesser i kroppen.

Hemoglobin er også et protein, det består av fire kjeder som er forbundet i sentrum av et jernatom. Denne strukturen gir muligheten til å frakte oksygen av røde blodlegemer.

Husk at alle membraner inneholder proteiner. De er nødvendige for overføring av stoffer gjennom membranen til celler.

Det er mange flere funksjoner av proteinmolekyler, som de utfører klart og implisitt. Disse fantastiske forbindelsene er veldig forskjellige ikke bare i sine roller i cellen, men også i struktur.

Hvor foregår syntesen

Ribosomet er en organell der hoveddelen av prosessen som kalles "proteinbiosyntese" foregår. Grad 9 på forskjellige skoler skiller seg ut i studiet med biologi, men mange lærere gir materiale på organeller på forhånd før de studerer oversettelse.

Derfor vil det være lett for studentene å huske materialet de har lært og å konsolidere det. Du bør vite at det på en organell bare kan opprettes en polypeptidkjede av gangen. Dette er ikke nok til å tilfredsstille alle cellens behov. Derfor er det mange ribosomer, og som oftest kombineres de med endoplasmatisk retikulum.

Denne EPS-en heter grov. Fordelen med dette "samarbeidet" er åpenbart: umiddelbart etter syntese kommer proteinet inn i transportkanalen og kan sendes til destinasjonen uten forsinkelse.

Men hvis vi tar høyde for begynnelsen, nemlig å lese informasjon fra DNA, kan vi si at proteinbiosyntese i en levende celle begynner selv i kjernen. Det er der den genetiske koden syntetiseres.

Nødvendige materialer - aminosyrer, stedet for syntesen - ribosom

Det ser ut til at det er vanskelig å forklare hvordan proteinbiosyntese fortsetter, kort og tydelig, prosessskjemaet og mange tegninger er ganske enkelt nødvendige. De vil bidra til å formidle all informasjonen, og studentene vil kunne huske det lettere.

Først av alt, syntese krever "byggemateriale" - aminosyrer. Noen av dem er produsert av kroppen. Andre kan bare fås med mat, de kalles uunnværlige.

Det totale antallet aminosyrer er tjue, men på grunn av det enorme antallet alternativer de kan ordnes i en lang kjede, er proteinmolekyler veldig forskjellige. Disse syrene har lignende struktur, men avviker i radikaler.

Det er egenskapene til disse delene av hver aminosyre som bestemmer hvilken struktur den resulterende kjeden vil "brette" inn i, om den vil danne en kvartær struktur med andre kjeder, og hvilke egenskaper den resulterende makromolekylet vil ha.

Prosessen med proteinbiosyntese kan ikke bare fortsette i cytoplasma, den trenger et ribosom. består av to underenheter - store og små. I ro kobles de fra, men så snart syntesen begynner, kobler de seg umiddelbart sammen og begynner å fungere.

Slike forskjellige og viktige ribonukleinsyrer

For å bringe aminosyren til ribosomet, trenger du en spesiell RNA som heter transport. For å redusere det er t-RNA utpekt. Dette enkjedede kløverbladmolekylet er i stand til å feste en aminosyre til den frie enden og overføre den til stedet for proteinsyntese.

En annen RNA involvert i proteinsyntese kalles messenger (messenger). Den bærer en like viktig komponent i syntesen - en kode som tydelig angir når hvilken aminosyre som klamrer seg fast til proteinkjeden som dannes.

Dette molekylet har en enstrenget struktur, består av nukleotider, så vel som DNA. Det er noen forskjeller i primærstrukturen til disse nukleinsyrene, som du kan lese om i en sammenlignende artikkel om RNA og DNA.

Informasjon om sammensetningen av proteinet m-RNA mottar fra hovedforvalteren av den genetiske koden - DNA. Prosessen med å lese og syntetisere mRNA kalles transkripsjon.

Det forekommer i kjernen, hvorfra det resulterende m-RNA blir sendt til ribosomet. DNA i seg selv forlater ikke kjernen, dens oppgave er bare å lagre den genetiske koden og overføre den til dattercellen under deling.

Sammendragstabel over hoveddeltakerne i sendingen

For å beskrive proteinbiosyntese kort og tydelig, er en tabell ganske enkelt nødvendig. I den vil vi skrive ned alle komponentene og deres rolle i denne prosessen, som kalles oversettelse.

Prosessen med å lage en proteinkjede i seg selv er delt inn i tre stadier. La oss se nærmere på hver av dem. Etter det kan du enkelt forklare alle proteinbiosyntesen kort og tydelig.

Initiering er begynnelsen på prosessen.

Dette er det første trinnet i oversettelsen der den lille underenheten til ribosomet binder seg til den aller første t-RNA. Denne ribonukleinsyren bærer en aminosyre - metionin. Oversettelse begynner alltid med denne aminosyren, siden startkodonet er AUG, som koder for denne første monomeren i proteinkjeden.

For at ribosomet skal kjenne igjen startkodonet og ikke starte syntese fra midten av genet, der AUG-sekvensen også kan vises, er en spesiell nukleotidsekvens lokalisert rundt det innledende kodonet. Det er fra dem at ribosomet gjenkjenner stedet der den lille underenheten skal sitte.

Etter kompleksdannelse med m-RNA, avsluttes initieringstrinnet. Og hovedscenen i sendingen begynner.

Forlengelse - midten av syntesen

På dette stadiet skjer en gradvis oppbygging av proteinkjeden. Forlengelsens varighet avhenger av mengden aminosyrer i proteinet.

Aller først går en stor underenhet av ribosomet sammen. Og den første t-RNA er helt i den. Utenfor er det bare metionin som gjenstår. Deretter kommer det andre t-RNA som bærer en annen aminosyre inn i den store underenheten.

Hvis det andre kodonet på m-RNA sammenfaller med antikodonet på toppen av “kløverbladet”, festes den andre aminosyren til den første ved bruk av en peptidbinding.

Etter dette reiser ribosomet nøyaktig tre nukleotider langs m-RNA (ett kodon), det første t-RNA løsner metionin fra seg selv og skilles fra komplekset. På sin plass er det andre t-RNA, på slutten som to aminosyrer allerede henger.

Så kommer den tredje t-RNA inn i den store underenheten og prosessen gjentas. Det vil skje til ribosomet snubler over et kodon i m-RNA, som signaliserer slutten av translasjonen.

oppsigelse

Dette stadiet er det siste, for noen kan det virke veldig grusomt. Alle molekylene og organellene som arbeidet så jevnt for å skape polypeptidkjeden, stopper så snart ribosomet treffer terminalkodonet.

Den koder ikke for en eneste aminosyre, så uansett hvilken t-RNA som kommer inn i den store underenheten, vil de alle bli avvist på grunn av feilpasning. Her kommer termineringsfaktorer inn som skiller det ferdige proteinet fra ribosomet.

Organellen i seg selv kan enten dekomponere i to underenheter, eller fortsette sin vei gjennom m-RNA på jakt etter et nytt startkodon. Flere ribosomer kan lokaliseres på ett mRNA samtidig. Hver av dem er på sitt eget stadium av oversettelse. Nettopp opprettet protein leveres med markører, ved hjelp av hvilke alle vil forstå sin destinasjon. Og på EPS vil den bli sendt der det er nødvendig.

For å forstå rollen til proteinbiosyntese er det nødvendig å studere hvilke funksjoner den kan utføre. Det avhenger av sekvensen av aminosyrer i kjeden. Det er deres egenskaper som bestemmer den sekundære, tertiære og noen ganger kvartære (hvis den finnes) og dens rolle i cellen. Mer informasjon om proteinmolekylers funksjoner finner du i artikkelen om dette emnet.

Lær mer om kringkasting.

Denne artikkelen beskriver proteinbiosyntese i en levende celle. Hvis du studerer emnet dypere, vil selvfølgelig det ta mange sider å forklare prosessen i detalj. Men materialet ovenfor burde være nok for en generell idé. Videomateriale der forskere modellerte alle trinnene i oversettelsen, kan være veldig nyttig for å forstå. Noen av dem er oversatt til russisk og kan tjene som en utmerket manual for studenter eller bare en pedagogisk video.

For å forstå emnet bedre, bør du lese andre artikler om relaterte emner. For eksempel om eller om proteiners funksjoner.

Proteinbiosyntese forekommer i hver levende celle. Det er mest aktivt i unge, voksende celler, der proteiner blir syntetisert for å bygge sine organoider, så vel som i sekretoriske celler, der enzymproteiner og hormonproteiner blir syntetisert.

Hovedrollen for 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 absolutt samsvarende nukleotider. DNA-koden ble nesten fullstendig dekryptert. Essensen er som følger. Hver aminosyre tilsvarer en del av DNA-kjeden til tre tilstøtende nukleotider.

For eksempel tilsvarer TT-T-setet aminosyrelysinet, segmentet A-C-A tilsvarer cystin, C-A-A tilsvarer valin, etc. Det er 20 forskjellige aminosyrer, antall mulige kombinasjoner av 4 nukleotider av 3 er 64. Derfor , overskytende tripletter er nok til å kode alle aminosyrer.

Proteinsyntese er en kompleks flerstegsprosess som representerer en kjede med syntetiske reaksjoner som foregår i samsvar med prinsippet om matrisesyntese.

Siden DNA ligger i kjernen av en celle, og proteinsyntese skjer i cytoplasma, er det en mekler som overfører informasjon fra DNA til ribosomer. En slik mellommann er i-RNA. :

I proteinbiosyntese bestemmes følgende trinn som finner sted i forskjellige deler av cellen:

1. Det første trinnet - syntese av i-RNA skjer i kjernen, der informasjonen i DNA-genet kopieres til i-RNA. Denne prosessen kalles transkripsjon (fra lat. "Transcript" - omskriving).

2. På det andre trinnet er aminosyrer forbundet med t-RNA-molekyler, som består av tre nukleotider i rekkefølge - antikodoner, ved hjelp av deres triplettkodon.

3. Det tredje trinnet er prosessen med direkte syntese av polypeptidbindinger, kalt translasjon. Det forekommer i ribosomene.

4. I det fjerde trinnet skjer dannelsen av proteinets sekundære og tertiære struktur, det vil si dannelsen av den endelige strukturen til proteinet.

I prosessen med proteinbiosyntese blir det således dannet nye proteinmolekyler i samsvar med den nøyaktige informasjonen som er innebygd i DNAet. Denne prosessen gir fornyelse av proteiner, metabolske prosesser, cellevekst og utvikling, det vil si alle prosesser i cellens liv.

18. Energimetabolisme i celler.

For kroppens liv krever energi. Planter akkumulerer solenergi i organisk materiale under fotosyntesen. I prosessen med energimetabolisme brytes organiske stoffer ned og energien fra kjemiske bindinger frigjøres. Delvis blir den forsvunnet i form av varme, og delvis lagret i ATP-molekyler. Hos dyr foregår energimetabolismen i tre stadier.

Første trinn er forberedende. Mat kommer inn i kroppen til dyr og mennesker i form av komplekse makromolekylære forbindelser. Før stoffene kommer inn i celler og vev, må disse stoffene brytes ned til stoffer med lav molekylvekt som er mer tilgjengelige for cellulær assimilering.

I det første trinnet skjer hydrolytisk nedbrytning av organiske stoffer, som involverer vann. Det fortsetter under virkning av enzymer i fordøyelseskanalen til flercellede dyr, i fordøyelsesvakuolene til encellede organismer og på cellenivå i lysosomer.

Forberedende fasereaksjoner:

proteiner + H20 -\u003e aminosyrer + Q;

fett + H20 -\u003e glyserin + høyere fettsyrer + Q;

polysakkarider -\u003e glukose + Q.

Hos pattedyr og mennesker brytes proteiner ned til aminosyrer i magen og i tolvfingertarmen under virkning av enzymer - peptidhydrolaser (pepsin, trypsin, chemotrypsin). Splitting av polysakkarider begynner i munnhulen under virkningen av ptyalin-enzymet, og fortsetter deretter i tolvfingertarmen under virkningen av amylase. Fett blir også brutt ned under virkningen av lipase. All energi frigjort i dette tilfellet blir spredt i form av varme.

De resulterende stoffene med lav molekylvekt kommer inn i blodomløpet og blir levert til alle organer og celler. I celler går de inn i lysosomet eller direkte inn i cytoplasmaet. Hvis spaltning oppstår på cellenivå i lysosomer, kommer stoffet umiddelbart inn i cytoplasma. På dette stadiet skjer prepareringen av stoffer for intracellulær spaltning.

Det andre trinnet er oksygenfri oksidasjon. Det andre trinnet utføres på cellenivå i fravær av oksygen. Det flyter i cytoplasma av cellen. Vurder nedbrytningen av glukose som et av de viktigste metabolske stoffene i cellen. Alle andre organiske stoffer (fettsyrer, glyserin, aminosyrer) i forskjellige stadier trekkes inn i prosessene med dets transformasjon.

Den oksygenfrie nedbrytningen av glukose kalles glykolyse. Glukose gjennomgår en serie suksessive transformasjoner (fig. 16). Opprinnelig blir den omdannet til fruktose, fosforylert - aktivert av to ATP-molekyler og omdannet til fruktosedifosfat. Deretter spaltes molekylet i det heksatomiske karbohydratet i to tri-karbonforbindelser - to glyserofosfatmolekyler (trioser). Etter en rekke reaksjoner oksiderer de, mister to hydrogenatomer og blir til to molekyler pyruvinsyre (PVC). Som et resultat av disse reaksjonene syntetiseres fire ATP-molekyler. Siden to ATP-molekyler opprinnelig ble brukt på glukoseaktivering, er det totale resultatet 2ATP. Dermed lagres energien som frigjøres under glukose-nedbryting delvis i to ATP-molekyler, og forbrukes delvis i form av varme. De fire hydrogenatomer som ble fjernet under oksydasjonen av glyserofosfat, kombineres med hydrogendrageren NAD + (nikotinamiddinukleotidfosfat). Det er den samme hydrogendrageren som NADP +, men den deltar i energiutvekslingsreaksjoner.

Det tredje trinnet er biologisk oksidasjon eller respirasjon. Dette stadiet fortsetter bare i nærvær av oksygen og kalles ellers oksygen. Det renner i mitokondriene.

Pyruvinsyre fra cytoplasmaen kommer inn i mitokondriene, hvor den mister et karbondioksydmolekyl og blir til eddiksyre, kombinert med aktivatoren og bærerenkoenzym-A (fig. 17). Det resulterende acetyl-CoA inngår deretter i en serie sykliske reaksjoner. Produktene med oksygenfri nedbrytning - melkesyre, etylalkohol - gjennomgår også ytterligere forandringer og oksideres av oksygen. Melkesyre omdannes til pyruvinsyre hvis den dannes når det er mangel på oksygen i dyrevev. Etylalkohol oksiderer til eddiksyre og binder seg til CoA.

De sykliske reaksjonene der eddiksyre omdannes, kalles di- og trikarboksylsyresyklusen, eller Krebs-syklusen, etter forskeren som først beskrev disse reaksjonene. Som et resultat av en serie påfølgende reaksjoner, skjer dekarboksylering - fjerning av karbondioksid og oksidasjon - fjerning av hydrogen fra de resulterende stoffene. Karbondioksid produsert under dekarboksylering av PVC og i Krebs-syklusen frigjøres fra mitokondriene, og deretter fra cellen og kroppen under pusten. Dermed dannes karbondioksid direkte i prosessen med dekarboksylering av organiske stoffer. Alt hydrogenet som fjernes fra mellomproduktene kombineres med NAD + -bæreren og NAD 2H dannes. Under fotosyntesen kombineres karbondioksid med mellomliggende stoffer og reduseres med hydrogen. Dette er motsatt prosess.

La oss nå spore banen til NAD 2H-molekylene. De kommer inn i mitokondrielle cristae, der respirasjonskjeden av enzymer er lokalisert. På denne kjeden spaltes hydrogen fra bæreren med samtidig fjerning av elektroner. Hvert molekyl med redusert NAD 2H avgir to hydrogen og to elektroner. Energien til de fangede elektronene er veldig høy. De kommer inn i respirasjonskjeden av enzymer, som består av proteiner - cytokromer. Når du flytter kaskade gjennom dette systemet, mister elektronet energi. På grunn av denne energien syntetiseres ATP-molekyler i nærvær av ATPase-enzymet. Samtidig med disse prosessene pumpes hydrogenioner gjennom membranen til sin ytre side. I prosessen med oksidasjon av 12 NAD-2H-molekyler, som ble dannet under glykolyse (2 molekyler) og som et resultat av reaksjoner i Krebs-syklusen (10 molekyler), syntetiseres 36 ATP-molekyler. Syntesen av ATP-molekyler kombinert med prosessen med hydrogenoksidasjon kalles oksidativ fosforylering. Denne prosessen ble først beskrevet av den russiske forskeren V. A. Engelhardt i 1931. Den endelige elektronakseptoren er et oksygenmolekyl som kommer inn i mitokondriene under respirasjon. Oksygenatomer på ytre side av membranen tar imot elektroner og lades negativt. Positive hydrogenioner kombineres med negativt ladet oksygen, og det dannes vannmolekyler. Husk at atmosfærisk oksygen dannes som et resultat av fotosyntesen under fotolysen av vannmolekyler, og hydrogen brukes til å gjenopprette karbondioksid. I prosessen med energiutveksling kobles hydrogen og oksygen til igjen og blir til vann.

Broadcast (Eng. oversettelse   - oversettelse) er biosyntesen av protein på mRNA-matrisen.

Etter overføring av informasjon fra DNA til messenger RNA, begynner proteinsyntese. Hvert modent mRNA bærer informasjon om bare en polypeptidkjede. Hvis cellen trenger andre proteiner, er det nødvendig å transkribere mRNA fra andre deler av DNAet.

Proteinbiosyntese eller oversettelse skjer på ribosomer, intracellulære proteinsyntesende organeller, og inkluderer 5 viktige elementer:

• matrise - messenger RNA,
• voksende kjede - polypeptid,
• underlag for syntese - 20 proteinogene aminosyrer,
• energikilde - GTF,
• ribosomale proteiner, rRNA og proteinfaktorer.

Det er tre hovedstadier av oversettelse: initiering, forlengelse, avslutning.

initiering

Initiering krever mRNA, GTP, de små og store underenhetene til ribosomet, tre proteininitieringsfaktorer (IF-1, IF-2, IF-3), metionin og tRNA for metionin.

I begynnelsen av dette stadiet dannes to trippelkomplekser:

• det første komplekset er mRNA + liten underenhet + IF-3,
• det andre komplekset er metionyl tRNA + IF-2 + GTP.

Etter dannelse kombineres trippelkompleksene med den store underenheten til ribosomet. I denne prosessen er proteininitieringsfaktorer aktivt involvert, GTP fungerer som en energikilde. Etter montering av komplekset initierendemetionyl tRNA binder seg til det første AUG-kodonet til messenger-RNA og er lokalisert i P-senteret (peptidylsenter) til den store underenheten. A-senteret (aminoacyl-senteret) forblir fritt, det vil være involvert i forlengelsestrinnet for å binde aminoacyl-tRNA.

Initieringsbegivenheter

Etter festingen av den store underenheten begynner forlengelsesstadiet.

forlengelse

For dette stadiet er alle 20 aminosyrer, tRNA for alle aminosyrer, proteinforlengelsesfaktorer og GTP påkrevd. Kjedeforlengelse skjer med en hastighet på omtrent 20 aminosyrer per sekund.

Forlengelse er en syklisk prosess. Den første syklusen (og følgende sykluser) av forlengelse inkluderer tre trinn:

1. Festningen av aminoacyl-tRNA (ytterligere et sekund) til mRNA-kodonet (enda et sekund), aminosyren settes inn i A-senteret til ribosomet. Kilden til energi er GTF.
2. Enzymet peptidyltransferase   utfører overføringen av metionin fra metionyl-tRNA (i P-senteret) til det andre aminoacyl-tRNA (i A-senteret) med dannelse av en peptidbinding mellom metionin og den andre aminosyren. Videre binder den allerede aktiverte COOH-gruppen av metionin seg til den frie NH2-gruppen av den andre aminosyren. Her er energikilden den makroerge forbindelsen mellom aminosyren og tRNA.

1. Translocase-enzymet beveger mRNA relativt til ribosomet på en slik måte at det første AUG-kodonet er utenfor ribosomet, det andre kodonet (i figuren) blir motsatt P-sentrum, og det tredje kodonet vises foran A-senteret (på figuren). Disse prosessene krever utgifter til GTP-energi. Siden tRNA som er festet til det beveger seg med mRNA, forlater den initierende første tRNA ribosomet, blir det andre tRNA med et dipeptid plassert i P-senteret.

Hendelsesforløpet i forlengelsesstadiet

Repetisjon av andre sløyfe   - begynner med tilsetningen av det tredje aminoacyl-tRNA til det tredje kodonet av mRNA, aminosyre-3 blir A-sentrum. Deretter blir transferase-reaksjonen gjentatt og dannet tripeptidopptar A-sentrum, hvoretter det blir flyttet til P-senteret i en translokasereaksjon ..

Det fjerde aminoacyl-tRNA kommer inn i det tomme A-senteret og begynner tredje forlengelsessyklus:

Dannelsen av en peptidbinding ved innsetting av den fjerde aminosyren i peptidet.
Ribosom-underenheter, de fleste transport-RNA-er og messenger-RNA er ikke vist.

Forlengelsessyklusen (reaksjoner 1,2,3) gjentas så mange ganger som antall aminosyrer som skal inngå i polypeptidkjeden.

oppsigelse

Proteinsyntese fortsetter til ribosomet når de spesifikke termineringskodonene på mRNA - stoppkodoner UAA, UAH, CAA. Disse triplettene koder ikke for noen av aminosyrene, de kalles også tullkodoner. Når disse kodonene kommer inn i ribosomet, aktiveres proteintermineringsfaktorer som sekvensielt katalyserer:

1. Hydrolytisk spaltning av polypeptidet fra det endelige tRNA.
2. Separasjon fra P-sentrum av sistnevnte, allerede tomme, tRNA.
3. Dissosiasjon av ribosomet.

Kilden til energi for å fullføre sendingen er GTP.

Avsluttelsesfasereaksjoner

polyribosomes

På grunn av det faktum at levetiden til matrise-RNA er kort, står cellen overfor oppgaven med å bruke den så effektivt som mulig, dvs. få maksimalt antall "proteinkopier". For å oppnå dette målet, kan ikke en, men flere ribosomer være lokalisert på hvert mRNA, som står i rekkefølge etter hverandre og syntetiserer peptidkjeder. Slike formasjoner kalles polyribosomes.

1. Hvilke funksjoner utfører proteiner i en celle?

Svaret. Proteiner spiller en ekstrem stor rolle i de vitale prosessene i cellen og kroppen, 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 ‚nettet; keratin er en del av overhuden og dets derivater (hår ‚fjær hair). Dann skallet (kapsid) av virus.

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

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

4. Transport. Hemoglobin fører oksygen i blodet til virveldyr, hemocyanin i hemolymfen til noen virvelløse dyr, myoglobin i musklene. Serumalbumin brukes til transport av fettsyrer, lipider, etc. Membrantransportproteiner gir aktiv transport av stoffer gjennom cellemembraner. Cytokromer fører elektronoverføring gjennom elektrontransportkjedene i mitokondrier og kloroplaster.

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

6. Kontraktil (motor). Aktin- og myosinproteinene gir prosesser med muskelkontraksjon og sammentrekning av cytoskeletale elementer.

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

Lagerproteiner. Melkekasein, kyllingegealbumin, ferritin (lagrer jern i milten).

8. Proteintoksiner. Difteritoksin.

9. Energifunksjon. Under neddelingen av 1 g protein til de endelige metabolske produktene (СО2, Н2О, NH3, Н2S, SO2) frigjøres 17,6 kJ eller 4,2 kcal energi.

2. Hva er proteiner laget av?

Svaret. Proteiner er høymolekylære organiske stoffer som består av aminosyrer bundet i en kjede av en peptidbinding. I levende organismer bestemmes aminosyresammensetningen av proteiner etter den genetiske koden, i syntesen brukes i de fleste tilfeller 20 standardaminosyrer. Mange av deres kombinasjoner skaper proteinmolekyler med en rekke egenskaper.

Spørsmål etter §26

1. Hva er et gen?

Svaret. Et gen er en materiell bærer av arvelig informasjon, som foreldrene gir videre til sine etterkommere under reproduksjon. For tiden er det i molekylærbiologi etablert at gener er deler av DNA som har en viss integrert informasjon - om strukturen til ett proteinmolekyl eller ett RNA-molekyl. Disse og andre funksjonelle molekyler bestemmer veksten og funksjonen i kroppen.

2. Hvilken prosess kalles transkripsjon?

Svaret. Bærer av genetisk informasjon er DNA som ligger i cellekjernen. Proteinsyntese forekommer i cytoplasma på ribosomer. Fra kjernen til cytoplasmaen kommer informasjon om proteinets struktur i form av messenger RNA (mRNA). For å syntetisere mRNA blir en dobbeltstrenget DNA-region untwisted, og deretter syntetiseres et mRNA-molekyl på en av DNA-kjedene i samsvar med prinsippet om komplementaritet. Dette skjer som følger: mot for eksempel et DNA-molekyl G blir et RNA-molekyl, mot et DNA-molekyl A - et RNA-molekyl (husk at i stedet for tymin, bærer RNA uracil, eller Y), mot et DNA-molekyl - Et RNA-molekyl og mot Ts DNA-molekyler - G RNA-molekyler. Dermed dannes en mRNA-kjede, som er en eksakt kopi av den andre (ikke-matriks) DNA-kjeden (bare uracil er inkludert i stedet for timin). Så informasjon om aminosyresekvensen i et protein blir oversatt fra "DNA-språket" til "RNA-språket". Denne prosessen kalles transkripsjon.

3. Hvor og hvordan forekommer proteinbiosyntese?

Svaret. I cytoplasmaet er det en prosess med proteinsyntese, som også kalles translasjon. Oversettelse er oversettelsen av nukleotidsekvensen til et mRNA-molekyl til aminosyresekvensen til et proteinmolekyl. Ribosomet interagerer med slutten av mRNA som proteinsyntese skal starte fra. I dette tilfellet er begynnelsen av det fremtidige proteinet indikert av AUG-tripletten, 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, som holder seg på hvert av dets steder, som inkluderer to kodoner (dvs. 3 + 3 \u003d 6 nukleotider). Forsinkelsen er bare 0,2 s. I løpet av denne tiden klarer tRNA-molekylet, hvis antikodon er komplementært til kodonet som ligger i ribosomet, å gjenkjenne det. Aminosyren som er blitt koblet til dette tRNA skilles fra "petiole" og festes for å danne en peptidbinding til den voksende proteinkjeden. I samme øyeblikk nærmer det neste tRNA seg til ribosomet, hvis antikodon er komplementær til den neste tripletten i mRNA, og den neste aminosyren brakt av denne tRNA er inkludert i den voksende kjeden. Etter dette blir ribosomet forskjøvet av mRNA, forsinket av følgende nukleotider, og alt blir gjentatt igjen.

4. Hva er et stoppkodon?

Svaret. Stoppkodoner (UAA, UAG eller CAA) koder ikke for aminosyrer, de viser bare at proteinsyntesen må være fullført. Proteinkjeden løsner fra ribosomet, kommer inn i cytoplasmaet og danner de sekundære, tertiære og kvartære strukturer som ligger i dette proteinet

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

Svaret. Minst 20 (antall aminosyrer), ikke mer enn 61 (antall semantiske kodoner). Vanligvis ca 43 tRNA i prokaryoter. Hos mennesker muliggjør omtrent 50 forskjellige tRNA-er inkorporering av aminosyrer i et protein.

6. Hva består et polysom \u200b\u200bav?

Svaret. En celle trenger ikke en, men mange molekyler av hvert protein. Så snart ribosomet, den første som startet proteinsyntese på mRNA-molekylet, beveger seg fremover, blir det andre ribosomet spredt på dette mRNA, som begynner å syntetisere det samme proteinet. Både det tredje og fjerde ribosom, etc., kan være strenget på det samme mRNA.Alle ribosomer som syntetiserer et protein på ett mRNA-molekyl kalles et polysom.

7. Krever proteinsynteseprosesser energi? Eller omvendt, i prosessen med proteinsyntese er frigjøring av energi?

Svaret. Som enhver syntetisk prosess er proteinsyntese en endoterm reaksjon og krever derfor energi. Proteinbiosyntese er en kjede av syntetiske reaksjoner: 1) syntese av i-RNA; 2) forbindelsen av aminosyrer med t-RNA; 3) "montering av protein". Alle disse reaksjonene krever høye energikostnader - opptil 24,2 kcal / mol. Energien for proteinsyntese tilføres ved ATP-spaltningsreaksjonen.

Forelesningsplan:

1. OVERSKRIFT.

2. Begrepet komplementaritet.

3. OVERSETNING.

4. MATRIX SYNTHESIS.

De mest komplekse organiske stoffene i cellen er proteiner. I løpet av cellens levetid blir deformerte, denaturerte og nye opprettet for å erstatte dem. Dermed pågår proteinbiosyntese - hvert minutt syntetiserer cellen flere tusen nye proteinmolekyler. Proteinsyntese består av flere stadier.

transkripsjon   - Proteinsyntese skjer med deltakelse av DNA, siden det er i DNA-molekylet proteinstrukturen blir registrert, det vil si en viss rekkefølge av aminosyrer. En seksjon av et DNA-molekyl som inneholder informasjon om strukturen til et individuelt protein kalles genom.

Med DNA blir informasjon om strukturen til det skapte proteinet kopiert til en annen nukleinsyre - RNA. Dermed er DNA en matrise som gir "støping" av den primære kilden på RNA-molekylet. Men RNA kopierer ikke bare strukturen til det opprettede proteinet, men overfører også denne informasjonen fra cellekjernen til ribosomene. Et slikt RNA kalles informasjonsmessig, det kan inneholde flere tusen nukleotider. Prosessen med å kopiere informasjon fra DNA til RNA kalles transkripsjon.

Hvis hver aminosyre (20 av dem) hadde sin egen "bokstav", det vil si sitt eget DNA-nukleotid, ville alt være enkelt: En viss aminosyre ville bli avskrevet fra nukleotidet. Men det er bare 4 nukleotider, så bare 4 aminosyrer kan kopieres til cellulært RNA. De resterende 16 kunne ikke utføre denne operasjonen. Derfor har naturen funnet opp en annen mekanisme for overføring av informasjon - ved hjelp av en spesiell kode.

DNA-koden oppfunnet av naturen under evolusjonen består av 3 "bokstaver" - 3 nukleotider. Dermed tilsvarer hver aminosyre ikke ett nukleotid, men en viss kombinasjon av 3 nukleotider, som kalles en "triplett".

For eksempel: aminosyren "Valine" er kodet av den følgende nukleotidsekvens - C-A-A (cytosin - adenin - adenin). Aminosyre leucin - A-A-C (adenin - adenin - cytosin). Derfor, hvis i en viss del av DNA rekkefølgen av nukleotider er: Ts-A-A-A-Ts-A-A-A-Ts-G-G-G, så kan du bryte denne raden i tredeler - "tripletter", kan du dekryptere den kodede aminosyrer - Valin - cystein - leucin - prolin.

For å overføre informasjon fra DNA til RNA, er det nødvendig at overførings- og mottaksanordningene er innstilt til samme bølgelengde gjennom komplementaritet. Det vil si at spesifikke RNA-nukleotider må tilsvare spesifikke DNA-nukleotider. For eksempel: hvis nukleotid G (guanin) er plassert ett sted i DNA-kjeden, bør nukleotid C (cytosin) være lokalisert i RNA-kjeden mot den.

RNA-nukleotider i samsvar med prinsippet om komplementaritet vil således være lokalisert som følger: G (DNA) - Ts (RNA) Ts (DNA) - G (RNA) A (DNA) - Kl (RNA) T (DNA) - A (RNA) (U-uridyl, T-tymidyl). Dermed blir den samme aminosyren - prolin i DNA-molekylet registrert med G-G-G-tripletten, og etter at folketellingen på DNA er kodet med C-C-C-tripletten.

oversettelse. Neste trinn er at de cellulære RNA-molekylene forlater kjernen og går ut i cytoplasmaen, der de kommer i kontakt med ribosomene. Bygningsmaterialet til cellen - aminosyrene, hvorfra proteinmolekyler er satt sammen i samsvar med koden til cellulært RNA, blir også sendt til ribosomene. Aminosyrer blir transportert til ribosomer av en spesiell type RNA - transport. Molekylet er en kort enkelt kjede av nukleotider. Hver av de 20 aminosyrene har sin egen transport-RNA, transport-RNA-molekylet er strengt spesifikk. Før du tar en direkte del i sammensetningen av et proteinmolekyl, blir aminosyren ladet av ATP. Denne energien leveres av mitokondrier. Energiladede aminosyrer, ledsaget av transport-RNA, blir sendt til ribosomene, der proteinsyntese foregår.

Ribosomer består av 2 ulik lobes som, gjennom en perle, trekkes et transport-RNA molekyl. Denne prosessen kan også sammenlignes med passering av et magnetbånd gjennom et pickup-hode, bare RNA glir ikke jevnt, men i trinn.

Dermed er det 3 typer RNA - informasjons-, transport- og ribosomal - sistnevnte er en del av ribosomer.

Ved montering av proteinmolekyler bruker naturen prinsippet matrisesyntesefor å sikre nøyaktig samsvar med de opprettede proteinmolekylene med planen, som er innebygd i strukturen til et eksisterende molekyl.

Skjematisk kan hele prosessen bli representert som følger: filamentøst RNA er samlet av runde kropper. Dette er ribosomer. 1 ribosom, satt på en tråd fra venstre ende, begynner proteinsyntese. Når den beveger seg langs RNA-strengen, settes et proteinmolekyl sammen. Så kommer 2, 3 ... inn i tråden og hver samler sitt eget protein, som bestemmes av matrisen. Samtidig kommer aminosyrer ledsaget av transport-RNA inn i hvert ribosom som beveger seg langs RNA-strengen. I dette tilfellet er det bare den aminosyren som er festet som (i henhold til komplementaritet) tilsvarer koden til DNA-molekylet.

Denne prosessen kalles oversettelse. Kombinasjonen av aminosyrer innbyrdes forekommer under påvirkning av enzymer. Når proteinmolekylet er klart, hopper ribosomet av RNA-strengen, og det frigjøres for å sette sammen et nytt molekyl. Det ferdige proteinmolekylet beveger seg til den delen av cellen der den er påkrevd. Prosessen med å sette sammen et proteinmolekyl er veldig rask - i et kvart sekund dannes et proteinmolekyl som består av 146 aminosyrer.

Proteinmolekylets monteringsprogram kommer i form av messenger-RNA i ribosomene. “Byggemateriale” - aminosyrer blir levert til samlingsstedet for transport-RNA. Matrixprinsippet sørger for konstruksjon av et proteinmolekyl som tidligere ble bestemt av DNA. Proteinproduksjon er assosiert med energiutgifter og gjennomføres med deltakelse av enzymer. Mitokondriene leverer energi, og bæreren er det energirike stoffet ATP.

Spørsmål til selvstudium:

1. Funksjonene til proteinet i cellen.

2. Stadier av proteinbiosyntese.

3. DNA: plassering i cellen, rolle i proteinbiosyntese.

4. Variasjoner av RNA, deres funksjoner.

5. Transkripsjon, deltakelse av DNA og RNA.

6. Oversettelse, rollen til ribosomer.

7. Begrepet komplementaritet.