Информационно-дидактический блок:
Механизм перевода генетической информации записанной с помощью четырех букв (четырех азотистых оснований-А, Г, Ц и Т) в полипептидную цепь, записанную с помощью двадцати букв (аминокислот) называется генетическим кодом, т.е. последовательность нуклеотидов переводится в последовательность аминокислот.
Генетическая информация на ДНК записана (закодирована) последовательностью нуклеотидов. Основные принципы кодирования сформулированы Ф.Криком и его сотрудниками и носят название “генетического кода”. По выражению Ф.Крика «это ключ к молекулярной биологии, поскольку он показывает как два языка полимеров –язык полинуклеотидов и язык полипептидов связаны» Полностью генетический код был расшифрован к 1965 г. (Ниренберг М., Корана Г., Ледер П.) и сформулированы основные свойства.
Свойства генетического кода:
1.Триплетность - 3 рядом расположенных нуклеотида составляют 1 кодон (триплет) и кодируют 1 аминокислоту;
2.Непрерывность или генетический код без запятых- кодоны следуют друг за другом без разделительных знаков, и считывание информации протекает непрерывно;
3.Полярность-считывание информации всегда осуществляется в одном направлении: 51-31
4. Неперекрываемость - кодоны не перекрываются, каждый нуклеотид входит в состав только одного кодона, не может входить в состав любого другого кодона, т.е. кодон считывается как единое целое и является элементарной единицей считывания генетической информации;
5. Коллинеарность - порядок кодонов на ДНК точно соответствует порядку аминокислот в полипептидной цепи белке;
6. Вырожденность –избыточность –кодирование аминокислот более чем одним кодоном. Генетический код состоит из 64 кодонов, 3 из которых нонсенс-кодоны (бессмысленные), остальные ( 61) являются смысловыми, т.е. кодируют аминокислоты( 20). Таким образом одну аминокислоту может кодировать от 1 до 6 разных кодонов;
Вырожденность генетического кода может быть полной и неполной. Полная вырожденность означает, что первые два нуклеотида кодонов, кодирующих аминокислоты являются одинаковыми, третий нуклеотид в этих кодонах считывается автоматически. Неполная вырожденность означает, что в кодоне первые два нуклеотида
имеют большее значение, чем третий.
Вырожденность генетического кода имеет важное биологическое значение, так как это свойство лежит в основе механизмов снижения летального эффекта мутаций.
Ф. Крик предложил гипотезу качания (правило неоднозначного соответствия), которой объяснил причины вырожденности генетического кода, тем что различные виды молекул т-РНК, несущие антикодоны к соответствующим кодонам на и-РНК, могут узнавать два или более различных кодона в зависимости от того какой нуклеотид находится первым в антикодоне . В клетках присутствуют химически различные виды т-РНК, специфичные по отношению к одной и той же аминокислоте, называемыеизоакцепторные т-РНК, которые способны распознавать и соединяться с различными кодонами. Например: изоакцепторнаяаргининовая т-РНК1 соответствует кодону ЦГГ, а изоакцепторнаяаргининовая т-РНК11-ЦГУ, ЦГЦ, ЦГА.
7.Специфичность (недвусмысленность) - каждый кодон кодирует только одну определенную аминокислоту;
8.Универсальность - генетический код, за некоторыми исключениями, одинаков у всех живых организмов, значит смысл любого триплета один и тот же, и кодирует только одну определенную аминокислоту.
Трансляция - процесс матричного синтеза полипептидной цепочки (белка). Он происходит в цитоплазме при участии рибосом, р-РНК т-РНК, и-РНК, аминокислот и ферментов, гдеособую роль выполняют аминоацил-т-РНК-синтетаза,связывающая аминокислоту с соответствующей ей т- РНК, и пептидил-трансфераза, связывающая аминокислоты в полипептидную цепь. В трансляции участвуют не свободные аминокислоты, а активированные амино-ацил-т-РНК(аа-т- РНК).Для каждой из 20 аминокислот существует своя специфическая форма т-РНК, т.е. каждая аминокислота связана с акцепторной петлей «своей» т-РНК(аа-т-РНК Мет) и другие.
Рибосомы состоят из двух субъединиц (большой и малой) у прокариот 30S и 50 S,
40S и 60Sу эукариот. Малая субъединица содержит М-центр связывания и-РНК, П-пептидильный центр и А-аминокислотный центр. На контактирующей поверхности большой субъединицы расположены П- и А- центры, а также ПТФ-пептидилтрансферазный центр. Трансляция состоит из этапов: инициации, элонгации и терминации.
Инициация - происходит связывание и-РНК 51 конца с малой субъединицей рибосомы в М-центре. При этом инициирующий кодон (АУГ) оказывается на уровне П- центра рибосомы. Затем за счет комплементарного взаимодействия инициирующей аа-т-РНК Мет связывается с П-центром большой субъединицы. В результате образуется комплекс и-РНК-рибосома, который обеспечивает правильное пространственное расположение всех участников трансляции.
Элонгация - процесс наращивания аминокислотной цепочки. Состоит из ряда чередующихся процессов распознавания т- РНК кодона на и-РНК, образования пептидной связи и продвижения рибосомы. Это происходит путем комплементарного взаимодействия антикодона на аа-т-РНК и кодона на и-РНК. Каждая аа-т-РНК представляет собой полинуклеотидную цепочку изогнутую в виде клеверного трилистника. На одном конце находится антикодон - три нуклеотида, комплементарные кодону и-РНК, на другом конце аа- т-РНК несет определенную аминокислоту, которую помещает в свободный А-центр, где узнается кодоном и-РНК по принципу комплементарности. Таким образом, в рибосоме оказываются заняты А и П-центры аа-тРНК, причем их акцепторные петли связанные с аминокислотами располагаются в каталитическом (ПТФ) -центре, где пептидил-трансфераза связывает аминокислоты в полипептидную цепь. Для продолжения биосинтеза необходимо освобождение А-центра, для того чтобы в него проникла следующая аа-т-РНК с аминокислотой, рибосома делает шаг по иРНК еще на один триплет –транслокация, которая осуществляется в три этапа : 1) освобождение т-РНК Мет из центра Р; 2)продвижение т-РНК-дипептида из А в П-центр; 3) продвижение и-РНК вдоль рибосомы в направлении 51 –31 на один кодон. . В результате происходит наращивание цепочки аминокислот.
Терминация - окончание трансляции - рибосома доходит до одного из трех бессмысленных кодонов УАА,УГА,УАГ (терминатора) и делает холостой ход, цепочка аминокислот прерывается и освобождается от последней т-РНК. Комплекс рибосома-и-РНК распадается. Образовавшаяся полипептидная цепь затем поступает в каналы ЭПС, где приобретает нативную конфигурацию (вторичную, третичную или четвертичную структуру)-фолдинг белка.
Трансляция сложный биокалитический процесс, который нуждается в энергии ферментов-факторах инициации, элонгации и терминации. Таким образом, биосинтез белка происходит в два этапа транскрипции и трансляции. При этом трансляция одной и-РНК происходит с участием нескольких рибосом, образующих структуры, названные полисомами. Скорость биосинтеза белка уэукариот - примерно 5 аминокислот в 1 сек при t = 37° С.
Медицинское значение трансляции. Синтез белков происходит в организме непрерывно на протяжении всей жизни, но наиболее интенсивно совершается в период внутриутробного развития, в детском и юношеском возрасте.
Различают следующие виды синтеза белка в зависимости от его назначения:
регенерационный, связанный с процессами физиологической и репаративной регенерации;
синтез роста, сопровождающийся увеличением массы и размеров тела;
стабилизирующий, связанный с возмещением структурных белков, утраченных в процессе диссимиляции, способствующий поддержанию структурной целостности организма;
функциональный, связанный со специфической деятельностью различных органов (синтез гемоглобина, белков плазмы крови, антител, гормонов и ферментов).
Причинами нарушения синтеза белка являются:
отсутствие достаточного количества аминокислот;
дефицит энергии в клетках;
расстройства нейроэндокринной регуляции;
нарушение процессов транскрипции или трансляции информации о структуре того или иного белка, закодированной в геноме клетки.
Наиболее частой причиной нарушения синтеза белка является недостаток аминокислот в организме вследствие:
1) расстройств пищеварения и всасывания;
2) пониженного содержания белка в пище;
3) питания неполноценными белками, в которых отсутствуют или имеются в незначительном количестве незаменимые аминокислоты, не синтезирующиеся в организме.
Нарушение биосинтеза белка
Триптофан При длительном исключении из пищевого рациона у крыс развивается васкуляризация роговицы и катаракта. У детей ограничение триптофана в пище сопровождается снижением концентрации плазменных белков
Лизин - отсутствие в пище сопровождается у людей появлением тошноты, головокружения, головной боли и повышенной чувствительности к шуму
Аргинин - отсутствие в пище может привести к угнетению сперматогенеза
Гистидин - недостаток его сопровождается снижением концентрации гемоглобина
Валин - недостаток его ведет к задержке роста, потере массы, развитию кератозов
Сахарный диабет - снижается белок– синтезирующая активность рибосом, что, связано с нарушениями процесса инициации
Талассемия - установлено, что некоторые виды наследственных анемий человека – талассемии – характеризуются нарушением процесса трансляции β–мРНК или нехваткой белковых факторов трансляции
Дифтерия - острое инфекционное заболевание, характеризуется местным поражением слизистых оболочек верхних дыхательных путей, СС и нервной систем. Палочка Лефлера опасна токсином, т. к. при попадании в ткани вызывает нарушение биосинтеза белка. Происходит прикрепление мРНК к рибосоме.
| |
Скачать 23.59 Kb.