1. Генетичний код
Генетичний код — це система запису генетичної інформації про послідовність розташування амінокислот у білках у вигляді послідовності нуклеотидів у ДНК або РНК.
Кожній амінокислоті білка відповідає послідовність з трьох розташованих один за одним нуклеотидів ДНК — триплет .
Кожен триплет нуклеотидів кодує певну амінокислоту, яка буде вбудована у поліпептидний ланцюг.
Як відомо, до складу ДНК можуть входити чотири нітрогеновмісних основи: аденін ( А ), гуанін ( Г ), тимін ( Т ) і цитозин ( Ц ). Число сполучень з \(4\) по \(3\) складає 4 3 = 64 , тобто ДНК може кодувати \(64\) амінокислоти. Проте кодується тільки \(20\) амінокислот.
Виявилося, що багатьом амінокислотам відповідає не один, а декілька кодонів. Передбачається, що така властивість генетичного коду (виродженність) підвищує надійність зберігання і передачі генетичної інформації під час ділення клітин.
амінокислоті аланіну відповідає \(4\) триплета — ЦДА, ЦГГ, ЦГТ і ЦГЦ. Звідси випливає, що випадкова помилка у третьому нуклеотиді кодону не зможе привести до змін у структурі білка — у будь-якому випадку це буде кодон аланіну.
На даний час складена карта генетичного коду , тобто відомо, які триплети у ДНК відповідають тій чи іншій з \(20\) амінокислот, що входять до складу білків.
Перший нуклеотид у триплеті береться з лівого вертикального рядка, другий — з верхнього горизонтального рядка, а третій — з правого вертикального. Там, де будуть перетинатися лінії, що ідуть від усіх трьох нуклеотидів, і буде назва потрібної амінокислоти.
Оскільки у молекулі ДНК містяться сотні генів, то до її складу обов’язково входять триплети — стоп-кодони , які є «знаками пунктуації» і позначають початок або кінець того чи іншого гена.
1. Код складається з триплетів. Одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами.
2. Код є універсальним. Усі живі організми (від бактерії до людини) використовують єдиний генетичний код.
3. Код є виродженим. Одна амінокислота кодується більш, ніж одним кодоном.
4. Код є однозначним. Кожен триплет відповідає тільки одній амінокислоті.
5. Код не перекривається. Один нуклеотид не може входити до складу декількох кодонів у ланцюгу РНК.
Послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК визначає її специфічність, а також специфічність білків організму, які кодуються цією послідовністю. Ці послідовності індивідуальні і для кожного виду організмів, і для окремих особин виду.
§ 22. Біосинтез білків
Пригадайте будову білків. Які амінокислоти належать до замінних, а які – до незамінних? Яка будова ендоплазматичної сітки та рибосом? Яка будова нуклеїнових кислот? Які є типи молекул РНК? Що таке ген? Яка функція рибосом та зернистої ендоплазматичної сітки?
Як ви пам’ятаєте, генетичний код у клітині реалізується шляхом біосинтезу білкових молекул. Важлива роль у цих процесах належить різним типам молекул РНК: мРНК, рРНК та тРНК. Майже всі живі організми здатні синтезувати нуклеотиди у результаті послідовних ферментативних реакцій. Попередниками нуклеотидів, які входять до складу нуклеїнових кислот, є амінокислоти.
Запам’ятаємо: синтез білкової молекули – це кінцева ланка процесу реалізації спадкової інформації.
Процеси переписування спадкової інформації з молекули ДНК на молекулу мРНК називають транскрипцією (від лат. транскриптіо – переписування).
Цікаво знати
Під час транскрипції на гені синтезується попередник мРНК (про-мРНК) – молекула, яка містить ділянки, що відповідають як екзонам, так й інтронам білкового гена. Потім інтрони вирізаються і кінці сусідніх екзонів зшиваються. Цей процес своєрідного «дозрівання» молекули мРНК називають сплайсингом (від англ. сплайс – склеювати кінці будь-чого) (мал. 109). Після завершення цього процесу утворюється зріла молекула мРНК без інтронів, яка з ядра надходить у цитоплазму клітини. Така молекула переносить спадкову інформацію від ДНК до місця синтезу білкової молекули – рибосоми. Там молекула мРНК виконує функцію матриці (звідки й походить її назва).
Які процеси відбуваються під час біосинтезу білкових молекул? Пригадайте: замінні амінокислоти можуть синтезуватись в організмі людини і тварин, незамінні – надходять до них лише з їжею. Білки їжі перетравлюються в органах травної системи, ці процеси завершуються в клітинах. Саме в клітинах з амінокислот синтезуються білки, властиві даному організмові. Рослини та деякі мікроорганізми здатні самі синтезувати всі необхідні їм амінокислоти.
Механізм біосинтезу білків з’ясовано у 50-ті роки XX ст. Як і біосинтез нуклеїнових кислот, він відбувається за принципом матричних реакцій. Утворення кожної з 20 стандартних (основних) амінокислот – складний багатоступеневий процес, який каталізує багато ферментів.
Початковий етап біосинтезу білкової молекули пов’язаний із синтезом молекули мРНК на молекулі ДНК (див. мал. 106). Особливий фермент роз’єднує подвійну спіраль ДНК, і на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується молекула мРНК. Цей фермент забезпечує приєднання комплементарних нуклеотидів до ланцюга РНК, що синтезується. При цьому напроти нуклеотидів з аденіном у складі матричного ланцюга ДНК в РНК включаються нуклеотиди з урацилом.
Наступні етапи біосинтезу білків мають назву трансляція (від лат. трансляціо – передача). Послідовність нуклеотидів у молекулі мРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується. Так розшифровується інформація, записана в послідовності нуклеотидів мРНК.
Отже, молекули мРНК синтезуються лише на одному з ланцюгів молекули ДНК. При цьому послідовність нуклеотидів молекули мРНК комплементарна послідовності нуклеотитів ланцюга ДНК, на якому вона синтезована, і збігається за послідовністю нуклеотидів з іншим ланцюгом, який називають кодуючим, або змістовним:
Спочатку в цитоплазмі кожна з амінокислот, які мають увійти до складу молекули білка, за участі специфічного ферменту ковалентним зв’язком приєднується до певної молекули тРНК (мал. 110; пригадайте будову молекули тРНК). Перебіг цього процесу потребує енергії, що зберігається у вигляді макроергічних зв’язків молекули АТФ.
Трансляція розпочинається з ініціації: мРНК зв’язується з рибосомою, а згодом – і з амінокислотним залишком, приєднаним до певної молекули тРНК. При цьому молекула мРНК опиняється між двома субодиницями рибосоми. Пригадайте: до складу субодиниць рибосом входять молекули білків та рРНК. Структура молекули рРНК визначає будову та функціональну активність цієї органели. Разом з білками вона забезпечує певне просторове розташування молекул мРНК й тРНК під час біосинтезу білкової молекули.
Мал. 109. Структура мРНК до (1) та після (2) процесу сплайсингу
Запам’ятаємо: молекула тРНК приєднує амінокислоту і транспортує її до місця синтезу білкової молекули. У транспорті комплексу молекула «тРНК – амінокислота» беруть участь мікротрубочки та мікронитки цитоплазми.
Мал. 110. Взаємодія молекули тРНК (1) з молекулою мРНК (2). Антикодон (3) молекули тРНК взаємодіє з кодоном (4) молекули мРНК, 5 – амінокислота, яку транспортує молекула тРНК
Спочатку рибосома зв’язується зі стартовим кодоном АУГ у складі мРНК. Такий комплекс готовий до початку синтезу молекули білка. При цьому кодон (певний триплет у складі молекули мРНК) впізнається антикодоном – комплементарним триплетом у складі тРНК (знайдіть їх на мал. 110).
На наступних етапах біосинтезу білка поліпептидний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно зв’язуються між собою за допомогою особливих міцних ковалентних (пептидних) зв’язків. При цьому кожний наступний кодон мРНК упізнається антикодоном молекули тРНК, а рибосома каталізує приєднання амінокислоти, яку несе тРНК, до поліпептидного ланцюга. Далі рибосома здійснює один крок уздовж молекули мРНК (цей крок дорівнює одному триплету) для взаємодії з наступною тРНК.
Основні операції трансляції забезпечує функціональний центр рибосоми. Його розміри відповідають довжині двох триплетів – у ньому водночас перебувають два сусідних кодони мРНК та дві молекули тРНК (мал. 111). В одній частині функціонального центру антикодон тРНК впізнає кодон мРНК, а в іншій – амінокислота звільняється від тРНК. Коли рибосома просувається вперед уздовж молекули мРНК, її місце займає друга, згодом – третя, четверта тощо, і біосинтез нових білкових молекул триває. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розташовані на молекулі мРНК, визначається її довжиною, однак не перевищує 20. Комплекс рибосом, об’єднаних молекулою мРНК, називають полірибосомою (скорочено – полісомою). Таким чином, на одній полісомі водночас синтезується багато молекул певного білка (мал. 112).
Мал. 111. Етапи біосинтезу білків. І. Ініціація: мала субодиниця рибосоми сполучається з мРНК; тРНК з антикодоном УАЦ утворює комплементарну пару з кодоном АУГ молекули мРНК. Велика субодиниця рибосоми сполучається з малою, тРНК опиняється в одній з ділянок функціонального центру рибосоми (1). Інша ділянка залишається вільною. II. Синтез поліпептидного ланцюга. До другої ділянки функціонального центру рибосоми прямує ще одна молекула тРНК з антикодоном ЦАУ (2). Дві молекули тРНК одночасно перебувають у функціональному центрі рибосоми. Перша молекула тРНК залишає функціональний центр рибосоми; амінокислота, яку вона транспортувала, сполучається пептидним зв’язком з амінокислотою, яку транспортувала друга молекула тРНК. Рибосома просувається вперед і друга молекула тРНК опиняється у першій ділянці (4). До другої ділянки підходить третя молекула тРНК (3). Третій триплет приєднується до поліпептидного ланцюга (5). Рибосома залишається на одному з кодонів (УГА), який дає сигнал про припинення біосинтезу. III. Завершення синтезу білкової молекули. Синтезована молекула поліпептидного ланцюга (5) та молекула тРНК (3) звільняються. Велика та мала субодиниці рибосоми роз’єднуються
Мал. 112. Структура та функції полірибосоми. І. Декілька рибосом (1), об’єднані молекулою мРНК (2), утворюють полірибосому (полісому). II. Електронна мікрофотографія полірибосоми
Запам’ятаємо: завдяки об’єднанню окремих рибосом у полісоми за один і той самий проміжок часу синтезується більше молекул білків.
Запам’ятаємо: лише набувши певної просторової структури, молекула білка стає функціонально активною.
Процес синтезу білкової молекули триває доти, доки рибосома не сягне стоп-кодону (пригадайте: таких стоп-кодонів існує три – УАА, УАГ, УГА). Тоді трансляція припиняється: вільна рибосома розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу молекулу мРНК (див. мал. Ill, III). Синтезована молекула білка може надходити в цитоплазму або в порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини.
Цікаво знати
Для підвищення надійності процесу завершення синтезу білкової молекули (термінації) стоп-кодони дублюються. Першим при цьому зазвичай є кодон УАА (основний термінуючий триплет), а за ним на дуже близькій відстані в тій само рамці зчитування розташований один із запасних термінуючих триплетів – УАГ або УГА.
На заключному етапі біосинтезу синтезований білок набуває своєї природної просторової структури. За участі відповідних ферментів відщеплюються зайві амінокислотні залишки, до складу молекули можуть вводитись небілкові складові (фосфатні, карбоксильні та інші групи, вуглеводи, ліпіди тощо) – синтезована молекула білка змінюється для виконання певних функцій.
Процеси синтезу білкових молекул потребують витрат енергії, яка звільняється під час розщеплення молекул АТФ.
Коротко про головне
Біосинтез білків – один з типів процесів пластичного обміну. Синтез кожної з 20 стандартних амінокислот – складний багатоступеневий процес, який каталізується багатьма ферментами.
Перший етап біосинтезу білків – транскрипція: синтез молекули мРНК на молекулі ДНК. Далі відбуваються процеси трансляції: послідовність нуклеотидів у молекулі мРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.
Процеси синтезу припиняються тоді, коли рибосома досягне триплету, який сигналізує про припинення синтезу поліпептидного ланцюга. На заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної просторової структури.
Ключові терміни та поняття: транскрипція, трансляція, кодуючий (змістовний) ланцюг ДНК, кодон, антикодон, функціональний центр рибосоми, полірибосома (полісома).
Перевірте здобуті знання
1. Яка роль молекул ДНК у біосинтезі білків? 2. Які основні етапи процесу біосинтезу білків? 3. Яку роль відіграють рибосоми в процесі біосинтезу білків? 4. Як генетична інформація, закодована в молекулі ДНК, реалізується під час синтезу білкової молекули? 5. Яке біологічне значення того, що на молекулі мРНК одночасно перебуває не одна, а декілька (до 20) рибосом?
Гени кодують структуру білкових молекул або молекул РНК. Як вони визначають перебіг синтезу інших молекул: вуглеводів, ліпідів тощо?
ПРАКТИЧНА РОБОТА 2
Розв’язування елементарних вправ з реплікації, транскрипції та трансляції
Мета: навчитися розв’язувати елементарні вправи з молекулярної біології.
Вправа 1. Один з ланцюгів молекули ДНК складається з таких залишків нуклеотидів:
Визначте послідовність нуклеотидів у дочірньому ланцюзі цієї молекули, синтезованому у процесі реплікації.
Розв’язок: За принципом комплементарності встановлюємо послідовність нуклеотидів у дочірньому ланцюзі молекули ДНК, який був синтезований на материнському ланцюзі:
Материнський ланцюг: ТАЦ ГАА ЦГЦ АТГ ЦГА ТЦЦ
Дочірній ланцюг: АТГ ЦТТ ГЦГ ТАЦ ГЦТ АГГ
Вправа 2. До складу материнського ланцюга молекули ДНК входять нуклеотиди в такому співвідношенні: А – 22 %, Т – 33 %, Ц – 21 % та Г – 24 %. Встановіть відсотковий склад нуклеотидів дочірнього ланцюга молекули ДНК, який був синтезований на материнському ланцюзі в процесі реплікації. Який відсотковий склад нуклеотидів усієї такої молекули ДНК?
Розв’зок: За принципом комплементарності встановлюємо відсотковий склад нуклеотидів дочірнього ланцюга молекули ДНК:
Материнський ланцюг: А – 22 %, Т – 32 %, Ц – 22 %, Г – 24 %.
Дочірній ланцюг: Т – 22 %, А – 32 %, Г – 22 %, Ц – 24 %.
Вміст нуклеотидів усієї молекули ДНК: А – 27 % (22 + 32/2), Т – 27 %, Ц – 23 %, Г – 23 %.
Вправа 3. До складу дочірнього ланцюга молекули ДНК, який був синтезований на материнському ланцюзі у процесі реплікації, входить 32 % нуклеотидів з аденіном. Визначте кількість нуклеотидів з гуаніном.
Вправа 4. Материнський ланцюг молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів: АТГ ЦЦГ ТАГ ГЦТ. Скільки водневих зв’язків виникає між ними та комплементарними нуклеотидами дочірнього ланцюга цієї молекули, синтезованого в процесі реплікації?
Вправа 5. Один з ланцюгів молекули ДНК становить собою таку послідовність нуклеотидів: ТЦГ ГАА АЦГ ТАА ЦАГ ГТА ЦАТ ТАТ.
У який послідовності до функціонального центру рибосоми, яка пов’язана з молекулою мРНК, синтезованою на цьому ланцюзі, будуть підходити молекули тРНК, що транспортують амінокислоти?
Розв’язок. За принципом комплементарності встановлюємо послідовність молекули мРНК, яка була синтезована на зазначеній ділянці ланцюга ДНК:
АГЦ ЦУУ УГЦ АУУ ГУЦ ЦАУ ГУА АУА
Отже, послідовність молекул тРНК, які підходитимуть до функціонального центру рибосоми, буде такою: тРНК з антикодоном УЦГ, тРНК з антикодоном ГАА, тРНК з антикодоном АЦГ, тРНК з антикодоном УАА, тРНК з антикодоном ЦАГ, тРНК з антикодоном ГУЦ, тРНК з антикодоном ЦАУ, тРНК з антикодоном УАУ.
Вправа 6. Ділянка молекули ДНК має такий вигляд:
Який з двох ланцюгів цієї молекули ДНК кодує поліпептид, що складається з таких амінокислотних залишків: ізолейцин – валін – аргінін – валін – серин?
Розв’язок. Використовуючи таблицю «Генетичний код», встановлюємо послідовність залишків нуклеотидів молекули мРНК, яка слугувала матрицею для синтезу даного поліпептиду:
Далі визначаємо, який саме ланцюг молекули ДНК кодує дану молекулу мРНК. Це ланцюг, комплементарний тому, на якому вона була синтезована: АТА ГТЦ ЦГА ГТА ТЦЦ.
*Вправа 7. Ланцюг молекули ДНК до порушення складався з такої послідовності залишків нуклеотидів:
Після змін він набув вигляду:
1. Порівнявши структуру молекули ДНК до та після пошкодження, знайдіть змінений триплет.
2. Визначте будову поліпептидів, які кодував ланцюг ДНК до та після пошкодження.
Розв’язок. 1. У четвертому нуклеотиді відбулася заміна нуклеотиду з азотистою основою Г на нуклеотид з азотистою основою Т.
2. Для того щоб визначити, з якої послідовності амінокислотних залишків складався поліпептид, який кодувала дана ділянка молекули ДНК до порушення, визначаємо послідовність залишків нуклеотидів молекули мРНК, синтезованої на даному ланцюзі молекули ДНК:
Використовуючи таблицю «Генетичний код», встановлюємо послідовність амінокислотних залишків у молекулі синтезованого поліпептиду: фенілаланін – лейцин – треонін – валін – треонін.
Після мутації послідовність залишків нуклеотидів у молекулі мРНК стане такою:
Використовуючи таблицю «Генетичний код», встановлюємо послідовність амінокислотних залишків у молекулі поліпептиду, синтезованого після порушення: фенілаланін – лейцин – треонін – валін – треонін.
Порівнюючи амінокислотний склад поліпептидів, синтезованих до та після порушень, робимо висновок, що він не змінився. Це стало можливим тому, що генетичний код вироджений – 18 з 20 основних амінокислот кодуються декількома триплетами. Таким чином, заміна одного із залишків нуклеотидів у складі певного триплету не завжди приводить до заміни амінокислоти у складі молекули синтезованого поліпептиду.
Вправа 8. Скільки амінокислот кодує молекула мРНК, якщо вона синтезована на ділянці молекули ДНК, що складається з таких нуклеотидів: ААГТЦАГЦАЦТЦЦАААТТ?
Вправа 9. Якою послідовністю нуклеотидів молекули мРНК кодується ділянка молекули білка, якщо він має таку будову: СЕРИН – ГЛІЦИН – АСПАРАГІН – ЦИСТЕЇН – СЕРИН – ЛІЗИН – ВАЛІН – АРГІНІН?
Вправа 10. Якою послідовністю нуклеотидів молекули ДНК кодується ділянка молекули білка, якщо він має таку будову: ЛІЗИН – ГЛІЦИН – ЦИСТЕЇН – ГЛУТАМІН – АСПАРАГІН – ТРЕОНІН?
Вправа 11. Яка послідовність амінокислот кодується такою послідовністю нуклеотидів ДНК: АГЦАТТЦЦАГТЦТГЦАТГ? Якою стане послідовність амінокислот, якщо через порушення із цієї молекули випаде перший нуклеотид?
Вправа 12. Яка послідовність амінокислот кодується такою послідовністю нуклеотидів мРНК: ГЦУГЦАУАААЦЦУГАЦАГЦУА? Якою стане послідовність амінокислот, якщо через порушення із цієї молекули випаде другий нуклеотид?
Вправа 13. Залишки нуклеотидів одного з ланцюгів молекули ДНК мають таку послідовність:
ТАЦ ГАЦ АЦГ ГЦГ АТТ ТАЦ АГГ ЦГГ ТЦГ АЦТ.
Яку кількість молекул амінокислот вона кодує?
Вправа 14. Послідовність амінокислотних залишків молекули поліпептиду така: АСПАРАГІН – ІЗОЛЕЙЦИН – ПРОЛІН – ТРЕОНІН – ВАЛІН – ЦИСТЕЇН. Враховуючи, що більшість основних амінокислот кодуються кількома триплетами, визначте можливі варіанти послідовності залишків нуклеотидів, які можуть кодувати цей поліпептид.
§ 26. ГЕНЕТИЧНИЙ КОД. БІОСИНТЕЗ БІЛКА
Пригадайте! Що таке ДНК, РНК і білки? Що таке транскрипція?
Код (від лат. codex – звіт законів) – система умовних знаків для передачі, обробки та збереження інформації. Наприклад, у інтернаціональному телеграфному коді кожній літері чи цифрі відповідає певна комбінація тривалості імпульсів струму, а на письмі – крапок й тире. На сьогодні в суспільстві використовуються штрихкод, двійковий код, QR-код, PLU-код та ін. А що і як шифрується за допомогою генетичного коду?
Які особливості генетичного коду?
ГЕНЕТИЧНИЙ КОД – система запису спадкової інформації про амінокислотний склад білків у молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовностей нуклеотидів. Ця послідовність визначає порядок розташування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі під час його синтезу.
Властивості генетичного коду
Основними властивостями генетичного коду є:
• триплетність – кожна амінокислота кодується послідовністю з 3 нуклеотидів – триплетом;
• однозначність, або специфічність, – кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту;
• надмірність, або виродженість, – одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів (наприклад, лейцин кодується 6 триплетами), що підвищує надійність генетичного коду;
• безперервність – межі між триплетами не позначено, триплети йдуть один за одним. Проте слід мати на увазі, що між генами існують ділянки, які не несуть генетичної інформації (спейсери), і лише відокремлюють одні гени від інших. Окрім того, на початку гена розташовується старт-кодон (у ДНК – триплет ТАЦ, у РНК – АУГ), у кінці генів – один із трьох стоп-кодонів (у ДНК – АТТ, АТЦ, АЦТ, у РНК – УАА, УАГ, УГА). Старт-кодон – це триплет, що кодує амінокислоту метіонін (Мет*) і розпочинає утворення білка в процесі трансляції. Стоп-кодони (нонсенс-кодони) – це кодони, що сигналізують про завершення трансляції поліпептидного ланцюга;
• колінеарність – лінійній послідовності нуклеотидів відповідає лінійна послідовність амінокислот;
• універсальність – генетичний код єдиний для всіх організмів, які існують на Землі.
Отже, генетичний код є системою нуклеотидів для збереження інформації про амінокислоти білків чи рибонуклеотиди РНК.
Як відбувається біосинтез білків у живій клітині?
БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ – сукупність процесів утворення молекул білків з амінокислот на основі інформації генів ДНК. Біосинтез білків є дуже складним процесом, потребує значних затрат енергії і відбувається за участі багатьох ферментів. Основними етапами біосинтезу білків є транскрипція й трансляція (іл. 66).
Іл. 66. Загальна схема біосинтезу білка
Транскрипція – переписування інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на молекулу попередника іРНК (про-іРНК), що здійснюється в цитоплазмі (у прокаріотів) або в ядрі (в еукаріотів). Під час утворення про-іРНК одночасно відбувається її дозрівання (процесинг іРНК). Воно полягає в наданні РНК стабільності, захисті від ферментів, можливості переміщення з ядра та участі у трансляції. Зріла іРНК крізь ядерні пори надходить у цитоплазму (експорт іРНК).
Трансляція (лат. translatio — перенесення) – сукупність процесів перетворення спадкової інформації іРНК у білок первинної структури (іл. 67). Трансляція відбувається на рибосомах. З однією молекулою іРНК можуть водночас зв’язуватися кілька рибосом з утворенням полірибосоми (полісоми).
Іл. 67. Схема трансляції молекули білка: 1 – рибосома; 2 – іРНК; 3 – тРНК; 4 – амінокислоти
Необхідні для біосинтезу білків амінокислоти доставляються до рибосом молекулами тРНК. Процес поєднання тРНК з активованими амінокислотами називається активацією амінокислот. Багато амінокислот кодуються декількома триплетами, тому кількість видів тРНК дорівнює 61.
Трансляція починається із взаємодії субодиниць рибосом з іРНК та першою тРНК, антикодон якої відповідає старт-кодону іРНК – АУГ. Цей кодон визначає для рибосоми початок зчитування інформації з іРНК. Коли перша тРНК зв’язується з іРНК, рибосома робить крок, і в її функціональному центрі опиняються два триплети. На одному із них відбувається розпізнавання наступної тРНК, а на іншому – звільнення амінокислоти від попередньої тРНК та її приєднання до ланцюга майбутньої молекули білка. Далі рибосома пересувається по іРНК рівно на один триплет, що забезпечує нарощування поліпептидного ланцюга. Це переміщення відбувається доти, поки рибосома не наштовхнеться на один із стоп-кодонів у іРНК, що сигналізує про завершення трансляції.
Після відділення від рибосом починається дозрівання білків. До них приєднуються різні хімічні групи, відщеплюються невеликі фрагменти, вони набувають вторинної, третинної структур та ін. Ці перебудови відбуваються в цитоплазмі, гранулярній ЕПС, комплексі Гольджі й змінюють функціональну активність білків.
Отже, основними етапами біосинтезу білків є транскрипція й трансляція.
Практична робота № 2
РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ВПРАВ ІЗ ТРАНСКРИПЦІЇ ТА ТРАНСЛЯЦІЇ
Мета: формуємо уміння розв’язувати елементарні вправи з молекулярної біології.
Що потрібно пам’ятати для розв’язування вправ
• Довжина нуклеотиду – 0,34 нм
• Відносна молекулярна маса нуклеотиду – 345 а. о. м.
• Відносна молекулярна маса амінокислоти – 100 а. о. м.
Таблиця генетичного коду РНК (у дужках – код ДНК)
Перша основа
Друга основа
Третя основа