Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 10 клас>> Біологія: Пластичний обмін. Біосинтез білків.

Пластичний обмін. Біосинтез білків.

Пригадайте

Що таке пластичний обмін?

Яка будова білків?

Що таке замінні й незамінні амінокислоти, повноцінні й неповноцінні білки?

Яка будова нуклеїнових кислот та рибосом?

Що таке ген?

Як вам уже відомо, пластичним обміном називають сукупність реакцій біохімічного синтезу. Внаслідок цих реакцій зі сполук, які надходять у клітину, утворюються потрібні для неї речовини. Основні процеси пластичного обміну - це біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез та хемосинтез.

Що таке біосинтез білків?

Розрізняють амінокислоти замінні та незамінні. Перші з них можуть синтезуватись в організмі людини і тварин, другі -надходять лише з їжею. Білки їжі перетравлюються в органах травної системи, а потім надходять до клітин, де і синтезуються певні білки. Для синтезу замінних амінокислот тварини і гриби використовують нітро-генвмісні сполуки. Рослини здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, використовуючи для цього сполуки нітрогену. Серед мікроорганізмів одні здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, а інші -лише деякі з них. Синтез кожної з 20 основних амінокислот - складний багатоступеневий процес, який каталізується багатьма ферментами.

Ви вже знаєте, що в живих організмах утворюється багато різноманітних білків. Інформація про структуру кожного з них має зберігатись у клітинах.

Схема біосинтезу білка

Як у клітині зберігається спадкова інформація про будову білків? Єдину для всіх живих організмів систему збереження спадкової інформації названо генетичним кодом. Це певна послідовність нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот, яка визначає порядок введення амінокислотних залишків у поліпептидний ланцюг під час його синтезу.

Вчені виявили, що кожна амінокислота в по-ліпептидному ланцюзі кодується певною послідовністю з трьох нуклеотидів, так званим триплетом. Чотири різні нуклеотиди ДНК або РНК можуть утворювати 64 комбінації (4³ = 64), тобто 64 різні триплети.

Існує лише 20 основних амінокислот.

Тому одна амінокислота може кодуватись кількома різними триплетами (див. таблицю). Це має важливе біологічне значення, оскільки підвищує надійність генетичного коду, тобто випадкова заміна залишку однієї нітратної основи в певному триплеті на інший не завжди супроводжуватиметься змінами у первинній структурі білка.

Генетичний код

Примітка. За допомогою цієї таблиці можна визначити, яку саме амінокислоту кодує певний триплет. Перший нуклеотид у триплеті беруть із лівого вертикального стовпчика, другий - з верхнього горизонтального і третій - з правого вертикального. В місці перетину ліній знаходиться інформація про амінокислоту, яку слід визначити. Зазначимо, що в таблиці наведено триплети іРНК, а не ДНК.

Встановлено, що більшість основних амінокислот (18 із 20) кодуються кількома триплетами (від двох до шести) і тільки дві з них (триптофан і метіонін) -одним.

Ще однією властивістю генетичного коду є те, що кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту. Генетичний код є універсальним, тобто єдиним для всіх організмів: від бактерій до людини.

Як ви пам'ятаєте, ген - це певна послідовність нуклеотидів у молекулі нуклеїнової кислоти. З'ясовано, що між генами існують ділянки (певні послідовності нуклеотидів), які не несуть спадкової інформації, а лише відокремлюють одні гени від інших. Вони виконують функції своєрідних «розділових знаків». У генетичному коді є також три триплети (УАА, УАГ, УГА), кожний з яких дає сигнал про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, а триплет АУГ визначає початок цього процесу.

Механізм біосинтезу білків з'ясовано в 50-ті роки XX століття. В цьому процесі виділяють кілька етапів.

Як відбувається біосинтез білків?

Перший етап біосинтезу білків - транскрипція (від лат. транскриптіо - переписування) - пов'язаний з синтезом молекули іРНК. При цьому особливий фермент роз'єднує подвійну спіраль ДНК і на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується молекула іРНК. Потім молекула іРНК з ядра надходить у цитоплазму клітини до рибосом.

Спочатку утворюється молекула-попередник іРНК (про-іРНК). Після цього за допомогою спеціальних ферментів з молекули про-іРНК видаляються ділянки, які не несуть генетичної інформації, і вона перетворюється на активну форму іРНК.

Етапи біосинтезу білка

На наступному етапі процесу біосинтезу білків, який названо трансляція (від лат. транслятіо — передача), послідовність нуклеотидів у молекулі ІРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.

Розглянемо цей процес детальніше. Спочатку кожна з 20 амінокислот у цитоплазмі приєднується до певної молекули тРНК. У свою чергу, ІРНК зв'язується з рибосомою, а згодом - і з амінокислотним залишком, приєднаним до певної молекули тРНК. Так виникає ініціативний комплекс, який складається з триплету ІРНК, рибосоми і певної молекули тРНК. Цей комплекс сигналізує про початок синтезу молекули білка.

На подальших етапах біосинтезу білків поліпептид -ний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно зв'язуються між собою за допомогою пептидних зв'язків.

Як визначається порядок надходження тРНК до рибосоми?

На верхівці кожної молекули тРНК розташований триплет нуклеотидів (так званий антикодон). Він має утворювати комплементарну пару з відповідним триплетом ІРНК (кодоном) (мал. 80).

Мал. 80. Механізм роботи рибосоми

Під час синтезу білкової молекули рибосома насувається на ниткоподібну молекулу ІРНК таким чином, що іРНК опиняється між двома її субодини-цями. Рибосома наче «ковзає» зліва направо по молекулі іРНК і збирає молекулу білка. Кожен крок рибосоми дорівнює одному триплету. Коли рибосома дещо просунеться вперед по молекулі іРНК, на її місце надходить друга, а згодом - третя, четверта тощо і біосинтез нових білкових молекул триває далі. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розташовані на молекулі іРНК, зумовлена довжиною останньої.

Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає ІРНК. Згодом вона розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу молекулу ІРНК. Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини (мал. 81).

Мал. 81. Схема надходження в канал (1) ендоплазматичної сітки синтезованого білка (2)

На заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної просторової структури. За участю відповідних ферментів від нього відщеплюються зайві амінокислотні залишки, вводяться небілкові фосфатні, карбоксильні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди тощо. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активною.

Процеси синтезу білкових молекул потребують затрат енергії, яка вивільняється при розщепленні молекул АТФ.

Контрольні запитання

1. Яка роль ДНК у біосинтезі білків?
2. Що таке генетичний код і які його властивості?
3. Які основні етапи процесу біосинтезу білків?
4. Яку роль відіграють рибосоми в процесі біосинтезу білків?
5. Що таке транскрипція і трансляція?
6. Яке біологічне значення того факту, що більшість амінокислот, які входять до складу білків, закодовані не одним, а декількома триплетами?

Поміркуйте

Чому процеси синтезу білкових молекул на молекулі ІРНК належать до реакцій матричного синтезу?

Яке біологічне значення того, що на молекулі ІРНК одночасно знаходиться не одна, а кілька (іноді до 20) рибосом?

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

_{Плани уроків з біології, підручники та книги шкільної програми онлайн, біологія 10 клас}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.