Біосинтез білків, Student Guru
Ген та його роль у біосинтезі.
Білки є найважливішими компонентами живого не тільки тому, що складають велику за масою частину клітини, але й тому, що забезпечують її функціональну активність та унікальність. Кожна клітина має набір своїх специфічних білків, які характерні для цієї клітини. Він відрізняється як від набору білків клітин інших організмів, і від набору білків, властивих клітин інших тканин даного організму, т.к. у кожній клітині здійснюється синтез специфічних саме для неї білків. Інформація про те, які білки повинні синтезуватися в клітинах даного організму, зберігається в ядрі, записана ця інформація у вигляді послідовності нуклеотидів в ДНК. Частина молекули ДНК (ділянка ДНК), послідовність нуклеотидів, що визначає послідовність амінокислот у даному білку, називаєтьсягеном. У молекулі ДНК залежно від еволюційного шляху, який пройшов цей організм, може бути від сотень до десятків тисяч генів.
Розглянемо, як послідовність нуклеотидів може визначати послідовність амінокислот. Відомо, що молекула ДНК складається з чотирьох видів нуклеотидів, таким чином, інформацію в ДНК можна записати чотирма літерами (А, Г, Т, Ц). Для кодування однієї амінокислоти, як показує простий математичний розрахунок, потрібно більше одного нуклеотиду, оскільки в білках виявляється 20 різних амінокислот. Т.к. з 4 нуклеотидів можна зробити тільки 16 різних поєднань по два нуклеотиди (4 2 = 16), що менше 20, то послідовність, що кодує амінокислоту, повинна складатися більш, ніж з двох літер. Якщо ж записувати «слово», що кодує, поєднанням з трьох букв (нуклеотидів), то в цьому випадку число різних варіантів вже становить 64 (4 3 =64), що явно більше 20. Таким чином, комбінації з трьох нуклеотидів (триплетний код) буде достатньо закодувати 20 амінокислот. Набір поєднань з трьох нуклеотидів, що кодують певні амінокислоти, називаютькодом ДНК або інакшегенетичним кодом.
Нині код ДНК повністю розшифровано, тобто. відомо, які саме триплетні поєднання нуклеотидів кодують 20 амінокислот, що входять до складу білка. Використовуючи комбінацію, що складається з трьох нуклеотидів, можна створити істотно більшу кількість «слів», що кодують, ніж необхідно для кодування 20 амінокислот. Виявляється, кожна амінокислота кодується більш, ніж одним триплетом, тобто.генетичний код є виродженим (надлишковим). Приміром, амінокислота фенилаланин може кодуватися як послідовністю УУУ (код иРНК), а й послідовністю УУЦ. Існує лише дві амінокислоти (триптофан та метіонін), які кодуються одним триплетом. Слід зазначити, що значення слова «вироджений» значить «неточний», т.к. один триплет не може кодувати дві різні амінокислоти. Таким чином, генетичний кододнозначний.
Послідовність трибуквенних кодових слів визначає послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі.
Істотною особливістю генетичного коду є те, що в ньому відсутні сигнали, що відокремлюють одне кодуючий «слово» (його називаютькодоном ) від іншого. Тому початок зчитування інформації має знаходитись у правильному місці молекули ДНК (РНК) і послідовно продовжуватися від одного кодону до іншого. В іншому випадку послідовність нуклеотидів виявиться зміненою у всіх кодонах. Це підтверджується появою мутацій, причина яких у випаданні з послідовності(делеція ), або, навпаки, вбудовуванні в неї (вставка ) одного або двох нуклеотидів. При таких мутаціях через зсув рамки зчитування синтезується дефектний білок. Інший випадок, якщо відбувається випадання чи вставка трьох нуклеотидів. На основі такого гена синтезується білок, який відрізняється від нормального лише відсутністю однієї амінокислоти (делеція 3 нуклеотидів) або появою додаткової амінокислоти (вставка 3 нуклеотидів).
Ще однією особливістю генетичного коду є те, що три триплети (УАА, УАГ та УГА) кодують не амінокислоти, а своєрідні «розділові знаки». Вони виконують рольстоп-сигналів, що сигналізують про закінчення синтезу поліпептидного ланцюга.Генетичний код універсальний, тобто. триплети, які кодують однакові амінокислоти, однакові всім живих організмів. Один і той же кодон кодує певну амінокислоту і в людини, і у вірусу, і рослини. Отже, генетична мова однакова всім видів.
Універсальність генетичного коду свідчить про те, що він виник у процесі генетичної еволюції майже у тому вигляді, в якому існує й сьогодні. Виродженість коду відноситься тільки до третьої основи кодону: серин, наприклад, кодується триплет УЦУ, УЦЦ, УЦА і УЦГ. Таким чином, кодування певної амінокислоти визначається головним чином двома першими літерами. З цього можна зробити припущення, що спочатку генетичний код був дуплетним і містив інформацію тільки про 16 (а, можливо, і менше) амінокислот.
Реакція матричного синтезу.
Реакції матричного синтезу є реакції, які йдуть з використанням матриці. Матриця є готовою структурою, відповідно до якої відбувається синтез нової структури. Для синтезу білковихмолекул необхідно здійснення реакцій двох типів:транскрипції, яка необхідна для перенесення генетичної інформації з ядра в цитоплазму, татрансляції. Крім того, до реакцій матричного синтезу відноситься реакція самоподвоєння ДНК (реплікація ). При синтезі ДНК і синтезі іРНК як матриця використовується один з ланцюгів ДНК, на якій відбувається утворення комплементарного їй ланцюга. Таким чином, в результаті реакцій матричного синтезу утворюються структури, побудовані за певним планом. Реакції матричного синтезу зустрічаються тільки в живій природі, в результаті яких відбувається передача інформації від одного покоління живих організмів, до іншого (реплікація), а також синтез молекул білків відповідно до інформації, яка «записана» в генетичному матеріалі.