Ваш конспект

Биосинтез белка: теория для ЕГЭ

Ключевые тезисы:

• Биосинтез белка — это матричный процесс, состоящий из двух основных этапов: транскрипции (в ядре) и трансляции (в цитоплазме).
• В основе лежат нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки.
• Для решения задач необходимо понимать структуру нуклеиновых кислот, принцип комплементарности и свойства генетического кода.

База: нуклеиновые кислоты и белки

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
Белки — это полимеры, мономерами которых являются аминокислоты (АК).

Строение нуклеотида:

• Пентоза (сахар): в ДНК — дезоксирибоза, в РНК — рибоза.
• Остаток фосфорной кислоты (фосфат).
• Азотистое основание:
  • В ДНК: Аденин (А), Тимин (Т), Гуанин (Г), Цитозин (Ц).
  • В РНК: Аденин (А), Урацил (У), Гуанин (Г), Цитозин (Ц).

Направленность цепи: Нуклеотиды соединяются фосфодиэфирными связями между 3'-углеродом одного и 5'-углеродом другого. Цепь имеет направление 5' → 3'.

ДНК:

• Двуцепочечная, цепи антипараллельны (одна 5'→3', другая 3'→5').
• Цепи соединены водородными связями между комплементарными основаниями: А=Т (2 связи), Г≡Ц (3 связи).

РНК: Одноцепочечная. Типы:

• иРНК (мРНК) — матрица для синтеза белка.
• тРНК — доставляет аминокислоты к рибосоме. Имеет антикодон (три нуклеотида) для узнавания кодона иРНК.
• рРНК — входит в состав рибосом.

Свойства генетического кода

1. Триплетность: Одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (триплетом или кодоном).
2. Вырожденность (избыточность): Одна аминокислота может кодироваться несколькими разными триплетами.
3. Однозначность: Каждый конкретный триплет кодирует только одну аминокислоту.
4. Универсальность: Код одинаков для всех живых организмов на Земле.
5. Непрерывность и неперекрываемость (менее важны для задач): считывание идёт подряд, без пропусков и перекрытий триплетов.

Как пользоваться таблицей генетического кода:

1. Разделить последовательность иРНК на триплеты.
2. Найти первый нуклеотид триплета в левом столбце, второй — в верхней строке.
3. На пересечении найти ячейку с третьим нуклеотидом — там указана аминокислота.

Транскрипция (синтез иРНК на ДНК)

Место: ядро.
Суть: переписывание информации с гена ДНК на иРНК.
Фермент: РНК-полимераза.

Этапы:

1. Инициация: РНК-полимераза связывается с участком ДНК — промотором. Фермент частично раскручивает двойную спираль, разрывая водородные связи.
2. Элонгация: РНК-полимераза движется по матричной (транскрибируемой) цепи ДНК в направлении 3'→5' и синтезирует цепь иРНК в направлении 5'→3', достраивая нуклеотиды по принципу комплементарности (А→У, Т→А, Г→Ц, Ц→Г).
3. Терминация: Синтез останавливается, когда фермент достигает последовательности терминатор. РНК-полимераза отсоединяется, иРНК освобождается, ДНК восстанавливает двойную спираль.

Цепь ДНК, с которой идёт синтез РНК, — матричная. Противоположная цепь — смысловая (её последовательность аналогична иРНК, но Т заменён на У).

Созревание иРНК у эукариот (процессинг):

1. Кэпирование: К 5'-концу добавляется "шапочка" (кэп) для защиты и узнавания рибосомой.
2. Полиаденилирование: К 3'-концу добавляется множество аденинов (поли-А-хвост) для защиты.
3. Сплайсинг: Вырезаются неинформативные участки — интроны. Информативные участки — экзоны — сшиваются.

Трансляция (синтез белка на иРНК)

Место: цитоплазма (на рибосомах).
Суть: перевод последовательности нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот белка.
Участники: иРНК, рибосома (малая и большая субъединицы), тРНК с аминокислотами, ферменты, энергия (АТФ).

Этапы:

1. Инициация:

   • Малая субъединица рибосомы связывается с иРНК у старт-кодона (АУГ).
   • К старт-кодону по принципу комплементарности (с учётом антипараллельности) присоединяется первая тРНК с аминокислотой метионин.
   • Присоединяется большая субъединица рибосомы. Первая тРНК занимает P-сайт (пептидильный).

2. Элонгация (циклически повторяется):

   • В A-сайт (аминоацильный) рибосомы поступает следующая тРНК с аминокислотой.
   • Между аминокислотой в P-сайте и новой аминокислотой в A-сайте образуется пептидная связь (катализируется рибозимом).
   • Первая тРНК освобождается, а пептидная цепь "перевешивается" на тРНК в A-сайте.
   • Рибосома делает шаг на один триплет по иРНК (5'→3'). ТРНК с цепью перемещается из A-сайта в P-сайт. A-сайт освобождается для новой тРНК.

3. Терминация:

   • Когда в A-сайте оказывается стоп-кодон (УАА, УАГ, УГА), к нему присоединяются факторы терминации.
   • Синтез прекращается. Рибосомные субъединицы, иРНК и тРНК диссоциируют. Готовый полипептид (белок) освобождается.

Важные дополнения

Полирибосома (полисома): Несколько рибосом, одновременно синтезирующих белок на одной молекуле иРНК. ➔ Повышает скорость и эффективность синтеза.

Сравнение у прокариот и эукариот:

Выводы

• Биосинтез белка — центральный процесс реализации генетической информации.
• Для успешного решения задач необходимо чётко понимать последовательность этапов транскрипции и трансляции, принцип комплементарности и уметь пользоваться таблицей генетического кода.
• Ключевые различия между прокариотами и эукариотами касаются пространственного разобщения процессов, созревания иРНК и организации генома.