четверг, 31 января 2013 г.


Зачем организму нужны белки?


Белки выполняют в нашем организме ряд важных функций.

1) Структурная

белок коллаген

Белки - основной структурный компонент клеток и тканей организмов. Они являются обязательным компонентом клеточных мембран. Например, белок коллаген образует основу соединительной ткани как внеклеточный компонент.

2) Каталитическая(ферментативная)

Служат катализаторами нескольких тысяч индивидуальных химических реакций в организме. Известно более 2000 каталитически активных белков. Участвуют в регуляции превращения всех классов соединений в клетке, в том числе и белков.

фибриллярные жгутики спирохет

3) Двигательная

Любые формы движения осуществляются при участии белков. Известные из них - миозин и актин - белки мышечных волокон.

4) Защитная

Свойственна многим белкам, в том числе и белкам кожных покровов (коллаген). У млекопитающих и ряда других животных в ответ на воздействие чужеродных (в том числе болезнетворных) веществ вырабатываются специальные защитные белковые тела (антитела), участвующие в создании иммунитета. Защитную функцию выполняют и белки-интерфероны.


5) Транспортная

эритроциты, содержащие гемоглобин

Некоторые белки способны связывать различные вещества и доставлять их в определенные места организма. Так, гемоглобин является переносчиком кислорода.

6) Гормональная

Многие гормоны представляют собой белки и пептиды (соматотропный гормон). Пептидный гормон инсулин регулирует обмен углеводов в организме.

7) Рецепторная

Часть белков осуществляет функцию избирательного узнавания тех или иных веществ. Это прежде всего белки-рецепторы гормонов.

8) Запасающая

Для отдельных стадиях развития организма животных и растений происходит накопление значительных количеств белков определенного вида, которые являются разарвом питательных веществ. К ним относятся овальбумин яиц птиц, глиадилины семян растений, вителлины яиц насекомых и другие. Распад этих белков снабжает организм аминокислотами и энергией.

бледная поганка содержит фаллоидин

9) Белки-токсины

Обладающие мощным токсическим действием белки известны у микроорганизмов (дифтерийный токсин), грибов (фаллоидин), членистоногих, змей и других видов.

10) Регуляторная

Кроме ферментов и гормонов известны специфические белки, участвующие в регуляции важнейших биохимических процессов, к им относятся белки-регуляторы активности генома, белковые факторы репликации ДНК и биосинтеза белка.

Из всего сказанного выше следует, что белки играют важную роль в живых организмах. Поэтому необходимо знать, откуда они берутся. Процесс синтеза белков был открыт параллельно учеными Уотсоном и Криком, которые работали в паре, и Чааргаффом. Процесс биосинтеза белка состоит из двух стадий: транскрипции и трансляции. Уотсон, Крик и Чааргафф установили, что синтез белка связан с нуклеиновыми кислотами.


Нуклеиновые кислоты


Нуклеиновые кислоты были открыты Мишером в XIX веке. Они составляют генетический код организма, который несет функцию кодировки информации о синтезе белка.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Модель ДНК была сделана Уотсонм и Криком. Она предполагает, что молекула ДНК состоит из двойной спирали пары комплементарных, антипараллельных полинуклеотидных цепей.

ДНК - биополимер, состоящий из мономеров - нуклеотидов.

Нуклеотиды - это мономеры нуклеиновых кислот, включая ДНК. Каждый из этих мономеров состоит из:

  • Органического (азотистого) основания;
  • Сахара - Пентозы (в ДНК - дезоксирибоза, в РНК - рибоза)
  • Фосфатной группы, связанной с С5-атомом сахара пентозы

В молекулу ДНК входят четыре различных нуклеотида, отличаются они только азотистыми основаниями

Два из них имеют пиримидиновое основание (одинарный гетероцикл) и называются цитозин (Ц) и тимин(Т). Два других имеют пуриновое основание (двойной гетероцикл) и называютсся аденин (А) и гуанин (Г)

нуклеотиды
соединение нуклеотидов в ДНК

Различие азмеров пуриновых и пиримидиновых оснований особенно важно для формирования двойной спирали молекулы ДНК

Полинуклеотиды образуются из нуклеотидов. Нуклеотиды связаны между собой 3'5'-фосфодиэфирными связями, в которых фосфатная группа образует мостик между С3-атомом одной молекулы сахара и С5-атомом следующей

ДНК может образовывать несколько пространственных конфигураций: первичную, вторичную и третичную структуры

Первичная структура

Углевод одного нуклеотида ковалентно связан с фосфатной группой другого нуклеотида, при этом азотистое основание свободно остается в цепи

Вторичная структура

Две цепи соединены по принципу комплементарности водородными связями: аденин одной цепи соединяется с тимином другой цепи, а цеитозин - с гуанином другой цепи.

Две полинуклеотидные цепи удерживаются вместе посредством водородных связей между азотистыми основаниями параллельных цепей. Пуриновые основания крупнее пирипидиновых, поэтому для обеспечения постоянства шага спирали каждая пара включает в себя одно пуриновое и одной пиримидиновое основание. Двойная спираль наиболее стабильна, так как наибольшее число водородных связей образуется в том случае, когда пары формируются следующим образом: А-Т и Г-Ц.

Правило Чааргафа: Сколько в ДНК аденина, столько и тимина; сколько гуанина, столько и цитозина

РНК (рибонуклеиновая кислота)

Отличия РНК от ДНК:
  • состоит из одной цепочки, но может иметь сложную структуру, в зависимости от ее функций;
  • Вместо тимина стоит основание урацил (также пиримидиновое)
  • Пентозой РНК является рибоза, которая имеет -OH-группу у 2'-атома углерода, заеняет собой 2'-дезоксирибозу.

    Рибонуклеиновая кислота выполняет ряд функций в синтезе белка благодаря своим модификациям:

      рибосомальная (рРНК) - ситезируется в ядре, но находится в рибосомах,
    • информационная (иРНК) (матричная РНК) - находится в ядре, образуется в процессе транскрипции
    • транспорная(тРНК) - синтезируется в ядре, но находится в цитоплазме.

    Функции модификаций РНК:

    • рРНК образуют рибосомы, а они - место стадии трансляции, значит, функции рРНК - проведение трансляции
    • иРНК служит матрицей для образования тРНК, т.е., она делает возможной передачу информации о синтезе белка к месту трансляции
    • тРНК "читает" генетический код, т.к. способна выбирать специфичную аминокислоту для определенного триплета и доставлять ее в рибосомы, участвуя таким образом в процессе трансляции.

    Название модификации

    Функция модификации

    Изображение

    рибосомальная (рРНК)

    рРНК образуют рибосомы, а они - место стадии трансляции,=> основная функция рРНК - осуществление трансляции

    информационная (иРНК)

    представляет собой сруктуру, которая при переходе на рибосому в стадию трансляции служит матрицей для сборки белка

    транспортная (тРНК)

    обладает способностью присоединять аминокислоты и прикрепляться к рибосоме в процессе трансляции. Это и есть ее главная функция.


Транскрипция


Транскрипция- это "переписывание" информации с ДНК на РНК

Известно, что каждая аминокислота закодирована определенным триплетом ДНК. Но этот код нужно перевести в аминокислотный, для чего и используются информационные РНК.

Процесс транскрипции инициирует фермент РНК-полимераза. Он провоцирует раскручивание ДНК и активирует определенный нуклеотид - промотор, который узнает с помощью рецепторного конца. К нему он присоединяется и движетя дальше по ДНК в направлении от 3'- к 5'-концу. При этом формируется комплементарная цепь и-РНК. По мере перехода к новым нуклеотидам происходит элонгация (рост) цепи и-РНК. Когда РНК-полимераза дойдет до нуклеотида, обозначающего конец данного гена (а она узнает его с помощью своей рецепторной субъединицы), то она отходит от ДНК, тем самым завершая процесс трансляции.

Скорость и само осуществление элонгации регулируется факторами элонгации. К факторам элонгации относят белки, взаимодействующие с рибосомами и непосредственно влияющие на то, чтобы элонгация шла с определенной скоростью и не прекращалась преждевременно. Например, установлено, что на некоторых участках гена РНК-полимераза может делать большую паузу.


Трансляция


Процесс трансляции состоит из трёх этапов: активации, инициации, элонгации и терминации.


1) Активация

т-РНК присоединяет аминокислоту с помощью энергии АТФ


2) Инициация

Рибосома состоит из двух сайтов (частей): аминоацильного и пептидального

Рибосома заякоревается на и-РНК и к аминоацильному сайту подходит т-РНК с антикодоном, комплементарным триплету и-РНК. Водородная связь между т-РНК и аминокислотой обрывается и аминокислота присоединяется к аминоацильному сайту

3) Элонгация

Рибосома перемещается вправо по и-РНК, а аминокислота перебрасывается на пептидальный сайт. При этом рибосома аминоацильного сайта занимает новый триплет, поэтому к ней подходит новая т-РНК со своей аминокислотой.

4)Терминация

Как только рибосома зашла в триплет, обозначающий стоп-сигнал она распадается на две части и отправляется к месту сборки. Синтез белка прекратился. Далее белок отправляется к месту своего дальнейшего использования.

Задачи по теме "Биосинтез белка"


Задачи по теме "Биосинтез белка"


  • относительная молекулярная масса одного нуклеотида принимается за 345
  • расстояние между нуклеотидами в цепи молекулы ДНК (=длина одного нуклеотида) - 0,34 нм
  • Правила Чааргаффа:
    1) Сколько в молекуле аденина, столько и тимина;
    2) Сколько гуанина, столько и цитозина;
    3) Количество аденина и гуанина в молекуле равно количеству тимина и цитозина.

    1. На фрагменте одной нити ДНК нуклеотиды расположены в последовательности:

    А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т

    Определите процентное содержание всех нуклеотидов в этом гене и его длину

    2. В молекуле ДНК на долю цитидиновых нуклеотидов приходится 18%. Определите процентное содержание других нуклеотидов в этом гене и его длину.

    3. В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего числа нуклеотидов в этой ДНК. Определите:

    а) сколько других нуклеотидов в этой ДНК?

    б) какова длина этого фрагмента?

    3. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69000, из них 8625 приходится на долю адениловых. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента

    Задачи по теме "Код ДНК"

    1. Что тяжелее: белок или его ген?

    2. Последовательность нуклеотидов в начале гена, хранящего информацию о белке инсулине, начинается так: ААЦАЦЦТГЦТТГТАГАЦ. Напишите последовательность аминокислот, которой начинается цепь инсулина.

    3. Вирусом табачной мозаики (РНК-овый вирус) синтезируется участок белка с аминокислотной последовательностью:

    -Ала-Тре-Сер-Глу-Мет-

    Под действием азотной кислоты (мутагенный фактор) цитозин в результате дезаминирования превращается в урацил. Какое строение будет иметь участок белка вируса табачной мозаики, если все цитидиновые нуклеотиды подвергнутся указанному превращению?

    4. В молекуле ДНК на долю цитозиновых нуклеотидов приходится 18%. Определить процентное содержание других нуклеотидов, входящих в молекулу ДНК.

    5. Определить аминокислотный состав полипептида, который кодируется последовательностью и-РНК: ЦЦА ЦЦУ ГГУ УУУ ГГЦ

    Двадцать аминокислот, входящих в состав белков

    Сокращенное названиеАминокислотаСокращенное названиеАминокислота
    • Ала
    • Арг
    • Асн
    • Асп
    • Вал
    • Гис
    • Гли
    • Глу
    • Иле
    • Аланин
    • Аргинин
    • Аспаргин
    • Аспаргиновая кислота
    • Валин
    • Гистидин
    • Глицин
    • Глутамин
    • Глутаминовая кислота
    • Изолейцин
    • Лей
    • Лиз
    • Мет
    • Про
    • Сер
    • Тир
    • Тре
    • Три
    • Фен
    • Цис
    • Лейцин
    • Лизин
    • Метионин
    • Пролин
    • Серин
    • Тирозин
    • Треонин
    • Триптофан
    • Фенилаланин
    • Цистеин

    6. Ферменты, осуществляющие репликацию ДНК, движутся со скоростью 0,6 мкм в минуту. Сколько времени понадобится для удвоения ДНК в хромосоме, имеющей 500 репликонов, если длина каждого репликона 60 мкм?

    7. Исследования показали, что 34% от общего числа нуклеотидов и-РНК приходится на гуанин, 18% - на урацил, 28% - на цитозин, 20% - на аденин. Определить процентный состав азотистых основания двухцепочечной ДНК, слепкой с которой является указанная и-РНК.

    8. Участок молекулы белка имеет строение: -про-лиз-гис-вал-тир-. Сколько возможных вариантов строения фрагмента молекулы ДНК кодирует эту часть молекулы белка?

    9. Большая из двух цепей белка инсулина (цепь В) начинается со следующих аминокислот: фен-вал-асп-глу-гис-лей-. Напишите последовательность нуклеотидов молекулы ДНК, хранящих информацию об этом участке белка.

    10. Участок гена имеет следующее строение: ЦГГ ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ... Укажите строение соответствующего участка того белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена 4-го нуклеотида?

    11. Антикодоны молекул т-РНК содержат следующие нуклеотиды: АГУ ГЦА ЦГУ УАГ ААА УУА... Определите последовательность аминокислот, доставляемых на рибосому данными молекулами т-РНК.

    12. Сложный белок состоит из четырех полипептидных цепей, количество аминокислот в каждой из них: 116, 134, 162, 148. Какова длина оперона, кодирующего данный белок, если его функциональная часть содержит 372 нуклеотида? Размер одного нуклеотида 0,34 нм.

    13. Содержание нуклеотидов в цепи и-РНК составляет: цитозин - 20%, аденин - 25%, урацил - 23%, гуанин - 32%. Определите процентный состав нуклеотидов участка молекулы ДНК, являющейся матрицей для этой и-РНК.

    14. В процессе трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите число аминокислот, входящих в составв синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

    15. Белок состоит из 100 аминокислоты, установите, во сколько раз молекулярная масса учатска гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка, если средняя молекулярная масса аминокислоты - 110, а нуклеотида - 330.

    16. В биосинтезе полипептида участвовали т-РНК с антикодонами УУА, ГГЦ, ЦГЦ, ААГ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих А, Г, Т, Ц в двухцепочечной молекуле ДНК.