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 название	Аминокислота	Сокращенное название	Аминокислота
  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.