§ 30. Реализация наследственной информации — синтез белка на рибосомах

1. Как осуществляется биосинтез белка в клетке? Какова роль нуклеиновых кислот в этом процессе?

Процесс биосинтеза белка в клетке осуществляется на рибосомах ЭПС или свободно расположенных в цитоплазме, а также рибосомах митохондрий и хло-ропластов. Роль нуклеиновых кислот в этом процессе разная. Так, молекулы ДНК в закодированном виде содержат наследственную информацию о первичной структуре белка. Информационная РНК (иРНК) синтезируется на кодирующей цепи ДНК, «переписывая» таким образом с нее информацию о первичной структуре белка для передачи ее из ядра к месту синтеза белка, т. е. на рибосомы. Транспортная РНК (тРНК) осуществляет доставку (транспорт) определенных аминокислот к рибосомам, где происходит сборка белка, т. е. соединение аминокислот пептидными связями в строго определенной последовательности, закодированной в ДНК.

2. Какой процесс называется транскрипцией?

Транскрипция — это процесс считывания генетической информации с ДНК и копирования ее на молекулу иРНК. Для этого фермент РНК-полимераза раскручивает двойную спираль молекулы ДНК на участке, соответствующем определенному гену, и обнажает одну из цепей (кодирующую) ДНК. Обнаружив инициирующий кодон, РНК-полимераза начинает двигаться вдоль этой цепи, подбирая в кариоплазме нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам гена ДНК, и соединяя их в цепочку иРНК. Процесс считывания и синтеза иРНК заканчивается с момента встречи в цепочке нуклеотидов ДНК одного из трех терминирующих кодонов, сигнализирующих об окончании полипептидной цепочки. Таким образом, в результате транскрипции последовательность нуклеотидов, расположенных на участке от инициирующего до терминирующего кодона, «переписывается» в последовательность нуклеотидов иРНК.

3. Что такое трансляция?

Трансляция — это второй (заключительный) этап процесса синтеза белка, при котором последовательность триплетов в молекуле иРНК переводится в последовательность аминокислот полипептидной цепочки. Трансляция осуществляется на рибосомах по принципу комплементарности кодона иРНК и антикодона тРНК. В процессе трансляции осуществляется декодирование (расшифровка) генетической информации, переносимой молекулами иРНК, и перевод ее с нуклеотидного кода на аминокислотную последовательность.

4. Что представляют собой терминирующие кодоны?

Гены в молекуле ДНК расположены в линейном порядке. Для их выделения существуют инициирующий (начальный) и терминирующий (концевой) участки гена. Терминирующий код он представляет собой определенную последовательность из трех нуклеотидов (триплет, кодон) и служит сигналом конца молекулы белка («точки»). Терминирующих кодонов три: УАА, УАГ и У ГА. Инициирующий кодон, сигнализирующий о начале полипептидной цепочки, один: АУГ.

5. Сколько видов тРНК участвует в синтезе белков в клетке?

Одним из свойств генетического кода является множественность, т. е. аминокислоты кодируются несколькими триплетами (от 2 до 6). Вариантов триплетов насчитывается 64, три триплета являются терминирующими и аминокислот не кодируют. Следовательно, в клетке должен быть 61 вид тРНК.

6. Почему синтез всех типов РНК и белковых молекул называется реакциями матричного синтеза?

Матричный синтез представляет собой синтез сложных органических веществ (ДНК, РНК, белка)из более простых на основе генетической информации, закодированной на матрице. Матрица — готовая структура (молекула ДНК или иРНК), содержащая закодированную наследственную информацию, в соответствии с которой осуществляется синтез новой структуры. В основе реализации матричного синтеза лежит принцип комплементарности.

7. Требуют ли процессы синтеза белка затрат энергии? Или, наоборот, в процессах синтеза белка происходит выделение энергии? Ответ обоснуйте.

Каждый этап биосинтеза белка катализируется соответствующими ферментами и снабжается энергией за счет расщепления АТФ. Так, например, присоединение к акцепторному участку тРНК соответствующей аминокислоты требует первоначальной ее активации за счет энергии расщепления АТФ. Таким образом, любой процесс синтеза сложных органических веществ из более простых требует затрат энергии. Биосинтез белка не является исключением.

8. Исследования показали, что 34 % общего числа нуклеотидов данной иРНК приходится на гуанин, 18 % — на урацил, 28 % — на цитозин и 20 % — на аденин. Определите процентный состав азотистых оснований двуцепочечной ДНК, слепком с которой является указанная иРНК?

Чтобы определить процентный состав азотистых оснований в двуцепочечной молекуле ДНК по известному процентному составу нуклеотидов в одноцепо-чечной молекуле иРНК, необходимо суммировать проценты комплементарных нуклеотидов А + У и Г + Ц, затем величину каждой суммы разделить надвое. Полученные величины будут соответствовать процентному составу каждого из четырех нуклеотидов в ДНК. В нашем примере он будет равен: по 19 % для А и Т, по 31 % для Г и Ц.