Біосинтез білка: коротко і зрозуміло. Біосинтез білка в живій клітині

Для вивчення процесів, що протікають в організмі, потрібно знати, що відбувається на клітинному рівні. А там найважливішу роль відіграють білкові сполуки. Необхідно вивчити не тільки їх функції, але й процес створення. Тому важливо пояснити біосинтез білка стисло і зрозуміло. 9 клас для цього підходить найкращим чином. Саме на цьому етапі учні володіють достатньою кількістю знань для розуміння даної теми.

Білки - що це таке і для чого вони потрібні

Ці високомолекулярні сполуки відіграють величезну роль у житті будь-якого організму. Білки є полімерами, тобто складаються з безлічі схожих «шматочків». Їх кількість може варіюватися від декількох сотень до тисяч.

У клітці білки виконують безліч функцій. Велика їх роль і на вищих рівнях організації: тканини і органи в чому залежать від правильної роботи різних білків.

Наприклад, всі гормони мають білкове походження. А адже саме ці речовини контролюють всі процеси в організмі.

Гемоглобін - теж білок, він складається з чотирьох ланцюгів, які в центрі з'єднані атомом заліза. Така структура забезпечує можливість переносити кисень еритроцитами.Нагадаємо, що всі мембрани мають у своєму складі білки. Вони необхідні для переносу речовин крізь оболонку клітин.

Існує ще безліч функцій білкових молекул, які вони виконують чітко і беззаперечно. Ці дивовижні сполуки дуже різноманітні не тільки за своїми ролями в клітці, але і за будовою.

Де відбувається синтез

Рибосома є органели, в якій проходить основна частина процесу, званого "біосинтез білка". 9 клас в різних школах відрізняється за програмою вивчення біології, але багато вчителів дають матеріал по органеллам завчасно, до вивчення трансляції.

Тому учням буде неважко пригадати пройдений матеріал і закріпити його. Слід знати, що на одній органелле одночасно може створюватися лише одна поліпептидний ланцюг. Цього мало, щоб задовольнити всі потреби клітини. Тому рибосом дуже багато, і найчастіше вони об'єднуються з ендоплазматичної мережею. Така ЕРС називається шорсткою. Вигода такого «співробітництва» очевидна: білок відразу після синтезу потрапляє в транспортний канал і може без затримок відправлятися в місце призначення.

Але якщо брати до уваги саме початок, а саме зчитування інформації з ДНК, то можна сказати, що біосинтез білка в живій клітині починається ще в ядрі. Саме там синтезується матрична РНК, яка містить генетичний код.

Необхідні матеріали - амінокислоти, місце синтезу - рибосома

Здається, що складно пояснити, як протікає біосинтез білка, коротко і зрозуміло, схема процесу і численні малюнки просто необхідні. Вони допоможуть донести всю інформацію, а також учням вдасться легше її запам'ятати.

Перш за все, для синтезу необхідний «будівельний матеріал» - амінокислоти. Деякі з них виробляються організмом. Інші ж можна одержати тільки з їжею, вони називаються незамінними.Загальне число амінокислот - двадцять, але за рахунок величезного числа варіантів, в яких можна їх розташовувати в довгому ланцюжку, молекули білків дуже різноманітні. Ці кислоти схожі між собою за структурою, але відрізняються радикалами.

Саме властивості цих частин кожної амінокислоти визначають, в яку структуру «згорнеться» вийшла ланцюжок, чи буде вона утворювати четвертинних структуру з іншими ланцюгами, і якими властивостями буде володіти вийшла макромолекула.Процес біосинтезу білка не може протікати просто в цитоплазмі, для нього потрібна рибосома. Ця органела складається з двох субодиниць - великої і малої. У стані спокою вони роз'єднані, але як тільки починається синтез, вони відразу з'єднуються і починають працювати.

Такі різні і важливі РНК

Для того щоб принести амінокислоту до рибосоми, потрібна спеціальна РНК, звана транспортної. Для скорочення її позначають т-РНК. Ця одноцепочечная молекула у вигляді листа конюшини здатна причепити одну амінокислоту до свого вільного кінця і переправити її до місця синтезу білка.

Ще одна РНК, що бере участь в синтезі білка, називається матричної (інформаційної). Вона несе в собі не менш важливий компонент синтезу - код, в якому чітко прописано, коли яку амінокислоту чіпляти до утворюється ланцюжку білка.

Ця молекула має одноцепочечной будову, складається з нуклеотидів, так само як і ДНК. Існують деякі відмінності в первинній структурі цих нуклеїнових кислот, про які ви можете прочитати в порівняльній статті про РНК і ДНК.

Інформацію про склад білка м-РНК отримує від головного хранителя генетичного коду - ДНК. Процес читання дезоксирибонуклеїнової кислоти і синтезу м-РНК називається транскрипцією.

Він відбувається в ядрі, звідки вийшла, м-РНК відправляється до рибосоми. Сама ж ДНК з ядра не виходить, її завдання - лише зберегти генетичний код і передати його дочірньої клітці під час поділу.

Зведена таблиця головних учасників трансляції

Для того щоб описати біосинтез білка коротко і зрозуміло, таблиця просто необхідна. У неї ми запишемо всі компоненти і їх роль у цьому процесі, який називається трансляцією.

Сам же процес створення білкової ланцюжка ділиться на три етапи. Давайте розглянемо кожен з них більш докладно. Після цього ви зможете легко пояснити всім охочим біосинтез білка стисло і зрозуміло.

Ініціація - початок процесу

Це початкова стадія трансляції, в якій мала субодиниця рибосоми з'єднується з найпершої т-РНК. Ця рибонуклеїнова кислота несе на собі амінокислоту - метіонін. Трансляція завжди починається саме з цієї амінокислоти, так як стартовим кодоном є АУГ, який і кодує цей перший мономер в білкової ланцюга.

Для того щоб рибосома дізналася стартовий кодон і не почала синтез з середини гена, де послідовність АУГ теж може виявитися, навколо початкового кодону розташовується спеціальна послідовність нуклеотидів. Саме по них рибосома дізнається те місце, на яке повинна сісти її мала субодиниця.

Після утворення комплексу з м-РНК, стадія ініціації закінчується. І починається основний етап трансляції.

Елонгація - середина синтезу

На цьому етапі відбувається поступове нарощування білкової ланцюжка. Тривалість елонгації залежить від кількості амінокислот у білку.

Першим ділом до малої субодиниці рибосоми приєднується велика. І початкова т-РНК виявляється в ній цілком. Зовні залишається тільки метіонін. Далі у велику субодиницю заходить другий т-РНК, несуча іншу амінокислоту.

Якщо другий кодон на м-РНК збігається з антикодоном на верхівці «конюшини», друга амінокислота приєднується до першої за допомогою пептидного зв'язку.

Після цього рибосома пересувається по м-РНК рівно на три нуклеотиду (один кодон), перша т-РНК від'єднує від себе метіонін і відокремлюється від комплексу. На її місці виявляється друга т-РНК, на кінці якої висить вже дві амінокислоти.

Потім у велику субодиницю входить третя т-РНК і процес повторюється. Він буде відбуватися доти, поки рибосома чи не наштовхнеться на кодон в м-РНК, який сигналізує про закінчення трансляції.

Термінація

Цей етап є останнім, деяким він може здатися вельми жорстоким. Всі молекули і органели, які так злагоджено працювали над створенням поліпептидного ланцюжка, зупиняються, як тільки рибосома наїжджає на термінальний кодон.

Він не кодує ні одну амінокислоту, тому яка б т-РНК не зайшла у велику субодиницю, всі вони будуть відкинуті через невідповідність. Тут у справу вступають фактори термінації, які відокремлюють готовий білок від рибосоми.

Сама органела може або розпастися на дві субодиниці, або продовжити свій шлях по м-РНК в пошуках нового стартового кодону. На одній м-РНК можуть перебувати відразу декілька рибосом. Кожна з них - на свій стадії трансляціі.Только що створений білок забезпечується маркерами, за допомогою яких всім буде зрозуміло його місце призначення. І по ЕРС він буде відправлений туди, де необхідний.

Щоб зрозуміти роль біосинтезу білка, необхідно вивчити, які функції він може виконувати. Це залежить від послідовності амінокислот у ланцюжку. Саме їх властивості визначають вторинну, третинну, а іноді й четвертичную (якщо вона існує) структуру білка і його роль в клітці. Більш докладно про функції білкових молекул можна прочитати в статті по цій темі.

Як дізнатися більше про трансляцію

У цій статті описаний біосинтез білка в живій клітині. Звичайно, якщо вивчати предмет глибше, на пояснення процесу у всіх подробицях піде чимало сторінок. Але вищевикладеного матеріалу повинно вистачити для загального представленія.Очень корисним для розуміння можуть виявитися відеоматеріали, в яких вчені змоделювали всі етапи трансляції. Деякі з них перекладені російською мовою і можуть послужити відмінним посібником для учнів або просто пізнавальним відео.

Для того щоб розбиратися в темі краще, слід прочитати і інші статті на близькі теми. Наприклад, про нуклеїнові кислоти або про функції білків.