Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.4: Синтез білка

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5705

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Центральна догма біології

    Ваша ДНК, або дезоксирибонуклеїнова кислота, містить гени, які визначають, хто ви. Як ця органічна молекула може контролювати ваші характеристики? ДНК містить інструкції для всіх білків, які робить ваш організм. Білки, в свою чергу, визначають структуру і функції всіх ваших клітин. Від чого залежить структура білка? Починається вона з послідовності амінокислот, що входять до складу білка. Інструкція по виготовленню білків з правильною послідовністю амінокислот закодована в ДНК.

    Як виготовляються білки
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Транскрипція і переклад (Синтез білка) в клітині.

    ДНК виявляється в хромосомах. У еукаріотичних клітині хромосоми завжди залишаються в ядрі, але білки виробляються при рибосомах в цитоплазмі або на грубому ендоплазматичному ретикулумі (РЕР). Як інструкції в ДНК потрапляють до місця синтезу білка поза ядром? Відповідальний інший тип нуклеїнової кислоти. Ця нуклеїнова кислота є РНК або рибонуклеїнової кислотою. РНК - це невелика молекула, яка може здавлювати через пори в ядерній мембрані. Він переносить інформацію з ДНК в ядрі до рибосоми в цитоплазмі, а потім допомагає зібрати білок. Коротше кажучи:

    ДНК → РНК → Білок

    Виявлення цієї послідовності подій було головною віхою в молекулярній біології. Його називають центральною догмою біології. Два процеси, що беруть участь у центральній догмі, - це транскрипція та переклад.

    Переклад транскрипції; мРНК в білок
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Огляд транскрипції та перекладу. На верхній панелі показано ген. Ген складається з відкритого кадру читання (він же послідовність кодування), який оточений регуляторними послідовностями. На початку гена регуляторна послідовність містить промотор, де РНК-полімераза приєднується і починає транскрипцію. В кінці відкритого кадру зчитування регуляторна послідовність містить термінатор (не показано). Середня панель показує попередньо мРНК, яка модифікується шляхом висічення інтронів та утримання екзонів. Це називається модифікацією після транскрипції. Зріла мРНК містить 5' капелюшок і полі-а хвіст. Нижня панель показує синтез білка за допомогою трансляції.

    Транскрипція

    Транскрипція - перша частина центральної догми молекулярної біології: ДНК → РНК. Це перенесення генетичних інструкцій в ДНК на мРНК. Транскрипція відбувається в ядрі клітини. Під час транскрипції робиться нитка мРНК, яка доповнює нитку ДНК, яка називається геном. Ген можна легко ідентифікувати з послідовності ДНК. Ген містить основні три області, промотор, послідовність кодування (кадр читання) та термінатор. Є більше частин гена, які проілюстровані на малюнку\(\PageIndex{3}\).

    генні регіони
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Основні компоненти гена. 1. промотор, 2. ініціація транскрипції, 3. 5' вгору за течією неперекладеної області, 4. переклад початкового сайту кодону, 5. білок кодує послідовність, 6. переклад зупинки кодону області, 7. 3' нижче за течією неперекладеної області, і 8. термінатор.

    Етапи транскрипції

    Транскрипція відбувається в три етапи, звані ініціацією, подовженням і припиненням. Етапи проілюстровані на малюнку\(\PageIndex{4}\).

    1. Ініціація - це початок транскрипції. Це відбувається, коли фермент РНК-полімераза зв'язується з областю гена, званого промотором. Це сигналізує ДНК розкручуватися, щоб фермент міг «зчитувати» основи в одному з ниток ДНК. Фермент готовий зробити пасмо мРНК з комплементарною послідовністю підстав. Промоутер не входить до складу результуючої мРНК
    2. Подовження - це приєднання нуклеотидів до нитка мРНК.
    3. Припинення - це закінчення транскрипції. Оскільки РНК-полімераза транскрибує термінатор, він відривається від ДНК. Пасмо мРНК завершується після цього етапу.
      Етапи транскрипції, ініціація, подовження та припинення
      Малюнок\(\PageIndex{4}\): Транскрипція відбувається в три етапи - ініціація, подовження та припинення

    Обробка мРНК

    У еукаріотів нова мРНК ще не готова до перекладу. На цьому етапі він називається пре-мРНК, і він повинен пройти більшу обробку, перш ніж покинути ядро як зрілу мРНК. Обробка може включати додавання 5-футового ковпачка, зрощування, редагування та 3' поліаденілювання (Poly-A) хвоста. Ці процеси змінюють мРНК різними способами. Такі модифікації дозволяють використовувати один ген для отримання більше одного білка. Див. Малюнок\(\PageIndex{5}\), як ви читаєте нижче:

    • 5' cap захищає мРНК в цитоплазмі і допомагає в приєднанні мРНК з рибосомою для трансляції.
    • Зрощування видаляє інтрони з білково-кодуючої послідовності мРНК. Інтрони - це області, які не кодують для білка. Решта мРНК складається лише з областей, званих екзонами, які роблять код для білка.
    • Редагування змінює деякі нуклеотиди в мРНК. Наприклад, людський білок під назвою APOB, який допомагає транспортувати ліпіди в крові, має дві різні форми через редагування. Одна форма менша за іншу, оскільки редагування додає попередній сигнал зупинки в мРНК.
    • Поліаденілювання додає «хвіст» до мРНК. Хвіст складається з нитки As (аденінові основи). Він сигналізує про закінчення мРНК. Він також бере участь у експорті мРНК з ядра і захищає мРНК від ферментів, які можуть його розщепити.
    процес сплайсингу стенограми
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Зрощування видаляє інтрони з мРНК. Зріла мРНК перекладається на білок.

    Переклад

    Переклад є другою частиною центральної догми молекулярної біології: РНК —> Білок. Це процес, в якому генетичний код в мРНК зчитується, щоб зробити білок. Переклад проілюстрований на рис\(\PageIndex{6}\). Після того як мРНК виходить з ядра, воно переміщається в рибосому, яка складається з рРНК і білків. Переклад відбувається на рибосомах, що плавають в цитозолі, або на рибосомах, прикріплених до грубої ендоплазматичної сітці. Рибосома зчитує послідовність кодонів в мРНК, а молекули тРНК приносять амінокислоти до рибосоми в правильній послідовності.

    Щоб зрозуміти роль тРНК, потрібно більше дізнатися про її будову. Кожна молекула тРНК має антикодон для амінокислоти, яку вона несе. Антикодон доповнює кодон для амінокислоти. Наприклад, амінокислота лізин має кодон AAG, тому антикодон - UUC. Тому лізин переноситься молекулою тРНК з антикодоном UUC. Скрізь, де кодон AAG з'являється в мРНК, UUC-антикодон тРНК тимчасово зв'язується. У той час як зв'язується з мРНК, тРНК віддає свою амінокислоту. За допомогою рРНК між амінокислотами утворюються зв'язки, оскільки вони по черзі підносяться до рибосоми, створюючи поліпептидний ланцюг. Ланцюг амінокислот продовжує рости до досягнення стоп-кодону.

    Рибосоми, які щойно складаються з рРНК (рибосомної РНК) та білка, були класифіковані як рибоцими, оскільки рРНК має ферментативну активність. РРНК важлива для активності пептидилтрансферази, яка зв'язує амінокислоти. Рибосоми мають дві субодиниці рРНК і білка. Велика субодиниця має три активні сайти, які називаються E, P та A. Ці ділянки мають важливе значення в каталітичної активності рибосом.

    Так само, як і при синтезі мРНК, синтез білка можна розділити на три фази: ініціювання, подовження та припинення. Крім шаблону мРНК, в процес трансляції сприяють багато інших молекули, такі як рибосоми, тРНК і різні ферментативні фактори

    Ініціація перекладу: Мала субодиниця зв'язується з ділянкою вище за течією (на стороні 5') від початку мРНК. Він продовжує сканувати мРНК у напрямку 5'—>3', поки не зіткнеться з кодоном START (AUG). Велика субодиниця приєднується і ініціатор тРНК, який несе метіонін (Мет), зв'язується з ділянкою Р на рибосомі.

    Подовження перекладу: Рибосома зміщує один кодон за раз, каталізуючи кожен процес, який відбувається в трьох ділянках. З кожним кроком в комплекс надходить заряджена тРНК, поліпептид стає на одну амінокислоту довше, а незаряджена тРНК відходить. Енергія для кожного зв'язку між амінокислотами отримується з GTP, молекули, подібної АТФ. Коротко, рибосоми взаємодіють з іншими молекулами РНК, утворюючи ланцюги амінокислот, які називаються поліпептидними ланцюгами, завдяки пептидному зв'язку, який утворюється між окремими амінокислотами. Усередині рибосоми в процесі перекладу беруть участь три сайти, сайти A, P та E. Дивно, що апарат перекладу E. coli займає всього 0,05 секунди, щоб додати кожну амінокислоту, а це означає, що поліпептид 200-амінокислот може бути переведений всього за 10 секунд.

    Припинення перекладу: Припинення перекладу відбувається при виникненні стоп-кодону (UAA, UAG або UGA) (див\(\PageIndex{7}\). Рис. Коли рибосома стикається зі стоп-кодоном, зростаючий поліпептид вивільняється за допомогою різних рилізинг-факторів і субодиниці рибосоми дисоціюють і залишають мРНК. Після того, як багато рибосом завершили переклад, мРНК деградується, тому нуклеотиди можуть бути повторно використані в іншій реакції транскрипції.

    Ініціація перекладу та подовження
    Малюнок\(\PageIndex{6}\): На етапі ініціації ініціатор тРНК, що несе метіонін зі своїм антикодоном, стикається з початковим кодоном AUG на P-місці рибосоми. Під час подовження рибосома транслокується в напрямку 5' до 3' мРНК, в цей момент амінокислоти тРНК в р-сайті і амінокислота тРНК в А-місці великої субодиниці зв'язку один з одним через пептидний зв'язок. Цей повторюваний рух рибосоми створює довгий амінокислотний ланцюг на основі кодонів в мРНК. Коли рибосома транслокується, тРНК залишає рибосому через E-сайт, тоді як нова тРНК потрапляє в А-сайт, щоб продовжити подовження амінокислотного ланцюга.
    Етапи перекладу
    Малюнок\(\PageIndex{7}\). Короткий зміст перекладу білка. Під час ініціації обидві рибосомальні субодиниці, мРНК і ініціатор тРНК об'єднуються. Ініціатор антикодону ініціатора тРНК водневого зв'язку з початковим кодоном. Під час подовження тРНК приносить амінокислоти по черзі для додавання в поліпептидний ланцюг. Під час припинення фактор вивільнення розпізнає стоп-кодон, всі компоненти дисоціюють, а завершений поліпептид вивільняється.

    Що станеться далі?

    Після синтезу поліпептидного ланцюга вона може піддаватися додатковим процесам. Наприклад, він може приймати складчасту третинну форму через взаємодії між його амінокислотами. Він також може зв'язуватися з іншими поліпептидами або з різними типами молекул, такими як ліпіди або вуглеводи. Багато білків подорожують до апарату Гольджі всередині цитоплазми, щоб бути модифіковані для конкретної роботи, яку вони будуть виконувати.

    Короткий зміст Центральної догми

    Переклад транскрипції
    Малюнок\(\PageIndex{8}\): Центральна догма: Інструкції щодо ДНК транскрибуються на РНК месенджера. Рибосоми здатні зчитувати генетичну інформацію, вписану на нитку месенджерної РНК, і використовувати цю інформацію, щоб зв'язати амінокислоти разом у білок.

    Рецензія

    1. Пов'язати синтез білка та дві його основні фази з центральною догмою молекулярної біології.
    2. Визначте етапи транскрипції та підсумуйте, що відбувається під час кожного кроку.
    3. Поясніть, як обробляється мРНК до того, як вона покине ядро.
    4. Опишіть, що відбувається під час трансляції фази синтезу білка.
    5. Які додаткові процеси може пройти поліпептидний ланцюг після її синтезу?
    6. Де транскрипція відбувається у еукаріотів?
    7. Де відбувається переклад?
    8. Який тип РНК (мРНК, рРНК або тРНК) найкраще підходить для кожного з наведених нижче тверджень? Вибирайте лише один тип для кожного.
      1. Містить кодони
      2. Містить антикодони
      3. Складає рибосому разом з білками
    9. Якщо ДНК має трійчастий код CAG в одній нитці (пасмо використовується як шаблон для транскрипції),
      1. Що таке комплементарна послідовність на іншій нитці ДНК?
      2. Що таке комплементарна послідовність в мРНК? Як називається ця послідовність?
      3. @hat - це результуюча послідовність в тРНК? Як називається ця послідовність? Що ви помічаєте в цій послідовності в порівнянні з оригінальним триплетом ДНК на шаблоні нитка?
    10. Промоутер — це регіон, розташований в:
      1. ДНК
      2. мРНК
      3. тРНК
      4. Обидва A і B
    11. Правда чи брехня. Інтрони в мРНК зв'язуються з тРНК у рибосоми.
    12. Правда чи брехня. ТРНК можна розглядати як зв'язок між амінокислотами та кодонами в мРНК.

    Дізнатися більше

    https://bio.libretexts.org/link?16749#Explore_More

    Молекули Messenger РНК «зрощені» для того, щоб створити мРНК, що бере участь в синтезі білка. Дізнайтеся про процес тут:

    Атрибуції

    1. Як виробляють білки Ніколь Рейгер, Національний науковий фонд, публічне надбання через Wikimedia Commons
    2. Генна структура еукаріот Томас Шафі, ліцензований CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
    3. Компоненти гена Мандіпа Греваля, CC BY 4.0
    4. Транскрипція Calibuon, випущена у суспільне надбання через Wikimedia Commons
    5. Стенограма та сплайсинг Ганешманохара, CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons
    6. Ініціація та подовження Йорданом Нгуєн, CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons
    7. Синтез білка за допомогою OpenSTAX, CC BY 4.0
    8. Генна регуляція за допомогою OpenSTAX, CC BY 4.0
    9. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0