§ 24. Реализация наследственной информации

1. Какие процессы относятся к реакциям матричного синтеза? Брожение, трансляция, транскрипция, фотосинтез, репликация.

Трансляция, транскрипция и репликация.

2. Что такое транскрипция? Как протекает этот процесс?

Транскрипция – процесс переписывания генетической информации с ДНК на РНК (биосинтез РНК на соответствующих участках одной из цепей ДНК); одна из реакций матричного синтеза.

Транскрипция осуществляется следующим образом. На определённом участке молекулы ДНК происходит разъединение комплементарных цепей. Синтез РНК будет осуществляться на одной из цепей (её называют транскрибируемой цепью).

Фермент РНК-полимераза распознаёт промотор (особую последовательность нуклеотидов, расположенную в начале гена) и взаимодействует с ним. Затем РНК-полимераза начинает двигаться вдоль транскрибируемой цепи и при этом синтезировать из нуклеотидов молекулу РНК. Транскрибируемая цепь ДНК используется в качестве матрицы, поэтому синтезированная РНК будет комплементарной соответствующему участку транскрибируемой цепи ДНК. РНК-полимераза наращивает цепочку РНК, присоединяя к ней новые нуклеотиды, до тех пор, пока не дойдёт до терминатора (особой последовательности нуклеотидов, расположенной в конце гена), после чего транскрипция прекращается.

3. Какой процесс называется трансляцией? Охарактеризуйте основные этапы трансляции.

Трансляция – процесс биосинтеза белка из аминокислот, происходящий на рибосомах; одна из реакций матричного синтеза.

Основные этапы трансляции:
1. Связывание иРНК с малой субъединицей рибосомы, после чего присоединяется большая субъединица.
2. Проникновение в рибосому метиониновой тРНК и комплементарное связывание её антикодона (УАЦ) со стартовым кодоном иРНК (АУГ).
3. Проникновение в рибосому следующей тРНК, несущей активированную аминокислоту, и комплементарное связывание её антикодона с соответствующим кодоном иРНК.
4. Возникновение пептидной связи между двумя аминокислотами, после чего первая (метиониновая) тРНК освобождается от аминокислоты и покидает рибосому, а иРНК сдвигается на один триплет.
5. Наращивание полипептидной цепи (по механизму, описанному выше), происходящее до тех пор, пока в рибосому не попадёт один из трёх стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА).
6. Прекращение синтеза белка и распад рибосомы на две отдельные субъединицы.

4. Почему при трансляции в состав белка включаются не любые аминокислоты в случайном порядке, а только те, которые закодированы триплетами мРНК, причем в строгом соответствии с последовательностью этих триплетов? Как вы думаете, сколько видов тРНК участвует в синтезе белков в клетке?

Правильное и последовательное включение аминокислот в растущую полипептидную цепь обеспечивается строгим комплементарным взаимодействием антикодонов тРНК с соответствующими кодонами иРНК.

Некоторые учащиеся могут ответить, что в синтезе белков участвует 20 видов тРНК – по одному для каждой аминокислоты. Но на самом деле в синтезе белков участвует 61 вид тРНК – их столько же, сколько существует смысловых кодонов (триплетов, кодирующих аминокислоты). Каждый вид тРНК имеет уникальную первичную структуру (последовательность нуклеотидов) и, как следствие, обладает особым антикодоном для комплементарного связывания с соответствующим кодоном иРНК. Например, аминокислота лейцин (Лей) может кодироваться шестью разными триплетами, поэтому существует шесть типов лейциновых тРНК, и все они имеют разные антикодоны.

Общее количество кодонов составляет 4³ = 64, однако молекул тРНК к терминирующим кодонам (их три) не существует, т.е. 64 – 3 = 61 вид тРНК.

5. Реакции матричного синтеза следует относить к процессам ассимиляции или диссимиляции? Почему?

Реакции матричного синтеза относятся к процессам ассимиляции потому что сопровождаются синтезом сложных органических соединений из более простых веществ, а именно – биополимеров из соответствующих мономеров (репликация сопровождается синтезом дочерних цепей ДНК из нуклеотидов, транскрипция – синтезом РНК из нуклеотидов, трансляция – синтезом белка из аминокислот), и требуют затрат энергии (поставщиком энергии для реакций матричного синтеза служит АТФ).

7. Участок транскрибируемой цепи ДНК имеет следующий порядок нуклеотидов: ТАЦТГГАЦАТАТТАЦААГАЦТ. Установите последовательность аминокислотных остатков пептида, закодированного этим участком. Для решения используйте таблицу 14.

По принципу комплементарности установим последовательность нуклеотидов соответствующей иРНК, а затем с помощью таблицы генетического кода определим последовательность аминокислотных остатков закодированного пептида.

Ответ: последовательность аминокислотных остатков пептида: Мет–Тре–Цис–Иле–Мет–Фен.

8. Установлено, что в молекуле мРНК адениловые нуклеотиды составляют 14 % от общего количества нуклеотидов, цитидиловые — 30 %, уридиловые — 34 %, гуаниловые — 22 %. Определите процентное соотношение нуклеотидов в составе двухцепочечного участка молекулы ДНК, одна из цепей которого являлась матрицей для синтеза данной мРНК.

Зная, что молекула мРНК комплементарна одной цепи ДНК, можно посчитать содержащиеся в этой цепи нуклеотиды: 14% аденина в мРНК соответствует 14% тимина в ДНК, 22% гуанина в мРНК соответствует 22% цитозина в ДНК, 30% цитозина в мРНК соответствует 30% гуанина в ДНК, 34% урацила в мРНК соответствует 34% аденина в ДНК.

Теперь по принципу комплементарности можно посчитать нуклеотиды во второй цепи ДНК. Если в первой цепи 14% тимина, то во второй цепи будет 14% аденина (Т = А), если в первой цепи 22% цитозина, то во второй цепи будет 22% гуанина (Ц = Г), 6 соответственно во второй цепи будет 30% цитозина напротив Г (Г = Ц) и 34% Т напротив А (А = Т). Теперь можно посчитать нуклеотиды в двух цепях: А = 34% в первой цепи + 14% во второй цепи = 48%, Т = А тоже 48%, Г = 30% в одной цепи + 22% во второй цепи = 52%, значит Ц тоже будет 52%.

Ответ: А=48%, Т=48%, Г=52%, Ц = 52%.