Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Среди 64 триплетов существуют 3, которые не кодируют ни одной аминокислоты. Когда синтез белка доходит до одного из таких триплетов, процесс биосинтеза белка останавливается и образовавшаяся на этот момент белковая цепь освобождается. Поэтому эти триплеты называют стоп-кодонами.

Рис. 63. Биосинтез белка

Биосинтез белка

Первый этап синтеза белковой молекулы происходит в ядре, где на участке ДНК, называемом геном, формируется молекула матричной, или информационной, РНК (иРНК). Этот процесс называют транскрипцией, т. е. перепиской «текста», содержащегося в ДНК, на молекулу РНК (рис. 63). Транскрипция происходит только на одной из двух цепочек ДНК, причём напротив аденина (А) вместо тимина (Т) ставится урацил (У). Например, на участке АТГГЦА синтезируется фрагмент иРНК со структурой УАЦЦГУ. Поэтому такой синтез называют матричным. Если изготовить матрицу, например какое-нибудь рельефное изображение на куске металла или дерева, а затем приложить её к мягкому материалу (воску или пластику), то мы получим точную копию исходного изображения, только обратную исходному: все выпуклости матрицы станут впадинами, и наоборот. Такое вот матричное изображение гена и представляет собой иРНК.

Молекула иРНК выходит из ядра и переносится к рибосоме – органоиду, который осуществляет сборку белка, т. е. пептидной цепочки. Этот процесс называют трансляцией, т. е. переводом «текста» с языка нуклеотидов на язык аминокислот (см. рис. 63). В каждой клетке находится несколько миллионов рибосом. Рибосомы состоят из белка и специальной рибосомальной РНК (рРНК) и формируются в ядрышках ядра клетки. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц – большой и малой. Между ними находится щель, через которую движется цепь иРНК.

Рис. 64. Строение транспортной РНК

После того как рибосома связалась с первым триплетом иРНК, к ней подходит молекула транспортной РНК (тРНК). Транспортная РНК имеет форму листа клевера, причём на среднем «лепестке» у неё имеется триплет, комплементарный какому-либо триплету иРНК (рис. 64). Такой триплет называют антикодоном. Каждому виду тРНК, обладающему данным антикодоном, соответствует определённая аминокислота, которая может прикрепиться к данной тРНК.

Поясним это на примере. Триплет ДНК, кодирующий аминокислоту метионин, имеет строение ТАЦ. В результате транскрипции на нём образуется триплет иРНК – АУГ. Когда этот триплет оказывается внутри рибосомы, к нему подходит и присоединяется тРНК с антикодоном УАЦ.

Эта молекула тРНК приносит в рибосому аминокислоту метионин. С этого начинается процесс трансляции.

Далее рибосома продолжает последовательно, «шагами», двигаться вдоль иРНК. Причём каждый «шаг» рибосомы равен трём нуклеотидам, т. е. одному триплету. На следующем этапе в рибосоме оказываются рядом уже два триплета: прежний АУГ и следующий, например ГГГ. В этот момент к рибосоме подходит тРНК с антикодоном ЦЦЦ. Эта тРНК приносит аминокислоту пролин. Теперь прежний метионин и вновь доставленный пролин оказываются рядом, и между ними образуется пептидная связь: формируется дипептид «метионин – пролин».

На следующем этапе рибосома сдвигается ещё на «шаг», тРНК с антикодоном УАЦ отделяется от неё и отправляется за новой молекулой метионина. Теперь в рибосоме находится тРНК с антикодоном ЦЦЦ, к ней прикреплён пролин, а к тому – с помощью пептидной связи – метионин. А к следующему триплету подходит новая молекула тРНК, например с антикодоном УУУ, и приносит аминокислоту лизин. Лизин соединяется пептидной связью с соседним пролином, и образуется трипептид «метионин – пролин – лизин». Затем рибосома сдвигается ещё на один «шаг», и процесс продолжается до тех пор, пока в рибосоме не появится участок иРНК, представляющий собой стоп-кодон. На этом синтез данной молекулы белка заканчивается.

Синтез крупной молекулы белка занимает около двух минут. При этом на присоединение к синтезируемому белку каждой аминокислоты и на движение рибосомы расходуется большое количество энергии.

Проверьте свои знания

1. Практически у всех живых организмов на нашей планете одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты. Как вы думаете, о чём свидетельствует такая универсальность генетического кода?

2. Вы знаете, что у эукариотических организмов транскрипция и трансляция происходят в разных частях клетки. Как вы считаете, есть ли такое территориальное разделение этапов биосинтеза белка в прокариотических клетках? Приведите аргументы в пользу своей точки зрения.

3. Что такое трансляция и где она происходит?

4. Какие виды РНК вы знаете? Каковы их функции?

5. Что такое стоп-кодоны? Зачем они нужны?

Задания

Участок гена имеет последовательность нуклеотидов: ГЦЦАГТТААТЦГ. На нём происходит синтез иРНК, которая затем переносится в рибосому. Укажите антикодоны тРНК, которые участвуют в трансляции. Какая цепочка аминокислот при этом будет синтезирована?

§ 25 Деление клетки

ЗагадкаОна одна в тиши сырой,Для всех невидима, живёт,Но только лишь вдвоём с сестройПеред глазами предстаёт.Едва появятся, ониПоссорятся и подерутсяИ на оставшиеся дниПо разным кельям разбегутся,Чтоб вновь невидимыми бытьЧтоб вновь невидимыми быть(Ответ: хромосома)

Вы знаете, что одно из положений клеточной теории утверждает, что любая клетка образуется только в результате деления другой клетки. Все многоклеточные организмы, состоящие часто из многих триллионов клеток, происходят из одной-единственной клетки путём её последовательного деления. Одноклеточные организмы размножаются путём деления. Получается, что клеточное деление обеспечивает существование всего живого на нашей планете (рис. 65).

Подавляющее большинство эукариотических клеток, в том числе и клеток человека, делится путём митоза. В результате такого деления из одной исходной клетки образуются две дочерние клетки, генетически идентичные материнской. В начале развития молодого организма все его клетки способны к делению, что и определяет его активный рост. С течением времени некоторые клетки дифференцируются, т. е. начинают выполнять свои специфические функции. После этого некоторые из них теряют способность к делению. Так, например, сохраняются практически в неизменном виде в течение всей жизни организма нервные клетки. В других тканях, например в эпителиальной, которая образует поверхность кожи и выстилку внутренних органов, клетки, наоборот, никогда не теряют способности к делению.

Период от начала деления клетки до начала следующего деления называют митотическим циклом. Он включает в себя подготовку к делению и само деление.

Рис. 65. Благодаря митозу в природе осуществляются не только рост и развитие, но и процессы регенерации. Восстановление морской звезды из фрагмента луча

Рис. 66. Фазы митоза

В зависимости от того, в состав какой ткани входит клетка и какие функции она выполняет, митотический цикл может иметь разную продолжительность.

Интерфаза

Период подготовки клетки к делению называют интерфазой (рис. 66). В это время клетка растёт, активно потребляет питательные вещества, запасает АТФ. Важнейшим процессом, подготавливающим клетку к делению, является самоудвоение (редупликация) ДНК. Вспомните, что при редупликации каждая нить ДНК строит комплементарную себе цепочку. В результате после редупликации каждая хромосома состоит из двух абсолютно одинаковых частей, скреплённых между собой. Каждую из этих двух частей называют хроматидой. После этого удваивается клеточный центр, и вновь образовавшиеся пары центриолей расходятся к полюсам клетки.