Транскрипция и трансляция (антикодон, рРНК)
| Этап | Где | Суть |
|---|---|---|
| Транскрипция | Ядро (у прокариот — цитоплазма), также митохондрии и пластиды | РНК-полимераза раскручивает участок ДНК и строит иРНК на одной (матричной) цепи по принципу комплементарности (А→У, Т→А, Г→Ц, Ц→Г). Принципы: комплементарность, антипараллельность (иРНК 5′→3′ против матрицы 3′→5′), асимметричность (у каждого гена считывается только одна цепь). У эукариот пре-иРНК созревает (процессинг): вырезаются интроны, сшиваются экзоны (сплайсинг), добавляются кэп и поли-А хвост. |
| Трансляция | Рибосомы: свободные в цитоплазме (белки для клетки) и на гранулярной ЭПС (белки на экспорт) | Инициация: малая субъединица садится на иРНК, находит старт-кодон АУГ; сборка рибосомы. Элонгация: тРНК с антикодоном доставляет аминокислоту (аминокислота присоединена к акцепторному концу тРНК ферментом с затратой АТФ); рибосома продвигается на один триплет, соединяя аминокислоты пептидной связью. Терминация: стоп-кодон, полипептид отделяется. |
Условия биосинтеза белка: матрица (иРНК), аминокислоты, тРНК, рибосомы, ферменты, энергия АТФ (и ГТФ), ионы Mg²⁺. Полисома — несколько рибосом на одной иРНК синтезируют одинаковые белки. Затем белок приобретает вторичную и третичную структуру, может модифицироваться в аппарате Гольджи.
Участие тРНК. тРНК — короткая цепь (около 70–90 нуклеотидов), свёрнутая за счёт внутренней комплементарности в «клеверный лист». К её акцепторному 3′-концу (ЦЦА) присоединяется аминокислота, на вершине центральной петли — антикодон. Присоединение катализирует фермент аминоацил-тРНК-синтетаза с затратой АТФ; для каждой аминокислоты есть своя синтетаза, узнающая и аминокислоту, и её тРНК, — именно здесь происходит «перевод» с языка нуклеотидов на язык аминокислот, ведь рибосома проверяет лишь соответствие кодона и антикодона. Разных тРНК больше 20, но меньше 61: одна тРНК может узнавать несколько кодонов, различающихся третьим нуклеотидом.
Роль рибосом. Малая субъединица связывает иРНК и контролирует соответствие кодона и антикодона, большая соединяет аминокислоты пептидной связью — эту реакцию катализирует рРНК, то есть рибосома работает как рибозим.
Организация генома. У прокариот одна кольцевая ДНК (нуклеоид) и плазмиды; гены без интронов, транскрипция и трансляция идут одновременно; гены одного пути объединены в оперон. У эукариот линейные хромосомы в ядре, ДНК связана с гистонами, гены прерывистые (экзоны и интроны), много некодирующих участков; транскрипция в ядре, трансляция в цитоплазме.
| Этап | Где идёт | Что происходит |
|---|---|---|
| Транскрипция | Ядро (у прокариот — цитоплазма) | РНК-полимераза узнаёт промотор, расплетает ДНК и строит иРНК по кодогенной цепи; синтез идёт до терминатора. |
| Созревание (процессинг) | Ядро эукариот | Вырезание некодирующих участков — интронов, сшивание экзонов (сплайсинг), присоединение защитных концов. У прокариот этого этапа нет. |
| Транспорт | Ядерные поры | Зрелая иРНК выходит в цитоплазму к рибосомам. |
| Инициация трансляции | Рибосома | Малая субъединица находит стартовый кодон АУГ, присоединяется тРНК с метионином, собирается рибосома. |
| Элонгация | Рибосома | тРНК с антикодоном, комплементарным кодону, приносит аминокислоту; между аминокислотами образуется пептидная связь; рибосома сдвигается на триплет. |
| Терминация | Рибосома | Стоп-кодон не узнаётся ни одной тРНК, цепь освобождается, субъединицы расходятся. |
| Этап | Где | Суть |
|---|---|---|
| Транскрипция | Ядро (у прокариот — цитоплазма), также митохондрии и пластиды | РНК-полимераза раскручивает участок ДНК и строит иРНК на одной (матричной) цепи по принципу комплементарности (А→У, Т→А, Г→Ц, Ц→Г). Принципы: комплементарность, антипараллельность (иРНК 5′→3′ против матрицы 3′→5′), асимметричность (у каждого гена считывается только одна цепь). У эукариот пре-иРНК созревает (процессинг): вырезаются интроны, сшиваются экзоны (сплайсинг), добавляются кэп и поли-А хвост. |
| Признак генома | Прокариоты | Эукариоты |
|---|---|---|
| Где находится ДНК | Нуклеоид в цитоплазме, плазмиды | Хромосомы в ядре; собственная кольцевая ДНК в митохондриях и пластидах |
| Форма и число молекул | Обычно одна кольцевая молекула | Несколько линейных молекул (у человека 46 в соматической клетке) |
| Связь с белками | У бактерий гистонов нет | ДНК намотана на гистоны (нуклеосомы) и образует хроматин |
| Размер | Кишечная палочка — около 4,6 млн пар нуклеотидов, ≈ 4300 генов | Человек — около 3,1 млрд пар нуклеотидов в гаплоидном наборе, ≈ 20 тыс. генов белков |
| Доля кодирующей ДНК | Почти вся ДНК (около 90 %) | Малая: у человека белки кодирует около 1,5 % ДНК, остальное — интроны, регуляторные участки, повторы |
| Организация генов | Сплошные гены; гены одного пути объединены в оперон, с одной иРНК синтезируется несколько белков | Прерывистые гены (экзоны и интроны); у каждого гена свой промотор |
Регуляция активности генов у прокариот — гипотеза оперона (Ф. Жакоб, Ж. Моно, 1961, лактозный оперон E. coli): оперон = промотор (посадка РНК-полимеразы) + оператор (посадка белка-репрессора) + структурные гены. Ген-регулятор синтезирует репрессор; если репрессор сидит на операторе — транскрипция заблокирована.
Регуляция обмена и клеточный гомеостаз: постоянство состава клетки поддерживается через регуляцию активности ферментов (ингибирование конечным продуктом), активности генов, транспорта через мембрану, сигналами гормонов и нейромедиаторов.
| Уровень регуляции обмена | Как действует | Пример |
|---|---|---|
| Активность ферментов | Быстро, за секунды: активаторы и ингибиторы, торможение первого фермента пути его конечным продуктом (обратная связь) | Избыток АТФ тормозит ферменты гликолиза, накопление АДФ ускоряет дыхание |
| Количество ферментов | Медленнее, за минуты и часы: включение и выключение генов | Лактоза включает свой оперон; у бактерий избыток аминокислоты триптофана выключает гены её синтеза — репрессор, соединившись с триптофаном, садится на оператор |
| Разделение процессов мембранами | Противоположные процессы идут в разных отсеках клетки | Синтез жирных кислот — в цитоплазме, их окисление — в митохондриях |
| Транспорт через мембраны | Насосы и каналы поддерживают постоянный состав цитоплазмы | Натрий-калиевый насос: в клетке много K⁺ и мало Na⁺ |
| Сигналы организма | Гормоны и медиаторы через рецепторы меняют активность ферментов и генов | Инсулин ускоряет поглощение глюкозы и синтез гликогена, глюкагон — распад гликогена в печени |
| Этап | Где идёт | Что происходит |
|---|---|---|
| Транскрипция | Ядро (у прокариот — цитоплазма) | РНК-полимераза узнаёт промотор, расплетает ДНК и строит иРНК по кодогенной цепи; синтез идёт до терминатора. |
Регуляция работы генов. В каждой клетке организма полный набор генов, но работают не все: клетка синтезирует только нужные белки. У бактерий это описывает модель оперона (Ф. Жакоб, Ж. Моно): промотор, оператор и структурные гены; белок-репрессор садится на оператор и блокирует транскрипцию, а индуктор (например, лактоза) снимает блок. У эукариот регуляция сложнее: работают белки-регуляторы, происходит выборочный сплайсинг, а часть генов выключается химической модификацией ДНК.
Закрепите теорию: 7 терминов и 7 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.
Пройти урок arrow_forward