Трансляция происходит на рибосомах и является последним этапом синтеза белка. В её основе лежит информационная РНК, которая получается в результате транскрипции.
На рибосоме идёт считывание информации с информационной РНК и превращение её в цепь аминокислот, из которых и состоит белок.
Процесс начинается с прикрепления молекулы тРНК к аминокислоте к РНК-молекуле комплементарным кодоном. Затем молекула тРНК с аминокислотой прикрепляется к мРНК и перемещается по рибосоме.
В результате синтеза цепи белка, кодируемой информационной РНК, молекулы РНК и тРНК также участвуют в процессе.
Таким образом, трансляция является важным этапом, который позволяет клетке создавать необходимые белки для своего функционирования.
Вывод
Матричные процессы — репликация, транскрипция и трансляция — играют ключевую роль в жизненном цикле клетки. Они позволяют клетке размножаться, синтезировать необходимые белки и выполнять свои функции.
Понимание этих процессов важно для изучения биологии и понимания основ жизни на молекулярном уровне. Каждый из этих процессов имеет свои особенности и специфику, но вместе они образуют сложную, но удивительную систему жизнедеятельности клетки.
Трансляция происходит в рибосомах
Трансляция происходит в рибосомах. Матрицей для трансляции служит иРНК.
Очень важно: трансляция идёт с 5 конца на 3 конец, то есть рибосома читает иРНК с 5 конца!!!
Как происходит трансляция?
На малую субъединицу рибосомы приходит иРНК. Далее иРНК скользит по малой субъединице, пока та не обнаружит старт-кодон. Старт-кодон (обычно АУГ) — это 3 нуклеотида, с которого начинается (инициируется) процесс синтеза белка. Далее субъединицы рибосом спаиваются, и к этому кодону подходит антикодон тРНК с аминокислотой.
Ко 2-му кодону иРНК подходит следующая тРНК с другой аминокислотой. Между аминокислотами образуется пептидная связь.
иРНК сдвигается на один кодон вперёд. Самая первая тРНК больше не помещается в рибосому и уходит, оставляя свою аминокислоту (она связана пептидной связью). К третьему кодону иРНК подходит тРНК с новой аминокислотой. Она связывается со 2 аминокислотой пептидной связью.
Такой цикл повторяется многократно до тех пор, пока в рибосому не зайдёт стоп-кодон иРНК. К нему не подходит ни одна тРНК — не подходит и аминокислота, поэтому синтезированный белок покидает рибосому.
Решение типовых задач на синтез белка
Определите: последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка (используя таблицу генетического кода), если фрагмент транскрибируемой цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: 5 ГТГ-ТАТ-ГГА-АГТ 3
Решение задачи
Для построения цепи иРНК на основе имеющейся цепи ДНК, используем принцип комплементарности и антипараллельности.
Найдем антикодоны тРНК, которые комплементарны кодонам иРНК.
С помощью таблицы генетического кода найдем аминокислотную последовательность, используя иРНК, а не тРНК.
Получаем следующие результаты:
- Последовательность нуклеотидов на иРНК: 5-ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА-3
- Антикодоны тРНК: 3-ГУГ-5 ; 3-УАУ-5 ; 3-ГГА-5 ; 3-АГУ-5
- Аминокислотная последовательность: ТРЕ-СЕР-ИЛЕ-ГИС
Таким образом, задача успешно решена, найдены иРНК, тРНК и аминокислоты.
Антикодоны тРНК и процесс синтеза белка
Антикодоны тРНК поступают к рибосомам в следующей последовательности нуклеотидов 3-УЦГ-5, 3-ЦГА-5, 3-ААУ-5, 3-ЦЦЦ-5. Определим последовательность нуклеотидов на иРНК, последовательность нуклеотидов на ДНК, кодирующих определенный белок, и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы синтезируемого белка, используя таблицу генетического кода:
Таблица генетического кода
| Кодон иРНК | Аминокислота |
|---|---|
| УЦГ | Сер |
| ЦГА | Ала |
| ААУ | Лей |
| ЦЦЦ | Гли |
Поиск кодонов иРНК:
- Антикодоны тРНК: 3-УЦГ-5, 3-ЦГА-5, 3-ААУ-5, 3-ЦЦЦ-5
- Кодоны иРНК: 5-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3
Поиск ДНК по кодонам иРНК:
- Кодоны иРНК: 5-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3
- Транскрибируемая цепь ДНК: 3-ТЦГ-ЦГА-ААТ-ЦЦЦ-5
- Смысловая цепь ДНК: 5-АГЦ-ГЦТ-ТТА-ГГГ-3
Поиск последовательности аминокислот:
- Кодоны иРНК: 5-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3
- Сер-Ала-Лей-Гли – последовательность аминокислот
Смысл всего этого
Экспрессия генов позволяет считывать информацию из ДНК и превращать её в белок. Синтез белков – конечная цель генетического кода, путь от ДНК к признаку. Например, информация о цвете кожи закодирована в ДНК и после синтеза белка превращается в меланин – пигмент определенного цвета.
Задание 1:
По данным исходным данным определим нуклеотидную последовательность участка тРНК и аминокислоту, которую она будет переносить в процессе синтеза белка, если третий триплет с 5ʹ конца соответствует антикодону тРНК.
Используем таблицу генетического кода:
| Кодон иРНК | Аминокислота |
|---|---|
| AGC | Сер |
Таким образом, третий триплет с 5ʹ конца кодирует аминокислоту серин.
Хромосомы и ДНК в клетках при гаметогенезе
Для соматической клетки животного характерен диплоидный набор хромосом. При гаметогенезе в метафазе II мейоза и анафазе II мейоза происходит редукционное деление клетки. Давайте рассмотрим результаты этого процесса.
Гаметогенез и хромосомы
В метафазе II мейоза:
- Хромосомный набор – n
- Число молекул ДНК – 2с
В анафазе II мейоза:
- Хромосомный набор – 2n
- Число молекул ДНК – 2с
Сразу после мейоза I, клетки становятся гаплоидными, где хромосомы двухроматидные.
Генетический код и тРНК
Нуклеотидная последовательность участка тРНК: 5ʹ-ЦГААГГУГАЦААУГУ-3ʹ. Важно, что антикодон 5ʹ-УГА-3ʹ у тРНК (третий триплет) соответствует кодону на иРНК 5ʹ-УЦА-3ʹ, который по таблице генетического кода переносить аминокислоту Сер (серин).
Хромосомный набор в клетках сфагнума
Для клеток листьев сфагнума характерен гаплоидный набор хромосом (n), в то время как для клеток спорогона (коробочки на ножке) – диплоидный набор (2n). Листья развиваются из споры в результате митоза, а спорогон развивается из зиготы также в результате митоза.
Хромосомы в клетках голубя и дрозофилы
В соматических клетках голубя содержится 80 хромосом. Перед началом редукционного деления и в метафазе I мейоза количество хромосом остается одинаковым (80), так же как и количество молекул ДНК (160). Пары гомологичных хромосом (биваленты) располагаются в экваториальной зоне метафазы I мейоза.
Пыльцевые зерна и иголки сосны
Клетки пыльцевого зерна имеют гаплоидный набор хромосом (n), в то время как клетки иголки сосны имеют диплоидный набор (2n). Интересно, что пыльцевые зерна образуются митозом из микроспоры, а иголки развиваются из зиготы также благодаря митозу.
Ответ: 1) перед началом редукционного деления число хромосом — 8; 2) перед началом редукционного деления число молекул ДНК — 16; 3) перед началом деления молекулы ДНК удваиваются (каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид); 4) в метафазе I мейоза число хромосом — 8; 5) в метафазе I мейоза число молекул ДНК — 16; 6) в метафазе I мейоза пары гомологичных хромосом (биваленты) расположены в зоне экватора.
Задание 6. Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной цепи соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов:
5’ — ГЦТЦАГЦТЦАГЦТГАЦАТТГТЦ — 3 ’ 3’ — ЦГАГТЦГАГТЦГАЦТГТААЦАГ- 5 ’
Определите матричную (транскрибируемую) цепь ДНК, если синтез начинается с аминокислоты мет. Поясните свой выбор. Укажите последовательность фрагмента иРНК и фрагмента полипептида. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
Ответ: 1) верхняя цепь ДНК является матричной; 2) так как аминокислоте мет соответствует кодон 5’-АУГ-3’ (АУГ) (триплет ДНК — 3’-ТАЦ-5’(5’-ЦАТ-3’, ЦАТ)); 3) последовательность иРНК: 3’-ЦГАГУЦГАГУЦГАЦУГУААЦАГ-5’ (3’-ЦГАГУЦГАГУЦГАЦУГУА-5’) ИЛИ 5’-ГАЦААУГУЦАГЦУГАГЦУГАГЦ-3’ (5’-АУГУЦАГЦУГАГЦУГАГЦ-3’) 4) фрагмент полипептида: мет-сер-ала-глу-лей-сер
Задание 7. Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5′ концу одной цепи соответствует 3′ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5′ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5′ к 3′ концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь матричная):
5′-ЦАТГТГАТГАГЦТЦАЦГТАГЦ -3′ 3′-ГТАЦАЦТАЦТЦГАГТГЦАТЦГ -5′
Определите последовательность аминокислот начала полипептида, если синтез начинается с аминокислоты Мет. Объясните последовательность решения задачи. Фрагмент полипептида в длину имеет более 4-х аминокислот. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
Ответ: 1) последовательность иРНК: 5′-ЦАУГУГАУГАГЦУЦАЦГУАГЦ -3′ 2) аминокислоте МЕТ соответствует кодон 5′-АУГ-3′ (АУГ); 3) такой кодон встречается на иРНК дважды, считывание начинается со второго кодона АУГ (с 7 нуклеотида с 5′-конца) 4) поскольку при начале считывания с первого из двух кодонов АУГ фрагмент полипептида имеет длину менее 4-х аминокислот (в рамку считывания попадает стоп-кодон) 5) фрагмент полипептида: мет-сер-сер-арг-сер.
Задание 8. Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5′ концу в одной цепи соответствует 3′ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5′ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5′ к 3′ концу. Ретровирусы в качестве генома содержат молекулу РНК. При заражении клетки он создаёт ДНК-копию своего генома. Фрагмент генома ретровируса имеет следующую последовательность:
Определите последовательность фрагмента ДНК-копии, которая будет встроена в геном клетки-мишени. Определите последовательность аминокислот во фрагменте белка, закодированном в данном фрагменте ДНК-копии. Укажите последовательность иРНК, на которой синтезируется белок. Матрицей для синтеза иРНК является цепь ДНК, комплементарная вирусной РНК. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
Ответ: 1) последовательность ДНК-копии: 3′-АЦГЦЦТЦТЦГАЦЦАТ-5′ 5′-ТГЦГГАГАГЦТГГТА-3′ ИЛИ 5′-ТГЦГГАГАГЦТГГТА-3′ 3′-АЦГЦЦТЦТЦГАЦЦАТ-5′ ИЛИ 5′-ТАЦЦАГЦТЦТЦЦГЦА-3′ 3′-АТГГТЦГАГАГГЦГТ-5′ ИЛИ 3′-АТГГТЦГАГАГГЦГТ-5′ 5′-ТАЦЦАГЦТЦТЦЦГЦА-3′ 2) последовательность иРНК: 5′-УГЦГГАГАГЦУГГУА-3′; 3) последовательность аминокислот в полипептиде: цис-гли-глу-лей-вал.
Задание 9. Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5′ концу одной цепи соответствует 3′ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5′ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5′ к 3′ концу. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
Определите, какая из цепей ДНК является матричной (транскрибируемой), если первая аминокислота в синтезируемом фрагменте полипептида — ала. Укажите последовательность фрагмента молекулы иРНК и фрагмента полипептида, состоящего из пяти аминокислот. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
Ответ: 1) аминокислота ала кодируется на иРНК кодоном 5′-ГЦУ-3′; 2) на матричной (транскрибируемой) цепи ДНК этому кодону комплементарным является триплет 3′-ЦГА-5′; 3) на нижней цепи ДНК первый триплет — 3′-ЦГА-5′, следовательно, она является матричной(транскрибируемой); 4) последовательность иРНК: 5′-ГЦУГАГГУГЦГАЦЦУ-3′; 5) последовательность полипептида: ала-глу-вал-арг-про.
Тема : Матричные процессы
Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ. Какие изменения могли произойти в результате генной мутации во фрагменте молекулы ДНК, если вторая аминокислота в полипептиде заменилась на аминокислоту Про? Какое свойство генетического кода определяет возможность существования разных фрагментов мутированной молекулы ДНК? Ответ обоснуйте. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Решение: 1) последовательность нуклеотидов в молекуле иРНК: 5′-ГУЦАЦАГЦГАУЦААУ-3′ (3′-УААЦУАГЦГАЦАЦУГ-5′); 2) последовательность аминокислот в полипептиде: Вал-Тре-Ала-Иле-Асн; 3) во фрагменте белка вторая аминокислота Тре заменилась на Про, что возможно при замене второго триплета в смысловой цепи ДНК 5′-АЦА-3′ на триплет 5′-ЦЦУ-3′, 5′-ЦЦЦ-3′, 5′-ЦЦА-3′ или 5′-ЦЦГ-3′ (второго кодона в РНК 5′-АЦА-3′ на кодон 5′-ЦЦУ-3′, или 5′-ЦЦЦ-3′, или 5′-ЦЦА-3′, или 5′-ЦЦГ-3′); 4) свойство генетического кода – избыточность (вырожденность), так как одной аминокислоте (Про) соответствует более одного триплета (четыре триплета).
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’–концу одной цепи соответствует 3’–конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’–конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’– к 3’–концу. Синтез молекулы белка всегда начинается с аминокислоты мет.
Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется молекула белка, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь матричная (транскрибируемая)):
Найдите первый кодирующий триплет на смысловой цепи ДНК. Установите кодирующую последовательность нуклеотидов иРНК и аминокислотную последовательность молекулы белка, которые синтезируются на данном фрагменте ДНК. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
Первое основание Второе основание Третье основание
Правила пользования таблицей
Первый нуклеотид в триплете берется из левого вертикального ряда, второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трех нуклеотидов, и находится искомая аминокислота.