Биология

Биосинтез

Био­син­тез – это про­цесс со­зда­ния слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ в ходе био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций, про­те­ка­ю­щих с по­мо­щью фер­мен­тов.

Этот процесс всегда происходит с по­гло­ще­ни­ем энер­гии. На­при­мер, об­ра­зо­ва­ние по­ли­са­ха­ри­дов из мо­но­са­ха­ри­дов, об­ра­зо­ва­ние бел­ков из ами­но­кис­лот, об­ра­зо­ва­ние нук­ле­и­но­вых кис­лот из нук­лео­ти­дов. Энер­гию поставляет мо­ле­ку­ла АТФ (аде­но­з­ин­три­фос­фор­ная кис­ло­та), которая со­дер­жит мак­ро­энер­ге­ти­че­ские связи (рис. 1).

Рис. 1. Аде­но­з­ин­три­фос­фор­ная кис­ло­та (Источник) 

При гид­ро­ли­зе вы­де­ля­ет­ся энер­гия, она ис­поль­зу­ет­ся для обес­пе­че­ния про­цес­сов био­син­те­за. В био­син­те­зе мо­ле­кул белка участ­ву­ют ами­но­кис­ло­ты, фер­мен­ты, ри­бо­со­мы, мо­ле­ку­лыРНК (ри­бо­сом­ные, транс­порт­ные, ин­фор­ма­ци­он­ные).

По­ли­пеп­тид­ные цепи, или мо­ле­кулы белка, создаются на ри­бо­со­мах ци­то­плаз­мы. Био­син­тез за­ви­сит от участ­ка ДНК в опре­де­лен­ном месте хро­мо­со­мы (гене). Гены со­дер­жат ин­фор­ма­цию об оче­ред­но­сти ами­но­кис­лот во время син­те­за белка, ко­ди­ру­ют его пер­вич­ную струк­ту­ру.

Суть ге­не­ти­че­ско­го кода

Ин­фор­ма­ция о каж­дой ами­но­кис­ло­те за­пи­са­на в ком­би­на­ции из трех нук­лео­ти­дов (три­пле­тов) – одну ами­но­кис­ло­ту ко­ди­ру­ют три нук­лео­ти­да(рис. 2).

Рис. 2. Таблица генетического кода (Источник) 

Ге­не­ти­че­ский код уни­вер­са­лен, оди­на­ков для всех живых ор­га­низ­мов. Мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК пе­ре­но­сят­ся в ци­то­плаз­му клет­ки. Три­пле­ты ин­фор­ма­ци­он­ной РНК на­зы­ва­ют ко­до­на­ми.

Схе­ма­ про­цесса био­син­те­за (рис. 3)

Рис. 3. Процесс биосинтеза (Источник) 

Дан­ные, по­лу­чен­ные экспериментально, по­ка­за­ли, что био­син­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов: тран­скрип­ции, транс­ля­ции.

Тран­скрип­ци­я

Транскрипция – ме­ха­низм, с по­мо­щью ко­то­ро­го нук­лео­тид­ная по­сле­до­ва­тель­ность одной из цепей молекулы  ДНК пе­ре­пи­сы­ва­ет­ся в ком­пле­мен­тар­ную по­сле­до­ва­тель­ность в виде мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК (рис. 4).

Рис. 4. Транскрипция (Источник) 

Второе определение. Транскрипция – про­цесс син­те­за ин­фор­ма­ци­он­ной РНК, в ко­то­ром в ка­че­стве мат­ри­цы ис­поль­зу­ет­ся одна из цепей мо­ле­ку­лы ДНК.

Про­цесс тран­скрип­ции

Спе­ци­аль­ный фер­мент на­хо­дит на молекуле ДНК требуемый ген и копирует его, рас­кру­чи­ва­я уча­сток двой­ной спи­ра­ли ДНК (рис. 5).

Рис. 5. Раскручивается участок двойной спирали (Источник) 

Фер­мент пе­ре­ме­ща­ет­ся вдоль цепи ДНК и стро­ит цепь ин­фор­ма­ци­он­ной РНК в со­от­вет­ствии с прин­ци­пом ком­пле­мен­тар­но­сти. По мере дви­же­ния фер­мен­та рас­ту­щая цепь информационной РНК от­хо­дит от ДНК мат­ри­цы, а двой­ная спираль ДНК вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся. Когда фер­мент до­сти­га­ет конца ко­пи­ро­ва­ния участ­ка, на­зы­ва­е­мо­го стоп-ко­до­ном, мо­ле­ку­ла РНК от­де­ля­ет­ся от мат­ри­цы, т. е. от мо­ле­ку­лы ДНК. Тран­скрип­ция – это пер­вый этап био­син­те­за белка. На этом этапе про­ис­хо­дит счи­ты­ва­ние ин­фор­ма­ции путем син­те­за ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Транс­ля­ция

Транс­ля­ции – механизм, с помощью которого  нук­лео­тид­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти ин­фор­ма­ци­он­ной РНК пе­ре­во­дят­ся в по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в мо­ле­ку­ле по­ли­пеп­тид­ной цепи. Про­цесс идет в ци­то­плаз­ме на ри­бо­со­мах. Об­ра­зо­вав­ши­е­ся ин­фор­ма­ци­он­ные РНК вы­хо­дят из ядра через поры и от­прав­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам. Ри­бо­со­ма сколь­зит по РНК и вы­стра­и­ва­ет из опре­де­лен­ных ами­но­кис­лот длин­ную по­ли­мер­ную цепь белка. Ами­но­кис­ло­ты до­став­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам с по­мо­щью транс­порт­ных РНК. Для каж­дой ами­но­кис­ло­ты тре­бу­ет­ся своя транс­порт­ная РНК, со­от­вет­ству­ю­щая опре­де­лен­но­му три­пле­ту ин­фор­ма­ци­он­ной РНК (ко­до­ну). В мо­ле­ку­ле транс­порт­ной РНК, ко­то­рая имеет форму три­лист­ни­ка, имеется два участка – акцепторный и триплетный антикодон. К акцепторному участку при­со­еди­ня­ет­ся ами­но­кис­ло­та, а три­плет­ный ан­ти­ко­дон свя­зы­ва­ет­ся с ком­пле­мен­тар­ным ко­до­ном в мо­ле­ку­ле ин­фор­ма­ци­он­ной РНК (рис. 6).

Рис. 6. тРНК (Источник) 

Це­поч­ка ин­фор­ма­ци­он­ной РНК обес­пе­чи­ва­ет опре­де­лен­ную по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в це­поч­ке мо­ле­ку­лы белка. Жизнь ин­фор­ма­ци­он­ной РНК – от 2 минут (у неко­то­рых бак­те­рий) до несколь­ких дней (как, на­при­мер, у выс­ших мле­ко­пи­та­ю­щих). Затем ин­фор­ма­ци­он­ная РНК раз­ру­ша­ет­ся под дей­стви­ем фер­мен­тов, а нук­лео­ти­ды ис­поль­зу­ют­ся для син­те­за новой мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК. Таким об­ра­зом, клет­ка кон­тро­ли­ру­ет ко­ли­че­ство син­те­зи­ру­е­мых бел­ков и их тип.

Заключение

Биосин­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов: тран­скрип­ция (об­ра­зо­ва­ние ин­фор­ма­ци­он­ной РНК по мат­ри­це ДНК, про­те­ка­ет в ядре клет­ки) и транс­ля­ция (эта ста­дия про­хо­дит в ци­то­плаз­ме клет­ки на ри­бо­со­мах).

 

Список литературы

1. Каменский А.А. и др. Биология. Введение в общую биологию и экологию. Учебник для 9 класс. – М.: Дрофа, 2002. – 304 с.
2. Вахрушев А.А., Бурский О.В., Раутиан А.С. и др. Биология. 9 класс. (Порядок в живой природе) – М.: 2012. – 352 с.
3. Теремов А.В., Петросова Р.А., Никишов А.И. Биология. Общие закономерности жизни. 9 класс. – М.: 2013. – 278 с.
4. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Биология. 9 класс. – 5-е изд., испр. – М.: 2013. – 240 с.
5. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Биология. Общие закономерности. 9 класс. – М.: 2011. – 278 с. 
6. Сухорукова Л.Н., Кучменко В.С. Биология. Живые системы и экосистемы. 9 класс – М.: 2010. – 144 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Shkolo.ru (Источник).  
2. Festival.1september.ru (Источник). 
3. School.xvatit.com (Источник). 

 

Домашнее задание

1. Что такое биосинтез?
2. Опишите про­цесс тран­скрип­ции.
3. Где происходит процесс трансляции?
4. В чем суть генетического кода?