Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Лекция. Наследственная информация и реализация ее в клетке. Биосинтез белков.





План

  1. Пластический обмен
  2. Этапы синтеза белка.
  3. Генная инженерия

1. Пластический обмен— совокупность реакций био­логического синтеза — анаболизм (от греч. anabole — подъем). Из простых низкомолекулярных веществ, по­ступающих в клетку извне, в процессе биосинтеза об­разуются сложные вещества, подобные содержимому клетки: из аминокислот синтезируются белки, из мо­носахаридов — полисахариды, из азотистых основа­ний — нуклеотиды, а из них уже — нуклеиновые кис­лоты. Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии, образующейся в результате реакций расщеп­ления органических молекул, поступающих с пищей. Это реакции диссимиляции, или катаболизма (от греч. katabole — разрушение, сбрасывание). Реакции плас­тического обмена называют еще ассимиляцией (от лат. assimilatio — усвоение). Реакции биосинтеза характе­ризуются видовой и индивидуальной специфичностью.

Клетки наружных покровов членистоногих синтези­руют хитин — сложный полисахарид. У наземных по­звоночных в волосяных луковицах синтезируется рого­вое вещество, основой которого является белок кератин.

Особенно интенсивно пластический обмен (ассими­ляция) происходит в процессе роста организма.

Особенно важные процессы анаболизма — фотосин­тез и синтез белка, имеющие огромное значение для жизни на земле. В процессе биосинтеза белка опреде­ляющую роль играют свойства генетического кода.

2. Биосинтез белка— сложный процесс создания белка в клетках из аминокислот.

Кодон— три рядом расположенных нуклеотида, кодирующих одну аминокислоту. 61 кодон из 64 воз­можных кодирует определенные аминокислоты, а 3 — стоп-кодоны. Кодон АУГ определяет начало синтеза любой полипептидной цепи.



Антикодон— участок молекулы тРНК (состоящий из 3 нуклеотидов), соответствующий по принципу комплементарности кодону участка молекулы ДНК (так­же из трех нуклеотидов).

Этапы биосинтеза белка:

транскрипция (лат. transcriptio — переписыва­ние) — биосинтез молекул РНК — осуществляется в хромосомах на одной из цепей молекулы ДНК (рис. 12). При помощи ферментов РНК-полимеразы на соответст­вующих участках молекулы ДНК (генах) на основ матричного синтеза формируются все виды РНК (иРНК, рРНК, тРНК). В клетках могут синтезироваться 20 раз­новидностей тРНК, ориентированных на перенос 20 ви­дов аминокислот, принимающих участие в синтезе бел­ка. Различные виды РНК у эукариотов через ядерную оболочку доставляются в цитоплазму специальными бел­ками. В субъединицы рибосом встраиваются рРНК;

трансляция (лат. translatio — передача) — пе­ревод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК (кодонов иРНК) в последовательность амино­кислот. У эукариотов иРНК через ядерную оболочку поступает в цитоплазму. В цитоплазме на один из концов иРНК нанизывается рибосома, она пе­ремещается по молекуле иРНК прерывисто, триплет за триплетом, предоставляя каждый из них для кон­такта с тРНК. Сущность трансляции заключается в подборе по принципу комплементарности антикодона тРНК к кодону иРНК. Если антикодон тРНК соответ­ствует кодону иРНК, то аминокислота, доставленнаятакой тРНК, включается в полипептидную цепь, и ри­босома перемещается на следующий триплет (кодон иРНК). В зависимости от длины молекулы иРНК к ней может присоединиться от 3—4 до 100 рибосом. Комплексы рибосом называются полирибосомами. По­сле завершения синтеза полипептидная цепочка отде­ляется от матрицы — молекулы иРНК, погружается в канал эндоплазматической цепи и там приобретает вто­ричную, третичную или четвертичную структуры.

Молекула иРНК может использоваться для синтеза полипептидов многократно, так же как и рибосомы.

Биосинтез белка — процесс чрезвычайно сложный, связанный с участием многих ферментов и затратой большого количества энергии.

Скорость сборки одной молекулы белка составляет 1—2 мин, если молекула состоит из 200—300 аминокислот.

3. Генная инженерия.Развитие молекулярной биологии приве­ло к ряду открытий, имеющих важное практическое значение. К числу таких практических достижений принадлежит созда­ние методов синтеза и выделения генов, положивших начало генной инженерии.

Мы знаем уже, что гены представляют собой участки ДНК, которые кодируют ферменты, белковые гормоны, защитные, транспортные и иные белки. Многие из этих белков, синтези­руемых в клетках бактерий, животных или растений, представ­ляют большую практическую ценность для медицины, сельско­го хозяйства, промышленности. Однако чаще всего они произ­водятся клетками в малых количествах и поэтому широкое ис­пользование их затруднено или невозможно. Так, важное зна­чение для медицины могло бы иметь производство белкового гормона роста. Встречаются дети, рост которых задержан из-за недостатка в организме этого гормона. Такие дети на всю жизнь остаются лилипутами. Введение этого гормона обеспечило бы им нормальный рост.

Если бы мы научились вводить в клетки растений новые гены, кодирующие полноценные белки, то такие растения не отличались бы по пищевой ценности от продуктов животного происхождения. Недостаток животных продуктов (молока, яиц, мяса, рыбы), которые содержат все необходимые аминокисло­ты, испытывает более половины населения Земли.

В клетках некоторых бактерий есть белки, которые способ­ны с высокой эффективностью превращать световую энергию Солнца в электрическую энергию. Если бы мы могли произво­дить такие белки в больших количествах, то на их основе мож­но было бы создать промышленные установки для получения дешевой электроэнергии. Эти и многие другие задачи позволя­ет решать генная инженерия.

Сегодня известно несколько способов получения генов, коди­рующих необходимые белки. Так, разработаны методы химиче­ского синтеза молекул ДНК с заданной последовательностью нуклеотидов. Более того, уже синтезирован таким способом ряд генов, кодирующих белковые гормоны и интерфероны — бел­ки, защищающие человека и животных от вирусов.

Наконец, необходимые гены можно не синтезировать, а вы­делять готовыми из множества генов, имеющихся в составе ДНК клеток данного типа. Разработана специальная техника выделе­ния одиночных нужных генов из всей массы ДНК, где их име­ется несколько десятков тысяч.

Синтезированный или выделенный ген встраивают в самоко­пирующуюся ДНК бактериального вируса и вводят в бактери­альную клетку. Такие бактерии начинают синтезировать человеческий или животный гормон, нужный фермент или интер­ферон. Этим способом в бактерию можно ввести программу син­теза любого белка человека, животного или растения.

На рисунке 25 показана одна из схем получения гена, коди­рующего нужный нам белок. На первом этапе из клеток выде­ляют иРНК. Затем на ней, как на матрице, синтезируют нить комплементарной ей ДНК (кДНК). Благодаря этому получает­ся гибридная ДНК-РНК-молекула. После удаления РНК из этой молекулы на оставшейся одноцепочечной ДНК осуществляют синтез второй нити. В результате возникает полноценная моле­кула ДНК. Используя специальные ферменты, ее встраивают в бактериальные плазмиды (кольцевые внехромосомные молеку­лы ДНК), которые выполняют роль переносчиков нужных ге­нов. На последнем этапе плазмиды со вставкой встраиваются в бактериальную хромосому. В ней перенесенный ген человека, животного, растения или другого микроорганизма начинает ра­ботать, и в бактериальной клетке накапливается необходимый белок, остается лишь выделить его из бактериальной массы. Та­ких бактерий размножают в промышленных масштабах и полу­чают необходимый белок в больших количествах. Все эти тех­нологические приемы основаны на успехах в познании физико- химических основ жизни. Решение практических задач с помо­щью описанных методов молекулярной биологии и генетики и составляет сущность генной инженерии.

Клеточная инженерия. Биотехнология. К генной инженерии примыкает клеточная инженерия, основанная на успехах кле­точной биологии. Ученые научились соединять клетки разных видов растений, объединяя их генетические программы. Такие клетки приобретают новые свойства, становятся производителя­ми ценных лекарственных или пищевых веществ, витаминов. Из таких гибридных клеток можно выращивать целые расте­ния с новыми свойствами, объединяющими признаки растений разных видов, которые обычно не скрещиваются между собой. В зародыши клеток животных научились вводить новые гены и получать животных с новыми наследуемыми свойствами.

Человечество вступило в новую эпоху конструирования ге­нетических программ, и на этой основе создаются новые виды микроорганизмов, растений, животных. В технике начинается широкое использование физико-химических принципов работы живой клетки, ее энергетических устройств для решения прак­тических задач и создания промышленных технологий. Возник­ло перспективное направление в биологии — биотехнология.









Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.