Биосинтез белка: транскрипция и трансляция

Что такое биосинтез белка

Биосинтез белка — это процесс образования молекул белка из аминокислот на основе информации, записанной в генах. Белки определяют строение и работу клетки, поэтому их синтез — одна из важнейших реакций обмена веществ. Информация о белке хранится в ДНК, а реализуется через РНК в виде матричных реакций.

Генетический код

Последовательность аминокислот в белке зашифрована в ДНК с помощью генетического кода. Каждой аминокислоте соответствует триплет — сочетание трёх нуклеотидов, называемое кодон. Свойства генетического кода:

• Триплетность — одну аминокислоту кодируют три нуклеотида;
• Однозначность — каждый триплет шифрует только одну аминокислоту;
• Избыточность (вырожденность) — одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами;
• Универсальность — код одинаков почти у всех живых организмов.

Два этапа синтеза

Транскрипция

На участке ДНК по принципу комплементарности синтезируется молекула информационной РНК. При этом напротив аденина ДНК ставится урацил РНК. Готовая и-РНК выходит из ядра к рибосоме.

Трансляция

В рибосоме и-РНК считывается триплетами. Транспортные РНК приносят аминокислоты; на каждой т-РНК есть антикодон, комплементарный кодону и-РНК. Аминокислоты соединяются пептидными связями, образуя цепь белка.

Разберём пример. Пусть участок ДНК: Т-А-Ц-Г-Г-А.

и-РНК (кодоны): А-У-Г / Ц-Ц-У
т-РНК (антикодоны): У-А-Ц / Г-Г-А

Триплет А-У-Г — стартовый, он задаёт начало синтеза.

Роль рибосом

Рибосомы — это органоиды, на которых происходит сборка белка. Они состоят из двух частей (субъединиц) — большой и малой, образованных рибосомной РНК и белком. Малая субъединица удерживает и-РНК, а большая соединяет аминокислоты пептидными связями. Рибосома движется вдоль и-РНК шаг за шагом, считывая по одному кодону. Несколько рибосом могут одновременно работать на одной молекуле и-РНК, образуя полисому, — так клетка быстро получает много копий одного белка.

Где запасается информация

Важно понимать связь всех молекул в едином потоке информации. Этот поток кратко выражают так:

ДНК -> РНК -> белок

Сначала информация хранится в ДНК ядра, затем переписывается в и-РНК (транскрипция) и наконец воплощается в последовательности аминокислот белка (трансляция). Этот принцип лежит в основе молекулярной биологии и объясняет, как ген управляет признаком: ведь именно белки-ферменты определяют ход всех реакций в организме.

Условия для синтеза белка

Чтобы биосинтез шёл, клетке необходимы: матрица (и-РНК), строительный материал (аминокислоты), исполнители (т-РНК и рибосомы), а также энергия в форме АТФ. При недостатке любого компонента синтез нарушается. Поэтому биосинтез белка тесно связан с энергетическим обменом, поставляющим АТФ.

Частые ошибки. Кодон — это триплет на и-РНК, антикодон — на т-РНК. При транскрипции аденину ДНК соответствует урацил, а не тимин. Реакции называют матричными, потому что новая цепь строится по образцу-матрице.

Кратко о главном

• Биосинтез белка — сборка белка из аминокислот по информации генов.
• Генетический код триплетен, однозначен, избыточен и универсален.
• Транскрипция идёт в ядре: с ДНК снимается копия и-РНК.
• Трансляция идёт в рибосоме: по и-РНК собирается цепь белка.
• Транспортные РНК доставляют аминокислоты согласно антикодонам.