9 клас. Біологія. Генетичний код. Біосинтез білка — Transcript

Full transcript

1. 0:009 клас. Біологія. Генетичний код. Біосинтез білка
2. 0:18Доброго дня!
3. 0:20Я Олександр Козленко,
4. 0:22тема уроку: “Генетичний код. Біосинтез білка”
5. 0:26Переважна частина генетичної інформації,
6. 0:29що міститься у ДНК,
7. 0:31кодує послідовності амінокислот.
8. 0:34Процес реалізації генетичної інформації містить переклад «тексту»,
9. 0:39записаного мовою нуклеїнових кислот,
10. 0:42у текст, записаний мовою амінокислот, тобто трансляції -
11. 0:48процесу біосинтезу білків.
12. 0:51Правила перекладу, яких дотримується трансляція, називають генетичним кодом.
13. 0:59Код — це відповідність одних знаків іншим
14. 1:03(однієї знакової системи іншій).
15. 1:07У різних кодах використовують як різну кількість знаків в одиниці кодування
16. 1:13(назвемо її «кодоном»),
17. 1:16так і кількість одиниць того,
18. 1:18що має бути закодованим.
19. 1:21Класичні приклади відомі з історії та літератури,
20. 1:25ми їх наведемо на екрані та прокоментуємо.
21. 1:29Приміром,
22. 1:30у оповіданні Артура Конан-Дойля «Чоловічки, що танцюють»,
23. 1:35літерам англійського алфавіту відповідають малюнки фігурок людей
24. 1:40(кодон складається з одного символу):
25. 1:44У телеграфному коді – азбуці Морзе - букви і цифри закодовані у вигляді поєднання двох символів,
26. 1:53крапки і тире, але кодони не мають фіксованої довжини
27. 1:58(від одного до п’яти знаків у кодоні):
28. 2:02Наприклад:
29. 2:03А крапка тире,
30. 2:05Б крапка крапка крапка і так далі.
31. 2:09У коді комп’ютерів використовується також двІйковий набір (нулі або одиниці).
32. 2:15Кожному символу, що кодується:
33. 2:18цифрам і літерам –
34. 2:20ставиться у відповідність кодон з восьми двІйкових розрядів (вісім біт).
35. 2:26Ця послідовність зберігається і обробляється як єдине ціле, і має назву «байт».
36. 2:34Використання байтів, восьми-бітних ланцюжків,
37. 2:38дозволяє закодувати 2 у восьмому степені – двісті п'ятдесят шість символів.
38. 2:45Така кількість варіантів надає можливість закодувати букви латиниці ти кирилиці,
39. 2:51та ще й використати решту кодової таблиці для додаткових символів.
40. 2:57Повернемося до цих прикладів пізніше,
41. 3:00щоб з’ясувати, який з них найбільш схожий на генетичний код.
42. 3:07У генетичному коді використано чотири знаки для кодування
43. 3:12(нуклеотиди аденін, гуанін, цитозин і тимін/урацил),
44. 3:18але треба закодувати 20 мономерів білків, амінокислот.
45. 3:25Як бачимо,
46. 3:26неможливо закодувати кожну амінокислоту відповідним нуклеотидом;
47. 3:31навіть кодування двома нуклеотидами однієї амінокислоти буде недостатнім
48. 3:37(є лише 16 варіантів).
49. 3:40Необхідно використати щонайменше три нуклеотиди,
50. 3:44щоб кодон мав три знаки.
51. 3:48Загальна кількість варіантів визначається як 4 у третьому степені,
52. 3:53дорівнює шістдесяти чотирьом;
53. 3:55такої кількості уже достатньо для кодування двадцяти амінокислот.
54. 4:01Тож кодони (одиниці генетичного коду) мають три нітрогеновмісні основи, триплет нуклеотидів.
55. 4:11Далі вже - технічна справа:
56. 4:13визначити «значення» усіх шістдесяти чотирьох кодонів;
57. 4:18для цього навіть не треба проводити експерименти на живих клітинах,
58. 4:23білковий синтез за штучно синтезованими інформаційними РНК відбувається in vitro (у пробірці).
59. 4:32З 1953-го
60. 4:35(розуміємо, чому взято цей рік?)
61. 4:38до 1965-го було встановлене значення усіх шістдесяти чотирьох кодонів.
62. 4:45Виявилося, що деякі кодони просто надмірні:
63. 4:49більшість амінокислот кодується двома,
64. 4:52чотирма або навіть шістьма триплетами.
65. 4:55За цю роботу Гар Ґобінд Корана,
66. 4:59Роберт Голлі й Маршалл Воррен Ніренберг отримали Нобелівську премію з фізіології й медицини 1968 року.
67. 5:11Хоча за принципом організації таблиця генетичного коду є дещо незвичною,
68. 5:17користуватися нею легко.
69. 5:19Перший нуклеотид триплету дає широкий рядок,
70. 5:23другий – стовпчик, а третій – один з чотирьох рядків у комірці,
71. 5:28що утворилася на перетині широкого рядка і стовпчика.
72. 5:33Одразу зазначимо,
73. 5:34що за традицією таблиця генетичного коду побудована як відповідність амінокислот триплетам саме іРНК,
74. 5:44а не ДНК – відтоді, як код був розшифрований.
75. 5:49Наприклад,
76. 5:50штучно синтезувалася іРНК тільки з аденінами, полі-А.
77. 5:55Тож за таблицею генетичного коду така іРНК кодує поліпептид
78. 6:01із залишків амінокислоти лізину, полілізин.
79. 6:08Існує й другий варіант таблиці генетичного коду – у вигляді круга.
80. 6:13Щоб ним скористатися, достатньо уявити стрілочку,
81. 6:17схожу на годинникову,
82. 6:19що йде від центру через перший, другий та третій нуклеотиди триплета і вказує на амінокислоту,
83. 6:28яку кодує цей триплет.
84. 6:32Генетичний код має такі властивості:
85. 6:35Код триплетний — одиницею коду є трійка нуклеотидів (триплет).
86. 6:41Код безперервний — між триплетами немає «розділових знаків»,
87. 6:46інформація зчитується безупинно.
88. 6:49Єдині розділові знаки генетичного коду
89. 6:53— спеціальні триплети,що позначають «крапку»,
90. 6:56кінець «речення» — так звані стоп-кодони.
91. 7:00За “велику літеру” на початку речення можна розглядати старт-кодон,
92. 7:05з якого починається процес трансляції.
93. 7:09Код однозначний,
94. 7:10або специфічний - кожний триплет кодує лише одну амінокислоту.
95. 7:17Код не перекривається —
96. 7:19той самий нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більше триплетів
97. 7:26(виняток — геном вірусів, у якому зустрічаються перекривання).
98. 7:31Код є виродженим —
99. 7:34одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів.
100. 7:41Код універсальний —
101. 7:43тобто однаковий в організмах різного рівня складності,
102. 7:46від вірусів до людини (інколи, на жаль).
103. 7:50Точніше,
104. 7:51генетичний код практично універсальний,
105. 7:54тому що інколи в генетичних системах
106. 7:57(наприклад, у генах мітохондрій і хлоропластів, деяких груп бактерій)
107. 8:01існують незначні відмінності від стандартного коду організмів.
108. 8:07У класичному підручнику Сергія Гершензона «Основи сучасної генетики»,
109. 8:12виданому в Києві понад 30 років тому,
110. 8:15всі властивості генетичного коду ілюструються за допомогою фрази
111. 8:20(в нашому перекладі):
112. 8:22ТУТЛІСДУББУКБУВПАЛДИМЙДЕТРИДНІ
113. 8:27Аналогічну фразу наведено в британському підручнику біології
114. 8:31(«кішка великій червоній курці підклала одне яйце»)
115. 8:36Подивіться,
116. 8:37що відбудеться зі змістом,
117. 8:39якщо в першому реченні одинадцята літера буде замінена на «А»?
118. 8:46ТУТ ЛІС ДУБ БаК БУВ ПАЛ ДИМ ЙДЕ ТРИ ДНІ
119. 8:52Якщо випаде шоста літера?
120. 8:54ТУТ ЛІД УББ УКБ УВП АЛД і так далі…
121. 9:01Саме зараз ми змоделювали зміни в «сенсі» кодованих нуклеїновими кислотами повідомлень –
122. 9:08тобто мутації двох типів (заміна нуклеотида і зсув рамки зчитування).
123. 9:17Біосинтез білка. Трансляція
124. 9:20На попередніх уроках ми використовували лінгвістичні аналогії.
125. 9:25Зрозуміло, що транскрипція,
126. 9:28переписування з ДНК на РНК –
127. 9:30процес простий, автоматизований:
128. 9:33знай собі добирай пару за принципом комплементарності:
129. 9:37аденін в РНК напроти тиміну ДНК, гуанін – напроти цитозину…
130. 9:42Але трансляція – інша справа:
131. 9:45це переклад з однієї мови на іншу.
132. 9:48Хтось же має розуміти сенс написаного?
133. 9:52Тож який з «гравців»,
134. 9:53що бере участь у біосинтезі білків, «вміє читати»,
135. 9:57а хто – працює суто машинально?
136. 10:00Як не дивно, починається все не з рибосоми.
137. 10:04А з так званої активації амінокислот.
138. 10:08Для кожної з двадцяти амінокислот є відповідний фермент —
139. 10:12аміноацил-тРНК-синтетаза,
140. 10:14що в цитоплазмі з’єднує амінокислоту з відповідною тPHK.
141. 10:20Як ця відповідність визначається?
142. 10:24Фермент розпізнає трійку нуклеотидів у верхній частині середньої петлі листка конюшини тРНК (так званий антикодон).
143. 10:37Після цього –
144. 10:38з витратою енергії АТФ – приєднує до тРНК відповідну амінокислоту.
145. 10:45Точність розпізнавання дуже висока:
146. 10:48у середньому трапляється одна помилка на 1300 амінокислотних залишків —
147. 10:54разюче висока точність,
148. 10:56особливо якщо згадати, наскільки схожі структури деяких амінокислот.
149. 11:01Тож на виході маємо набір різних тРНК (різних саме за антикодонами!),
150. 11:08до яких приєднані відповідні амінокислоти.
151. 11:14Початок трансляції.
152. 11:16Першою стадією трансляції є зв’язування рибосоми зі стартовим кодоном АУГ іРНК,
153. 11:24з якого починається процес.
154. 11:27Триплети, як байти у комп’ютерному коді, зчитуються як цілісний кодон.
155. 11:34В чудовій японській книзі «Паперова біологія» є така олдскульна модель-анімація.
156. 11:43Вона показує, як відбувається приєднання на рибосомі
157. 11:49поруч з першою другої тРНК, що несе другу амінокислоту.
158. 11:58Між амінокислотами утворюється пептидний зв’язок,
159. 12:02після чого тРНК, що звільнилася, йде з рибосоми,
160. 12:07а остання «крокує» іРНК на один кодон, триплет.
161. 12:13Так рибосома рухається молекулою іРНК;
162. 12:18поліпептид, що поступово збільшується, перевішується на наступну,
163. 12:24на цей час останню, тРНК.
164. 12:26Процес триває,
165. 12:37поки не дійде до одного зі стоп-кодонів — УАА, УАГ або УГА).
166. 12:46Якщо вам більше подобається статичний портрет цього процесу,
167. 12:50то ось він, на слайді.
168. 12:54Коли один зі стоп-кодонів
169. 12:56(УАГ, УАА або УГА) потрапляє в рибосому, трансляція зупиняється .
170. 13:03Для стоп-кодонів немає відповідних тРНК.
171. 13:07Зв’язок між останньою тРНК і синтезованим пептидом розривається,
172. 13:12і білок вивільняється.
173. 13:14Рибосома відокремлюється й розділяється на дві субодиниці.
174. 13:20Синтез білка в клітині може йти як на окремих рибосомах,
175. 13:26так і на системах, що складаються з багатьох рибосом — полісомах,
176. 13:32що дозволяє збільшити швидкість синтезу.
177. 13:36Далі білок має набути просторової структури (конформації),
178. 13:42у якій він виконуватиме свої функції.
179. 13:46Тому більшість білків еукаріотичних клітин синтезується таким чином,
180. 13:53що поліпептид попадає в простір,
181. 13:56відмежований плазматичною мембраною
182. 14:00(в цистерни ендоплазматичної сітки).
183. 14:04Там білки сортуються
184. 14:06(до них приєднуються мітки, що визначають їхній подальший транспорт).
185. 14:12Також створюються умови для правильного укладання третинної структури білків
186. 14:19(найчастіше з використанням спеціальних білків-«наставників»,
187. 14:22шаперонів – серед білків є свої вчителі!)
188. 14:26і приєднання небілкових компонентів
189. 14:30(переважно це відбувається вже в мембранних пухирцях іншої клітинної структури — апарату Гольджі).
190. 14:38Регуляція біосинтезу білків здійснюється на декількох рівнях.
191. 14:44Перший контур регуляції —
192. 14:46шляхом вмикання/вимикання генів регуляторними білками – ми вже згадували.
193. 14:53У регуляції активності генів на рівні трансляції
194. 14:56важливу роль мають специфічні білки, наприклад білок p50.
195. 15:02У регуляції трансляції він може виступати як інгібітор (вимикач)
196. 15:07і як активатор (вмикач) біосинтезу білка.
197. 15:11При високому відношенні білка p50 до іРНК
198. 15:15(5—10 молекул білка на молекулу іРНК)
199. 15:17відбувається інгібування трансляції,
200. 15:20при низькому (до чотирьох молекул p50 на молекулу іРНК) — активація.
201. 15:26У координації генної експресії різних клітин
202. 15:29на організменому рівні в багатоклітинних організмів
203. 15:33важливу роль відіграє гормональна регуляція.
204. 15:37Якщо гормони білкової й амінної природи впливають на активність наявних ферментів;
205. 15:44то гормони стероїдної природи впливають саме на регуляцію генної активності.
206. 15:53Наступного уроку ми попрактикуємося у розв'язуванні задач,
207. 15:59які ґрунтуються на розглянутих нами процесах транскрипції і трансляції,
208. 16:05а також властивостях генетичного коду.
209. 16:09Дякую, допобачення.