จะอธิบายสั้น ๆ และชัดเจนได้อย่างไรว่าการสังเคราะห์โปรตีนคืออะไรและมีความสำคัญอย่างไร?

หากคุณสนใจหัวข้อนี้และต้องการพัฒนาความรู้ของโรงเรียนหรือทำซ้ำสิ่งที่คุณพลาดไป บทความนี้ถูกสร้างขึ้นสำหรับคุณ

การสังเคราะห์โปรตีนคืออะไร

ขั้นแรก คุณควรทำความคุ้นเคยกับคำจำกัดความของการสังเคราะห์ทางชีวภาพ การสังเคราะห์ทางชีวภาพคือการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ตามธรรมชาติโดยสิ่งมีชีวิต

พูดง่ายๆ ก็คือการผลิตสารต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์กระบวนการนี้ใช้เวลา บทบาทที่สำคัญในทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิต อย่าลืมเกี่ยวกับองค์ประกอบทางชีวเคมีที่ซับซ้อน

การถอดเสียงและการออกอากาศ

นี่เป็นสองขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

การถอดเสียงจากภาษาละตินแปลว่า "การเขียนใหม่" - DNA ถูกใช้เป็นเมทริกซ์ดังนั้นการสังเคราะห์จึงเกิดขึ้น สามประเภท RNA (ผู้ส่งสาร/ผู้ส่งสาร การขนส่ง กรดไรโบโซมไรโบนิวคลีอิก) ปฏิกิริยาดำเนินการโดยใช้โพลีเมอเรส (RNA) และการใช้ ปริมาณมากอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต

มีสองการกระทำหลัก:

1. การกำหนดจุดสิ้นสุดและจุดเริ่มต้นของการแปลโดยการเพิ่ม mRNA
2. เหตุการณ์ที่ดำเนินการเนื่องจากการประกบ ซึ่งจะลบลำดับ RNA ที่ไม่ให้ข้อมูลออกไป ดังนั้นจึงลดมวลของกรดไรโบนิวคลีอิกของแม่แบบลง 10 เท่า

ออกอากาศจากภาษาละตินหมายถึง "การแปล" - mRNA ถูกใช้เป็นเมทริกซ์, โซ่โพลีเปปไทด์ถูกสังเคราะห์

การออกอากาศประกอบด้วยสามขั้นตอน ซึ่งสามารถนำเสนอในรูปแบบตาราง:

1. ขั้นแรก. การเริ่มต้นคือการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ที่มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์
2. ขั้นตอนที่สอง การยืดตัวคือการเพิ่มขนาดของโซ่นี้
3. ขั้นตอนที่สาม การสิ้นสุดคือข้อสรุปของกระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น

แผนการสังเคราะห์โปรตีน

แผนภาพแสดงกระบวนการดำเนินไปอย่างไร

จุดเชื่อมต่อของวงจรนี้คือไรโบโซมซึ่งเป็นที่สังเคราะห์โปรตีน ในรูปแบบง่าย ๆ การสังเคราะห์จะดำเนินการตามแบบแผน

DNA > PHK > โปรตีน

ขั้นตอนแรกคือการถอดรหัส ซึ่งโมเลกุลจะเปลี่ยนเป็นกรดไรโบนิวคลีอิกที่เป็นสารสายเดี่ยว (mRNA) ประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน

จุดต่อไปสำหรับ mRNA คือไรโบโซม ซึ่งเป็นที่ที่การสังเคราะห์เกิดขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านการแปล การก่อตัวของสายโซ่โพลีเปปไทด์ หลังจากโครงการแบบเดิมๆ นี้ โปรตีนที่ได้จะถูกส่งไป สถานที่ที่แตกต่างกันปฏิบัติงานบางอย่าง

ลำดับของตัวประมวลผลการสังเคราะห์โปรตีน

การสังเคราะห์โปรตีนเป็นกลไกที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยสองขั้นตอนที่กล่าวถึงข้างต้น ซึ่งก็คือ การถอดเสียงและการแปลความหมาย ขั้นที่ถอดความจะเกิดขึ้นก่อน (แบ่งออกเป็นสองเหตุการณ์)

มาทีหลัง การแปลซึ่งมี RNA ทุกประเภทเข้าร่วมโดยแต่ละประเภทมีหน้าที่ของตัวเอง:

1. ข้อมูล – บทบาทของเมทริกซ์
2. การขนส่ง - การเติมกรดอะมิโนการกำหนดโคดอน
3. ไรโบโซมอล - การก่อตัวของไรโบโซมที่รองรับ mRNA
4. การขนส่ง – การสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์

ส่วนประกอบของเซลล์ใดบ้างที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว การสังเคราะห์ทางชีวภาพแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน แต่ละขั้นตอนเกี่ยวข้องกับส่วนประกอบของตัวเอง ในระยะแรกคือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ผู้ส่งสารและถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ และนิวคลีโอไทด์

ขั้นตอนที่สองเกี่ยวข้องกับส่วนประกอบต่อไปนี้: mRNA, tRNA, ไรโบโซม, นิวคลีโอไทด์และเปปไทด์

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์มีคุณสมบัติอย่างไร?

รายการคุณสมบัติของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีวภาพประกอบด้วย:

1. การใช้พลังงาน ATP สำหรับปฏิกิริยาเคมี
2. มีเอนไซม์ที่มีหน้าที่เร่งปฏิกิริยา
3. ปฏิกิริยามีลักษณะเป็นเมทริกซ์ เนื่องจากโปรตีนถูกสังเคราะห์บน mRNA

สัญญาณของการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์

แน่นอนว่ากระบวนการที่ซับซ้อนดังกล่าวนั้นมีสัญญาณต่าง ๆ ที่โดดเด่น:

1. ประการแรกคือมีเอ็นไซม์อยู่ หากปราศจากกระบวนการนี้จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้
2. RNA ทั้งสามประเภทมีส่วนเกี่ยวข้อง จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่า RNA มีบทบาทสำคัญใน
3. การก่อตัวของโมเลกุลเกิดขึ้นจากโมโนเมอร์ ได้แก่ กรดอะมิโน
4. นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าความจำเพาะของโปรตีนนั้นถูกกำหนดโดยการจัดเรียงของกรดอะมิโน

บทสรุป

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เป็นเครื่องมือที่ประกอบด้วยเซลล์ประเภทต่าง ๆ ที่แตกต่างกัน - โครงสร้างและหน้าที่ต่างกัน นอกจากโปรตีนแล้ว ยังมีเซลล์ประเภทนี้ที่สังเคราะห์ชนิดของมันเองด้วย นี่คือความแตกต่าง

การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์

คำถามหลักของพันธุศาสตร์คือคำถามเกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีน หลังจากสรุปข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและการสังเคราะห์ DNA และ RNA แล้ว Crick ในปี 1960 เสนอทฤษฎีเมทริกซ์ของการสังเคราะห์โปรตีนโดยใช้หลักการ 3 ประการ คือ

1. ความสมบูรณ์ของฐานไนโตรเจนของ DNA และ RNA

2. ลำดับเชิงเส้นของการจัดเรียงยีนในโมเลกุล DNA

3. การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมสามารถเกิดขึ้นได้จากกรดนิวคลีอิกไปเป็นกรดนิวคลีอิกหรือโปรตีนเท่านั้น

การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจากโปรตีนหนึ่งไปยังอีกโปรตีนเป็นไปไม่ได้ดังนั้นกรดนิวคลีอิกเท่านั้นที่สามารถเป็นเมทริกซ์สำหรับการสังเคราะห์โปรตีนได้

สำหรับการสังเคราะห์โปรตีนคุณต้องการ:

1. DNA (ยีน) ที่ใช้สังเคราะห์โมเลกุล

2. RNA – (i-RNA) หรือ (m-RNA), r-RNA, t-RNA

ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนมีขั้นตอนต่างๆ ได้แก่ การถอดความและการแปล

การถอดเสียง– การสำรวจสำมะโนประชากร (การเขียนใหม่) ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างนิวคลีอิกจาก DNA ถึง RNA (t-RNA และ RNA, r-RNA)

การอ่านข้อมูลทางพันธุกรรมเริ่มต้นจากส่วนหนึ่งของ DNA ที่เรียกว่าโปรโมเตอร์ โปรโมเตอร์ตั้งอยู่ด้านหน้ายีนและมีนิวคลีโอไทด์ประมาณ 80 ตัว

ที่สายโซ่ด้านนอกของโมเลกุล DNA นั้น mRNA (ตัวกลาง) จะถูกสังเคราะห์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน และจึงเรียกว่าเทมเพลต มันเป็นสำเนาที่ถูกต้องของลำดับนิวคลีโอไทด์ในสายโซ่ DNA

มีบริเวณต่างๆ ใน ​​DNA ที่ไม่มีอยู่ ข้อมูลทางพันธุกรรม(อินตรอน). ส่วนของ DNA ที่มีข้อมูลเรียกว่า exons

มีเอ็นไซม์พิเศษในนิวเคลียสที่ตัดอินตรอนออก และชิ้นส่วนเอ็กซอนจะถูก "ต่อ" เข้าด้วยกันตามลำดับที่เข้มงวดเป็นเกลียวร่วม กระบวนการนี้เรียกว่า "การต่อเชื่อม" ในระหว่างกระบวนการประกบ m-RNA ที่เจริญเต็มที่จะถูกสร้างขึ้น โดยมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน mRNA ที่เจริญเต็มที่ (messenger RNA) จะผ่านรูขุมขนของเยื่อหุ้มนิวเคลียสและเข้าสู่ช่องทางของเอนโดพลาสซึมเรติคูลัม (ไซโตพลาสซึม) และที่นี่เชื่อมต่อกับไรโบโซม

ออกอากาศ– ลำดับการจัดเรียงนิวคลีโอไทด์ใน mRNA จะถูกแปลเป็นลำดับการจัดเรียงกรดอะมิโนในโมเลกุลของโปรตีนที่สังเคราะห์ตามลำดับอย่างเคร่งครัด

กระบวนการแปลประกอบด้วย 2 ขั้นตอน: การกระตุ้นกรดอะมิโนและการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนโดยตรง

โมเลกุล mRNA หนึ่งโมเลกุลรวมกับไรโบโซม 5-6 ตัว เกิดเป็นโพลีโซม การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นบนโมเลกุล mRNA โดยมีไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตามโมเลกุล ในช่วงเวลานี้ กรดอะมิโนที่อยู่ในไซโตพลาสซึมจะถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์พิเศษที่ถูกหลั่งโดยเอนไซม์ที่หลั่งโดยไมโตคอนเดรีย ซึ่งแต่ละตัวมีเอนไซม์เฉพาะของตัวเอง

กรดอะมิโนจับกับ RNA อีกประเภทหนึ่งซึ่งก็คือ RNA ที่ละลายน้ำได้โมเลกุลต่ำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นพาหะของกรดอะมิโนไปยังโมเลกุล m-RNA และเรียกว่า Transport RNA (t-RNA) เกือบจะในทันที tRNA นำกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม สถานที่เฉพาะโดยที่โมเลกุล m-RNA สิ้นสุดลงในเวลานี้ จากนั้นกรดอะมิโนจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์และเกิดโมเลกุลโปรตีนขึ้นมา เมื่อสิ้นสุดการสังเคราะห์โปรตีน โมเลกุลจะค่อยๆ ออกจาก m-RNA

โมเลกุล mRNA หนึ่งโมเลกุลผลิตโมเลกุลโปรตีนได้ 10-20 โมเลกุล และในบางกรณียังมีโมเลกุลอื่นๆ อีกมากอีกด้วย

คำถามที่ไม่ชัดเจนที่สุดในการสังเคราะห์โปรตีนคือ tRNA ค้นหาส่วนที่สอดคล้องกันของ mRNA ที่ควรแนบกรดอะมิโนที่นำมาด้วยได้อย่างไร

ลำดับของการจัดเรียงฐานไนโตรเจนใน DNA ซึ่งกำหนดตำแหน่งของกรดอะมิโนในโปรตีนสังเคราะห์ - รหัสพันธุกรรม

เนื่องจากข้อมูลทางพันธุกรรมเดียวกันนั้นถูก "บันทึก" ในกรดนิวคลีอิกด้วยอักขระสี่ตัว (เบสไนโตรเจน) และในโปรตีนยี่สิบตัว (กรดอะมิโน) ปัญหาของรหัสพันธุกรรมเกิดขึ้นที่การสร้างการติดต่อระหว่างกัน นักพันธุศาสตร์ นักฟิสิกส์ และนักเคมีมีบทบาทสำคัญในการถอดรหัสรหัสพันธุกรรม

ในการถอดรหัสรหัสพันธุกรรม อันดับแรกจำเป็นต้องค้นหาว่าจำนวนนิวคลีโอไทด์ขั้นต่ำเท่าใดที่สามารถกำหนด (เข้ารหัส) การก่อตัวของกรดอะมิโนหนึ่งตัวได้ หากกรดอะมิโน 20 ตัวแต่ละตัวถูกเข้ารหัสด้วยเบสเดียว DNA ก็จะต้องมีเบสที่แตกต่างกัน 20 ตัว แต่จริงๆ แล้วมีเพียง 4 ตัวเท่านั้น แน่นอนว่านิวคลีโอไทด์สองตัวรวมกันไม่เพียงพอที่จะเข้ารหัสกรดอะมิโน 20 ตัวได้ สามารถเข้ารหัสได้เฉพาะกรดอะมิโน 16 ตัวเท่านั้น: 4 2 = 16

จากนั้นเสนอว่ารหัสประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 3 ชุด 4 3 = 64 ชุด ดังนั้นจึงสามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้มากเกินพอที่จะสร้างโปรตีนใดๆ ได้ การรวมกันของนิวคลีโอไทด์ทั้งสามนี้เรียกว่ารหัสแฝด

รหัสมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

1.รหัสพันธุกรรมแฝด(กรดอะมิโนแต่ละตัวถูกเข้ารหัสโดยนิวคลีโอไทด์สามตัว)

2. ความเสื่อม- กรดอะมิโนหนึ่งตัวสามารถเข้ารหัสได้ด้วยแฝดหลายตัว ยกเว้นทริปโตเฟนและเมไทโอนีน

3. ในโคดอนของกรดอะมิโนหนึ่งตัว นิวคลีโอไทด์สองตัวแรกจะเหมือนกัน แต่การเปลี่ยนแปลงครั้งที่สาม

4.ไม่ทับซ้อนกัน- แฝดสามไม่ทับซ้อนกัน แฝดหนึ่งไม่สามารถเป็นส่วนหนึ่งของอีกแฝดหนึ่งได้ แต่ละแฝดเข้ารหัสกรดอะมิโนของตัวเองอย่างอิสระ ดังนั้นในสายโซ่พอลิเปปไทด์ กรดอะมิโนสองตัวใดๆ จึงสามารถอยู่ใกล้ๆ และสามารถรวมกันใดๆ ของกรดอะมิโนเหล่านั้นได้ กล่าวคือ ในลำดับเบส ABCDEFGHI รหัสเบสสามตัวแรกสำหรับกรดอะมิโน 1 ตัว (ABC-1) (DEF-2) เป็นต้น

5.สากลเหล่านั้น. ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด โคดอนของกรดอะมิโนบางชนิดจะเหมือนกัน (ตั้งแต่คาโมมายล์ไปจนถึงมนุษย์) ความเป็นสากลของรหัสเป็นพยานถึงความสามัคคีของชีวิตบนโลก

6. ความเป็นเส้นตรง– ความบังเอิญของตำแหน่งของโคดอนใน mRNA กับลำดับของกรดอะมิโนในสายพอลิเปปไทด์สังเคราะห์

โคดอนคือนิวคลีโอไทด์แฝดสามที่เข้ารหัสกรดอะมิโน 1 ตัว

7. ไม่มีจุดหมาย– ไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโนใดๆ การสังเคราะห์โปรตีนถูกขัดจังหวะ ณ จุดนี้

ใน ปีที่ผ่านมาปรากฎว่าในไมโตคอนเดรียความเป็นสากลของรหัสพันธุกรรมถูกละเมิด โคดอนสี่ตัวในไมโตคอนเดรียได้เปลี่ยนความหมายเช่น codon UGA - สอดคล้องกับโพรไบโอแทน "STOP" - การหยุดการสังเคราะห์โปรตีน AUA – สอดคล้องกับเมไทโอนีน – แทนที่จะเป็น “ไอโซลิวซีน”

การค้นพบโคดอนใหม่ในไมโตคอนเดรียอาจเป็นหลักฐานว่ารหัสมีวิวัฒนาการมา และไม่ได้เป็นเช่นนั้นในทันที

ปล่อยให้ข้อมูลทางพันธุกรรมจากยีนถึงโมเลกุลโปรตีนถูกแสดงออกมาเป็นแผนผัง

ดีเอ็นเอ – อาร์เอ็นเอ – โปรตีน

กำลังเรียน องค์ประกอบทางเคมีเซลล์แสดงให้เห็นว่าเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันของสิ่งมีชีวิตเดียวกันมีชุดโมเลกุลโปรตีนที่แตกต่างกัน แม้ว่าจะมีจำนวนโครโมโซมเท่ากันและมีข้อมูลทางพันธุกรรมที่เหมือนกันก็ตาม

ขอให้เราสังเกตสถานการณ์นี้: แม้ว่าในแต่ละเซลล์ของยีนทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจะมียีนเพียงไม่กี่ยีนที่ทำงานในแต่ละเซลล์ - ตั้งแต่หนึ่งในสิบถึงหลายเปอร์เซ็นต์ของจำนวนทั้งหมด พื้นที่ที่เหลือ "เงียบ" โดยถูกโปรตีนชนิดพิเศษปิดกั้น นี่เป็นสิ่งที่เข้าใจได้ว่าทำไม ตัวอย่างเช่น ยีนฮีโมโกลบินจึงต้องทำงานด้วย เซลล์ประสาท- วิธีที่เซลล์กำหนดว่ายีนใดเงียบและยีนใดทำงาน ควรสันนิษฐานว่าเซลล์มีกลไกที่สมบูรณ์แบบบางอย่างที่ควบคุมการทำงานของยีน เพื่อกำหนดว่ายีนใดอยู่ใน ในขณะนี้ควรมีความกระตือรือร้น และควรอยู่ในสภาพที่ไม่ใช้งาน (ปราบปราม) อย่างไร ตามที่นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส F. Jacobo และ J. Monod กล่าวว่ากลไกนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำและการปราบปราม

การเหนี่ยวนำ– กระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีน

การปราบปราม– ปราบปรามการสังเคราะห์โปรตีน

การเหนี่ยวนำช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของยีนที่สังเคราะห์โปรตีนหรือเอนไซม์ที่จำเป็นในช่วงชีวิตของเซลล์นี้

ในสัตว์ ฮอร์โมนจากเยื่อหุ้มเซลล์มีบทบาทสำคัญในกระบวนการควบคุมยีน ในพืช - สภาพแวดล้อมและตัวเหนี่ยวนำที่มีความเชี่ยวชาญสูงอื่น ๆ

ตัวอย่าง: เมื่อเติมฮอร์โมนไทรอยด์ลงในอาหาร ลูกอ๊อดจะแปลงร่างเป็นกบอย่างรวดเร็ว

เพื่อการดำรงชีวิตตามปกติของแบคทีเรีย อี (โคไล) จึงเป็นสิ่งจำเป็น น้ำตาลนม(แลคโตส). หากสภาพแวดล้อมที่แบคทีเรียตั้งอยู่ไม่มีแลคโตส แสดงว่ายีนเหล่านี้อยู่ในสถานะปราบปราม (นั่นคือ พวกมันไม่ทำงาน) แลคโตสที่ใส่เข้าไปในตัวกลางเป็นตัวกระตุ้นที่กระตุ้นยีนที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์เอนไซม์ หลังจากเอาแลคโตสออกจากตัวกลางแล้ว การสังเคราะห์เอนไซม์เหล่านี้จะหยุดลง ดังนั้นบทบาทของตัวอัดความดันสามารถทำได้โดยสารที่ถูกสังเคราะห์ในเซลล์ และหากปริมาณของสารนั้นเกินค่าปกติหรือถูกใช้ไป

มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีนหรือเอนไซม์ ประเภทต่างๆยีน

ยีนทั้งหมดพบได้ในโมเลกุลดีเอ็นเอ

หน้าที่ไม่เหมือนกัน:

- โครงสร้าง –ยีนที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์เอนไซม์หรือโปรตีนบางชนิดจะอยู่ในโมเลกุล DNA ตามลำดับตามลำดับที่มีอิทธิพลต่อปฏิกิริยาการสังเคราะห์หรือคุณอาจพูดได้ว่ายีนโครงสร้าง - เหล่านี้เป็นยีนที่นำข้อมูลเกี่ยวกับ ลำดับของกรดอะมิโน

- ผู้ยอมรับ– ยีนไม่มีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีน แต่ควบคุมการทำงานของยีนที่มีโครงสร้าง

ก่อนที่ยีนโครงสร้างกลุ่มหนึ่งจะมียีนอยู่ร่วมกัน - ผู้ปฏิบัติงาน,และต่อหน้าเขา - โปรโมเตอร์- โดยทั่วไปเรียกว่ากลุ่มฟังก์ชันนี้ ขน

กลุ่มยีนทั้งหมดของโอเปอเรเตอร์ตัวเดียวจะรวมอยู่ในกระบวนการสังเคราะห์และถูกปิดไปพร้อม ๆ กัน การเปิดและปิดยีนโครงสร้างถือเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการกำกับดูแลทั้งหมด

ฟังก์ชั่นการเปิดและปิดทำได้โดยส่วนพิเศษของโมเลกุล DNA - ผู้ดำเนินการยีนยีนโอเปอเรเตอร์เป็นจุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์โปรตีน หรือที่เรียกกันว่า "การอ่าน" ข้อมูลทางพันธุกรรม นอกจากนี้ในโมเลกุลเดียวกันในระยะหนึ่งยังมียีนซึ่งเป็นตัวควบคุมภายใต้การควบคุมของโปรตีนที่เรียกว่าตัวอัดแรงดัน

จากทั้งหมดที่กล่าวมา เห็นได้ชัดว่าการสังเคราะห์โปรตีนมีความซับซ้อนมาก ระบบพันธุกรรมของเซลล์โดยใช้กลไกการปราบปรามและการเหนี่ยวนำสามารถรับสัญญาณเกี่ยวกับความจำเป็นในการเริ่มต้นและสิ้นสุดการสังเคราะห์เอนไซม์เฉพาะและดำเนินกระบวนการนี้ด้วยความเร็วที่กำหนด

ปัญหาการควบคุมการออกฤทธิ์ของยีนใน สิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้นมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่งในการเลี้ยงสัตว์และการแพทย์ การสร้างปัจจัยที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนจะเปิดโอกาสในวงกว้างในการควบคุมการสร้างเซลล์ การสร้างสัตว์ที่มีประสิทธิผลสูง เช่นเดียวกับสัตว์ที่ต้านทานต่อโรคทางพันธุกรรม

คำถามเพื่อความปลอดภัย:

1.ตั้งชื่อคุณสมบัติของยีน

2.ยีนคืออะไร?

3.ตั้งชื่อว่าอะไร ความสำคัญทางชีวภาพดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ

4.ตั้งชื่อขั้นตอนการสังเคราะห์โปรตีน

5.รายการคุณสมบัติของรหัสพันธุกรรม

โครงร่างบทเรียน : “การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์”

(สำหรับชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 เฉพาะทาง เวลาเรียน 2 ชั่วโมง)

ครู: Mastyukhina Anna Aleksandrovna

สถาบันการศึกษาเทศบาล "โรงเรียนมัธยมตั้งชื่อตามนายพล Zakharkin I.G"

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

ทางการศึกษา: ศึกษาคุณสมบัติของการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์, เรียนรู้แนวคิด:ยีน, รหัสพันธุกรรม, แฝดสาม, โคดอน, แอนติโคดอน, การถอดรหัส, การแปล, โพลีโซม- nพัฒนาความรู้เกี่ยวกับกลไกการสังเคราะห์โปรตีนต่อไปโดยใช้ตัวอย่างการแปล ค้นหาบทบาทของการถ่ายโอน RNA ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน เปิดเผยกลไกการสังเคราะห์เทมเพลตของสายโซ่โพลีเปปไทด์บนไรโบโซม

พัฒนาการ: เพื่อพัฒนาความสนใจทางปัญญาของนักเรียนเตรียมข้อความล่วงหน้า(« ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับยีน", "รหัสพันธุกรรม", "การถอดความและการแปล") เพื่อพัฒนาทักษะการปฏิบัติจะทำซิงก์ไวน์ เพื่อพัฒนาการคิดเชิงตรรกะเรียนรู้ที่จะแก้ปัญหา

ทางการศึกษา: เพื่อสร้างโลกทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ ให้พิสูจน์ความสำคัญและความสำคัญของการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ตลอดจนความจำเป็นที่สำคัญ

F.O.U.R .: บทเรียน.

ประเภทบทเรียน : รวมกัน

ประเภทบทเรียน : พร้อมการนำเสนอ “การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์” และการสาธิตแบบจำลองแม่เหล็ก

อุปกรณ์: การนำเสนอ “การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์”; ตาราง "รหัสพันธุกรรม"; โครงการ "การก่อตัวของ mRNA จากเทมเพลต DNA (การถอดความ)"; โครงการ “โครงสร้างของ t-RNA”; โครงการ “การสังเคราะห์โปรตีนในไรโบโซม (การแปล)”; โครงการ “การสังเคราะห์โปรตีนบนโพลีโซม”; การ์ดงานและปริศนาอักษรไขว้ โมเดลแม่เหล็ก

ความคืบหน้าของบทเรียน:

วิธีการและเทคนิคระเบียบวิธี:

ฉัน .การจัดชั้นเรียน.

ในบทเรียนก่อนหน้านี้ เราได้ศึกษาสารที่เรียกว่ากรดนิวคลีอิก ส่งผลให้

จากนั้นเราพิจารณาสองประเภท: DNA และ RNA และทำความคุ้นเคยกับโครงสร้างและหน้าที่ของพวกมัน พบว่ากรดนิวคลีอิกแต่ละตัวมีเบสไนโตรเจนที่แตกต่างกันสี่เบส ซึ่งเชื่อมต่อถึงกันตามหลักการเสริมกัน เราจะต้องมีความรู้ทั้งหมดนี้เมื่อศึกษาหัวข้อใหม่ของวันนี้ ดังนั้นให้เขียนชื่อของมันลงในสมุดงานของคุณ “การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์”

ครั้งที่สอง . การเรียนรู้เนื้อหาใหม่:

1) การอัปเดตความรู้:

ก่อนที่คุณจะเริ่มเรียน หัวข้อใหม่ให้เราจำไว้ว่า: เมแทบอลิซึมคืออะไร (เมแทบอลิซึม):

เมแทบอลิซึม - จำนวนทั้งสิ้นของปฏิกิริยาเอนไซม์ทั้งหมดของเซลล์ที่เชื่อมต่อถึงกันและด้วย สภาพแวดล้อมภายนอกซึ่งประกอบด้วยพลาสติก
และการแลกเปลี่ยนพลังงาน

มาสร้าง syncwine คำแรกคือเมแทบอลิซึม (1-การเผาผลาญ

2 พลาสติกพลังงาน

3 กระแส ดูดซับ ระบาย

ปฏิกิริยาเอนไซม์ 4 ชุดของเซลล์

5-การเผาผลาญ)

การสังเคราะห์โปรตีนหมายถึงปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนพลาสติก

การสังเคราะห์โปรตีน – กระบวนการที่สำคัญที่สุดในธรรมชาติที่มีชีวิต เป็นการสร้างโมเลกุลโปรตีนโดยอาศัยข้อมูลเกี่ยวกับลำดับของกรดอะมิโนในโครงสร้างหลักที่มีอยู่ในโครงสร้างของ DNA

ภารกิจ: เติมประโยคให้สมบูรณ์โดยเติมคำที่หายไป

1. การสังเคราะห์ด้วยแสงคือ...(สังเคราะห์ สารอินทรีย์ในแสงสว่าง)

2. กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินการในออร์แกเนลล์ของเซลล์ - ...(คลอโรพลาสต์)

3. ออกซิเจนอิสระจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงในระหว่างการสลาย...(น้ำ).

4. ออกซิเจนอิสระเกิดขึ้นที่ขั้นตอนใดของการสังเคราะห์ด้วยแสง? บน...(แสงสว่าง).

5.ช่วงแสง...ATP.(สังเคราะห์.)

6. ในระยะมืด คลอโรพลาสต์จะผลิต...(คาร์โบไฮเดรตหลักคือกลูโคส)

7.เมื่อแสงแดดโดนคลอโรฟิลล์...(การกระตุ้นของอิเล็กตรอน)

8. การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในเซลล์...(พืชสีเขียว).

9. ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นใน...(ไทลาคอยด์)

10. ระยะความมืดเกิดขึ้นใน...(ใดๆ) เวลาของวัน

กระบวนการดูดซึมที่สำคัญที่สุดในเซลล์คือ โปรตีนที่มีอยู่ในตัวของมัน

แต่ละเซลล์ประกอบด้วยโปรตีนหลายพันชนิด รวมถึงโปรตีนที่มีลักษณะเฉพาะด้วย สายพันธุ์นี้เซลล์ เนื่องจากโปรตีนทั้งหมดถูกทำลายไม่ช้าก็เร็วในกระบวนการของชีวิต เซลล์จึงต้องสังเคราะห์โปรตีนอย่างต่อเนื่องเพื่อฟื้นฟู , ออร์แกเนลล์ ฯลฯ นอกจากนี้เซลล์จำนวนมากยัง "ผลิต" โปรตีนตามความต้องการของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เช่น เซลล์ของต่อมไร้ท่อซึ่งหลั่งฮอร์โมนโปรตีนเข้าสู่กระแสเลือด ในเซลล์ดังกล่าว การสังเคราะห์โปรตีนมีความเข้มข้นเป็นพิเศษ

2) การเรียนรู้เนื้อหาใหม่:

การสังเคราะห์โปรตีนต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก

แหล่งที่มาของพลังงานนี้เช่นเดียวกับกระบวนการของเซลล์ทั้งหมดก็คือ - หน้าที่ต่างๆ ของโปรตีนถูกกำหนดโดยโครงสร้างหลัก เช่น ลำดับของกรดอะมิโนในโมเลกุล ในทางกลับกันกรรมพันธุ์ โครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนอยู่ในลำดับนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลดีเอ็นเอ ส่วนของ DNA ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนชนิดหนึ่งเรียกว่ายีน โครโมโซมหนึ่งอันประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนหลายร้อยชนิด

รหัสพันธุกรรม

กรดอะมิโนแต่ละตัวที่อยู่ในโปรตีน สอดคล้องกับลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่อยู่ติดกัน - แฝด จนถึงปัจจุบันมีการรวบรวมแผนที่ของรหัสพันธุกรรมนั่นคือเป็นที่ทราบกันว่าการรวมกันของ DNA นิวคลีโอไทด์ของแฝดสามนั้นสอดคล้องกับกรดอะมิโน 20 ตัวที่ประกอบเป็นโปรตีนอย่างน้อยหนึ่งตัว (รูปที่ 33) ดังที่คุณทราบ DNA สามารถประกอบด้วยฐานไนโตรเจนได้สี่ฐาน: อะดีนีน (A), กัวนีน (G), ไทมีน (T) และไซโตซีน (C) จำนวนชุดค่าผสมของ 4 คูณ 3 คือ: 43 = 64 กล่าวคือ สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้ 64 ตัว ในขณะที่เข้ารหัสกรดอะมิโนเพียง 20 ตัวเท่านั้น ปรากฎว่ากรดอะมิโนจำนวนมากไม่สอดคล้องกับรหัสเดียว แต่มีรหัสแฝดสามตัวที่แตกต่างกันหลายตัว

สันนิษฐานว่าคุณสมบัติของรหัสพันธุกรรมนี้จะเพิ่มความน่าเชื่อถือในการจัดเก็บและการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมในระหว่างการแบ่งเซลล์ ตัวอย่างเช่นกรดอะมิโนอะลานีนสอดคล้องกับ 4 โคดอน: CGA, CGG, CTG, CGC และปรากฎว่าข้อผิดพลาดแบบสุ่มในนิวคลีโอไทด์ที่สามไม่สามารถส่งผลกระทบต่อโครงสร้างของโปรตีน - มันจะยังคงเป็นโคดอนอะลานีน

เนื่องจากโมเลกุล DNA ประกอบด้วยยีนหลายร้อยยีน จึงจำเป็นต้องมีแฝดสามซึ่งเป็น "เครื่องหมายวรรคตอน" และระบุจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของยีนหนึ่งๆ

คุณสมบัติที่สำคัญมากของรหัสพันธุกรรมคือความจำเพาะ กล่าวคือ แฝดสามตัวจะหมายถึงกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวเสมอ รหัสพันธุกรรมเป็นสากลสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่แบคทีเรียจนถึงมนุษย์
การถอดเสียง ผู้ขนส่งข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดคือ DNA ซึ่งตั้งอยู่ใน เซลล์ การสังเคราะห์โปรตีนนั้นเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์บนไรโบโซม จากนิวเคลียสไปจนถึงไซโตพลาสซึม ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนจะอยู่ในรูปของ Messenger RNA (i-RNA) เพื่อที่จะสังเคราะห์ mRNA ส่วนหนึ่งของ DNA จะ "คลายออก" despirals จากนั้นตามหลักการของการเสริมกัน โมเลกุล RNA จะถูกสังเคราะห์บนหนึ่งในสายโซ่ DNA ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ (รูปที่ 34) สิ่งนี้เกิดขึ้นดังนี้: ตัวอย่างเช่นต่อต้าน guanine ของโมเลกุล DNA จะกลายเป็นไซโตซีนของโมเลกุล RNA เทียบกับอะดีนีนของโมเลกุล DNA - uracil RNA (โปรดจำไว้ว่า RNA มี uracil แทนที่จะเป็น thymine ในนิวคลีโอไทด์) ตรงข้ามกับ thymine ของ DNA - adenine RNA และไซโตซีนตรงข้ามของ DNA - guanine RNA ดังนั้นจึงเกิดสายโซ่ mRNA ซึ่งก็คือ สำเนาถูกต้อง DNA สายที่สอง (เฉพาะไทมีนเท่านั้นที่ถูกแทนที่ด้วยยูราซิล) ดังนั้นข้อมูลเกี่ยวกับลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีน DNA จึงถูก "เขียนใหม่" ลงในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดเสียง ในโปรคาริโอต โมเลกุล mRNA ที่สังเคราะห์แล้วสามารถโต้ตอบกับไรโบโซมได้ทันที และการสังเคราะห์โปรตีนก็เริ่มขึ้น ในยูคาริโอต mRNA ทำปฏิกิริยากับโปรตีนพิเศษในนิวเคลียสและถูกส่งผ่านเปลือกนิวเคลียร์เข้าสู่ไซโตพลาสซึม
ไซโตพลาสซึมจะต้องมีชุดของกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน กรดอะมิโนเหล่านี้เกิดขึ้นจากการสลายโปรตีนในอาหาร นอกจากนี้ กรดอะมิโนบางชนิดสามารถไปยังบริเวณที่มีการสังเคราะห์โปรตีนโดยตรง เช่น ไรโบโซม โดยการยึดติดกับทรานสเฟอร์ RNA (tRNA) แบบพิเศษเท่านั้น

ถ่ายโอน RNA

หากต้องการถ่ายโอนกรดอะมิโนแต่ละชนิดไปเป็นไรโบโซม แยกสายพันธุ์ทีอาร์เอ็นเอ เนื่องจากโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 20 ตัว tRNA จึงมีหลายประเภท โครงสร้างของ tRNA ทั้งหมดจะคล้ายกัน (รูปที่ 35) โมเลกุลของพวกมันสร้างโครงสร้างแปลกประหลาดที่มีรูปร่างคล้ายใบโคลเวอร์ ประเภทของ tRNA จำเป็นต้องแตกต่างกันในนิวคลีโอไทด์แฝดที่อยู่ "ด้านบน" แฝดสามนี้เรียกว่าแอนติโคดอน ซึ่งสอดคล้องกับรหัสพันธุกรรมของมันกับกรดอะมิโนที่ T-RNA นี้พกพาอยู่ เอนไซม์พิเศษจำเป็นต้องยึดติดกับ "ก้านใบ" ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ถูกเข้ารหัสโดยแฝดที่เสริมกับแอนติโคดอน

ออกอากาศ.

ขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์โปรตีน—การแปล—เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม ไรโบโซมจะถูกต่อเข้ากับส่วนท้ายของ mRNA ซึ่งจะต้องเริ่มต้นการสังเคราะห์โปรตีน (รูปที่ 36) ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตามโมเลกุล mRNA เป็นระยะ ๆ โดย "กระโดด" โดยจะอยู่บนแฝดแต่ละตัวเป็นเวลาประมาณ 0.2 วินาที ในช่วงเวลานี้ หนึ่ง tRNA จากหลาย ๆ ตัวสามารถ "ระบุ" ด้วยแอนติโคดอนของแฝดที่มีไรโบโซมอยู่ และถ้าแอนติโคดอนเป็นส่วนเสริมของ mRNA แฝดนี้ กรดอะมิโนจะถูกแยกออกจาก "ก้านใบ" และเกาะติดด้วยพันธะเปปไทด์กับสายโซ่โปรตีนที่กำลังเติบโต (รูปที่ 37) ในขณะนี้ ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตาม mRNA ไปยังแฝดกลุ่มถัดไป โดยเข้ารหัสกรดอะมิโนตัวถัดไปของโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์ และที-RNA ถัดไปจะ "นำ" กรดอะมิโนที่จำเป็น ซึ่งจะเพิ่มสายโซ่โปรตีนที่กำลังเติบโต การดำเนินการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำหลาย ๆ ครั้งตามจำนวนกรดอะมิโนที่โปรตีนที่ถูกสร้างขึ้นจะต้องมีอยู่ เมื่อมีแฝดสามชุดหนึ่งในไรโบโซม ซึ่งเป็น "สัญญาณหยุด" ระหว่างยีน ดังนั้น t-RNA เดียวไม่สามารถเข้าร่วมแฝดดังกล่าวได้ เนื่องจาก t-RNA ไม่มีแอนติโคดอนสำหรับพวกมัน เมื่อถึงจุดนี้ การสังเคราะห์โปรตีนจะสิ้นสุดลง ปฏิกิริยาที่อธิบายไว้ทั้งหมดเกิดขึ้นในช่วงเวลาอันสั้นมาก คาดว่าการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ใช้เวลาประมาณสองนาทีเท่านั้น

เซลล์ไม่ต้องการเพียงเซลล์เดียว แต่ต้องการหลายโมเลกุลของโปรตีนแต่ละชนิด ดังนั้น ทันทีที่ไรโบโซมซึ่งเป็นหน่วยแรกที่เริ่มการสังเคราะห์โปรตีนบน mRNA เคลื่อนที่ไปข้างหน้า ไรโบโซมตัวที่สองที่สังเคราะห์โปรตีนชนิดเดียวกันจะอยู่ด้านหลังบน mRNA เดียวกัน จากนั้นไรโบโซมตัวที่สามและสี่ ฯลฯ จะถูกพันตามลำดับบน mRNA ไรโบโซมทั้งหมดที่สังเคราะห์โปรตีนชนิดเดียวกันที่ถูกเข้ารหัสใน mRNA ที่กำหนดจะเรียกว่าโพลีโซม

เมื่อการสังเคราะห์โปรตีนเสร็จสิ้น ไรโบโซมสามารถค้นหา mRNA อีกตัวหนึ่ง และเริ่มสังเคราะห์โปรตีนที่มีโครงสร้างถูกเข้ารหัสใน mRNA ใหม่

ดังนั้นการแปลความหมายคือการแปลลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล mRNA ไปเป็นลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่สังเคราะห์

มีการประมาณกันว่าโปรตีนทั้งหมดในร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถเข้ารหัสได้ด้วย DNA เพียงสองเปอร์เซ็นต์ที่อยู่ในเซลล์ของมัน DNA อีก 98% ที่เหลือจำเป็นสำหรับอะไร? ปรากฎว่าแต่ละยีนมีความซับซ้อนกว่าที่เคยคิดไว้มากและไม่เพียงมีส่วนในการเข้ารหัสโครงสร้างของโปรตีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนพิเศษที่สามารถ "เปิด" หรือ "ปิด" การทำงานของแต่ละยีนได้ . นี่คือเหตุผลว่าทำไมเซลล์ทั้งหมด เป็นต้น ร่างกายมนุษย์การมีโครโมโซมชุดเดียวกัน พวกมันสามารถสังเคราะห์โปรตีนที่แตกต่างกันได้ ในบางเซลล์ การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของยีนบางตัว ในขณะที่เซลล์อื่น ๆ มียีนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงเข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้นในแต่ละเซลล์จะมีการรับรู้ข้อมูลทางพันธุกรรมเพียงบางส่วนที่มีอยู่ในยีนของมันเท่านั้น

การสังเคราะห์โปรตีนต้องอาศัยเอนไซม์จำนวนมาก และปฏิกิริยาการสังเคราะห์โปรตีนแต่ละตัวต้องใช้เอนไซม์เฉพาะทาง

IV . การรักษาความปลอดภัยวัสดุ:

กรอกตาราง:

บี-1

การสังเคราะห์โปรตีนประกอบด้วยสองขั้นตอนติดต่อกัน: การถอดความและการแปล

แก้ไขปัญหา 1:

ได้รับแอนติโคดอนของ tRNA: GAA, GCA, AAA, ACG ใช้ตารางรหัสพันธุกรรมเพื่อกำหนดลำดับกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีน, โคดอน mRNA และแฝดสามในส่วนย่อยของยีนที่เข้ารหัสโปรตีนนี้

สารละลาย:

รหัส mRNA: TSUU – TsGU – UUU – UGC

ลำดับกรดอะมิโน: leu – arg – phen – cis

DNA แฝดสาม: GAA – GCA – AAA – ACG

ภารกิจที่ 2

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT กำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA และลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์ภายใต้การควบคุมของยีนนี้

คำตอบ: DNA: TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT

mRNA: ACA-UGU-AAU-UUU-GGA

โปรตีน: tre --- ซิส --- asp --- fen --- gli

วี-2

แก้ไขปัญหา 1:

ให้ไว้เป็นชิ้นส่วนของโมเลกุล DNA ที่มีเกลียวคู่ ใช้ตารางรหัสพันธุกรรมเพื่อกำหนดโครงสร้างของชิ้นส่วนของโมเลกุลโปรตีนที่เข้ารหัสโดย DNA ส่วนนี้:

AAA – TTT – ปปป – CCC

TTT – AAA – TCC – ปปป.

สารละลาย:

เนื่องจาก mRNA จะถูกสังเคราะห์บน DNA เพียงสายเดียวเสมอ ซึ่งโดยปกติจะเขียนเป็นลายลักษณ์อักษรว่าเป็นสายบนสุด ดังนั้น

mRNA: UUU – AAA – CCC – YGG;

ชิ้นส่วนโปรตีนที่เข้ารหัสโดยโซ่บน: fen - lys - pro - gly

ภารกิจที่ 2 : ส่วนหนึ่งของ DNA มีลำดับนิวคลีโอไทด์ดังนี้

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT กำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA และลำดับกรดอะมิโนในโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์ภายใต้การควบคุมของยีนนี้

คำตอบ: DNA: AGG-CCT-TAT-YYY-CGA

mRNA: UCC-GGA-AUA-CCC-GCU

โปรตีน: ser---gli---iso---pro---ala

ตอนนี้เรามาฟังกัน ข้อความที่น่าสนใจที่คุณได้เตรียมไว้

"ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับยีน"

"รหัสพันธุกรรม"

"การถอดเสียงและการออกอากาศ"

วี . สรุปบทเรียน

1) บทสรุปจากบทเรียน: กระบวนการที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นในเซลล์คือการสังเคราะห์โปรตีน แต่ละเซลล์ประกอบด้วยโปรตีนหลายพันชนิด รวมถึงโปรตีนที่เป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์ประเภทนี้ด้วย เนื่องจากในกระบวนการของชีวิตโปรตีนทั้งหมดไม่ช้าก็เร็วถูกทำลายเซลล์จะต้องสังเคราะห์โปรตีนอย่างต่อเนื่องเพื่อฟื้นฟูเยื่อหุ้มเซลล์ ออร์แกเนลล์ เป็นต้น นอกจากนี้ เซลล์จำนวนมากยังผลิตโปรตีนตามความต้องการของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เช่น เซลล์ของต่อมไร้ท่อซึ่งหลั่งฮอร์โมนโปรตีนเข้าสู่กระแสเลือด ในเซลล์ดังกล่าว การสังเคราะห์โปรตีนมีความเข้มข้นเป็นพิเศษ การสังเคราะห์โปรตีนต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก แหล่งที่มาของพลังงานสำหรับกระบวนการเซลล์ทั้งหมดคือ ATP

2) อัตรา งานอิสระนักเรียนและงานของพวกเขาที่คณะกรรมการ ประเมินกิจกรรมของผู้เข้าร่วมการสนทนาและผู้บรรยายด้วย

วี ครั้งที่สอง . การบ้าน:

ทำซ้ำมาตรา 2.13

แก้ปริศนาอักษรไขว้:

1. ลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์ซึ่งอยู่ที่จุดเริ่มต้นของแต่ละยีน

2. การเปลี่ยนลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล mRNA ไปเป็นลำดับ AK ของโมเลกุลโปรตีน

3. ป้ายเริ่มออกอากาศ

4. พาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมที่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์

5. คุณสมบัติของรหัสพันธุกรรมที่เพิ่มความน่าเชื่อถือในการจัดเก็บและการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างการแบ่งเซลล์

6. ส่วนของ DNA ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนชนิดหนึ่ง

7. ลำดับของนิวคลีโอไทด์ DNA สามตัวที่อยู่ติดกัน

8. ไรโบโซมทั้งหมดที่สังเคราะห์โปรตีนบนโมเลกุล mRNA หนึ่งโมเลกุล

9. กระบวนการแปลข้อมูลเกี่ยวกับลำดับ AK ในโปรตีนจาก "ภาษา DNA" ไปเป็น "ภาษา RNA"

10. โคดอนที่ไม่ได้เขียนโค้ดสำหรับ AK แต่เพียงแต่บ่งชี้ว่าการสังเคราะห์โปรตีนจะต้องเสร็จสมบูรณ์เท่านั้น

11. โครงสร้างที่กำหนดลำดับของ AK ในโมเลกุลโปรตีน

12. คุณสมบัติที่สำคัญของรหัสพันธุกรรมก็คือแฝดสามตัวจะเข้ารหัส AK เพียงตัวเดียวเสมอ

13. “เครื่องหมายวรรคตอน” ในโมเลกุล DNA บ่งชี้ว่าควรหยุดการสังเคราะห์ mRNA

14. รหัสพันธุกรรม...สำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่แบคทีเรียสู่มนุษย์

- สูงสุด 2 นาที

- สุนทรพจน์เบื้องต้นของครู

-35 นาที

-10 นาที

-ครู

-1 นักเรียนที่คณะกรรมการ

-นักเรียนเขียนในสมุดบันทึก

-ครู

- จากจุดนั้น

-สไลด์ 1 และ 2

-สไลด์ 3

-สไลด์ 4

-สไลด์ 5

-สไลด์ 6

-สไลด์ 7 และ 8

-สไลด์ 9 และ 10

-สไลด์ 11 และ 12

-สไลด์ 13

-สไลด์ 14

-สไลด์ 15 และ 16

-สไลด์ 17 และ 18

-สไลด์ 19 และ 20

- การเปลี่ยนแปลงเชิงตรรกะ

-สไลด์ 21

-ครู

-25 นาที

-ครู

-ครู

-สไลด์ 22

-ครู

-สไลด์ 23

-สไลด์ 24

-สไลด์ 25

-15 นาที

สไลด์ 27

-กลุ่มหมายเลข 1

- ทีละรายการบนการ์ด

-กลุ่มหมายเลข 2

- ทีละรายการบนการ์ด

-30 นาที

-เตรียมไว้

-สไลด์ 29

-10 นาที (1 บทเรียน)

-10 นาที (2 บทเรียน)

-10 นาที (3 บทเรียน)

-5 นาที

-ครู

-3นาที

-สไลด์ 30

-บนการ์ด

โปรตีนที่มีอยู่ในตัวของมัน

แต่ละเซลล์ประกอบด้วยโปรตีนหลายพันชนิด รวมถึงโปรตีนที่เป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์ประเภทนี้ด้วย เนื่องจากโปรตีนทั้งหมดถูกทำลายไม่ช้าก็เร็วในกระบวนการของชีวิต เซลล์จึงต้องสังเคราะห์โปรตีนอย่างต่อเนื่องเพื่อฟื้นฟู เมมเบรน, ออร์แกเนลล์ ฯลฯ นอกจากนี้เซลล์จำนวนมากยัง "ผลิต" โปรตีนตามความต้องการของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เช่น เซลล์ของต่อมไร้ท่อซึ่งหลั่งฮอร์โมนโปรตีนเข้าสู่กระแสเลือด ในเซลล์ดังกล่าว การสังเคราะห์โปรตีนมีความเข้มข้นเป็นพิเศษ

การสังเคราะห์โปรตีนต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก

แหล่งที่มาของพลังงานนี้เช่นเดียวกับกระบวนการของเซลล์ทั้งหมดก็คือ เอทีพี- หน้าที่ต่างๆ ของโปรตีนถูกกำหนดโดยโครงสร้างหลัก เช่น ลำดับของกรดอะมิโนในโมเลกุล ในทางกลับกันกรรมพันธุ์ ข้อมูลโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนอยู่ในลำดับนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลดีเอ็นเอ ส่วนของ DNA ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนชนิดหนึ่งเรียกว่ายีน โครโมโซมหนึ่งอันประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนหลายร้อยชนิด

รหัสพันธุกรรม

กรดอะมิโนแต่ละตัวที่อยู่ในโปรตีน ดีเอ็นเอสอดคล้องกับลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่อยู่ติดกัน - แฝด จนถึงปัจจุบันมีการรวบรวมแผนที่ของรหัสพันธุกรรมนั่นคือเป็นที่ทราบกันว่าการรวมกันของ DNA นิวคลีโอไทด์ของแฝดสามนั้นสอดคล้องกับกรดอะมิโน 20 ตัวที่ประกอบเป็นโปรตีนอย่างน้อยหนึ่งตัว (รูปที่ 33) ดังที่คุณทราบ DNA สามารถประกอบด้วยฐานไนโตรเจนได้สี่ฐาน: อะดีนีน (A), กัวนีน (G), ไทมีน (T) และไซโตซีน (C) จำนวนชุดค่าผสมของ 4 คูณ 3 คือ: 43 = 64 กล่าวคือ สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้ 64 ตัว ในขณะที่เข้ารหัสกรดอะมิโนเพียง 20 ตัวเท่านั้น ปรากฎว่ากรดอะมิโนจำนวนมากไม่สอดคล้องกับรหัสเดียว แต่มีรหัสแฝดสามตัวที่แตกต่างกันหลายตัว

สันนิษฐานว่าคุณสมบัติของรหัสพันธุกรรมนี้จะเพิ่มความน่าเชื่อถือในการจัดเก็บและการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมในระหว่างการแบ่งเซลล์ ตัวอย่างเช่นกรดอะมิโนอะลานีนสอดคล้องกับ 4 โคดอน: CGA, CGG, CTG, CGC และปรากฎว่าข้อผิดพลาดแบบสุ่มในนิวคลีโอไทด์ที่สามไม่สามารถส่งผลกระทบต่อโครงสร้างของโปรตีน - มันจะยังคงเป็นโคดอนอะลานีน

เนื่องจากโมเลกุล DNA ประกอบด้วยยีนหลายร้อยยีน จึงจำเป็นต้องมีแฝดสามซึ่งเป็น "เครื่องหมายวรรคตอน" และระบุจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของยีนหนึ่งๆ

คุณสมบัติที่สำคัญมากของรหัสพันธุกรรมคือความจำเพาะ กล่าวคือ แฝดสามตัวจะหมายถึงกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวเสมอ รหัสพันธุกรรมเป็นสากลสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่แบคทีเรียจนถึงมนุษย์
การถอดเสียง ผู้ขนส่งข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดคือ DNA ที่อยู่ในเซลล์ การสังเคราะห์โปรตีนนั้นเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์บนไรโบโซม จากนิวเคลียสไปจนถึงไซโตพลาสซึม ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนจะอยู่ในรูปของ Messenger RNA (i-RNA) เพื่อที่จะสังเคราะห์ mRNA ส่วนหนึ่งของ DNA จะ "คลายออก" despirals จากนั้นตามหลักการของการเสริมกัน โมเลกุล RNA จะถูกสังเคราะห์บนหนึ่งในสายโซ่ DNA ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ (รูปที่ 34) สิ่งนี้เกิดขึ้นดังนี้: ตัวอย่างเช่นต่อต้าน guanine ของโมเลกุล DNA จะกลายเป็นไซโตซีนของโมเลกุล RNA เทียบกับอะดีนีนของโมเลกุล DNA - uracil RNA (โปรดจำไว้ว่า RNA มี uracil แทนที่จะเป็น thymine ในนิวคลีโอไทด์) ตรงข้ามกับ thymine ของ DNA - adenine RNA และไซโตซีนตรงข้ามของ DNA - guanine RNA ดังนั้นสายโซ่ mRNA จึงถูกสร้างขึ้นซึ่งเป็นสำเนาที่แน่นอนของสาย DNA เส้นที่สอง (มีเพียงไทมีนเท่านั้นที่ถูกแทนที่ด้วยยูราซิล) ดังนั้นข้อมูลเกี่ยวกับลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีน DNA จึงถูก "เขียนใหม่" ลงในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดเสียง ในโปรคาริโอต โมเลกุล mRNA ที่สังเคราะห์แล้วสามารถโต้ตอบกับไรโบโซมได้ทันที และการสังเคราะห์โปรตีนก็เริ่มขึ้น ในยูคาริโอต mRNA ทำปฏิกิริยากับโปรตีนพิเศษในนิวเคลียสและถูกส่งผ่านเปลือกนิวเคลียร์เข้าสู่ไซโตพลาสซึม

ไซโตพลาสซึมจะต้องมีชุดของกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน กรดอะมิโนเหล่านี้เกิดขึ้นจากการสลายโปรตีนในอาหาร นอกจากนี้ กรดอะมิโนบางชนิดสามารถไปยังบริเวณที่มีการสังเคราะห์โปรตีนโดยตรง เช่น ไรโบโซม โดยการยึดติดกับทรานสเฟอร์ RNA (tRNA) แบบพิเศษเท่านั้น

ถ่ายโอน RNA

ในการถ่ายโอนกรดอะมิโนแต่ละชนิดไปเป็นไรโบโซม จำเป็นต้องมี tRNA แยกประเภทกัน เนื่องจากโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 20 ตัว tRNA จึงมีหลายประเภท โครงสร้างของ tRNA ทั้งหมดจะคล้ายกัน (รูปที่ 35) โมเลกุลของพวกมันสร้างโครงสร้างแปลกประหลาดที่มีรูปร่างคล้ายใบโคลเวอร์ ประเภทของ tRNA จำเป็นต้องแตกต่างกันในนิวคลีโอไทด์แฝดที่อยู่ "ด้านบน" แฝดสามนี้เรียกว่าแอนติโคดอน ซึ่งสอดคล้องกับรหัสพันธุกรรมของมันกับกรดอะมิโนที่ T-RNA นี้พกพาอยู่ เอนไซม์พิเศษจำเป็นต้องยึดติดกับ "ก้านใบ" ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ถูกเข้ารหัสโดยแฝดที่เสริมกับแอนติโคดอน

ออกอากาศ.

ขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์โปรตีน—การแปล—เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม ไรโบโซมจะถูกต่อเข้ากับส่วนท้ายของ mRNA ซึ่งจะต้องเริ่มต้นการสังเคราะห์โปรตีน (รูปที่ 36) ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตามโมเลกุล mRNA เป็นระยะ ๆ โดย "กระโดด" โดยจะอยู่บนแฝดแต่ละตัวเป็นเวลาประมาณ 0.2 วินาที ในช่วงเวลานี้ หนึ่ง tRNA จากหลาย ๆ ตัวสามารถ "ระบุ" ด้วยแอนติโคดอนของแฝดที่มีไรโบโซมอยู่ และถ้าแอนติโคดอนเป็นส่วนเสริมของ mRNA แฝดนี้ กรดอะมิโนจะถูกแยกออกจาก "ก้านใบ" และเกาะติดด้วยพันธะเปปไทด์กับสายโซ่โปรตีนที่กำลังเติบโต (รูปที่ 37) ในขณะนี้ ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตาม mRNA ไปยังแฝดกลุ่มถัดไป โดยเข้ารหัสกรดอะมิโนตัวถัดไปของโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์ และที-RNA ถัดไปจะ "นำ" กรดอะมิโนที่จำเป็น ซึ่งจะเพิ่มสายโซ่โปรตีนที่กำลังเติบโต การดำเนินการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำหลาย ๆ ครั้งตามจำนวนกรดอะมิโนที่โปรตีนที่ถูกสร้างขึ้นจะต้องมีอยู่ เมื่อมีแฝดสามชุดหนึ่งในไรโบโซม ซึ่งเป็น "สัญญาณหยุด" ระหว่างยีน ดังนั้น t-RNA เดียวไม่สามารถเข้าร่วมแฝดดังกล่าวได้ เนื่องจาก t-RNA ไม่มีแอนติโคดอนสำหรับพวกมัน เมื่อถึงจุดนี้ การสังเคราะห์โปรตีนจะสิ้นสุดลง ปฏิกิริยาที่อธิบายไว้ทั้งหมดเกิดขึ้นในช่วงเวลาอันสั้นมาก คาดว่าการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ใช้เวลาประมาณสองนาทีเท่านั้น

เซลล์ไม่ต้องการเพียงเซลล์เดียว แต่ต้องการหลายโมเลกุลของโปรตีนแต่ละชนิด ดังนั้น ทันทีที่ไรโบโซมซึ่งเป็นหน่วยแรกที่เริ่มการสังเคราะห์โปรตีนบน mRNA เคลื่อนที่ไปข้างหน้า ไรโบโซมตัวที่สองที่สังเคราะห์โปรตีนชนิดเดียวกันจะอยู่ด้านหลังบน mRNA เดียวกัน จากนั้นไรโบโซมตัวที่สามและสี่ ฯลฯ จะถูกพันตามลำดับบน mRNA ไรโบโซมทั้งหมดที่สังเคราะห์โปรตีนชนิดเดียวกันที่ถูกเข้ารหัสใน mRNA ที่กำหนดจะเรียกว่าโพลีโซม

เมื่อการสังเคราะห์โปรตีนเสร็จสิ้น ไรโบโซมสามารถค้นหา mRNA อีกตัวหนึ่ง และเริ่มสังเคราะห์โปรตีนที่มีโครงสร้างถูกเข้ารหัสใน mRNA ใหม่

ดังนั้นการแปลความหมายคือการแปลลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล mRNA ไปเป็นลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่สังเคราะห์

มีการประมาณกันว่าโปรตีนทั้งหมดในร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถเข้ารหัสได้ด้วย DNA เพียงสองเปอร์เซ็นต์ที่อยู่ในเซลล์ของมัน DNA อีก 98% ที่เหลือจำเป็นสำหรับอะไร? ปรากฎว่าแต่ละยีนมีความซับซ้อนกว่าที่เคยคิดไว้มากและไม่เพียงมีส่วนในการเข้ารหัสโครงสร้างของโปรตีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนพิเศษที่สามารถ "เปิด" หรือ "ปิด" การทำงานของแต่ละยีนได้ . นั่นคือเหตุผลว่าทำไมเซลล์ทั้งหมด เช่น ร่างกายมนุษย์ซึ่งมีโครโมโซมชุดเดียวกัน จึงมีความสามารถในการสังเคราะห์โปรตีนที่แตกต่างกันได้ ในบางเซลล์ การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นได้ด้วยความช่วยเหลือของยีนบางตัว ในขณะที่เซลล์อื่นๆ ก็มียีนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงเข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้นในแต่ละเซลล์จะมีการรับรู้ข้อมูลทางพันธุกรรมเพียงบางส่วนที่มีอยู่ในยีนของมันเท่านั้น

การสังเคราะห์โปรตีนต้องอาศัยเอนไซม์จำนวนมาก และปฏิกิริยาการสังเคราะห์โปรตีนแต่ละตัวต้องใช้เอนไซม์เฉพาะทาง

ยีน. รหัสพันธุกรรม แฝด โคดอน. การถอดเสียง แอนติโคดอน ออกอากาศ. โพลีโซม

1. การถอดเสียงคืออะไร?
2. การออกอากาศคืออะไร?
3. การถอดความและการแปลเกิดขึ้นที่ไหน?
4. โพลีโซมคืออะไร?
5. ทำไมต้องเข้า เซลล์ที่แตกต่างกันของสิ่งมีชีวิตใด ๆ เพียงส่วนหนึ่งของยีน "ทำงาน" ของมัน?
6. เซลล์ที่ไม่สามารถสังเคราะห์สารได้อย่างอิสระสามารถดำรงอยู่ได้หรือไม่?

Kamensky A. A. , Kriksunov E. V. , Pasechnik V. V. ชีววิทยา ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9
ส่งโดยผู้อ่านจากเว็บไซต์

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนและการสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมและ เทคโนโลยีเชิงโต้ตอบการประเมินแบบฝึกหัดปิด (สำหรับครูเท่านั้น) ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การทดสอบตัวเอง เวิร์คช็อป ห้องปฏิบัติการ ระดับความยากของงาน: ปกติ สูง การบ้านโอลิมปิก ภาพประกอบ ภาพประกอบ: คลิปวิดีโอ, เสียง, ภาพถ่าย, กราฟ, ตาราง, การ์ตูน, บทคัดย่อมัลติมีเดีย, เคล็ดลับสำหรับผู้ที่อยากรู้อยากเห็น, เอกสารโกง, อารมณ์ขัน, คำอุปมา, เรื่องตลก, คำพูด, ปริศนาอักษรไขว้, คำพูด ส่วนเสริม หนังสือเรียนการทดสอบอิสระภายนอก (ETT) วันหยุดพื้นฐานและเพิ่มเติมเฉพาะเรื่อง บทความสโลแกน ลักษณะประจำชาติพจนานุกรมคำศัพท์อื่นๆ สำหรับครูเท่านั้น