Лабораторне заняття №6 біосинтез білка
Питання для підготовки з теоретичного матеріалу:
Транспортні РНК
1.1. Структура тРНК
1.2. Аміноацилювання тРНК
Рибосома
2.1. Склад рибосоми
2.2. Структура рибосоми
Елонгаційний цикл
3.1. Елонгаційний фактор EF1
3.2. Зв'язування аа-тРНК з А-сайтом рибосоми
3.3. Транспептидація
3.4. Транслокація
Ініціація трансляції
4.1. Ініціація трансляції у прокаріотів
4.2. Ініціація трансляції в еукаріотів
Термінація трансляції
Регуляція трансляції
Формування просторової структури білка
7.1. Закономірності укладання білкової глобули
7.2. Шаперони hsp70
7.3. Шапероніни
Основні терміни:
Трансляція – синтез білка.
Генетичний код – правило відповідністі послідовностей нуклеотидів молекули мРНК амінокислотам у поліпептиді.
Кодон – три нуклеотиди молекули мРНК (триплет), що кодують одну амінокислоту.
Стоп-кодони – кодони, які не відповідають жодній амінокислоті, а натомість є сигналами закінчення трансляції (UАG, UGА та UАА).
Рамка зчитування – послідовність нуклеотидів від старт-кодону (АUG) до стоп-кодону.
Виродженість генетичного коду – одна з властивостей генетичного коду, коли всі амінокислоти, за виключенням метіоніну та триптофану, кодуються більш ніж одним кодоном.
Універсальність генетичного коду - у всіх організмів однакові кодони кодують одні і ті ж амінокислоти.
Однозначність генетичного коду – одна з властивостей генетичного коду, коли кожний конкретний кодон визначає тільки одну амінокислоту.
Рибозими – молекули РНК, що мають ферментативні активності.
Антикодон – триплет нуклеотидів молекули тРНК, який комплементарний до трьох нуклеотидів молекули мРНК (кодону).
Активація амінокислоти – реакція перенесення аденозинмонофосфату на молекулу амінокислоти.
Аміноацил-тРНК – молекула тРНК з ковалентно приєднаною до неї відповідною амінокислотою.
Послідовність Шайна-Дальогарно – послідовність нуклеотидів в молекулі мРНК у прокаріот, яка передує стартовому кодону АUG і забезпечує його ефективне впізнання рибосомою.
Реакція транспептидації – реакція, що здійснюється рибосомою, яка полягає у перенесенні пептидилу, що синтезується, на амінокислоту з утворенням пептидного зв'язку
Задача 1
Визначте молекулярну масу кодуючої частини прокаріотичного гена, що контролює утворення білка, який складається із 300 амінокислот. Середня молекулярна маса нуклеотиду дорівнює 330.
Розв'язок
Згідно триплетності генетичного коду одну амінокислоту кодують три нуклеотиди. Отже, молекула мРНК, з якої транслюється білок, розміром 300 амінокислот, має 3×300=900 нуклеотидів. Таким чином, кількість нуклеотидів кодуючої частини прокаріотичного гена (тобто відповідного фрагмента дволанцюгової молекули ДНК) буде рівна 900×2=1800 нуклеотидів. Якщо маса одного нуклеотида рівна 330, то молекулярна маса гена 1800×330=594000.
Задача 2
Прокаріотичний білок складається із 200 амінокислот. Визначити, яку довжину має ген, що його кодує, якщо на кодуючу частину припадає 95% нуклеотидної послідовності гена (відстань між двома парами основ в молекулі ДНК складає 0,34 нм).
Розв'язок
Згідно триплетності генетичного коду одну амінокислоту кодують три нуклеотиди. Отже, кількість нуклеотидів у молекулі мРНК буде рівна 200×3=600. Оскільки молекула мРНК є копією кодуючої частини гена, що становить 95%, то кількість нуклеотидів в одному ланцюзі відповідного фрагмента молекули ДНК становить 600×100%/95% = 631 нуклеотид. Отже, довжина гена, що контролює синтез даного білка буде 631×0,34 = 214,5 нм.
Задача 3
Зі скількох амінокислот буде складатися поліпептид, що утвориться при трансляції послідовності мРНК (вказані 5'- та З'-нетрансльовані ділянки):
CUUUCAUGUGСGАСGААUUСGGАСАСАUААААUUАСUGСUGUААUGС?
Користуючись таблицею генетичного коду вкажіть послідовність амінокислот в поліпептиді.
Розв'язок
Наявність 5'- та З'-нетрансльованих ділянок вказує на те, що не всі нуклеотиди даної послідовності входять до відкритої рамки зчитування. Для встановлення рамки зчитування необхідно знайти стартовий код АUG, який і задасть послідовність триплетів до одного із можливих стоп-кодонів:
Таким чином, поліпептид, синтезований з даного фрагмента містить 12 амінокислот у послідовності: Меt-Суs-Аsр-Glu-Рhе-Glу-Ніs-Ilе-Lys-Leu-Leu-Leu.
Задача 4
На рисунку представлено амінокислотні заміни, які можна спостерігати при порівнянні амінокислотних послідовностей певного нормального білка та його мутантних форм. Використовуючи таблицю генетичного коду, визначте триплети, які відповідають даним амінокислотам у даних білках (за умови, що кожна амінокислотна заміна відбулась в результаті заміни одного нуклеотида в кодоні).
Розв'язок
Амінокислота Gly кодується чотирма можливими кодонами (GGU, GGC, GGA, GGG), Агg – шістьма (CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG), Glu – двома (GАА та GАG). Очевидно, що для утворення аргінінових кодонів з гліцинових потребна буде або заміна першого нуклеотиду в усіх чотирьох триплетах на цитидиловий нуклеотид, або заміна першого нуклеотиду кодонів GGA та GGG на аденіловий нуклеотид. Для перетворення у складі білка амінокислоти Gly на амінокислоту Glu необхідно, щоб відбулася заміна другого нуклеотиду кодонів GGA та GGG на аденіловий нуклеотид. Таким чином, аналізуючи необхідні нуклеотидні заміни кодонів, робимо висновок, що у гені «нормального» білка кодон, який відповідає Gly має бути GGA або GGG.
Задачі для самостійного розв’язку
1. Визначте молекулярну масу прокаріотичної мРНК, з якої синтезований поліпептид, розміром 50 амінокислот. Середня молекулярна маса нуклеотиду дорівнює 330.
2. Визначте кількість нуклеотидів кодуючої частини прокаріотичного гена, що контролює утворення білка, який складається із 250 амінокислот.
3. Визначте молекулярну масу прокаріотичного гена, що контролює утворення білка, який складається із 100 амінокислот, якщо на кодуючи частину припадає 95% послідовності гена. Середня молекулярна маса нуклеотиду дорівнює 330.
4. Прокаріотичний білок складається із 100 амінокислот. Визначити, яку довжину має відповідна мРНК, з якої транслюється даний білок, якщо на кодуючу частину припадає 90% нуклеотидної послідовності гена (припустити, що відстань між основами в молекулі мРНК складає 0,7 нм).
5. Довжина кодуючої частини прокаріотичного гена 254 нм. Визначте кількість амінокислот у білку, що синтезується з даного гена.
6. Маса еукаріотичного білка 19000, а довжина гена дорівнює 20400 нм. Визначте відсоток нуклеотидів, що припадають на кодуючі та некодуючі послідовності гена (середня масса однієї амінокіслоти – 110, а відстань між сусідніми парами нуклеотидів в молекулі ДНК складає 0,34 нм).
7. Зі скількох амінокислот буде складатися поліпептид, що утвориться при трансляції послідовності мРНК (вказані 5'- та З'-нетрансльовані ділянки):
CUGCCUCAUGCCAGACGCCUCUACACAUUGAAAUUACUGCUGU?
Користуючись таблицею генетичного коду вкажіть послідовність амінокислот в поліпептиді.
8. Зі скількох амінокислот буде складатися N-кінцевий фрагмент поліпептиду, що утвориться при трансляції послідовності мРНК (вказана також 5'-нетрансльована ділянка):
ACACAUGUUCGGACACAUAAAAUUACUG?
Користуючись генетичним кодом вкажіть послідовність амінокислот в поліпептиді.
8. Зі скількох амінокислот буде складатися фрагмент поліпептиду, що утвориться при трансляції фрагмента послідовності мРНК
GCAUUCGACGAAUUCGGACACAUAAAAUUACUG?
Користуючись генетичним кодом вкажіть послідовність амінокислот в поліпептиді.
9. На рисунку представлено амінокислотні заміни, які можна спостерігати при порівнянні амінокислотних послідовностей певного нормального білка та його мутантних форм. Використовуючи таблицю генетичного коду, визначте триплети, які відповідають даним амінокислотам у даних білках (за умови, що кожна амінокислотна заміна відбулась в результаті заміни одного нуклеотида в кодоні).
10. На рисунку представлено амінокислотні заміни, які можна спостерігати при порівнянні амінокислотних послідовностей певного нормального білка та його мутантних форм. Використовуючи таблицю генетичного коду, визначте триплети, які відповідають даним амінокислотам у даних білках (за умови, що кожна амінокислотна заміна відбулась в результаті заміни одного нуклеотид а в кодоні).
