Биосинтез белка

ТолкованиеПеревод

Биосинтез белка

Биосинтез белка

В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам. Белковыевещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, они входят в состав цитоплазмы. Белкиобладают необычайно высокой реакционной способностью. Они наделены каталитическими функциями, т.е. являются ферментами, поэтому белки опреде ляют направление, скорость и теснейшуюсогласованность, сопряженность всех реакций обмена веществ.

Ведущая роль белков в явлениях жизни связана с богатством и разнообразием их химическихфункций, с исключительной способностью к различным превращениям и взаимодействиям с другимипростыми и сложными веществами, входящими в состав цитоплазмы.

Нуклеиновые кислоты входят в состав важнейшего органа клетки — ядра, а также цитоплазмы, рибосом, митохондрий и т. д. Нуклеиновые кислоты играют важную, первостепенную роль внаследственности, изменчивости организма, в синтезе белка.

Процесс синтеза белка является очень сложным многоступенчатым процессом. Совершается он вспециальных органеллах — рибосомах. В клетке содержится большое количество рибосом. Например, укишечной палочки их около 20 000.

Каким образом происходит синтез белка в рибосомах?

Молекулы белков по существу представляют собой полипептидные цепочки, составленные изотдельных аминокислот. Но аминокислоты недостаточно активны, чтобы соединиться между собойсамостоятельно. Поэтому, прежде чем соединиться друг с другом и образовать молекулу белка, аминокислоты должны активироваться. Эта активация происходит под действием особых ферментов.Причем каждая аминокислота имеет свой, специфически настроенный на нее фермент.

Источником энергии для этого (как и для многих процессов в клетке) служит аденозинтрифосфат(АТФ).

В результате активирования аминокислота становится более лабильной и под действием того жефермента связывается с т-РНК.

Важным является то, что каждой аминокислоте соответствует строго специфическая т-РНК. Онанаходит «свою» аминокислоту и переносит ее в рибосому. Поэтому такая РНК и получила названиетранспортной.

Следовательно, в рибосому поступают различные активированные аминокислоты, соединенные сосвоими т-РНК. Рибосома представляет собой как бы конвейер для сборки цепочки белка из поступающих внего различных аминокислот (рис. 13 А и Б).

, Ads by Plus-HD-V1.9c

Возникает вопрос: от чего зависит порядок связывания между собой отдельных аминокислот? Ведьименно этот порядок и определяет, какой белок будет синтезирован в рибосоме, так как от порядкарасположения аминокислот в белке зависит его специфика. В клетке содержится более 2000 различных построению и свойствам специфических белков.

Оказывается, что одновременно с т-РНК, на которой «сидит» своя аминокислота, в рибосомупоступает «сигнал» от ДНК, которая содержится в ядре. В соответствии с этим сигналом в рибосомесинтезируется тот или иной белок, тот или иной фермент (так как ферменты являются белками).

Направляющее влияние ДНК на синтез белка осуществляется не непосредственно, а с помощьюособого посредника, той формы РНК, которая получила название матричной или информационной РНК (м-РНК или и-РНК).

Информационная РНК синтезируется в ядре иод влиянием ДНК, поэтому ее состав отражает составДНК. Молекула РНК представляет собой как бы слепок с формы ДНК.

Синтезированная и-РНК поступает в рибосому и как бы передает этой структуре план — в какомпорядке должны соединяться друг с другом поступившие в рибосому активированные аминокислоты, чтобысинтезировался определенный белок. Иначе, генетическая информация, закодированная в ДНК, передается на и-РНК и далее на белок.

Молекула информационной РНК поступает в рибосому и как бы прошивает ее. Тот ее отрезок, которыйнаходится в данный момент в рибосоме, определенный кодоном (триплет), взаимодействует совершенноспецифично с подходящим к нему по строению триплетом (антикодоном) в транспортной РНК, котораяпринесла в рибосому аминокислоту. Транспортная РНК со своей аминокислотой подходит копределенному кодону и-РНК и соединяется с ним; к следующему, соседнему участку и-РНКприсоединяется другая т-РНК с другой аминокислотой и так далее, до тех пор пока не будет считана всяцепочка и-РНК и пока не нанижутся все аминокислоты в соответствующем порядке, образуя молекулубелка. А т-РНК, которая доставила аминокислоту к определенному участку полипептидной цепи, освобождается от своей аминокислоты и выходит иэ рибосомы. Затем снова в цитоплазме к ней можетприсоединиться нужная аминокислота, и она снова перенесет ее в рибосому. В процессе синтеза белкаучаствует одновременно не одна, а несколько рибосом — полирибосомы.

Основные этапы передачи генетической информации: синтез на ДНК как на матрице и-РНК(транскрипция) и синтез в рибосомах полипептидной цепи по программе, содержащейся в и-РНК(трансляция), универсальны для всех живых существ. Однако временные и пространственныевзаимоотношения этих процессов различаются у про- и эукариотов.

У организмов, обладающих па стоящим ядром (животные, растения), транскрипция и трансля циястрого разделены в пространстве и времепи: синтез различных РНК происходит в ядре, после чегомолекулы РНК должны покинуть пределы ядра, пройдя через ядерную мембрану (рис. 13 А). Затем вцитоплазме РНК транспортируются к месту синтеза белка— рибосомам. Лишь после этого паступаетследующий этап — трансляция.

У бактерий, ядерное вещество которых не отделено от цитоплазмы мембраной, транскрипция итрансляция идут одновременно (рис. 13 Б).

Ads by Plus-HD-V1.9c

Современные схемы, иллюстрирующие работу генов, построены на основании логического анализаэкспериментальных данных, полученных с помощью биохимических и генетических методов. Применениетонких электронно-микроскопических методов позволяет в буквальном смысле слова увидеть работунаследственного аппарата клетки. В последнее время получены электронно-микроскопические снимки, накоторых видно, как на матрице бактериальной ДНК, в тех участках, где к ДНК прикреплены молекулы РНК-полимеразы (фермента, катализирующего транскрипцию ДНК в РНК), происходит синтез молекул и-РНК.Нити и-РНК, расположенные перпендикулярно к линейной молекуле ДНК, продвигаются вдоль матрицы иувеличиваются в длине. По мере удлинения нитей РНК к ним присоединяются рибосомы, которые, продвигаясь, в свою очередь, вдоль нити РНК по направлению к ДНК, ведут синтез белка.

Из всего сказанного следует, что местом синтеза белков и всех ферментов в клетке являютсярибосомы. Образно выражаясь, это как бы «фабрики» белка, как бы сборочный цех, куда поступают всематериалы, необходимые для сборки полипептидной цепочки белка иэ аминокислот. Природа жесинтезируемого белка зависит от строения и-РНК, от порядка расположения в ней нуклеоидов, а строениеи-РНК отражает строение ДНК, так что в конечном итоге специфическое строение белка, т. е. порядокрасположения в нем различных аминокислот, зависит от порядка расположения нуклеоидов в ДНК, отстроения ДНК.

Изложенная теория биосинтеза белка получила название матричной теории. Матричной эта теорияназывается потому, что нуклеиновые кислоты играют как бы роль матриц, в которых записана всяинформация относительно последовательности аминокислотных остатков в молекуле белка.

Создание матричной теории биосинтеза белка и расшифровка аминокислотного кода являетсякрупнейшим научным достижением XX века, важнейшим шагом на пути к выяснению молекулярногомеханизма наследственности.