Биосинтез белка n Белки являются необходимыми компонентами

Биосинтез белка

n Белки являются необходимыми компонентами всех клеток, поэтому наиболее важным процессом пластического обмена является биосинтез белка. n Он протекает во всех клетках организмов. n Это единственные компоненты клетки (кроме нуклеиновых кислот), синтез которых осуществляется под прямым контролем генетического аппарата. n Весь генетический аппарат клетки — ДНК и разные виды РНК — фактически настроен на синтез белков.

Условия биосинтеза белка. n n n Для непосредственного биосинтеза белка необходимы следующие компоненты: информационная РНК (и. РНК) — переносчик информации от ДНК к месту синтеза белковой молекулы; рибосомы — органоиды, где происходит собственно синтез белка; набор аминокислот в цитоплазме клетки, из которых собирается белковая молекула; транспортные РНК (т. РНК), кодирующие аминокислоты и переносящие их к месту синтеза белка на рибосомы; макроэргические вещества (АТФ), обеспечивающие энергией процесс биосинтеза белка.

n Биосинтез белка состоит из трёх взаимосвязанных процессов: n транскрипции (синтеза и. РНК), n кодирования и активирования аминокислот, n трансляции (собственно синтеза белка на рибосомах).

Строение транспортной РНК и кодирование аминокислот. n Транспортные РНК (т. РНК) представляют собой небольшие молекулы с количеством нуклеотидов от 70 до 90. n На долю т. РНК приходится примерно 15% всех РНК клетки. n Функция т. РНК зависит от её строения. n Изучение структуры молекул т. РНК показало, что они имеют сложную пространственную конфигурацию, названную клеверным листом

n В молекуле выделяются петли и спиральные участки, образованные за счёт взаимодействия комплементарных оснований. n Наиболее важной является центральная петля, в которой находится антикодон — нуклеотидный триплет, соответствующий кодону определённой аминокислоты. n Своим антикодоном т. РНК способна по принципу комплементарности соединяться с соответствующим кодоном на и. РНК.

n Каждая т. РНК может переносить только одну из 20 аминокислот. n Значит, для каждой аминокислоты имеется по меньшей мере один вид т. РНК. n Трём стоп кодонам молекулы и. РНК не соответствует ни одна т. РНК.

n На одном конце молекулы т. РНК всегда находится нуклеотид гуанин, а на другом — триплет нуклеотидов ЦЦА. n К этому концу молекулы т. РНК присоединяется аминокислота. n Каждая аминокислота присоединяется строго к своей т. РНК с соответствующим антикодоном.

n Процесс присоединения катализируется специфическими ферментами — аминоацил т. РНК синтетазами. n Для каждой аминокислоты имеется своя синтетаза, которая распознаёт свою аминокислоту и соответствующую т. РНК.

n Соединение аминокислоты с т. РНК осуществляется за счёт энергии АТФ, причём в результате реакции макро эргическая связь образуется между т. РНК и аминокислотой. n Так происходит активирование и кодирование аминокислот Строение молекулы т. РНК: I — объёмная модель; II — общий вид; III — схема; IV — соединение т. РНК и аминокислоты

Этапы биосинтеза белка n Процесс синтеза полипептидной цепи, осуществляемый на рибосоме, называют трансляцией (от лат. translatio — передача).

n Информационная РНК (и. РНК) является посредником в передаче информации о первичной структуре белка, транспортная (т. РНК) переносит закодированные аминокислоты к месту синтеза белковой молекулы и обеспечивает последовательность их соединений в полипептидную цепь

n В рибосомах осуществляется сборка полипептидной цепи. n В ней имеются три основных центра, с которыми связываются молекулы РНК: один центр для и. РНК и два для т. РНК. n Одна т. РНК с аминокислотой удерживается в аминоацильном центре рибосомы, а другая в пептидилъном центре, где происходит рост полипептидной цепи.

n Первый этап — инициация n Синтезированная в процессе транскрипции и. РНК выходит из n n n ядра и направляется в цитоплазму к месту синтеза белка — к рибосоме. За счёт различных белковых факторов и макроэргических веществ (АТФ и др. ) происходит соединение и. РНК и двух субъединиц рибосомы, которые до этого момента находились в диссоциированном состоянии. Прежде чем рибосома начнёт синтез полипептидной цепи, к ней должна присоединиться особая молекула т. РНК с определённой аминокислотой — инициаторная т. РНК. С неё всегда начинается синтез белка. По принципу комплементарности инициаторная т. РНК своим антикодоном соединяется с первым кодоном на и. РНК и входит в рибосому. Этот кодон на и. РНК называют старт кодоном. Образуется комплекс: рибосома — и. РНК — инициаторная т. РНК аминокислота

n Общая схема биосинтеза белка: I — транскрипция (в ядре клетки), II — активирование аминокислоты, III — трансляция; 1 — ДНК, 2 — и. РНК, 3 — т. РНК, 4 — аминокислота, 5 — рибосома, 6 — синтезированный белок

132 Глава 5. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ Рис. 86. Схема биосинтеза полипептидной цепи

n n n n Второй этап — элонгация — процесс роста полипептидной цепи. Следующая т. РНК с аминокислотой по принципу комплементарности антикодона с кодоном соединяется с и. РНК и входит в рибосому. Первая т. РНК с аминокислотой передвигается и закрепляется в пептидильном центре, а вторая т. РНК с аминокислотой — в ами-ноацильном центре. Аминокислоты сближаются друг с другом, между ними возникает пептидная связь, и образуется дипептид. При этом первая т. РНК освобождается и, покидая рибосому, тянет за собой и. РНК, которая продвигается ровно на один триплет. Вторая т. РНК с дипептидом перемещается в пептидильный центр, а в рибосому входит третья т. РНК с аминокислотой. Весь процесс повторяется вновь и вновь: и. РНК, последовательно продвигаясь через рибосому, каждый раз вносит новую т. РНК с аминокислотой и выносит освободившуюся т. РНК. Происходит постепенное наращивание полипептидной цепи.

n Весь процесс синтеза полипептидной цепи обеспечивается деятельностью ферментов и энергией макроэргических связей молекул АТФ.

n Третий, завершающий этап — терминация — n n окончание биосинтеза белка Как только в аминоацильный центр попадает один из стоп кодонов, синтез прекращается. Место т. РНК занимает в этом случае специфический белок фермент, который осуществляет гидролиз связи между последней т. РНК и синтезированным белком. Рибосома снимается с и. РНК и распадается на две субъединицы, последняя т. РНК также освобождается и вновь попадает в цитоплазму. Синтезированная молекула белка поступает в ЭПС или цитоплазму, где приобретает соответствующие структуры.

n Процесс трансляции в клетке обычно осуществляется многократно. n Одна и. РНК может соединяться с несколькими рибосомами, образуя полирибосому, или полисому, где одновременно идёт синтез нескольких молекул одного белка Полисома

n Биосинтез белка протекает как в цитоплазме клетки, так и на поверхности каналов гранулярной ЭПС. n Весь процесс синтеза одной молекулы длится в среднем от 20 до 500 с и зависит от длины собираемого полипептида. n Например, в рибосоме кишечной палочки белок из 300 аминокислотных остатков синтезируется всего лишь за 15— 20 с.

n Антикодон; n трансляция; n центры рибосомы: аминоацильный, пептидилъный; n этапы трансляции: инициация, элонгация, терминация; инициаторная n т. РНК; n полирибосома (полисома).

Вопросы и задания n n n n В каких органоидах клетки происходит биосинтез белка? Какое строение имеет молекула т. РНК? Назовите её ключевые участки. Как проис ходит соединение т. РНК с аминокислотой? За счёт каких связей поддерживается конфигурация молекулы т. РНК? Сколько видов т. РНК имеется в клетке? Чем они отличаются друг от друга? Как объ яснить, что число видов т. РНК больше, чем число видов аминокислот, встречающихся в белках? Для ответа используйте рис. 86. Охарактеризуйте этапы биосинтеза белка в клетке. Как связан биосинтез белка с другими реакциями^ матричного синтеза? Каким образом в клетке синтезируются одновременно несколько молекул одного и того же белка? Для ответа используйте рис. 87. Используя таблицу генетического кода (табл. 5), определите аминокислотный со став фрагмента полипептидной цепи, если участок гена на молекуле ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГАТГАТЦАГГАТГЦЦТГТТЦААГГГАЦТЦАТТ