Биосинтез белков в живой клетке

Каждая живая клетка создает (синтезирует) составляющие ее вещества. Этот процесс называют биосинтезом. Биосинтез (от греч. bios – "жизнь" и synthesis – "соединение") – образование органических веществ, происходящее в живых клетках с помощью ферментов и внутриклеточных структур.

Биосинтез, осуществляемый в процессе обмена веществ, всегда идет с потреблением энергии. Биосинтез, например, простых углеводов у зеленых растений происходит за счет энергии света. Биосинтез белков идет с потреблением энергии химических связей в органических веществах.

Главным поставщиком энергии для биосинтеза служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Ферменты, отщепляя остатки фосфорной кислоты от молекул АТФ, обеспечивают выделение энергии и тем создают возможность ее использования для биосинтеза.

В биосинтезе молекул белка участвуют разные аминокислоты, многочисленные ферменты, рибосомы и разные РНК (рРНК – рибосомная, тРНК – транспортная и иРНК – информационная). Процесс биосинтеза молекул белка осуществляется в рибосомах.

Рис.14. Схема образования иРНК по матрице ДНК

Характер биосинтеза определяется наследственной информацией, закодированной в определенных участках ДНК (см. также § 6) хромосом – в генах. Гены содержат информацию об очередности аминокислот того или иного синтезируемого белка, иными словами, кодируют его первичную структуру. Молекулы иРНК (см. также § 6) передают этот код для биосинтеза.

Схематически процесс биосинтеза можно представить так:

ДНК -> иРНК -> белок.

Перенос генетической информации в виде копий ДНК из ядра в рибосому осуществляет информационная РНК.

Этот процесс происходит в ядре (см. также § 7). Благодаря действию ферментов участок ДНК раскручивается, и вдоль одной из цепей по принципу комплементарности, т.е. избирательного соответствия, выстраиваются нуклеотиды. Соединяясь между собой, они образуют полинуклеотидную цепочку иРНК (рис. 14).

После этого происходит так называемое созревание, когда с участием ферментов вырезаются внутренние участки молекулы, а оставшиеся фрагменты "сшиваются" в одну линейную структуру. В результате образуется иРНК.

При этом разные ферменты способны вырезать разные участки РНК, и таким образом образуются разные иРНК.

Смысл созревания иРНК заключается в том, что на основе информации одного гена возможен синтез нескольких иРНК, а в дальнейшем и разных белков.

Образовавшаяся таким образом новая информационная цепь иРНК оказывается точной копией генетической информации, "списанной" с ДНК как с матрицы. Этот процесс называется транскрипцией (лат. transcriptio – "переписывание").

Транскрипция – первый этап биосинтеза белка. На этом этапе происходит "списывание" генетической информации путем создания иРНК.

Образовавшаяся иРНК выходит из ядра в цитоплазму через поры в ядерной оболочке и вступает в контакт с многочисленными рибосомами.

Рибосома – уникальный "сборочный аппарат". Рибосома скользит по иРНК как по матрице и в строгом соответствии с последовательностью расположения ее нуклеотидов выстраивает определенные аминокислоты в длинную полимерную цепь белка. Порядок аминокислот в этой цепи соответствует генетической информации, скопированной ("списанной") с определенного участка ДНК. "Считывание" информации с иРНК и создание при этом полимерной цепи белка называется трансляцией (лат. translatio – "передача"). В процессе трансляции информация о строении будущего белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов в молекулах иРНК, переводится с нуклеотидного кода в последовательность аминокислот в синтезируемых белках. Трансляция ("считывание") происходит в цитоплазме клетки.

"Считывание" (трансляция) генетической информации с иРНК и создание (сборка) полимерной цепи на рибосомах (см. также § 8) – второй этап биосинтеза белка.

Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК (тРНК), которые, находясь в цитоплазме в свободном состоянии и в большом количестве, обеспечивают создание полимерной молекулы белка (рис. 15).

Рис.15. Схема биосинтеза белка в живой клетке

Для каждой аминокислоты требуется своя тРНК, комплементарная определенному участку иРНК. Такой участок всегда представлен триплетом – сочетанием трех нуклеотидов, называемым кодоном. В свою очередь, и каждая аминокислота, входящая в белок, тоже закодирована определенным сочетанием трех нуклеотидов (антикодон), по которым они и находят друг друга.

Многие аминокислоты кодируются не одним, а несколькими триплетами. В то же время известны три триплета, которые не кодируют ни одной аминокислоты. Эти триплеты прерывают синтез белковой цепочки. Изменение последовательности нуклеотидов (мутация) может привести к изменению аминокислот в белке. Такой белок приобретает новые свойства и может оказывать значительное влияние на жизнедеятельность организма – как положительное, так и отрицательное.

Обычно вдоль одной молекулы иРНК движется сразу несколько рибосом, при этом одновременно синтезируется несколько молекул белка.

Срок жизни иРНК – от двух минут у бактерий до многих дней у высших организмов. В конце концов ферменты разрушают иРНК до отдельных нуклеотидов. Нуклеотиды затем используются для синтеза новых РНК. Расщепляя и синтезируя иРНК, клетка строго регулирует синтез белков, их тип и количество.

Поиск по сайту: