Пластичний обмін. Біосинтез білків

Пластичним обміном називають сукупність реакцій біохімічного синтезу. Внаслідок цих реакцій зі сполук, які надходять у клітину, утворюються потрібні для неї речовини. Основні процеси пластичного обміну - це біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез та хемосинтез.

Розрізняють амінокислоти замінні та незамінні. Перші з них можуть синтезуватись в організмі людини і тварин, другі -надходять лише з їжею. Білки їжі перетравлюються в органах травної системи, а потім надходять до клітин, де і синтезуються певні білки. Для синтезу замінних амінокислот тварини і гриби використовують нітрогенвмісні сполуки. Рослини здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, використовуючи для цього сполуки нітрогену. Серед мікроорганізмів одні здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, а інші -лише деякі з них. Синтез кожної з 20 основних амінокислот - складний багатоступеневий процес, який каталізується багатьма ферментами.

Ви вже знаєте, що в живих організмах утворюється багато різноманітних білків. Інформація про структуру кожного з них має зберігатись у клітинах.

Схема біосинтезу білка

Як у клітині зберігається спадкова інформація про будову білків? Єдину для всіх живих організмів систему збереження спадкової інформації названо генетичним кодом. Це певна послідовність нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот, яка визначає порядок введення амінокислотних залишків у поліпептидний ланцюг під час його синтезу.

Вчені виявили, що кожна амінокислота в поліпептидному ланцюзі кодується певною послідовністю з трьох нуклеотидів, так званим триплетом. Чотири різні нуклеотиди ДНК або РНК можуть утворювати 64 комбінації (4³ = 64), тобто 64 різні триплети.

Існує лише 20 основних амінокислот. Тому одна амінокислота може кодуватись кількома різними триплетами (див. таблицю). Це має важливе біологічне значення, оскільки підвищує надійність генетичного коду, тобто випадкова заміна залишку однієї нітратної основи в певному триплеті на інший не завжди супроводжуватиметься змінами у первинній структурі білка.

Встановлено, що більшість основних амінокислот (18 із 20) кодуються кількома триплетами (від двох до шести) і тільки дві з них (триптофан і метіонін) -одним.
Ще однією властивістю генетичного коду є те, що кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту. Генетичний код є універсальним, тобто єдиним для всіх організмів: від бактерій до людини.

Як ви пам'ятаєте, ген - це певна послідовність нуклеотидів у молекулі нуклеїнової кислоти. З'ясовано, що між генами існують ділянки (певні послідовності нуклеотидів), які не несуть спадкової інформації, а лише відокремлюють одні гени від інших. Вони виконують функції своєрідних «розділових знаків». У генетичному коді є також три триплети (УАА, УАГ, УГА), кожний з яких дає сигнал про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, а триплет АУГ визначає початок цього процесу.

Механізм біосинтезу білків з'ясовано в 50-ті роки XX століття. В цьому процесі виділяють кілька етапів.

Перший етап біосинтезу білків - транскрипція - пов'язаний з синтезом молекули іРНК. При цьому особливий фермент роз'єднує подвійну спіраль ДНК і на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується молекула іРНК. Потім молекула іРНК з ядра надходить у цитоплазму клітини до рибосом.

Спочатку утворюється молекула-попередник іРНК (про-іРНК). Після цього за допомогою спеціальних ферментів з молекули про-іРНК видаляються ділянки, які не несуть генетичної інформації, і вона перетворюється на активну форму іРНК.

Етапи біосинтезу білка

На наступному етапі процесу біосинтезу білків, який названо трансляція, послідовність нуклеотидів у молекулі ІРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.

Спочатку кожна з 20 амінокислот у цитоплазмі приєднується до певної молекули тРНК. У свою чергу, ІРНК зв'язується з рибосомою, а згодом - і з амінокислотним залишком, приєднаним до певної молекули тРНК. Так виникає ініціативний комплекс, який складається з триплету ІРНК, рибосоми і певної молекули тРНК. Цей комплекс сигналізує про початок синтезу молекули білка.

На подальших етапах біосинтезу білків поліпептид ний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно зв'язуються між собою за допомогою пептидних зв'язків.

На верхівці кожної молекули тРНК розташований триплет нуклеотидів (так званий антикодон). Він має утворювати комплементарну пару з відповідним триплетом ІРНК (кодоном)

Механізм роботи рибосоми

Під час синтезу білкової молекули рибосома насувається на ниткоподібну молекулу ІРНК таким чином, що іРНК опиняється між двома її субодини-цями. Рибосома наче «ковзає» зліва направо по молекулі іРНК і збирає молекулу білка. Кожен крок рибосоми дорівнює одному триплету. Коли рибосома дещо просунеться вперед по молекулі іРНК, на її місце надходить друга, а згодом - третя, четверта тощо і біосинтез нових білкових молекул триває далі. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розташовані на молекулі іРНК, зумовлена довжиною останньої.
Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає ІРНК. Згодом вона розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу молекулу ІРНК. Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини.

Схема надходження в канал (1) ендоплазматичної сітки синтезованого білка (2)

На заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної просторової структури. За участю відповідних ферментів від нього відщеплюються зайві амінокислотні залишки, вводяться небілкові фосфатні, карбоксильні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди тощо. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активною.

Процеси синтезу білкових молекул потребують затрат енергії, яка вивільняється при розщепленні молекул АТФ.

Поиск по сайту: