Повідомлення на тему синтез білків у клітині. Синтез білка у клітинах м'язів. Етапна характеристика біосинтезу білка

Сукупність реакцій біологічного синтезу називається пластичним обміном, чи асиміляцією. Назва цього виду обміну відбиває його сутність: з простих речовин, які у клітину ззовні, утворюються речовини, подібні речовинам клітини.

Розглянемо одну з найважливіших форм пластичного обміну – біосинтез білків. Все різноманіття властивостей білків у кінцевому підсумку визначається первинної структурою, т. е. послідовністю амінокислот. Величезна кількість відібраних еволюцією унікальних поєднань амінокислот відтворюється шляхом синтезу нуклеїнових кислот з такою послідовністю азотистих основ, що відповідає послідовності амінокислот у білках. Кожній амінокислоті в поліпептидному ланцюжку відповідає комбінація із трьох нуклеотидів – триплет.

Процес реалізації спадкової інформації у біосинтезі здійснюється за участю трьох видів рибонуклеїнових кислот: інформаційної (матричної) – іРНК (мРНК), рибосомальної – рРНК та транспортної – тРНК. Усі рибонуклеїнові кислоти синтезуються на відповідних ділянках молекули ДНК. Вони мають значно менші розміри, ніж ДНК, і є одинарним ланцюгом нуклеотидів. Нуклеотиди містять залишок фосфорної кислоти (фосфат), пентозний цукор (рибозу) та одну з чотирьох азотистих основ – аденін, цитозин, гуанін та урацил. Азотиста основа – урацил – комплементарно аденіну.

Процес біосинтезу складний і включає низку етапів – транскрипцію, сплайсинг та трансляцію.

Перший етап (транскрипція) відбувається у ядрі клітини: дільниці певного гена молекули ДНК синтезується мРНК. Цей синтез здійснюється за участю комплексу ферментів, головним з яких є ДНК-залежна РНК-полімераза, яка прикріплюється до початкової (ініціальної) точки молекули ДНК, розплітає подвійну спіраль і, переміщаючись уздовж однієї з ниток, синтезує поряд з нею комплементарну нитку мРНК. Через війну транскрипції мРНК містить генетичну інформацію як послідовного чергування нуклеотидів, порядок яких точно скопійований з відповідної ділянки (гена) молекули ДНК.

Подальші дослідження показали, що у процесі транскрипції синтезується так звана про-мРНК – попередник зрілої мРНК, що у трансляції. Про-мРНК має значно більші розміри та містить фрагменти, що не кодують синтез відповідного поліпептидного ланцюга. У ДНК поряд з ділянками, що кодують рРНК, тРНК та поліпептиди, є фрагменти, що не містять генетичної інформації. Вони отримали назву інтронів на відміну кодуючих фрагментів, які називаються екзонами. Інтрони виявлено на багатьох ділянках молекул ДНК. Так, наприклад, в одному гені – ділянці ДНК, що кодує овальбумін курки, міститься 7 інтронів, у гені сироваткового альбуміну щури – 13 інтронів. Довжина інтрону буває різною – від двохсот до тисяч пар нуклеотидів ДНК. Інтрони зчитуються (транскрибуються) одночасно з екзонами, тому про-мРНК значно довша, ніж зріла мРНК. У ядрі в про-мРНК спеціальними ферментами вирізуються інтрони, а фрагменти екзону «зрощуються» між собою у строгому порядку. Цей процес називають сплайсинг. У процесі сплайсингу утворюється зріла мРНК, яка містить лише ту інформацію, яка необхідна для синтезу відповідного поліпептиду, тобто інформативну частину структурного гена.

Значення та функції інтронів досі ще не зовсім з'ясовані, але встановлено, що якщо в ДНК зчитуються тільки ділянки екзонів, зріла мРНК не утворюється. Процес сплайсингу вивчений на прикладі роботи гена овальбуміну. Він містить один екзон та 7 інтронів. Спочатку на ДНК синтезується про-мРНК, що містить 7700 нуклеотидів. Потім промРНК число нуклеотидів зменшується до 6800, потім - до 5600, 4850, 3800, 3400 і т. д. до 1372 нуклеотидів, відповідних екзону. МРНК, що містить 1372 нуклеотиду, виходить з ядра в цитоплазму, потрапляє на рибосому і синтезує відповідний поліпептид.

Наступний етап біосинтезу – трансляція – відбувається у цитоплазмі на рибосомах за участю тРНК.

Транспортні РНК синтезуються в ядрі, але функціонують у вільному стані у цитоплазмі клітини. Одна молекула тРНК містить 76-85 нуклеотидів і має досить складну структуру, що нагадує конюшинний лист. Три ділянки тРНК мають особливо важливе значення: 1) антикодон, що складається із трьох нуклеотидів, що визначає місце прикріплення тРНК до відповідного комплементарного кодону (мРНК) на рибосомі; 2) ділянку, що визначає специфічність тРНК, здатність цієї молекули прикріплюватися лише до певної амінокислоти; 3) акцепторна ділянка, до якої прикріплюється амінокислота. Він однаковий всім тРНК і з трьох нуклеотидів – Ц-Ц-А. Приєднання амінокислоти до тРНК передує її активація ферментом аміноацил-тРНК-синтетазою. Цей фермент специфічний кожної амінокислоти. Активована амінокислота прикріплюється до відповідної тРНК і доставляється нею рибосому.

Центральне місце у трансляції належить рибосомам – рибонуклеопротеїновим органоїдам цитоплазми, у багатьох у ній присутнім. Розміри рибосом у прокаріотів у середньому 30х30х20 нм, у еукаріотів – 40х40х20 нм. Зазвичай їх розміри визначають одиницях седиментації (S) – швидкості осадження при центрифугуванні у відповідному середовищі. У бактерії кишкової палички рибосома має величину 70S і складається з двох субчасток, одна з яких має константу 30S, друга 50S, і містить 64% рибосомальної РНК та 36% білка.

Молекула мРНК виходить із ядра в цитоплазму і прикріплюється до малої субчастинки рибосоми. Трансляція починається з так званого стартового кодону (ініціатора синтезу) - А-У-Г-. Коли тРНК доставляє активовану амінокислоту до рибосоми, її антикодон з'єднується водневими зв'язками з нуклеотидами комплементарного кодону мРНК. Акцепторний кінець тРНК із відповідною амінокислотою прикріплюється до поверхні великої субчастинки рибосоми. Після першої амінокислоти інша тРНК доставляє наступну амінокислоту, і таким чином на рибосомі синтезується поліпептидний ланцюг. Молекула мРНК зазвичай працює відразу на кількох (5-20) рибосомах, з'єднаних у полісоми. Початок синтезу поліпептидного ланцюга називають ініціацією, зростання його – елонгацією. Послідовність амінокислот поліпептидної ланцюга визначається послідовністю кодонів в мРНК. Синтез поліпептидного ланцюга припиняється, коли на мРНК з'являється один із кодонів-термінаторів – УАА, УАГ чи УГА. Закінчення синтезу даного поліпептидного ланцюга називається термінацією.

Встановлено, що в клітинах тварин поліпептидний ланцюг за секунду подовжується на 7 амінокислот, а мРНК просувається на рибосомі на 21 нуклеотид. У бактерій цей процес протікає вдвічі-втричі швидше.

Отже, синтез первинної структури білкової молекули – поліпептидного ланцюга – відбувається на рибосомі відповідно до порядку чергування нуклеотидів у матричній рибонуклеїновій кислоті – мРНК. Вона залежить від будови рибосоми.

Процес синтезу білка у клітці називається біосинтез.Він складається з двох основних етапів – транскрипції та трансляції (рис. 4.5). Перший етап - транскрипція генетичної інформації- процес синтезу однониткової мРН До комплементарно одного смислового ланцюга ДНК, тобто перенесення генетичної інформації про нуклеотидну будову ДНК на мРНК. Через нори ядерної мембрани мРНК надходить у канали ендоплазматичної мережі та тут з'єднується з рибосомами. Синтез білка відбувається на молекулі мРНК, причому рибосоми просуваються вздовж неї і до кінця синтезу поліпептидного ланцюга сходять з нього (рис. 4.6).

На малюнку 4.6 показано лише два триплети: антикодон комплементарний, відповідний колону мРНК, і триплет ЦЦА, до якого приєднується амінокислот (ЛК).
Амінокислоти, що знаходяться в цитоплазмі, активуються ферментами, після чого зв'язуються з іншим видом РНК – транспортною. Вона перекосить амінокислоти до рибосом. Різні тРНК доставляють до: рибосоми амінокислоти і мають у своєму розпорядженні їх відповідно послідовності триплетів мРНК. Три послідовні нуклеотиди, що кодують певну амінокислоту, були названі кодоном (мРНК), а нерозривний триплет - антикодоном (тРНК). Кодони нічим не відокремлені один від одного. Доставляючи певну амінокислоту, тРНК взаємодіє з мРНК (кодон-антикодон). і амінокислота приєднується до зростаючої підлоги та пептидного ланцюга. Цілком очевидно, що синтез поліпептиду, тобто розташування в ньому амінокислот, визначається послідовністю нуклеотидів мРНК.

Другий етап біосинтезу - трансляція- Переведення генетичної інформації з мРНК в послідовність амінокислот поліпептидного ланцюга.
У послідовності розташування нуклеотидів у триплеті закодовано певну амінокислоту. Встановлено, що генетичний код є триплетним, тобто кожна амінокислота кодується поєднанням трьох нуклеотидів. Якщо код триплетом, то з чотирьох азотистих основ можна становити 64 кодони (4в3); цього з надлишком вистачає для кодування 20 амінокислот. Виявлено нову властивість генетичного коду - його надмірність, тобто деякі амінокислоти кодують не один, а більше триплетів. З 64 кодонів три визнані стопкодонами, вони зумовлюють припинення (термінацію) або перерву генетичної трансляції (табл. 4.2).

Генетичний код неперекривається. Якби кодони перекривалися, то заміна однієї пари основ мала б призвести до заміни двох амінокислот у поліпептидному ланцюзі, а цього не відбувається. Крім цього, він універсальний – однаковий для біосинтезу білків живих істот. Універсальність коду свідчить про єдність життя Землі. Таким чином, генетичний код – це система запису спадкової інформації у нуклеїнових кислотах у вигляді послідовності нуклеотидів.
Згодом шлях реалізації генетичної інформації у клітині був доповнений зворотною транскрипцією (синтез ДНК на матриці РНК) – реплікацією ДНК та РНК (рис. 4.7).

Ген – ділянка ДНК. що кодує первинну структуру поліпептиду або нуклеїнову кислоту. У контролі синтезу полінептидного ланцюга беруть участь кілька різних генів: структурні гени, ген-регулятор, ген-оператор. Механізм регуляції генетичного коду було відкрито французькими вченими Ф. Жакобом і Ж. Моно в 1961 р. на бактеріях E. coli та отримав назву механізму індукції-репресії. Структурні гени кодують послідовність амінокислот у поліпептидах. Зазвичай для структурних генів існує загальна система регуляції, що складається з гена-регулятора та гена-оператора. Генрегулятор обумовлює синтез білка-репресора, який, з'єднуючись з оператором, «дозволяє» або «забороняє» зчитування інформації відповідних структурних генів. Ген-оператор і наступні за ним структурні гени були названі опероном - одиницею зчитування генетичної інформації, одиницею транскрипції (рис. 4.8).

Наприклад, для нормальної життєдіяльності E. coli необхідний молочний цукор – лактоза. У неї є лактозний ділянку (lас-оперон), де розташовані три структурних гена для розщеплення лактози. Якщо лактоза не надходить у клітину, то білок-репресор, що виробляється геном-регулятором, зв'язується з оператором і цим «забороняє» транскрипцію (синтез мРНК) з усього оперону. Якщо ж лактоза надходить у клітину, то функція білка-репресора блокується, починаються транскрипція, трансляція, синтез білків-ферментів та розтеплення лактози. Після розщеплення всієї лактози відновлюється активність білка-репресора і пригнічується транскрипція.
Таким чином, гени можуть перебувати у включеному та відключеному стані. На їхню регуляцію впливають продукти метаболізму, гормони. Ген функціонує в системі ДНК-РНК-білок, на яку впливає взаємодія генів та фактори зовнішнього середовища.

Біосинтез білків йде у кожній живій клітині. Найбільш активний він у молодих клітинах, що ростуть, де синтезуються білки на побудову їх органоїдів, а також в секреторних клітинах, де синтезуються білки-ферменти і білки-гормони.

Основна роль визначенні структури білків належить ДНК. Відрізок ДНК, що містить інформацію про структуру одного білка, називають геном. Молекула ДНК містить кілька сотень генів. У молекулі ДНК записаний код про послідовність амінокислот у білку у вигляді нуклеотидів, що безумовно поєднуються. Код ДНК удалося розшифрувати майже повністю. Сутність його полягає у наступному. Кожній амінокислоті відповідає ділянка ланцюга ДНК з трьох нуклеотидів, що стоять поруч.

Наприклад, ділянка Т-Т-Т відповідає амінокислоті лізину, відрізок А-Ц-А - цистину, Ц-А-А - валіну н т. д. Різних амінокислот - 20, число можливих поєднань з 4 нуклеотидів по 3 дорівнює 64. , Триплети з надлишком вистачає для кодування всіх амінокислот.

Синтез білка - складний багатоступінчастий процес, що є ланцюгом синтетичних реакцій, що протікають за принципом матричного синтезу.

Оскільки ДНК знаходиться в ядрі клітини, а синтез білка відбувається в цитоплазмі, існує посередник, який передає інформацію з ДНК рибосоми. Таким посередником є іРНК. :

У біосинтезі білка визначають такі етапи, що йдуть у різних частинах клітини:

1.Перший етап - синтез і-РНК відбувається в ядрі, у процесі якого інформація, що міститься в гені ДНК, листується на і-РНК. Цей процес називається транскрипцією (від латів. «Транскриптик» - переписування).

2.На другому етапі відбувається з'єднання амінокислот з молекулами т-РНК, які послідовно складаються з трьох нуклеотидів - антикодонів, за допомогою яких визначається свій триплет-кодон.

3. Третій етап – це процес безпосереднього синтезу поліпептидних зв'язків, званий трансляцією. Він відбувається у рибосомах.

4.На четвертому етапі відбувається утворення вторинної та третинної структури білка, тобто формування остаточної структури білка.

Таким чином, у процесі біосинтезу білка утворюються нові молекули білка відповідно до точної інформації, закладеної в ДНК. Цей процес забезпечує оновлення білків, процеси обміну речовин, зростання та розвиток клітин, тобто всі процеси життєдіяльності клітини.

Хромосоми (від грец. «хрому» – колір, «сома» – тіло) – дуже важливі структури ядра клітини. Відіграють головну роль процесі клітинного поділу, забезпечуючи передачу спадкової інформації від покоління до іншого. Вони є тонкими нитками ДНК, пов'язані з білками. Нитки називаються хроматидами, що складаються з ДНК, основних білків (гістонів) та кислих білків.

У клітині, що не ділиться, хромосоми заповнюють весь обсяг ядра і не видно під мікроскопом. Перед початком поділу відбувається спіралізація ДНК і кожна хромосома стає помітною під мікроскопом. Під час спіралізації хромосоми скорочуються у десятки тисяч разів. У такому стані хромосоми виглядають як дві однакові нитки (хроматиди), що лежать поруч, з'єднані загальною ділянкою - центромірою.

Для кожного організму характерна постійна кількість та структура хромосом. У соматичних клітинах хромосоми завжди парні, тобто у ядрі є дві однакові хромосоми, що становлять одну пару. Такі хромосоми називають гомологічними, а парні набори хромосом у соматичних клітинах називають диплоїдними.

Так, диплоїдний набір хромосом у людини складається з 46 хромосом, утворюючи 23 пари. Кожна пара складається із двох однакових (гомологічних) хромосом.

Особливості будови хромосом дозволяють виділити їх 7 груп, що позначаються латинськими літерами А, В, З, D, Е, F, G. Усі пари хромосом мають порядкові номери.

У чоловіків та жінок є 22 пари однакових хромосом. Їх називають аутосоми. Чоловік та жінка відрізняються однією парою хромосом, які називають статевими. Вони позначаються літерами - велика X (група З) та маленька Y (група З,). У жіночому організмі 22 пари аутосом та одна пара (XX) статевих хромосом. У чоловіків - 22 пари аутосом н одна пара (XY) статевих хромосом.

На відміну від соматичних клітин, статеві клітини містять половинний набір хромосом, тобто містять одну хромосому кожної пари! Такий набір називають гаплоїдним. Гаплоїдний набір хромосом виникає у процесі дозрівання клітин.

Відтворення та дія генів пов'язані з матричними процесами – синтезом макромолекул: ДНК, РНК, білків. Вище вже розглядалася реплікація як процес, який би відтворення генетичної інформації. Сучасна теорія гена - досягнення молекулярної генетики - цілком спирається успіхи біохімії до вивчення матричних процесів. І навпаки, метод генетичного аналізу робить істотний внесок у вивчення матричних процесів, які самі перебувають під генетичним контролем. Дія гена забезпечує транскрипцію, або синтез РНК, та трансляцію, або синтез білка (рис. 5.23).

Мал. 5.23. Схема процесу транскрипції ДНК РНК-полімеразою та трансляції: а- загальна схема транскрипції. Стрілка показує напрямок, у якому ДНК-матриця рухається через молекулу РНК-полімерази; б - два етапи: транскрипція та трансляція

Процес синтезу білка починається з транскрипції ДНК (як розглядалося вище). Наступний процес – трансляція мРНК.

Трансляція мРНК- це синтез білка на рибосомах, що спрямовується матрицею мРНК. При цьому інформація переводиться з чотирилітерного алфавіту нуклеїнових кислот на двадцятилітерний алфавіт амінокислотних послідовностей поліпептидних ланцюгів.

У цьому процесі розрізняють три стадії:

1. Активація вільних амінокислот – освіта аміноациладенілатіввнаслідок взаємодії амінокислот з АТФ під контролем ферментів, специфічних для кожної амінокислоти. Ці ферменти - аміноацил-тРНК-синтетази -беруть участь і у наступній стадії.
2. Аміноацилування тРНК – приєднання амінокислотних залишків до тРНК шляхом взаємодії тРНК та комплексу аміноацил-тРНК-синтетази з аміноациладенілатами. У цьому кожен амінокислотний залишок приєднується до свого специфічного класу тРНК.
3. Власне трансляція або полімеризація амінокислотних залишків з утворенням пептидних зв'язків.

Таким чином, при трансляції послідовність розташування нуклеотидів в мРНК переводиться у відповідну, суворо впорядковану послідовність розташування амінокислот в молекулі білка, що синтезується.

Сигналом ініціації трансляціїу про- та еукаріотів служить кодон АУГ, якщо він розташований на початку мРНК. У цьому випадку його «дізнається» спеціалізована ініціююча формілметіонінова (у бактерій) або метіонінова (у еукаріотів) тРНК. В інших випадках кодон АУГ «читається» як метіоніновий (див. табл. 5.4.). Сигналом ініціації може бути кодон ГУГ. Ця взаємодія відбувається на рибосомі в її аміноацильному центрі (^-центрі), що розташовується переважно на малій субодиниці рибосоми.

Взаємодія кодону АУГ інформаційної РНК, малої субодиниці рибосоми та формілметіоніл-тРНК утворює комплекс ініціації.Суть цієї взаємодії полягає в тому, що до кодону АУГ на мРНК приєднується своїм антикодоном УАЦ тРНК, що захопила та несе молекулу амінокислоти метіоніну (у ініціаторної бактерій є тРНК, яка переносить формілметіонін). Потім до цього комплексу, що складається з малої субодиниці рибосоми (305), мРНК і тРНК, приєднується велика субодиниця рибосоми (505). В результаті утворюється повністю зібрана рибосома, що включає одну молекулу мРНК та ініціаторну тРНК з амінокислотою. У рибосомі є аміноацильнийі пептидильнийцентри.

Перша амінокислота (метіонін) спочатку потрапляє до аміноацильного центру. У процесі приєднання більшої субодини рибосоми мРНК просувається на один кодон, тРНК з аміноацильного центру переміщається в пептидильний центр. До аміноацильного центру надходить наступний кодон мРНК, який може з'єднатися з антикодоном наступної аміноацил-тРНК. З цього моменту починається друга стадія трансляції. елонгація,в ході якої багаторазово повторюється цикл приєднання молекул амінокислот до зростаючого поліпептидного ланцюга. Так, до аміноацильного центру рибосоми надходить відповідно до кодону інформаційної РНК друга молекула тРНК, яка несе чергову амінокислоту. Ця тРНК своїм антикодоном поєднується з комплементарним кодоном мРНК. Відразу ж за допомогою пептидилтрансферази попередня амінокислота (метіонін) з'єднується своєю карбоксильною групою (СООН) з аміногрупою (NH 2) знову доставленої амінокислоти. Між ними утворюється пептидна зв'язок (-CO-NH-). При цьому виділяється молекула води:

В результаті тРНК, що доставила метіонін, звільняється, а в аміноацильному центрі до тРНК виявляється вже приєднаним дипептид. Для подальшого здійснення процесу елонгації має бути звільнений аміноацильний центр, що й відбувається.

В результаті процесу трансляції комплекс дипсптдил-тРНК просувається з аміноацильного центру в пептидильний. Це відбувається завдяки переміщенню рибосоми на один кодон за участю ферменту транслоказита білкового фактора елонгації. ТРНК, що звільнилася, і кодон мРНК, який був пов'язаний з нею, виходять з рибосоми. Наступна тРНК доставляє в аміноацильний центр, що звільнився, амінокислоту відповідно до кодону, що надійшли туди. Ця амінокислота за допомогою пептидного зв'язку з'єднується із попередньою. При цьому рибосома просувається ще на один кодон, і процес повторюється до тих пір, поки в аміноацильний центр нс надійде один з трьох кодонів, що термінують (нонсенс-кодонів), тобто УАА, УАГ або УГА.

Після надходження до аміноацильного центру рибосоми термінуючого кодону настає третій етап синтезу поліпептиду. термінація.Вона починається з приєднання до термінуючого кодону мРНК одного з білкових факторів термінації, що призводить до блокування подальшої елонгації ланцюга. Термінація синтезу призводить до звільнення синтезованого поліпептидного ланцюга та субодиниць рибосоми, які потім дисоціюють і можуть взяти участь у синтезі наступного поліпептидного ланцюга.

Весь процес трансляції супроводжується розщепленням молекул ГТФ (гуанозинтрифосфату), причому потрібна участь додаткових білкових факторів, специфічних для процесів ініціації (факторів ініціації), елонгації (факторів елонгації) та термінації (факторів термінації). Ці білки є інтегральною частиною рибосоми, а приєднуються до неї певних етапах трансляції. Загалом процес трансляції однаковий у всіх організмів.

Поліпептидні ланцюги, що утворюються при синтезі білка, зазнають постгрансляційних перетворень і надалі виконують свої специфічні функції. Первинна структураполіпептиду визначається послідовністю розташування у ньому амінокислот. Поліпептидні ланцюги мимоволі формують певну вториннуструктуру, що визначається природою бічних груп амінокислотних залишків (аспіраль, складчастий P-шар, випадковий клубок). Всі ці та інші структурні особливості визначають деяку фіксовану тривимірну конфігурацію, яку називають третинної(або просторовою) структурою поліпептиду, Що відображає спосіб укладання даного поліпептидного ланцюга в тривимірному просторі

Білки можуть складатися з одного або кількох поліпептидних ланцюгів. У другому випадку їх називають олігомірними білками.Для них характерна певна четвертинна структура.Під цим терміном мають на увазі загальну конфігурацію білка, що виникла при асоціації всіх поліпептидних ланцюгів, що входять до її складу. Зокрема, структурна модель людського гемоглобіну включає два a-ланцюга і два P-ланцюга, які пов'язані між собою і утворюють четвертинну білкову структуру.

Точність поліпептидного синтезу залежить від правильності утворення системи водневих зв'язків між кодонами та антикодонами. До замикання чергового пептидного зв'язку за допомогою рибосом здійснюється перевірка правильності утворення пари кодон-антикодон. Пряме свідчення на користь активної ролі рибосом у контролі комплементарності кодон-антикодонового зв'язку - виявлення мутацій, що змінюють рибосомні білки і таким чином впливають на точність трансляції.

Життя є процесом існування білкових молекул. Саме так про неї висловлюються багато вчених, які переконані, що білок є основою всього живого. Ці судження абсолютно правильні, тому що у даних речовин у клітині найбільше основних функцій. Всі інші органічні сполуки відіграють роль енергетичних субстратів, а енергія потрібна для синтезу білкових молекул.

Етапна характеристика біосинтезу білка

Структура білка закодована в нуклеїновій або РНК у вигляді кодонів. Це спадкова інформація, яка відтворюється щоразу, коли клітині потрібна нова білкова речовина. Початком біосинтезу є в ядро необхідність синтезувати новий білок з вже заданими властивостями.

У відповідь деспіралізується ділянку нуклеїнової кислоти, де закодована його структура. Це місце дублюється інформаційною РНК та передається на рибосоми. Вони відповідають за побудову поліпептидного ланцюга на підставі матриці – інформаційної РНК. Коротко всі етапи біосинтезу представлені таким чином:

транскрипція (етап подвоєння ділянки ДНК із закодованою структурою білка);
процесинг (етап освіти інформаційної РНК);
трансляція (синтез білків у клітині на підставі інформаційної РНК);
посттрансляційна модифікація ("дозрівання" поліпептиду, формування його об'ємної структури).

Транскрипція нуклеїнової кислоти

Весь синтез білків у клітині здійснюють рибосоми, а інформація про молекули міститься в нуклеїновій або ДНК). Вона знаходиться в генах: кожен ген - це певний білок. У генах закладено інформацію про амінокислотну послідовність нового білка. У випадку ДНК вилучення генетичного коду ведеться таким чином:

починається звільнення ділянки нуклеїнової кислоти від гістонів; відбувається деспіралізація;
ДНК-полімераза подвоює ділянку ДНК, у якій зберігається ген білка;
подвоєна ділянка є попередником інформаційної РНК, який обробляється ферментами для видалення некодуючих вставок (на його підставі ведеться синтез іРНК).

З інформаційної РНК відбувається синтез иРНК. Вона вже є матрицею, після цього синтез білків у клітині відбувається на рибосомах (у шорсткому ендоплазматичному ретикулумі).

Рибосомальний синтез білка

Інформаційна РНК має два кінці, які оформляються як 3`-5`. Зчитування та синтез білків на рибосомах починається з 5`кінця і продовжується до інтрону - ділянки, яка не кодує жодну з амінокислот. Це відбувається так:

інформаційна РНК "нанизується" на рибосому, що приєднує першу амінокислоту;
рибосома зміщується інформаційною РНК на один кодон;
транспортна РНК надає потрібну (закодовану цим кодоном іРНК) альфа-амінокислоту;
амінокислота приєднується до стартової амінокислоти з формуванням дипептиду;
потім іРНК знову зміщується на один кодон, підноситься альфа-амінокислота і приєднується до зростаючого ланцюжка пептиду.

Щойно рибосома досягає інтрона (некодуючої вставки), інформаційна РНК просто просувається далі. Потім, у міру просування інформаційної РНК рибосома знову досягає екзону - ділянки, нуклеотидна послідовність якого відповідає певній амінокислоті.

З цього місця знову починається приєднання мономерів білка до ланцюжка. Процес продовжується до моменту появи чергового інтрону або до стоп-кодону. Останній припиняє синтез поліпептидного ланцюжка, після чого вважається завершеним і починається етап постсинтетичної (посттрансляційної) модифікації молекули.

Посттрансляційна модифікація

Після трансляції синтез білків відбувається в гладких цистернах Остання містить невелику кількість рибосом. У деяких клітинах вони можуть взагалі бути відсутніми в РЕМ. Такі ділянки потрібні для утворення спочатку вторинної, потім уже третинної чи, якщо це запрограмовано, четвертинної структури.

Весь синтез білків у клітині відбувається із витратою величезної кількості енергії АТФ. Тому й інші біологічні процеси необхідні підтримки білкового біосинтезу. Також деяка частина енергії необхідна для перенесення білків у клітині активним транспортом.

Багато білків переносяться з однієї локації клітини в іншу для модифікації. Зокрема посттрансляційний синтез білків відбувається в комплексі Гольджі, де до поліпептиду певної структури приєднується вуглеводний або ліпідний домен.

Схожі статті