Білки. Будова та функції. Ферменти. Синтез білка в кл: транскрипція, трансляція. Роль тРнк, іРнк і рРнк в біосинтезі білка.

Білки – це полімери, які складаються з великої кількості залишків a-амінокислот. Кожен білок має набір амінокислот, сполучених у певній властивій тільки йому послідовності.

Будова молекул білків дуже складна. Розрізняють первинну структуру білка – це послідовність чередування залишків амінокислот у поліпептидному ланцюзі. Вторинна структура – це форма поліпептидного ланцюга у просторі, яка може бути витягнутою в нитку, згорнутою в клубок або скрученою в спіраль. Третинна структура – це просторове розміщення поліпептидних ланцюгів, що визначає його конфігурацію. Четвертинна структура – розміщення в просторі кількох поліпептидних ланцюгів у макромолекулі білка.

Білки дуже відрізняються між собою за властивостями. Це залежить від наявності в їхньому складі амінокислот із різними функціональними групами, здатними вступати в характерні для них реакції.

Ферме́нти або ензи́ми — органічні каталізатори білкової або РНК природи, які утворюються в живих організмах, здатних прискорювати перебіг хімічних реакцій в організмі.

· Оксидоредуктази — ферменти, що каталізують окислення або відновлення. Приклад: каталаза, алкогольдегідрогеназа

· Трансферази — ферменти, що каталізують перенесення хімічних груп з однієї молекули субстрата на іншу. Серед трансфераз особливо виділяють кінази, що переносять фосфатну групу, як правило, з молекули АТФ.

· Гідролази — ферменти, що каталізують гідроліз хімічних зв'язків. Приклад: естерази, пепсин, трипсин, амілаза, ліпопротеїнліпаза.

· Ліази — ферменти, що каталізують розрив хімічних зв'язків без гідролізу з утворенням подвійного зв'язку в одному з продуктів.

· Ізомерази — ферменти, що каталізують структурні або геометричні зміни в молекулі субстрату.

· Лігази — ферменти, що каталізують утворення хімічних зв'язків між субстратами за рахунок гідролізу АТФ. Приклад: ДНК-полімераза.

Транскрипція — процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриці, що відбувається у всіх живих клітинах, іншими словами, це перенесення генетичної інформації з ДНК на РНК.

Ініціація. За сигналом з цитоплазми певна ділянка подвійної спіралі ДНК розкручується і розділяється на два ланцюги. Це відбувається за допомогою ферменту гелікази, що зв'язується з ДНК (рис. 1.56). Ферменти РНК-полімерази забезпечують утворення РНК, що зростають у довжину по мірі просування ферменту уздовж нитки ДНК.

РНК-полімераза починає синтезувати новий ланцюг біля спеціального старт-сигналу ДНК, що називається промотором, і закінчує його біля стоп-сигналу (сигнал термінації), після чого полімераза та синтезований готовий ланцюг РНК відокремлюються один від одного. Ділянка ДНК між промотором і термінатором, яка транскрибується, називається одиницею транскрипції. Молекула РНК, яка при цьому утворюється, називається первинним тран- скриптом або про-іРНК.

Швидкість полімеризації при 37°С складає приблизно 30 нуклеотидів за 1 сек., тому синтез ланцюга РНК довжиною 5000 нуклеотидів триває близько 3 хв.

Один з двох ланцюгів ДНК, на якому йде транскрипція, називається кодуючим ланцюгом. Другий ланцюг ДНК називається ланцюгом, що не кодує. Для різних білків кодувати можуть як один, так і другий ланцюги ДНК.

2. Елонгація - процес нарощування полінуклеотидного ланцюга. Відповідні рибонуклеотиди приєднуються до матричного ланцюга, згодом об'єднуються один з одним залишком фосфорної кислоти, створюючи ланцюг РНК. Процес каталізується РНК-полімеразою і вимагає присутності іонів Мg24 або Мn2+. Утворення іРНК відбувається на основі принципу комплементарності ланцюгів ДНК і РНК та антипаралельно відносно матричного ланцюга ДНК. Таким чином, сформований ланцюг РНК містить азотисті основи, комплементарні основам ланцюга ДНК, уздовж якого вони утворилися.

Різні типи РНК в еукаріотів: інформаційна РНК (іРНК), рибосомальна РНК (рРНК). і транспортна РНК (тРНК) транскрибуються на різних ділянках (генах) молекул ДНК.

3. Термінація. РНК-полімераза рухається вздовж ланцюга ДНК і поступово переписує інформацію на РНК. Цей процес завершується за досягнення ферментом специфічної нуклеотидної послідовності, що сигналізує про завершення транскрипції (термінатори транскрипції - АТТ, АЦТ і АТЦ). Ділянка молекули ДНК, що містить промотор, послідовність, яка транскрибується, та термінатор, називають гпранскриптоном.

Трансляція — процес синтезу білків з амінокислот, що каталізується рибосомою на матриці матричної РНК (мРНК). Трансляція є однією зі стадій процесу біосинтезу білків, у свою чергу частини процесу експресії генів.

а) активація амінокислот (приєднання амінокислоти до 3′-кінця відповідної тРНК за допомогою ферментааміноацил-тРНК-синтетази та АТФ з утворенням аміноацил-тРНК-комплексу);

б) ініціація (зборка рибосом за участю ГТФ та білкових факторів ініціації у ділянці 5′-кінця РНК та приєднання метіоніл-тРНК у еукаріот до ініціюючого кодона АУГ (у прокаріот – N-формілметіоніну) на пептидильній (П) ділянці рибосоми);

в) елонгація:

– зв”язування наступної аміноацил-тРНК з відповідним антикодоном (наприклад, аланінової) у аміноацильній (А) ділянці рибосоми;

– утворення пептидного зв”язку між першою (метіонін) і другою (аланін) амінокислотою за допомогою пептидилтрансферази і витіснення першої (метіонінової) тРНК;

– транслокація за участю ГТФ і ферментатранслокази (пересування у рибосомі мРНК на один кодон і переміщення метіоніл-аланіл-тРНК з А-ділянки у П-ділянку рибосоми, витісняючи при цьому т-РНК з П-ділянки);

– наступна аміноацил-тРНК надходить до А-ділянки рибосоми, утворюється пептидний зв”язок між залишком аланіну і наступною амінокислотою, тобто цикл елонгації продовжується стільки разів, скільки амінокислотних залишків входить до складу поліпептидного ланцюгу – поки увесь “текст” мРНК не буде прочитаний;

г ) термінацію трансляції забезпечують термінальні кодони (УАА, УГА, УАГ) і білкових факторів термінації.