Биосинтез белка
Принцип комплементарного спаривания азотистых оснований нуклеотидов лежит в базе реализации генетической информации в процессе биосинтеза белка.
Главные условия для биосинтеза белка похожи на условия репликации ДНК.
1. Наличие исходной матрицы – участка молекулы ДНК- гена. Ген имеет строго определенную последовательность нуклеотидов, а значит определяет точную последовательность аминокислот в полипептидной цепочке собираемого белка.
2. Наличие строительного материала. Строительным сырьем для РНК являются отдельные рибонуклеотиды с азотистыми основаниями: аденин, гуанин, цитозин, урацил.
3. Наличие энергии АТФ.
4. Наличие ферментов (к примеру, РНК-полимеразы).
5. Наличие места для синтеза. Местом первого этапа биосинтеза белка является ядро эукариотической клетки, а второй этап протекает на рибосомах гранулярной эндоплазматической сети.
Последовательность событий при биосинтезе белка.
Условно выделяют главных 2 этапа этого процесса, но между ними происходит процессинг - "созревание" и-РНК.
1. Транскрипция. Дословно "транскрипция" переводится, как "переписывание". На первом этапе происходит синтез и-РНК из свободных рибонуклетидов. Лучше называть первый этап синтезом и-РНК. Смысл этого процесса - переписывание информации о структуре белка с огромного неподвижного носителя (ДНК в составе хромосомы) на небольшой подвижный носитель - иРНК. Примерно так же обстоит дело, когда с жесткого диска компьютера, содержащего тысячи файлов, переписывают один из них на дискету. С той лишь разницей, что иРНК в процессе записи информации образуется из новых нуклеотидов. Следовательно, иРНК, считанные с разных генов, должны отличаться друг от друга - как отличаются друг от друга сами гены. Другое важное обстоятельство: непосредственный продукт транскрипции гена правильней называть предшественником мРНК (пре-мРНК). Дело в том, что новообразованная м-РНК подвергается, тут же (в ядре) созреванию, или процессингу. При этом она претерпевает существенную модификацию.
Последовательность событий 1 этапа:
1.Расхождение нитей двойной спирали ДНК, как испорченной застежки - молнии ("старые" водородные связи между комплементарно спаренными азотистыми основаниями параллельных цепочек разрываются. Формируется ʼʼрепликационный глазокʼʼ - ДНК разрываются не с конца молекулы а с любого участка, при этом, впереди и позади разрыва по цепочке ДНК эти водородные связи сохраняются).
2. Свободные рибонуклеотиды комплементарно спариваются с освободившимися на ДНК азотистыми основаниями нуклеотидов "новыми" водородными связями.
3. Фермент РНК-полимераза сшивает рибонуклеотиды в цепочку и-РНК прочными ковалентными связями.
4. Новая и-РНК отходит от участка ДНК (цепочки ДНК восстанавливают "старые" водородные связи). Новую и-РНК называют пре-РНК (предшественницей зрелой матричной (информационной) РНК).
В результате процессинга из и-РНК вырезаются "технологические" участки нуклеотидов, не содержащие информацию о строении синтезируемого белка (интроны). Далее происходит сшивание (сплайсинг), оставшихся после вырезания участков и-РНК, содержащих информацию о синтезируемом белке (экзонов) и формирование зрелой м-РНК.
2. Трансляция. Трансляция - процесс сборки молекул белка из аминокислот. Это перевод информации с "языка" нуклеиновых кислот на "язык" белков.
Последовательность событий 2 этапа:
1.К рибосомам с помощью т-РНК транспортируются аминокислоты, фиксированные на "черешке клеверного листа" т-РНК.
2. Антикодоны т-РНК комплементарно взаимодействуют с триплетными кодонами и-РНК и образуют водородные связи.
- В начале процесса трансляции с рибосомальным активным центром связывается инициирующая и-РНК. У эукариот инициирующий кодон всех и-РНК всегда кодирует аминокислоту метионин (стартовый кодон АУГ).
- Две соседние молекулы т-РНК, связавшиеся на рибосоме с и-РНК, создают условия для образования пептидной связи между аминокислотами, фиксированными на их "черешках".
- После образования пептидной связи первая т-РНК, "отпускает" свою аминокислоту, а сама разрывает водородные связи и уходит с рибосомы в цитоплазму на "охоту" за новой аминокислотой. Вторая т-РНК (с двумя аминокислотами), спаренная с и-РНК, смещается на место первой в рибосоме.
- Следующая т-РНК с третьей аминокислотой образует комплементарные водородные связи с третьим кодоном и-РНК, создавая условия для пептидной связи между второй и третьей аминокислотой, процесс повторяется и полипептидная цепочка растет.
- Рост полипептидной цепочки продолжается до терминирующего стоп-кодона и-РНК, после которого новый белок покидает рибосому. Кодоны терминации или стоп-кодоны-УАА, УАГ, УГА.
- Молекула и-РНК связывается сразу с несколькими рибосомами, формируя полирибосому. Это позволяет синтезировать одновременно несколько одинаковых молекул белка.
После трансляции первичные структуры новых молекул белка связываются с особыми ферментативными комплексами - шаперонами или фолдазами. В них происходит преобразование пространственного (трехмерного) строения новых белков. Этот процесс окончательного формирования рабочих структур принято называть фолдинг.
Т. о., с помощью генетического кода ДНК можно записать любую последовательность аминокислот и синтезировать любой белок.
