Таблица. Основные компоненты белоксинтезирующей системы
| Необходимые компоненты | Функции |
| 1. Аминокислоты | Субстраты для синтеза белков |
| 2. тРНК | тРНК выполняют функцию адаптеров. Они акцепторным концом взаимодействуют с аминокислотами, а антикодоном - с кодоном мРНК. |
| 3. Аминоацил-тРНК синтетазы | Каждая аа-тРНК-синтетаза катализирует реакцию специфического связывания одной из 20 аминокислот с соответствующей тРНК |
| 4.мРНК | Матрица содержит линейную последовательность кодонов, определяющих первичную структуру белков |
| 5. Рибосомы | Рибонуклеопротеиновые субклеточные структуры, являющиеся местом синтеза белков |
| 6. АТФ, ГТФ | Источники энергии |
| 7. Белковые факторы инициации, элонгации, терминации | Специфические внерибосомные белки, необходимые для процесса трансляции |
| 8. Ионы магния | Кофактор, стабилизирующий структуру рибосом |
Как видно из таблицы, для синтеза полипептидной цепи необходимо большое количество компонентов, совместное и согласованное взаимодействие которых приводит к образованию белка.
Аминокислоты. Все 20 аминокислот, входящих в структуру белков организма человека, должны присутствовать в достаточном количестве. Это требование прежде всего относится к незаменимым (т.е. не синтезирующимся в организме) аминокислотам, так как недостаточное снабжение клетки хотя бы одной незаменимой аминокислотой приводит к снижению, а иногда и полной остановке синтеза белка на кодоне, требующем включения этой аминокислоты в белок.
мРНК. Содержит информацию о структуре синтезируемого белка и используется в качестве матрицы.
тРНК. У человека около 50 различных тРНК обеспечивают включение аминокислот в белок. тРНК называют "адапторные молекулы", так как к акцепторному концу этих молекул может быть присоединена определённая аминокислота, а с помощью антикодона они узнают специфический кодон на мРНК. В процессе синтеза белка на рибосоме связывание антикодонов тРНК с кодонами мРНК происходит по принципу комплементарности и антипараллельности.
| Антикодон тРНКАрг | (3')-G-С-С-(5') |
| Кодоны Apг: | (5')-C-G-G-(3') |
Аминоацил-тРНК синтетазы (аминоацил-тРНК лигазы). В цитозоле клеток 20 различных аминокислот присоединяются α-карбоксильной группой к 3'-гидроксильному акцепторному концу соответствующих тРНК с образованием сложноэфирной связи. Эти реакции катализирует семейство ферментов, носящее название аминоацил-тРНК синтетаз (аа-тРНК-синтетаз). Каждый член этого семейства узнаёт только одну определённую аминокислоту и те тРНК, которые способны связываться с этой аминокислотой. Из этого следует, что в группу тРНК синтетаз входит 20 различных ферментов. Они осуществляют активацию аминокислот в 2 стадии: на первой стадии аминокислота присоединяется к ферменту и реагирует с АТФ с образованием богатого энергией промежуточного соединения - аминоацил-АМФ. На второй стадии аминоацильный остаток аминоациладенилата, оставаясь связанным с ферментом, взаимодействует с молекулой соответствующей тРНК с образованием аминоацил-тРНК. Для каждой аминокислоты существует свой фермент - своя аминоацил тРНК синтетаза.
Аминокислоты присоединяются к 3'- или 2'-ОН группам рибозы на 3'-конце тРНК, где все тРНК имеют общую нуклеотидную последовательность -ССА. Участие в синтезе белка зависит только от структуры тРНК, а точнее, от комплементарного взаимодействия антикодона аминоацил-тРНК с кодоном мРНК. Синтез белка идет на рибосомах. В присутствии мРНК 40S и 60S субъединицы объединяются с образованием полной рибосомы. В рибосоме есть 2 центра для присоединения молекул тРНК: аминоацильный (А) и пептидильный (Р) центры, в образовании которых участвуют обе субъединицы. Вместе центры А и Р включают участок мРНК, равный 2 кодонам. В ходе трансляции центр А связывает аа-тРНК, строение которой определяет кодон, находящийся в области этого центра. В структуре этого кодона зашифрована природа аминокислоты, которая будет включена в растущую полипептидную цепь. Центр Р занимает пептидил-тРНК, т.е. тРНК, связанная с пептидной цепочкой, которая уже синтезирована. События на рибосоме включают этапы: инициации, элонгации и терминации. Включение каждой аминокислоты в белок происходит в 3 стадии, в ходе которых:
- аа-тРНК каждой входящей в белок аминокислоты связывается с А-центром рибосомы;
- пептид от пептидил-тРНК, находящейся в Р-центре, присоединяется к α-NH2-гpyппe аминоацильного остатка аа-тРНК А-центра с образованием новой пептидной связи;
- удлинённая на один аминокислотный остаток пептидил-тРНК перемещается из А-центра в Р-центр в результате транслокации рибосомы.
Терминация трансляции наступает в том случае, когда в А-центр рибосомы попадает один из стоп-кодонов: UAG, UAA или UGA. Для стоп-кодонов нет соответствующих тРНК. Вместо этого к рибосоме присоединяются факторы терминации. Один из них с помощью пептидилтрансферазного центра катализирует гидролитическое отщепление синтезированного пептида от тРНК. Другой за счёт энергии гидролиза ГТФ вызывает диссоциацию рибосомы на субъединицы. Посттрансляционные модификации полипептидной цепи. Они включают удаление части полипептидной цепи, ковалентное присоединение одного или нескольких низкомолекулярных лигандов, приобретение белком нативной конформации.
Ингибиторы матричного биосинтеза. Существует большая группа веществ, ингибирующая синтез ДНК, РНК или белков. Центральное место среди них принадлежит антибиотикам - разнообразным по химическому строению органическим соединениям, синтезируемым микроорганизмами, главным образом, микроскопическими грибами, и способным в малых количествах оказывать избирательное токсическое действие на другие микроорганизмы
Наследственные болезни. Генные, или точечные, мутации бывают в основном 3 видов:
· замены, при которых одно азотистое основание в ДНК замещается на другое;
· вставки, обеспечивающие внедрение в молекулу ДНК одного или нескольких дополнительных нуклеотидов;
· делеции (или выпадения) одного или нескольких нуклеотидов, при которых происходит укорочение молекулы ДНК.
ПЦР (полимеразная цепная реакция) — диагностика позволяет проводить генетическую, пренатальную диагностику. Точечные мутации генного материала ведут к возникновению различных болезней, которые передаются по поколениям (например, наследственная предрасположенность к некоторым видам рака), или являются причиной детской смертности и инвалидности. Современные методы пренатальной диагностики или скрининга носительства призваны помочь решить проблему путем своевременного выявления поврежденной ДНК. ПЦР — диагностика состоит из 3 основных процедур: подготовки исследуемой пробы материала, которая сводится к выделению ДНК или РНК, собственно полимеразной цепной реакции и детекции продукта ПЦР.
ТВОРЧЕСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ. Темы рефератов/презентаций: «Нарушения синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Лабораторная диагностика», « Полимеразная цепная реакции (ПЦР) в исследовании генома человека», «Полимеразная цепная реакции (ПЦР) в лабораторной диагностике».
