n Условия биосинтеза белка

N Биосинтез белка

n Белки являются необходимыми компонентами всех клеток, поэтому наиболее важным процессом пластического обмена является биосинтез белка.

n Он протекает во всех клетках организмов.

n Это единственные компоненты клетки (кроме нуклеиновых кислот), синтез которых осуществляется под прямым контролем генетического аппарата.

n Весь генетический аппарат клетки — ДНК и разные виды РНК — фактически настроен на синтез белков.

n Условия биосинтеза белка.

Для непосредственного биосинтеза белка необходимы следующие компоненты:

n информационная РНК (иРНК) — переносчик информации от ДНК к месту синтеза белковой молекулы;

n рибосомы — органоиды, где происходит собственно синтез белка;

n набор аминокислот в цитоплазме клетки, из которых собирается белковая молекула;

n транспортные РНК (тРНК), кодирующие аминокислоты и переносящие их к месту синтеза белка на рибосомы;

n макроэргические вещества (АТФ), обеспечивающие энергией процесс биосинтеза белка.

n Биосинтез белка состоит из трёх взаимосвязанных процессов:

n транскрипции (синтеза иРНК),

n кодирования и активирования аминокислот,

n трансляции (собственно синтеза белка на рибосомах).

n Строение транспортной РНК и кодирование аминокислот.

n Транспортные РНК (тРНК) представляют собой небольшие молекулы с количеством нуклеотидов от 70 до 90.

n На долю тРНК приходится примерно 15% всех РНК клетки.

n Функция тРНК зависит от её строения.

n Изучение структуры молекул тРНК показало, что они имеют сложную пространственную конфигурацию, названную клеверным листом

n В молекуле выделяются петли и спиральные участки, образованные за счёт взаимодействия комплементарных оснований.

n Наиболее важной является центральная петля, в которой находится антикодон — нуклеотидный триплет, соответствующий кодону определённой аминокислоты.

n Своим антикодоном тРНК способна по принципу комплементарности соединяться с соответствующим кодоном на иРНК.

n Каждая тРНК может переносить только одну из 20 аминокислот.

n Значит, для каждой аминокислоты имеется по меньшей мере один вид тРНК.

n Трём стоп-кодонам молекулы иРНК не соответствует ни одна тРНК.

n На одном конце молекулы тРНК всегда находится нуклеотид гуанин, а на другом — триплет нуклеотидов ЦЦА.

n К этому концу молекулы тРНК присоединяется аминокислота.

n Каждая аминокислота присоединяется строго к своей тРНК с соответствующим антикодоном.

n Процесс присоединения катализируется специфическими ферментами — аминоацил-тРНК-синтетазами.

n Для каждой аминокислоты имеется своя синтетаза, которая распознаёт свою аминокислоту и соответствующую тРНК.

n Соединение аминокислоты с тРНК осуществляется за счёт энергии АТФ, причём в результате реакции макро-эргическая связь образуется между тРНК и аминокислотой.

n Так происходит активирование и кодирование аминокислот

N Этапы биосинтеза белка

n Процесс синтеза полипептидной цепи, осуществляемый на рибосоме, называют трансляцией (от лат. translatio — передача).

n Информационная РНК (иРНК) является посредником в передаче информации о первичной структуре белка, транспортная (тРНК) переносит закодированные аминокислоты к месту синтеза белковой молекулы и обеспечивает последовательность их соединений в полипептидную цепь

n В рибосомах осуществляется

сборка полипептидной цепи.

n В ней имеются три основных центра, с которыми связываются молекулы РНК: один центр для иРНК и два для тРНК.

n Одна тРНК с аминокислотой удерживается в аминоацильном центре рибосомы, а другая в пептидилъном центре, где происходит рост полипептидной цепи.

n Первый этап — инициация

n Синтезированная в процессе транскрипции иРНК выходит из ядра и направляется в цитоплазму к месту синтеза белка — к рибосоме.

n За счёт различных белковых факторов и макроэргических веществ (АТФ и др.) происходит соединение иРНК и двух субъединиц рибосомы, которые до этого момента находились в диссоциированном состоянии.

n Прежде чем рибосома начнёт синтез полипептидной цепи, к ней должна присоединиться особая молекула тРНК с определённой аминокислотой — инициаторная тРНК.

n С неё всегда начинается синтез белка.

n По принципу комплементарности инициаторная тРНК своим антикодоном соединяется с первым кодоном на иРНК и входит в рибосому.

n Этот кодон на иРНК называют старт-кодоном.

n Образуется комплекс:

n Общая схема биосинтеза белка:

I — транскрипция (в ядре клетки),

II — активирование аминокислоты,

III — трансляция;

1 — ДНК,

2 — иРНК,

3 — тРНК,

4 — аминокислота,

5 — рибосома,

6 — синтезированный белок

n
Второй этап — элонгация — процесс роста полипептидной цепи.

n Следующая тРНК с аминокислотой по принципу комплементарности антикодона с кодоном соединяется с иРНК и входит в рибосому.

n Первая тРНК с аминокислотой передвигается и закрепляется в пептидильном центре, а вторая тРНК с аминокислотой — в ами-ноацильном центре.

n Аминокислоты сближаются друг с другом, между ними возникает пептидная связь, и образуется дипептид.

n При этом первая тРНК освобождается и, покидая рибосому, тянет за собой иРНК, которая продвигается ровно на один триплет.

n Вторая тРНК с дипептидом перемещается в пептидильный центр, а в рибосому входит третья тРНК с аминокислотой.

n Весь процесс повторяется вновь и вновь: иРНК, последовательно продвигаясь через рибосому, каждый раз вносит новую тРНК с аминокислотой и выносит освободившуюся тРНК.

n Происходит постепенное наращивание полипептидной цепи.

n Весь процесс синтеза полипептидной цепи обеспечивается деятельностью ферментов и энергией макроэргических связей молекул АТФ.

n Третий, завершающий этап — терминация — окончание биосинтеза белка

n Как только в аминоацильный центр попадает один из стоп-кодонов, синтез прекращается.

n Место тРНК занимает в этом случае специфический белок-фермент, который осуществляет гидролиз связи между последней тРНК и синтезированным белком.

n Рибосома снимается с иРНК и распадается на две субъединицы, последняя тРНК также освобождается и вновь попадает в цитоплазму.

n Синтезированная молекула белка поступает в ЭПС или цитоплазму, где приобретает соответствующие структуры.

n Процесс трансляции в клетке обычно осуществляется многократно.

n Одна иРНК может соединяться с несколькими рибосомами, образуя полирибосому, или полисому, где одновременно идёт синтез нескольких молекул одного белка

n Биосинтез белка протекает как в цитоплазме клетки, так и на поверхности каналов гранулярной ЭПС.

n Весь процесс синтеза одной молекулы длится в среднем от 20 до 500 с и зависит от длины собираемого полипептида.

n Например, в рибосоме кишечной палочки белок из 300 аминокислотных остатков синтезируется всего лишь за 15—20 с.

n Антикодон;

n трансляция;

n центры рибосомы: аминоацильный, пептидилъный;

n этапы трансляции: инициация, элонгация, терминация; инициаторная

n тРНК;

n полирибосома (полисома).

N Вопросы и задания

n В каких органоидах клетки происходит биосинтез белка?

n Какое строение имеет молекула тРНК? Назовите её ключевые участки. Как происходит соединение тРНК с аминокислотой?

n За счёт каких связей поддерживается конфигурация молекулы тРНК?

n Сколько видов тРНК имеется в клетке? Чем они отличаются друг от друга? Как объяснить, что число видов тРНК больше, чем число видов аминокислот, встречающихся в белках? Для ответа используйте рис. 86.

n Охарактеризуйте этапы биосинтеза белка в клетке. Как связан биосинтез белка с другими реакциями^ матричного синтеза?

n Каким образом в клетке синтезируются одновременно несколько молекул одного и того же белка? Для ответа используйте рис. 87.

n Используя таблицу генетического кода (табл. 5), определите аминокислотный состав фрагмента полипептидной цепи, если участок гена на молекуле ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГАТГАТЦАГГАТГЦЦТГТЦТГТТЦААГГГАЦТЦАТТ