Биосинтез белков является важнейшим процессом т.к. все признаки, свойства и функции клеток и организмов определяются в конечном итоге белками. Белки недолговечны, время их существования ограничено. В каждой клетке постоянно синтезируются тысячи различных белковых молекул. В начале 50-х гг. ХХ в. Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок. Согласно этой догме способность клетки синтезировать определенные белки закреплена наследственно, информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов ДНК. Участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре конкретного белка, называется геном. Гены не только хранят информацию о последовательности аминокислот в полипептидной цепочке, но и кодируют некоторые виды РНК: рРНК, входящие в состав рибосом, и тРНК, отвечающие за транспорт аминокислот.
Ведущая роль белков в явлениях жизни связана с богатством и разнообразием их химических функций, с исключительной способностью к различным превращениям и взаимодействиям с другими простыми и сложными веществами, входящими в состав цитоплазмы.
Нуклеиновые кислоты входят в состав важнейшего органа клетки — ядра, а также цитоплазмы, рибосом, митохондрий и т. д. Нуклеиновые кислоты играют важную, первостепенную роль в наследственности, изменчивости организма, в синтезе белка.
Процесс синтеза белка является очень сложным многоступенчатым процессом. Совершается он в специальных органеллах — рибосомах. В клетке содержится большое количество рибосом. Например, у кишечной палочки их около 20 000.
Каким образом происходит синтез белка в рибосомах?
Молекулы белков по существу представляют собой полипептидные цепочки, составленные из отдельных аминокислот. Но аминокислоты недостаточно активны, чтобы соединиться между собой самостоятельно. Поэтому, прежде чем соединиться друг с другом и образовать молекулу белка, аминокислоты должны активироваться. Эта активация происходит под действием особых ферментов. Причем каждая аминокислота имеет свой, специфически настроенный на нее фермент.
Источником энергии для этого (как и для многих процессов в клетке) служит аденозинтрифосфат (АТФ).
В результате активирования аминокислота становится более лабильной и под действием того же фермента связывается с т-РНК.
Важным является то, что каждой аминокислоте соответствует строго специфическая т-РНК. Она находит «свою» аминокислоту и переносит ее в рибосому. Поэтому такая РНК и получила название транспортной.
В процессе биосинтеза белка выделяют два основных этапа: транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК (гена) — и трансляция — синтез полипептидной цепи.
Транскрипция.
Синтез белка происходит на рибосомах в цитоплазме клетки, но сама генетическая информация находится в ДНК в ядре клетки, откуда она поступает в цитоплазму в виде и-РНК. Для того, чтобы синтезировать и-РНК, участок ДНК «разматывается», а затем по принципу комплементарности на одной из нитей ДНК с помощью фермента РНК-полимеразы синтезируются молекулы РНК. Против аденина в ДНК становится урацил И-РНК, и против тимина ДНК становится аденин и-РНК. Итак, формирование цепочки и-РНК, которая представляет точную копию цепи ДНК (только тимин заменен на урацил).
Нуклеотиды ДНК ⇒ нуклеотиды и-РНК,(транскрипция) ⇒ цитоплазма
Информация о последовательности какого-либо гена ДНК переводится в последовательность нуклеотидов и-РНК, данный процесс называется транкрипцией.
У прокариот и-РНК сразу может взаимодействовать с рибосомами, а у эукариот и-РНК взаимодействует в ядре со специальными белками и только потом переносится через ядерную оболочку в.
В цитоплазме находятся т-РНК, которые являются носителями аминокислот к рибосомам. Аминокислот известно 20 и столько же т-РНК находится в цитоплазме. Строение т-РНК сходно — по форме они напоминают лист клевера. Но различаются виды т-РНК по триплету нуклеотидов находящихся «на верхушке» — антикодон, он комплементарен генетическому коде той аминокислоты, которую переносит т-РНК. А к «черешку листа» прикрепляется аминокислота, которая кодируется триплетом комплементарным антикодону.
Трансляция.
В цитоплазме происходит последний этап синтеза белка — трансляция. На конец и-РНК, с которого нужно начать синтез белка нанизывается рибосома, она перемещается по и-РНК скачкообразно, задерживаясь на триплете 0,2 секунды. За это время одна т-РНК из многих способна «опознать» антикодоном триплет, на котором находится рибосома. Если антикодон комплементарен триплету и-РНК, аминокислота отсоединяется от «черешка листа» и присоединяется пептидной связью к растущей цепочке. А рибосома продолжает свое движение по молекуле и-РНК. Данный процесс продолжается столько раз, сколько аминокислот должен содержать «строящийся» белок. Когда в рибосоме оказывается триплет «стоп-сигнал», то ни одна т-РНК к такому триплету присоединяться не может, так как антикодонов к ним у т-РНК не бывает. В этот момент синтез белка заканчивается.
и-РНК ⇒ белок рибосома
Клетке необходимо большое количество белков, поэтому, как только рибосома, первой начавшая синтез белка на и-РНК, продвинется вперед, за ней на ту же и-РНК нанизывается вторая рибосома, синтезирующая тот же белок и т.д.
⇓
Все рибосомы, синтезирующие один и тот же белок, закодированный в данной и-РНК, называются полисомой.
⇓
Таким образом, трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов молекулы и-РНК в последовательность аминокислот синтезируемого белка.
ДНК ⇒ и-РНК ⇒ белок
Поможем написать любую работу на аналогичную тему