Биосинтез белка

Принцип комплементарного спаривания азотистых оснований нуклеотидов лежит в основе 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 (например, РНК-полимеразы).

5. Наличие места для синтеза. Местом первого этапа биосинтеза белка является ядро эукариотической клетки или цитоплазма (прокариоты), 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.

- Расхождение нитей двойной спирали ДНК, как испорченной застежки - молнии ("старые" водородные связи между комплементарно спаренными азотистыми основаниями параллельных цепочек Формируется «репликационный глазок» - ДНК разрываются не с конца молекулы а с любого участка, при этом, впереди и позади разрыва по цепочке ДНК эти водородные связи сохраняются).

- Свободные рибонуклеотиды комплементарно спариваются с освободившимися на ДНК азотистыми основаниями нуклеотидов "новыми" водородными связями.

- Фермент РНК-полимераза сшивает рибонуклеотиды ("наживленные" водородными связями) в цепочку и-РНК прочными ковалентными связями.

- Новая и-РНК отходит от участка ДНК (цепочки ДНК восстанавливают "старые" водородные связи).

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.

- К рибосомам с помощью т-РНК транспортируются аминокислоты, фиксированные на "черешке клеверного листа" т-РНК.

- 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.

- 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 называется фолдинг.

Т. о., с помощью генетического кода ДНК можно записать любую последовательность аминокислот и синтезировать любой белок.

ДНК хранит информацию и о молекулах небелковой природы (нуклеотиды, фосфолипиды, углеводы, пигменты и т.д.). Чтобы инициировать любую биохимическую реакцию надо обеспечить ее ферментативным аппаратом. Чтобы получить небелковое соединение (например, пигмент), надо сделать белок-фермент-катализатор для его синтеза. И в этом случае ключевым молекулярным механизмом является принцип комплементарного спаривания азотистых оснований нуклеотидов.