Биосинтез белка

Проблема биосинтеза белка - одна из наиболее сложных в современной биологии. Ее решение тесно связано с изучением законов наследственности и изменчивости, вопросов управления ростом и развитием организма, выяснением причин возникновения и разработки методов лечения многих заболеваний.

В организме человека имеется огромное количество самых разнообразных белков, каждый из которых является индивидуальным и характеризуется только ему присущими структурой и функциями. С другой стороны, все белки находятся в состоянии динамического равновесия: они постоянно разрушаются и вновь синтезируются. Такая высокая степень воспроизводства себе подобных, т.е. образование точных копий существующих белков, определяется генетической информацией, заключенной в молекуле ДНК, т.е. определенной последовательностью входящих в нее мононуклеотидов. От этого именно зависит, что от слона рождается слоненок, а мы рождаемся похожими на своих родителей.

Для лучшего понимания процесса биосинтеза белка его условно можно разделить на 3 последовательных этапа:

I - синтез и-РНК (транскрипция, т.е. считывание информации с ДНК),

П — транспорт аминокислот к рибосомам,

Ш - собственно синтез белка (трансляция, т.е. перевод информации с «одного языка на другой», с последовательности мононуклеотидов в аминокислотную последовательность белков.

I этап - транскрипция. Синтез и-РНК происходит в ядре клетки, где сосредоточена ДНК-носитель генетической информации. Молекула ДНК, представляющая собой двойную спираль, на определенном участке раскручивается и на одной из ее цепей по принципу комплементарности строится молекула и-РНК. При этом к каждому азотистому основанию мононуклеотида ДНК пристраивается комплементарное (дополняющее) ему основание мононуклеотида и-РНК. Следует помнить, что в РНК вместо тимина присутствует урацил, поэтому к аденину в ДНК пристраивается урацил (А = У, Г ºЦ). В итоге последовательность азотистых оснований и-РНК и ДНК будет одинакова, т.е. и-РНК является переносчиком генетической информации от ДНК и в дальнейшем служит матрицей (основой) для синтеза белка.

П этап начинается с активации аминокислот при участии фермента фосфорилазы. Активация заключается в том, что молекула аминокислоты присоединяет АТФ, в результате образуется аденилат аминокислоты и пирофосфат (Н₄Р₂О₇). Активированная аминокислота присоединяется к соответствующей т-РНК и переносится ею к рибосомам.

Ш этап - собственно синтез белка (трансляция). Осуществляется в рибосомах, куда поступает и-РНК. Установлено, что в и-РНК закодирована специфическая последовательность аминокислот синтезирующихся белков. Этот код заключается в определенном сочетании трех нуклеотидов в цепи и-РНК, поэтому получил название триплетного кода, а сами структурные участки, состоящие из трех нуклеинов, получили название кодонов (триплетов). Также установлено, что в структуре каждой т-РНК существует специфический триплет - антикодон, соответствующий кодону на

и-РНК, то есть комплементарный ему.

Таким образом, генетическая информация, закодированная в молекуле ДНК, передается и-РНК в виде определенной последовательности азотистых оснований (нуклеотидов), т.е. в виде триплетов и далее при участии т-РНК передается аминокислотам, строящим определенный белок.

Соответствие триплетов ДНК, и-РНК, т-РНК аминокислотам.

Синтез белка осуществляется следующим образом. В рибосомах к кодонам и-РНК последовательно присоединяются две молекулы т-РНК своими комплементарными антикодонами. Между аминокислотами, соединенными с этими т-РНК, образуется пептидная связь и первая из двух т-РНК отщепляется от и-РНК. В этот момент к новому кодону присоединяется соответствующая т-РНК с аминокислотой, которая взаимодействует с уже образовавшимся дипептидом. Так продолжается до тех пор, пока не образуется именно тот полипептид, который по количеству и последовательности входящих в его состав аминокислот закодирован на молекуле ДНК. Затем цепь белка подвергается определенной упаковке, т.е. образуются вторичная и третичная структуры.

Регуляция биосинтеза белка осуществляется по схеме Жакоба и Моно.

В молекуле ДНК существует участок, ответственный за регуляцию синтеза белка - оперон. В составе оперона выделяют:

1-ген-регулятор -синтезирует белок-репрессор (Р);

2-ген-оператор - контролирует работу структурных генов, т.е. контролирует синтез и-РНК;

3-6-структурные гены - обеспечивают синтез и РНК;

7-ген-терминатор - контролирует окончание синтеза и РНК.

А - белок - репрессор (Р) взаимодействует с геном оператором и выключает синтез

и-РНК.

Б - индуктор (И) соединяется с белком репрессором и изменяет его структуру. В результате белок-репрессор не может присоединится к гену-оператору. Начинается синтез и- РНК, а следовательно белка.