16 Синтез белка на рибосомах и полирибосомах

Синтез белка на рибосомах клетки

Прикрепившись к рибосоме, матричная РНК продвигается вдоль нее, начиная с того конца, на котором находится инициирующий кодон. По мере движения матричной РНК вдоль рибосомы постепенно формируется молекула белка. Этот процесс получил название трансляции. Рибосома считывает кодоны матричной РНК примерно так же, как воспроизводящая магнитная головка «читает» запись на движущейся по ней магнитофонной ленте. После того как терминирующий кодон открепится от рибосомы, синтез молекулы белка прекращается, и она оказывается свободно лежащей в цитоплазме.

Полирибосомы. Одна матричная РНК может осуществлять синтез белковых молекул сразу на нескольких рибосомах, поскольку к ее инициирующему кодону могут поочередно прикрепляться одна рибосома за другой. При этом на каждой рибосоме будут находиться молекулы одного и того же белка на разных стадиях синтеза. На одной цепи матричной РНК могут находиться от 3 до 10 рибосом, такие группы рибосом называют полирибосомами.

Важно подчеркнуть, что матричная РНК может осуществлять синтез белка на любой рибосоме. Другими словами, рибосомы неспецифичны по отношению к конкретному белку. Образно говоря, рибосомы — это производственные предприятия, на которых проводят химические реакции.

Рибосомы в большом количестве связываются с мембраной эндоплазматического ретикулума. Это обусловлено тем, что начальные отрезки синтезируемых белковых молекул несут аминокислотные последовательности, быстро связывающиеся со специфическими рецепторами на мембране ретикулума, благодаря чему эти молекулы белка проходят через мембрану эндоплазматического ретикулума и оказываются в его просвете. Участки ретикулума, на которых идет синтез и транспортировка молекул белка через мембрану, имеют зернистую поверхность.

Нужно подчеркнуть, что трансляция одной цепи матричной РНК осуществляется сразу на нескольких рибосомах и образующийся белок попадает внутрь эндоплазматического ретикулума, проходя через его мембрану.

Следует также отметить, что большинство синтезированных на рибосомах белков (ферментов и внутриклеточных структурных белков) попадают непосредственно в цитозоль, а не в просвет ретикулума (исключение составляют лишь железистые клетки, где белок накапливается в большом количестве секреторных гранул).

Стадии синтеза белка включают три этапа: (1) активация аминокислот при взаимодействии с АТФ и образование комплекса с аденозинмонофосфатом; на каждую такую реакцию затрачивается энергия двух макроэргических фосфатных связей; (2) связывание активированных аминокислот, обладающих избытком энергии, со специфическими транспортными РНК и образование комплекса аминокислота-мРНК с одновременным высвобождением аденозинмонофосфата; (3) прикрепление антикодона транспортной РНК, несущей аминокислоту, к кодону матричной РНК на рибосоме с выстраиванием определенной аминокислотной последовательности, образующей молекулу белка.

Под действием фермента пептидилтрансферазы (одного из рибосомальных белков) между соседними аминокислотами образуются пептидные связи, благодаря которым аминокислотная последовательность постепенно удлиняется. Эти реакции требуют дополнительной энергии, высвобождающейся при разрыве двух макроэргических фосфатных связей, поэтому для прикрепления каждой аминокислоты к растущей пептидной цепи в общей сложности используются четыре фосфатные связи. Таким образом, синтез белка— один из самых энергоемких внутриклеточных процессов.

Суть этой реакции заключается в отщеплении иона гидроксила (ОН~) от СООН-конца первой аминокислоты и иона водорода (Н+) от NH2-конца другой аминокислоты. Отщепленные ионы гидроксила и водорода взаимодействуют с образованием воды, а химически активные участки соседних аминокислот связываются друг с другом, превращаясь в единую молекулу. Такой вид соединения аминокислот называют пептидной связью. С прикреплением каждой новой аминокислоты к растущей полипептидной цепи добавляется одна пептидная связь.

Тысячи ферментов, синтез которых осуществляется изложенным способом, участвуют практически во всех остальных реакциях, протекающих в клетке. Ферменты опосредуют синтез липидов, гликогена, пуринов, пиримидинов и сотен других веществ. Благодаря этим веществам клетка способна выполнять множество своих функций.