31. Будова епр

Ендоплазматичний ретикулум складається з розгалуженої мережі трубочок і кишень, оточених мембраною. Площа мембран ендоплазматичного ретикулума складає більше половини загальної площі всіх мембран клітки.

Мембрана ЕПР морфологічно ідентична оболонці клітинного ядра і складає з нею одне ціле. Таким чином, порожнини ендоплазматичного ретикулума відкриваються в межмембранное порожнину ядерної оболонки. Мембрани ЕПС забезпечують активний транспорт ряду елементів проти градієнта концентрації. Нитки, що утворюють ендоплазматичний ретикулум, мають в поперечнику 0,05-0,1 мкм (іноді до 0,3 мкм), товщина двошарових мембран, що утворять стінку канальців, складає близько 50 ангстрем (5 нм, 0,005 мкм). Ці структури містять ненасичені фосфоліпіди, а також деяку кількість холестерину ісфінголіпідів. До їх складу також входять білки.

Трубочки, діаметр яких коливається в межах 0,1-0,3 мкм, заповнені гомогенним вмістом. Їх функція - здійснення комунікації між вмістом пухирців ЕПС, зовнішнім середовищем і ядром клітини.

Ендоплазматичний ретикулум не є стабільною структурою і схильний до частих змін.

Виділяють два види ЕПР:

• гранулярний ендоплазматичний ретикулум;

• гладкий (гладкий) ендоплазматичний ретикулум.

На поверхні гранулярного ендоплазматичного ретикулума знаходиться велика кількість рибосом, які відсутні на поверхні агранулярного ЕПР.

Гранулярний і гладкий ендоплазматичний ретикулум виконують різні функції в клітині.

32. Будова рибосом, їх типи та функції.

Рибосоми — органели, що забезпечують синтез білка. Рибосоми складаються з двох субодиниць: великої і малої.  Кожна субодиниця являє собою складний комплекс з багатьох білків і молекул рибосомальної РНК (рРНК). При взаємодії субодиниць з молекулою іРНК відбувається їх збирання з утворенням функціональної рибосоми. Після цього починається синтез білка — трансляція. У цитоплазмі клітини рибосоми можуть розташовуватися вільно або бути прикріпленими до зовнішньої поверхні мембрани шорсткого ЕПР. Вони можуть об’єднуватися в комплекси — полірибосоми (полісоми). Окрім цитоплазми, рибосоми містяться також у хлоропластах і мітохондріях.

У цитоплазмі еукаріотичних клітин розташовані рибосоми еукаріотичного типу, а в мітохондріях, пластидах і цитоплазмі прокаріотичних клітин — рибосоми прокаріотичного типу. Ці типи рибосом відрізняються за деякими РНК і білками, які входять до їхнього складу. Функцією

обох типів рибосом є синтез білків. Еукаріотичні рибосоми містять чотири типи РНК і близько ста білків. Прокаріотичні — три типии РНК і меншу кількість білків

 Функції рибосом — трансляція, тобто зчитування коду матричної (інфоромаційної) РНК і збирання поліпептиду. Шляхом введення мічених амінокислот виявлено, що в рибосомах відбувається синтез білків. Поліпептидні молекули білка синтезуються таким чином, що певні амінокислоти в рибосомі з’єднуються одна з одною у відповідній послідовності. Тому інформаційна РНК, яка у вигляді кодонів (триплетів), кодує порядок розміщення амінокислот, повинна переміщатися по рибосомі по мірі приєднання чергової амінокислоти до попередньої. Чим більше рибосом містить полісома, тим більше молекул поліпептидів буде синтезуватися на ній одночасно. На малій субодиниці рибосоми в місці її контакту з великою знаходиться іРНК-зв’язуюча ділянка, а також ділянка, яка утримує аміноацил-тРНК. Між двома ділянками рибосоми знаходиться центр, який каталізує утворення пептидних зв’язків.    Важливу роль в синтезі білка відіграє транспортна РНК (синоніми: тРНК, розчинна РНК, або РНК-переносник), функція якої полягає в тому, щоби з фонду амінокислот, утворених клітиною, вибрати “потрібну” і разом з нею направитися до рибосоми. Транспортна РНК має вигляд листочка (рис. 2.20), черешок якого у кожній тРНК має такий же самий триплет нуклеотидів —ЦЦА. Ця ділянка служить для прикріплення амінокислоти, утворення аміноацил-тРНК. Друга ділянка “пізнає” “свою” амінокислоту, яка і прикріплюється до першої ділянки тРНК. Третя ділянка — це антикодон (триплет нуклеотидів), за допомогою якого тРНК, навантажена амінокислотою, поміщає її на відповідне місце — кодон в іРНК, спарюючись з ним, за принципом комплементарності. Четверта ділянка тРНК пізнає рибосому на іРНК і прикріпляється до неї.    Синтез білка на рибосомах починається з прикріплення рибосоми (її малої субодиниці) до певної ділянки іРНК. Дальше в рибосому вступає тРНК з амінокислотою (аміноацил-тРНК) і своїм антикодоном (триплетом нуклеодитів) контактує з комплементарним йому кодоном на іРНК. Тоді тРНК від’єднується і рибосома разом з амінокислотою переміщується на наступну позицію (рух іРНК і рибосоми є зустрічним). У рибосомі до попередньої амінокислоти приєднується наступна в складі аміноацил-тРНК шляхом утворення пептидного зв’язку. На кожному етапі відбувається приєднання до рибосоми аміноацил-тРНК знову ж таки за принципом комплементарності — антикодон тРНК до відповідного кодону іРНК. Як тільки амінокислоти з’єднуються між собою, тРНК відпадає. І так процес синтезу білкового ланцюжка продовжується і завершується звільненням оліго- чи поліпептиду від рибосоми. Рибосома, яка закінчила збирання пептидного ланцюжка дисоціює (роз’єднується) на субодиниці і може знов приєднуватися на звільнене місце в іРНК.

   Вважають, що розміщені вільно в гіалоплазмі полісоми синтезують білок для потреб самої клітини. Прикріплені до мембран гранулярної ендоплазматичної сітки полісоми синтезують білок на експорт для екзоцитозу, тобто виведення його за межі клітини (клітина печінки синтезує білки плазми крові, В-лімфоцити і плазмоцити — g-глобуліни). При рості молодих клітин кількість рибосом збільшується. У процесі метаболізму білки цитоплазми постійно обновлюються, синтезуючись на полісомах. Рибосоми здійснюють також синтез спеціальних білків, таких як гемоглобін у попередників еритроцитів.

33. Генети́чний код — набір правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), що надає всім живим організмам можливість кодування амінокислотноїпослідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів.

У ДНК використовується чотири нуклеотиди — аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тімін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються буквами А, Г, Ц і Т відповідно. Ці букви складають «алфавіт» генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тіміну, який замінений схожим нуклеотидом, — урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки і, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних «букв».

Для синтезу білків в природі використовуються 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або декількома ланцюжками амінокислот в строго певній послідовності. Ця послідовність називається первинною структурою білка, що також у значній мірі визначає всю будову білка, а отже і його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для переважної більшості живих організмів.

Експресія генів або реалізація генетичної інформації у живих клітинах (зокрема синтез білка, що кодується геном) здійснюється за допомогою двох основних матричних процесів: транскрипції (тобто синтезу мРНК на матриці ДНК) і трансляції генетичного коду в амінокислотну послідовність (синтез поліпептідного ланцюжка на матриці мРНК). Для кодування 20 амінокислот, а також стоп-сигналу, що означає кінець білкової послідовності, достатньо трьох послідовних нуклеотидів. Набір з трьох нуклеотидів називається кодоном. Прийняті скорочення, що відповідають амінокислотам і кодонам, зображені на малюнку.

Молекулярний механізм реплікації дволанцюгової ДНК

Схематичне зображення процесу реплікації, цифрами позначені: (1) ланцюг, що відстає, (2) ланцюг-лідер, (3)ДНК-полімераза (Polα), (4) ДНК лігаза, (5) РНК-праймер, (6) ДНК-праймаза, (7) фрагмент Окадзакі, (8) ДНК-полімераза (Polδ), (9) хеліказа, (10) одиночний ланцюг зі зв'язаними білками, (11) топоізомераза

Реплікація — складний багатоетапний процес, в якому беруть участь багато ферментів, він потребує багато часу та великих енергетичних витрат клітини. Процес починається з того, що фермент топоізомераза випрямляє закручену у спіраль молекулу ДНК та до неї приєднуються білки, які не дають молекулі знов згорнутись. Фермент хеліказа розриває водневі зв'язки між азотистими основами, внаслідок чого ділянка подвійної молекули ДНК розпадається на два ланцюги, утворюється так звана "виделка реплікації". До ланцюга приєднується ДНК-праймаза — фермент який розпочинає синтез ДНК — власне реплікацію. Вона синтезуєпраймер — послідовність нуклеотидів від якої наступний фермент — ДНК-полімераза будує новий ланцюг, використовуючи наявний як матрицю. Праймером слугує фрагмент РНК, він потрібний, тому що ніяка ДНК-полімераза не може почати синтез нового ланцюжка «з нуля», а може тільки додати нуклеотиди до існуючого ланцюжка. Коли праймер виконав свою функцію, він видаляється екзонуклеазою, а інша полімераза "забудовує" пусте місце, яке виникло. Також ДНК-полімераза здатна виправляти можливі помилки реплікації та перевіряти комплементарність. Синтез нових ланцюгів відбувається асиметрично, тобто один з них синтезується безперервно, по ходу роз'єднання молекули ДНК хеліказою, інший ланцюг будується в протилежному напрямку — проти напрямку дії хелікази, тому відбувається короткими фрагментами, довжиною 1000 — 2000 нуклеотидів, які називаються фрагменти Окадзакі, на честь японського вченого що їх відкрив. Фрагменти Окадзакі з'єднує між собою фермент ДНК-лігаза. Таким чином з однієї молекули ДНК утворюються дві ідентичні, які після закінчення процесу реплікації спіралізуються.

У еукаріот реплікація відбувається перед поділом клітини, у прокаріот — на протязі всього життєвого циклу.

34. Транскрипція — процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриці, що відбувається у всіх живих клітинах, іншими словами, це перенесення генетичної інформації з ДНК на РНК.

У разі ДНК, що кодує білок, транскрипція є першим кроком біосинтезу білків, процесу, який кінець кінцем приводить до перекладу генетичного коду, через матричну РНК як проміжної ланки, у поліпептидну послідовність функціонального білка.

Транскрипція каталізується ферментом ДНК-залежною РНК-полімеразою. Процес синтезу РНК протікає в напрямку від 5'- до 3'- кінця, тобто РНК-полімераза рухається матричним ланцюжком ДНК у напрямі 3'->5'.

Рівень транскрипції більшості генів чітко регулююється за допомогою факторів транскрипції. Саме на цьому етапі відбувається більша частина регуляції експресії генів.

Зазвичай процес транскрипції поділяється на 3 стадії — ініціацію, елонгацію і термінацію.

Транскрипційні фабрики Транскрипція здійснюється в так званих «транскрипційних фабриках» (Cook PR, Science 1999 1999 Jun 11;284(5421):1790-5 The organization of replication and transcription.). 8 РНК II полімераз складають основу цього величезного комлексу і організовують компактизацію хроматину в ядрі клітини. Візуалізація сайтів транскрипціі можлива за допомогою бромоурідину in vivo і послідуючою іммунодетекцією флуоресцентно поміченими антитілами.

Оперон — функціональна одиниця організації генетичного матеріалу прокаріотів (бактерій та архей), в якій цистрони (гени, одиниці транскрипції), що кодують спільно або послідовно працюючі білки, об'єднуються під одним (або кількома) промоторами. Така функціональна організація дозволяє ефективніше регулювати експресію цих генів.

Концепція оперону була запропонована в 1961 році французькими вченими Франсуа Жакобом і Жаком Моно, за що вони отримали Нобелівску премію в 1965 році.

Оперони за кількістю цистронов класифікують на моно-, оліго- і поліцистронні, що містять, відповідно, тільки один, кілька або багато цистронів (генів).

Характерним прикладом оперонної організації геному прокаріотів є лактозний оперон (lac-оперон).

Оперон починається і закінчується регуляторними областями — промотором на початку і терминатором у кінці, окрім цього, кожен окремий цистрон може мати в своїй структурі власний промотор і/або термінатор.

До складу оперона прокаріотів входять структурні гени і регуляторні елементи (не плутати з геном-регулятором). Структурні гени кодують білки, що здійснюють послідовно етапи біосинтезу певної речовини. Цих генів може бути один, два або кілька. Вони тісно зчеплені один з одним і, що найголовніше, в ході транскрипції працюють як один єдиний ген: на них синтезується одна спільна молекула іРНК, яка лише потім розщеплюється на кілька іРНК, відповідних окремим генам. Регуляторними елементами є наступні:

- Промотор - ділянку зв'язування ферменту, що здійснює транскрипцію ДНК - РНК-полімерази. Є місцем початку транскрипції. Являє собою коротку послідовність з декількох десятків нуклеотидів ДНК, з якою специфічно зв'язується РНК-полімераза. Крім того, промотор визначає, яка з двох ланцюгів ДНК буде служити матрицею для синтезу іРНК;

- Оператор - ділянку зв'язування регуляторного білка;

- Термінатор сабачі - ділянка в кінці оперона, що сигналізує про припинення транскрипції.

На роботу оператора даного оперона впливає самостійний ген-регулятор, що синтезує відповідний регуляторний білок. Цей ген не обов'язково розташовується поруч з опероном. Крім того, один регулятор може регулювати транскрипцію декількох оперонов. Ген-регулятор також має власний промотор і термінатор. Регуляторні білки бувають двох типів: білок-репрессор або білок-активатор. Вони приєднуються до специфічних нуклеотидних послідовностей ДНК оператора, що або перешкоджає транскрипції генів (негативна, негативна регуляція), або сприяє їй (позитивна, позитивна регуляція); механізми їх роботи протилежні. Крім того, на роботу білків-репрессоров можуть впливати речовини - ефектори: з'єднуючись з репрессором, вони впливають на його взаємодію з оператором.

У еукаріотів транскрипція здійснюється з ділянок, подібних оперона прокаріотів і також складаються з регуляторних і структурних генів, однак у оперонов еукаріот є ряд особливостей.

1. До складу оперона еукаріот входить лише один структурний ген (а не кілька - як у прокаріотів).

2. Оперон еукаріот майже завжди містить тільки структурний ген, а інші гени розкидані по хромосомі або навіть за різними хромосомами.

3. Оперон еукаріотів складається з чергуються один з одним значущих (екзонів) і незначущих (інтронів) ділянок. При транскрипції вчитуються як екзонів, так і інтрони, а потім у ході процесингу відбувається вирізання інтронів (сплайсинг). У еукаріотів механізми регуляції активності окремих генів і геному в цілому досить складні, і розгляд цих питань виходить далеко за рамки шкільного курсу біології.

35. характеристика процесу трансляції

Трансляція — процес синтезу білків з амінокислот, що каталізується рибосомою на матриці матричної (інформаційної) РНК (мРНК або іРНК). Трансляція є однією зі стадій процесу біосинтезу білків, у свою чергу частини процесу експресії генів.

Трансляція відбувається в цитоплазмі, де знаходяться рибосоми клітини. Під час трансляції, інформація, що міститься в мРНК, розшифровується згідно з правилами, відомими як генетичний код, та використовується для синтезу закодованої поліпептидноїпослідовності. Процес трансляції можна поділити на чотири фази: активацію, ініціацію, елонгацію та термінацію.

При активації, відповідна амінокислота (аа) приєднується до відповідної транспортної РНК (тРНК). Хоча ця стадія часто розглядається окремо від трансляції, вона необхідна для її початку. Зв'язана з амінокислотою тРНК називається аміноацил-тРНК або «зарядженою» тРНК. При ініціації мала субодиниця рибосоми зв'язується з 5'-кінцем мРНК за допомогою факторів ініціації (IF), іншіх білків, що допомагають процесу. Елонгація відбувається, коли чергова аміноацил-тРНК використовується для збільшення поліпептидного ланцюжка. Термінація відбувається, коли рибосома зустрічає стоп-кодон (UAA, UAG або UGA), для якого не існує відповідної тРНК, при цьому відбувається звільнення поліпептидного ланцюжка.

Другий етап матричного синтезу білка, власне трансляцію, що протікає в рибосомі, умовно ділять на три стадії: ініціацію, елонгацію і термінацію.

Ініціація

У ході ініціації відбувається образованіe комплексу, що включає Мет-тРНК _i ^мет, мРНК і рибосому, де-тРНК _i ^мет ініціює метионінова тРНК. У цьому процесі беруть участь не менше 10 факторів ініціації, які позначають як elF (від англ. Eukaryotic initiation factors) із зазначенням номера та букви. У більшості мРНК-молекул еукаріот 5 -кінець "кепірован". Кеп являє собою залишок метілгуанозілтріфосфата і, можливо, бере участь у зв'язування РНК-молекул з 40S-субодиницею рибосоми. Спочатку 40S субодиниця рибосоми з'єднується з фактором ініціації, який перешкоджає її зв'язування з 60S субодиницею, але стимулює об'єднання з потрійним комплексом, що включає Мет-тРНКi ^мет, eIF-2 і ГТФ (Додаток 2 рис.1). Потім цей тепер вже більш складний комплекс зв'язується з 5'-кінцем мРНК за участю декількох elF. Один з факторів ініціації (elF-4F) дізнається і приєднується до ділянки "кеп" на молекулі мРНК, тому він отримав назву кепсвязивающего білка. Прикрепившись до мРНК, 40S субодиниця починає ковзати по некодирующей частини мРНК до тих пір, поки не досягне ініціюючого кодону AUG кодує нуклеотидної послідовності. Ковзання 40S субодиниці по мРНК супроводжується гідролізом АТФ, енергія якого витрачається на подолання ділянок спіралізаціі в нетрансльованій частини мРНК. В еукаріотичних Клек некодуючі ділянки мРНК мають різну довжину, але зазвичай від 40 до 80 нуклеотидів, хоча зустрічаються області з протяжністю більше 700 нуклеотидів.

Досягнувши початку кодує послідовності мРНК, 40S субодиниця зупиняється і зв'язується з іншими факторами ініціації, які прискорюють приєднання 60S субодиниці та освіта 80S рибосоми за рахунок гідролізу ГТФ до ГДФ і неорганічного фосфату. При утворенні повної рибосоми формуються два центри трансляції: донорний (пептідільний, P-центр) і акцепторний (аміноацільний, А-центр).

У Р-центрі надається AUG-кодон мРНК з приєднаним до нього Мет-тРНКi ^мет, аміноацільний ділянку містить аміноацил-тРНК, з'єднану з відповідним кодоном мРНК.

Елонгація

Найтриваліший етап білкового синтезу - елонгація, в ході якого рибосома за допомогою аа-тРНК послідовно "читає" мРНК у вигляді триплетів нуклеотидів, наступних за ініціював кодоном в напрямку від 5 'до З'-кінця, нарощуючи полипептидную ланцюжок за рахунок послідовного приєднання амінокислот . Приєднання відповідної аміноацил-тРНК в А-ділянці вимагає точного впізнавання кодону. Фактор елонгації EF1 утворює комплекс з ГТФ і молекулою аміноацил-тРНК. Завдяки цьому аміноацил-тРНК може приєднатися до рибосоми. При цьому відбудеться вивільнення комплексу EF1-ГДФ і фосфату (додаток 2, рис. 2). Комплекс EF1-ГДФ потім знову перетворюється на EF1-ГТФ за участю інших вільних білкових факторів і ГТФ.

-аміногрупи нової аміно-ацил-тРНК в ділянці А здійснює нуклеофільних атаку етерефіцірованной карбоксильної групи пептидил-тРНК, що займає P-ділянка. Ця реакція каталізується пептіділтрансферазой - білковим компонентом, що входять до складу 60S-рибосомной субодиниці.

Після видалення пептідільного залишку з тРНК в Р-ділянці вільна молекула тРНК швидко покидає P-ділянка. Комплекс ГТФ з EF2 бере участь у процесі транслокації новообраованной пептидил-тРНК з А-ділянки в Р-ділянка. При цьому відбувається гідроліз ГТФ, що використовується як кофактора EF2, до ГДФ і фосфату (рис.3). У результаті транслокації знову сформована пептидил-тРНК і відповіднийїй кодон переходять в Р-ділянку, звільняючи А-ділянку для нового циклу впізнавання наступного кодону відповідної молекулою аміноацил-тРНК і елонгації.

Термінація

Термінація представляє собою завершення синтезу поліпептидного ланцюга та звільнення її від рибосоми (рис. 4). Після багатьох циклів елонгації, в результаті яких синтезується поліпептидний ланцюг білка, в А-ділянка з'являється терминируются або нонсенсом-кодон.У нормі відсутні молекули тРНК, здатні впізнавати нонсенс-кодони. А при участии ГТФ и пептидилтрансферазы обеспечивают гидролиз связи между полипептидом и молекулой тРНК, занимающей P-участок. Поява в А-ділянці терминирующего кодону розпізнається так званими факторами вивільнення (R-факторами). R А за участю ГТФ та пептіділтрансферази забезпечують гідроліз зв'язку між поліпептидом і молекулою тРНК, що займає P-ділянка. Після гідролізу і вивільнення синтезованого поліпептиду і тРНК 80S-рибосома дисоціює на 40S-і 60S-субодиниці.

Одну й ту ж саму ланцюг мРНК можуть транслювати одночасно безліч рибосом. Рибосоми, розташовані на одній молекулі мРНК, утворюють полісом.

36. Сутність процесу елонгації. Поняття про полісому.

Елонгація

Схема зв'язуючих РНК ділянок рибосоми. Буквами позначені ділянки зв'язування тРНК. А — аміноацил-тРНК-зв'язуюча ділянка, Р — пептидил-тРНК-зв'язуюча ділянка, Е — ділянка виходу тРНК (від англ. exit).

Елонгація поліпептидного ланцюжка заключається в додаванні нових амінокислот до карбоксильного (C-) кінця ланцюжка, що росте. Цей поліпептидний ланцюжок виходить з рибосоми через вихідний тунель у великий субодиниці.

Елонгація починається, коли метильована аміноацил-тРНК зв'язується з ділянкою P, що приводить до конформаційної зміни комплексу, яка відкриває ділянку A для зв'язування нової аміноацил-тРНК. Це зв'язування полегшується фактором елонгації Tu (EF-TU), малою ГТФазою. У цей момент ділянка P містить початок поліпепдидного ланцюжка, що синтезується, а ділянка A містить наступну амінокислоту, яка має бути додана до ланцюжку. Після цього поліпептид відділяється від тРНК в ділянці P і пептидний зв'язок формується між останньою амінокислотою поліпептида і амінокислотою, що все ще приєднана до тРНК в ділянці A. Цей процес, відомий як утворення пептидного зв'язку, каталізується рибозимом, пептидилтрансферазою, така активність властива до 23S рРНК великої (50S) рибосомної субодиниці. Після утворення пептидного зв'язку, ділянка A містить поліпептид, тоді як ділянка P містить незаряджену тРНК (тРНК без амінокислоти).

На кінцевій стадії елонгації, рибосома переміщається на три нуклеотиди у напрямку до 3'-кінця мРНК. Через те, що тРНК зв'язані з мРНК за рахунок спаровування кодон-антикодон, тРНК рухається віднсно рибосоми, рухаючи поліпептид з ділянки A у ділянку P, а незаряджена тРНК переміщається у ділянку виходу (ділянку E). Цей процес каталізується фактором елонгації G (EF-G).

Рибосома продовжує транслювати кодони, що залишилися, тому що нові аміноацил-тРНК зв'язуютьться з ділянкою A, поки рибосома не зустріне кодон зупинки на мРНК (UAA, UGA або UAG).

Полісоми

Полірибосоми (синонім «полісом» від грецьк. poli багато і soma — тіло) — це комплекс,утворений з рРНКі рибосом, нанизаних на нитку інформаційної РНК (рРНК) завтовшки 1,5 нм, яка забезпечує передачу генетичної інформації з ДНК на синтез білка. Нетранслюючі, непрацюючі рибосоми постійно обмінюються субодиницями. Вони лише в момент роботи і формують полі- соми. Отже, полісоми — це структури тимчасового характеру, пов’язані з періодичністю процесів синтезу білка.

Локалізація рибосом (полком). Рибосоми можуть розміщуватися в цитоплазмі клітини поодиноко, тоді вони функціонально неактивні. Збирання рибосом на рРНК відбувається на початку процесу синтезу білка. Полісоми можуть бути вільно розміщеними в цитоплазмі або прикріпленими до зовнішньої поверхні ендоплазматичної сітки і каріо- леми. Тоді мала субодиниця рибосоми з’єднується з іРНК, а велика може приєднуватись до мембран ендоплазматичної сітки. Після завершення синтезу одного поліпептиду рибосоми можуть знов дисоціювати.

Полісоми, не агреговані з мембраною в клітинах з недостатньо розвиненою ендоплазматичною сіткою (овоцити), розміщуються в один ряд або утворюють розетки чи спіралі. Ядерні рибосоми містяться у поєднанні з ниткоподібними структурами, з яких складаються остаточні хромосоми в інтерфазному ядрі. Рибосоми виявлені також в мітохондріях і пластидах^

Кількість рибосом (полісом) залежить від метаболічної активності клітини. Особливо багато полісом виявляють в клітинах, які:швидко діляться, і в таких, що продукують велику кількість білків для експорту. Кількість рибосом у таких клітинах може досягати 50 тисяч, що становить майже 25 % від маси всієї клітини (наприклад, у печінковій клітині).

37. Постсинтетичні модифікації білків

Посттрансляційні модифікації білків

Після завершення трансляції і вивільнення білка з рибосоми амінокислоти у складі поліпептидного ланцюжка піддаються різноманітним хімічним модифікаціям. Ці модифікації здатні значно розширити різноманітність можливих білків, надаючи їм нові властивості. Прикладами посттрансляційних модифікацій служать:

1. приєднання різних функціональних груп (ацетил-, метил- і фосфатних груп);

2. приєднання ліпідів і вуглеводнів;

3. зміна стандартних амінокислот на нестандартні (наприклад, утворення цитруліну);

4. утворення структурних змін (утворення дисульфідних містків між цистеїнами);

5. видалення частини білка як на початку (сигнальна послідовність або метіонін, що кодується старт-кодоном), так і в окремих випадках в середині (інсулін);

6. додавання невеликих білків, які впливають на деградацію білків (сумоїлювання і убіквітинювання).

При цьому тип модифікації може бути як універсальним — додавання ланцюжків, що складаються з мономерів убіквітину, служить сигналом для деградації цього білка протеасомою — так і специфічним для даного білка[19]. Водночас один і той же білок може піддаватися численним модифікаціям. Так, гістони, білки, що входять до складу хроматину еукаріотів та архей, за різних умов можуть зазнававти до 150 типів різних модифікацій.

38.

Будова

Ендоплазматичний ретикулум складається з розгалуженої мережі трубочок і кишень, оточених мембраною. Площа мембран ендоплазматичного ретикулума складає більше половини загальної площі всіх мембран клітини.

Мембрана ЕПР морфологічно ідентична оболонці клітинного ядра і складає з нею одне ціле. Таким чином, порожнини ендоплазматичного ретикулума відкриваються в міжмембранну порожнину ядерної оболонки. Мембрани ЕПС забезпечують активний транспорт ряду елементів проти градієнту концентрації. Бульбашки та канальці, що створюють ендоплазматичний ретикулум, мають в поперечнику 0,05-0,1 мікрона (іноді до 0,3 мікрона), товщина двошарових мембран, що стінку канальців, становить близько 50 ангстрем. Ці структури містять ненасичені фосфоліпіди, а також деяка кількість холестерину і сфінголіпідів. У їхній склад також входять білки. Найтонші трубочки, діаметр яких коливається в межах 1000-3000 ангстрем, заповнені гомогенним вмістом та зполучають більші за розміром частини ендоплазматичного ретикулума.

Ендоплазматичний ретикулум не є стабільною структурою і схильний до частих змін. Виділяють два типи ЕПР:

Шорсткий (гранулярний) ендоплазматичний ретикулум,

Гладкий (агранулярний) ендоплазматичний ретикулум.

На поверхні шорсткого ендоплазматичного ретикулума знаходиться велика кількість рибосом, які відсутні на поверхні гладкого ЕПР.

Шорсткий та гладкий ендоплазматичний ретикулум виконують деякі різні функції в клітині.

Функції гранулярного ендоплазматичного ретикулума

Гранулярний ендоплазматичний ретикулум має дві функції: синтез білків і виробництво мембран.

Синтез білків

Білки, вироблені клітиною, синтезуються на поверхні рибосом, які можуть бути приєднані до поверхні ЕПС. Отримані поліпептидні ланцюжки поміщаються в порожнини гранулярного ендоплазматичного ретикулума (куди потрапляють і поліпептидні ланцюжки, синтезовані в цитозолі), де згодом правильним чином обрізаються і згортаються. Таким чином, лінійні послідовності амінокислот отримують після транслокації в ендоплазматичний ретикулум необхідну тривимірну структуру, після чого повторно переміщуються в цитозоль.

Синтез мембран

Виробництвом фосфоліпідів ЕПР розширює власну поверхню мембрани, яка за допомогою транспортних везикул посилає фрагменти мембрани в інші частини мембранної системи.

39.

Комплекс Ґольджі (також званий як Апарат Ґольджі, тільце Ґольджі та інші) — одномембранна органела, що є переважно в еукаріотів.

Була відкрита у 1898 році італійським лікарем Камілом Ґольджі і була названа в честь нього. Основна функція комплексу Ґольджі — це гліколізація та фосфоризація речовин з ендоплазматичного ретикулуму. Це система паралельно розташованих та сплющених цистерн і трубочок, до яких прикріплюються мембранні міхурці, що транспортують речовини від ендоплазматичної сітки.

Будова

Ця мембранна органела представлена трьома видами утворів: дископодібними мембранними мішечками (цистернами), розміщеними пучками щільно на відстані 14-25 нм з внутрішнім простором 5-20 нм (частіше по 5-6 мішечків у комплексі); системою трубочок діаметром 20-50 нм; і міхурців різних розмірів. Мішечки сполучаються між собою і мають трубочкове з'єднання з іншими такими ж апаратами. У рослинних клітинах виявляється ряд окремих стопок, який називають диктіосомою. Диктіосоми можуть бути відділені одна від одної прошарками цитоплазми або з'єднаними у комплекс. В тваринних клітинах часто міститься одна велика або кілька з'єднаних трубками стопок.

Функції

Сортує утворені в клітині молекули, упаковує їх у пухирці, оточені мембраною.

Транспорт речовин з ендоплазматичної сітки

Апарат Гольджі асиметричний — цистерни, розташовані ближче до ядра клітини (цис-Гольджі) містять найменш зрілі білки, до цих цистерн безперервно приєднуються мембранні пухирці — везикули, відокремлюються від шорсткого ЕПР (ЕПР), На мембранах якого і відбувається синтез білків рибосомами. Переміщення білків з ендоплазматичної мережі (ЕРС) в апарат Гольджі відбувається невибіркову, однак не повністю або неправильно згорнуті білки залишаються при цьому в ЕПС. Повернення білків з апарату Гольджі в ЕПС вимагає наявності специфічної сигнальної послідовності (лізин — аспарагін-глутамін-лейцин) і відбувається завдяки зв'язування цих білків з мембранними рецепторами в цис-Гольджі.

Модифікація білків в апараті Гольджі

У цистернах апарату Гольджі дозрівають білки призначені для секреції, трансмембранні білки плазматичної мембрани, білки лізосом і т. д. Що достигають білки послідовно переміщуються по цистерн органели, в яких відбувається їх модифікації — глікозилювання і фосфорилювання. При О-глікозилювання до білків приєднуються складні цукру через атом кисню. При фосфорилювання відбувається приєднання до білків залишку ортофосфорної кислоти. Різні цистерни апарату Гольджі містять різні резидентні каталітичні ферменти і, отже, з дозріваючим білками в них послідовно відбуваються різні процеси. Зрозуміло, що такий ступінчастий процес повинен якось контролюватися. Дійсно, що дозрівають білки «маркуються» спеціальними полісахаридних залишками (переважно маннознимі), очевидно, що грають роль своєрідного «знаку якості». Не до кінця зрозуміло, яким чином дозрівають білки переміщаються по цистерн апарату Гольджі, у той час як резидентні білки залишаються в більшій чи меншій мірі асоційовані з однією цистерною. Існують два взаємновиключні гіпотези, що пояснюють цей механізм:

• згідно з першою, транспорт білків здійснюється за допомогою таких самих механізмів везикулярного транспорту, як і шлях транспорту з ЕПР, причому резидентні білки не включаються до відбруньковувалися везикул;

• згідно з другого, відбувається безперервне пересування (дозрівання) самих цистерн, Їх збирання з бульбашок з одного кінця і розбирання з іншого кінця органели, а резидентні білки переміщаються ретроградно (в зворотному напрямку) за допомогою везикулярного транспорту.

Транспорт білків з апарату Гольджі. Зрештою від транс-Гольджі відокремлюються бульбашки, що містять повністю зрілі білки. Головна функція апарату Гольджі — сортування що проходять через нього білків. В апараті Гольджі відбувається формування «трехнаправленного білкового потоку»:

• дозрівання і транспорт білків плазматичної мембрани;

• дозрівання і транспорт секретів;

• дозрівання і транспорт ферментів лізосом.

За допомогою везикулярного транспорту пройшли через апарат Гольджі білки доставляються «за адресою» в залежності від отриманих ними в апараті Гольджі «міток». Механізми цього процесу також не до кінця зрозумілі. Відомо, що транспорт білків з апарату Гольджі вимагає участі специфічних мембранних рецепторів, які пізнають «вантаж» і забезпечують виборчу стикування бульбашки з тією чи іншою органел.

Утворення лізосом

Всі гідролітичні ферменти лізосом проходять через апарат Гольджі, де вони отримують «мітку» у вигляді специфічного цукру — маноза-6-фосфату (М6Ф) — у складі свого олігосахарид. Приєднання цієї мітки відбувається за участю двох ферментів. Фермент N-ацетілглюкозамінфосфотрансфераза специфічно пізнає лізосомальні гідролази по деталях їх третинної структури і приєднує N-ацетілглюкозамінфосфат до шостого атому декількох маннозних залишків олігосахарид гідролази. Другий фермент — фосфоглікозідаза — відщеплює N-ацетилглюкозамін, створюючи М6Ф-мітку. Потім ця позначка розпізнається білком-рецептором М6Ф, з його допомогою гідролази упаковуються в везикули і доставляються в лізосоми. Там, в кислому середовищі, фосфат відщеплюється від зрілої гідролази. При порушенні роботи N-ацетілглюкозамінфосфотрансферази через мутацій або при генетичних дефектах рецептора М6Ф всі ферменти лізосом «за замовчуванням» доставляються до зовнішньої мембрани і секретуються в позаклітинне середовище. З'ясувалося, що в нормі деяку кількість рецепторів М6Ф також потрапляють на зовнішню мембрану. Вони повертають випадково потрапили в зовнішнє середовище ферменти лізосом усередину клітини в процесі ендоцитозу.

Транспорт білків на зовнішню мембрану

Як правило, ще в ході синтезу білки зовнішньої мембрани вбудовуються своїми гідрофобними ділянками в мембрану ендоплазматичної мережі. Потім у складі мембрани везикул вони доставляються до апарату Гольджі, а звідти — до поверхні клітини. При злитті везикули з плазмалеммой такі білки залишаються в її складі, а не виділяються в зовнішнє середовище, як ті білки, що знаходилися в порожнині везикули.

Секреція

Практично всі секретуються клітиною речовини (як білкової, так і небілкової природи) проходять через апарат Гольджі і там упаковуються в секреторні бульбашки. Так, у рослин за участю діктіосом секретується матеріал клітинної стінки. У комплексі Гольджі відбувається остаточне формування клітинних секретів, що містять глікопротеїди і глікозаміноглікани. Таким чином, у комплексі Гольджі відбувається дозрівання секреторних гранул, які переходять у міхурці, і переміщення цих міхурців у напрямку плазмолеми. Остаточний етап секреції — це виштовхування сформованих (зрілих) міхурців за межі клітини. Виведення секреторних включень з клітини здійснюється шляхом вмонтовування мембран міхурця в плазмолему і виділення секреторних продуктів поза клітину. У процесі переміщення секреторних міхурців до апікального полюса клітини мембрани їх потовщуються з початкових 5-7 нм досягають товщини плазмолеми 7-10 нм. Необхідно відзначити, що існує взаємозалежність між активністю клітини і розмірами комплексу Гольджі. Так, секреторні клітини мають більші стовпчики комплексу Гольджі, тоді коли несекреторні містять малу кількість мішечків комплексу.

40.

Будова

Ендоплазматичний ретикулум складається з розгалуженої мережі трубочок і кишень, оточених мембраною. Площа мембран ендоплазматичного ретикулума складає більше половини загальної площі всіх мембран клітини.

Мембрана ЕПР морфологічно ідентична оболонці клітинного ядра і складає з нею одне ціле. Таким чином, порожнини ендоплазматичного ретикулума відкриваються в міжмембранну порожнину ядерної оболонки. Мембрани ЕПС забезпечують активний транспорт ряду елементів проти градієнту концентрації. Бульбашки та канальці, що створюють ендоплазматичний ретикулум, мають в поперечнику 0,05-0,1 мікрона (іноді до 0,3 мікрона), товщина двошарових мембран, що стінку канальців, становить близько 50 ангстрем. Ці структури містять ненасичені фосфоліпіди, а також деяка кількість холестерину і сфінголіпідів. У їхній склад також входять білки. Найтонші трубочки, діаметр яких коливається в межах 1000-3000 ангстрем, заповнені гомогенним вмістом та зполучають більші за розміром частини ендоплазматичного ретикулума.

Ендоплазматичний ретикулум не є стабільною структурою і схильний до частих змін. Виділяють два типи ЕПР:

Шорсткий (гранулярний) ендоплазматичний ретикулум,

Гладкий (агранулярний) ендоплазматичний ретикулум.

На поверхні шорсткого ендоплазматичного ретикулума знаходиться велика кількість рибосом, які відсутні на поверхні гладкого ЕПР.

Шорсткий та гладкий ендоплазматичний ретикулум виконують деякі різні функції в клітині.

Функції агранулярного ендоплазматичного ретикулума

Гладкий ендоплазматичний ретикулум бере участь у багатьох процесах метаболізму. Також гладкий ендоплазматичний ретикулум грає важливу роль у вуглеводному обміні, нейтралізації отрут і запасанні кальцію. Ферменти агранулярного ендоплазматичного ретикулума беруть участь в синтезі різних ліпідів і фосфоліпідів, жирних кислот і стероїдів. Зокрема, у зв'язку з цим клітинах надниркових залоз і печінки переважає гладкий ендоплазматичний ретикулум.

Синтез гормонів

До гормонів, які утворюються в гладкий ЕПС, належать, наприклад, статеві гормони хребетних тварин і стероїдні гормони надниркових залоз. Клітини яєчок і яєчників, відповідальні за синтез гормонів, містять велику кількість агранулярного ендоплазматичного ретикулума.

Накопичення і перетворення вуглеводів

Вуглеводи в організмі накопичуються в печінці у вигляді глікогену. За допомогою гліколізу глікоген в печінці трансформується в глюкозу, що є найважливішим процесом в підтримці рівня глюкози в крові. Один з ферментів агранулярного ЕПС відщеплює від першого продукту гліколізу, глюкоза-6-фосфату, фосфогрупу, дозволяючи таким чином глюкозі залишити клітку і підвищити рівень цукрів у крові.

Нейтралізація отрут

Гладкий ендоплазматичний ретикулум клітин печінки бере активну участь в нейтралізації всіляких отрут. Ферменти гладкого ЕПР приєднують до молекул токсичних речовин гідрофільні радикали, в результаті чого підвищується розчинність токсичних речовин у крові та сечі, і вони швидше виводяться з організму. У разі безперервного надходження отрут, медикаментів або алкоголю утворюється більша кількість агранулярного ЕПР, що підвищує дозу діючої речовини, необхідну для досягнення колишнього ефекту.