7. Матричный биосинтез белков. Репликация.
Биосинтез белка является конечным звеном в цепи направленного переноса биологической информации ДНК - РНК - белок, основанного на матричных синтезах. Изучение этой темы позволяет понять причины возникновения таких молекулярных болезней, как протеинопатии, а также некоторые фармакотерапевтические подходы к лечению отдельных инфекционных и опухолевых заболеваний. Первый матричный синтез называется репликацией ДНК (от лат. replicare - отражать). Эта стадия необходима для передачи генетической информации от родительского организма к дочернему. В качестве матрицы в этом процессе используется уже существующая молекула ДНК. В ходе репликации двойная спираль ДНК раскручивается и каждая ставшая самостоятельной одноцепочечная ДНК достраивается по принципу комплементарности оснований до исходной молекулы. Синтез ДНК из монофосфатов дезоксирибонуклеозидов - эндергонический процесс. Субстратами биосинтеза ДНК являются. не монофосфаты, а трифосфаты соответствующих нуклеозидов (дезоксиаденозинтрифосфат - дАТФ и аналогичные ему дГТФ, дТТФ, дЦТФ). Гидролиз каждого из этих соединений, содержащих макроэргические связи, - экзергонический процесс. Таким образом, биосинтез ДНК является еще одним примером энергетического сопряжения в организме. Синтез новой цепи ДНК осуществляется только с 5'-конца. Биосинтез ДНК - процесс, для которого необходим большой набор разнообразных ферментов. Включение в растущую цепь ДНК нуклеотидов обеспечивает ДНК-полимераза-α. В ядрах клеток млекопитающих скорость процесса составляет примерно 100 нуклеотидов в секунду. ДНК-полимераза-β обеспечивает процесс репарации ДНК. ДНК-полимераза-γ является митохондриальным ферментом. Соединение двух цепей ДНК проходит в присутствии ДНК-лигазы, раскручивание двойной спирали протекает в присутствии хеликазы. Важным ферментом является топоизомераза, которая разрывает одну из цепей ДНК и тут же ее «зашивает», изменяя характер скручивания спирали. В ретровирусах найдены обратные транскриптазы - ферменты, обеспечивающие синтез ДНК на матрице РНК.
8. Матричный биосинтез белков. Трансляция.
Многоступенчатый матричный синтез белка, или собственно трансляцию, протекающую в рибосоме, также условно делят на 3 стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.
Инициация трансляции. Стадия инициации, являющаяся «точкой отсчета» начала синтеза белка, требует соблюдения ряда условий, в частности наличия в системе, помимо 70S (или 80S) рибосом, инициаторной амино-ацил-тРНК (аа-тРНК), инициирующих кодонов в составе мРНК и белковых факторов инициации. Экспериментально доказано, что синтез белка инициирует единственная аминокислота – метионин. В кодовом «словаре» имеется только один кодон для метионина (АУГ), однако во всех живых организмахоткрыты две тРНК для метионина: одна используется при инициации синтеза белка, другая – для включенияметионина во внутреннюю структуру синтезируемого полипептида в стадии элонгации (см. далее). Соответственно эти тРНК принято обозначать тРНКфМет и тРНКМет. Укажем также, что эукариотическаяклетка не нуждается в формилировании метионина.
У прокариот синтез N-формилметионил-тРНК протекает в две стадии:
Данную стадию катализирует метионил-тРНК-синтетаза. Реакция нуждается в доставке энергии гидролизаАТФ.