Биосинтез белка

Синтез белка тесно связан с понятием генетического кода.

Генетический код - свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

Свойства генетического кода

1. Триплетность - единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон), всего 64 кодона, т.е. каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами в мРНК.

2. Непрерывность - между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

3. Неперекрываемость - один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов.

4. Однозначность (специфичность) - определённый кодон соответствует только одной аминокислоте (АУУ - изолейцин, УУУ - фенилаланин).

5. Вырожденность (избыточность) - одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов (изолейцин - АУУ, АУЦ, АУА).

6. Универсальность - генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности - от вирусов до человека.

Подготовительная стадия синтеза белка

Необходимо 20 аминокислот, 20 аминоацил-тРНК-синтетаз, более 20 тРНК, АТФ, ионы магния (II).

Аминокислота взаимодействует с АТФ с образованием аминоациладенилата, затем аминокислота с аминоациладенилата переносится на акцептирующий стебель тРНК:

R–CH(NH₂)–COOH + АТФ  R–CH(NH₂)–COO–АМФ + PP_i

аминоациладенилат

R–CH(NH₂)–COO–АМФ + тРНК  R–CH(NH₂)–COO–тРНК + АМФ

Фермент – аминоацил-тРНК-синтетаза. Необходимо присутствие ионов Mg²⁺. Аминоацил-тРНК-синтетазы обладают абсолютной специфичностью: для каждой аминокислоты существует свой фермент.

Транспортная РНК (тРНК) обеспечивает связь между кодонами мРНК и аминокислотами будущей полипептидной цепи. Для каждой из 20 аминокислот существует не менее одной тРНК. Все виды тРНК содержат около 80 нуклеотидов и на двухмерном изображении имеют форму клеверного листа, а в пространстве - L-образную форму.

Непосредственный процесс синтеза белка называется трансляцией.

Трансляция - процесс реализации заключенной в мРНК генетической информации в аминокислотную последовательность полипептида.

Трансляция протекает в рибосомах.

Рибосомы состоят из двух субъединиц и являются нуклеопротеинами, состоящими из белка (65% - у прокариот и 50% - у эукариот) и рибосомальной РНК (рРНК). Рибосомы характеризуются по скорости седиментации в центрифужном поле в единицах Сведберга S: прокариоты - 70S, эукариоты - 80S. Соответственно, субъединицы эукариот - 60S и 40S, прокариот - 50S и 30S.

Выделяют 3 стадии трансляции.

1. Инициация трансляции.

Необходимы: рибосомные субчастицы, мРНК, инициаторная аминоацил-тРНК (метионил-тРНК, формилметионил-тРНК), инициирующий кодон в мРНК (АУГ), белковые факторы инициации, кэп-узнающий фактор, ГТФ, Mg²⁺.

Образуется инициаторный комплекс путем присоединения белковых факторов, формилметионил-тРНК и ГТФ к 30S субчастице, к которой комплементарно антикодону формилметионил-тРНК присоединяется мРНК при участии кодона АУГ. После этого высвобождается белковый фактор и оставшийся комплекс присоединяет 50S субчастицу, образуя активную (транслирующую) 70S рибосому. У данной рибосомы свободен аминоацильный центр, способный реагировать с аминоацил-тРНК, соответствующей кодону мРНК. Группа рибосом вместе с мРНК образуют полирибосому или полисому, что увеличивает скорость синтеза белка.