Теоретические сведения

Биосинтез белка — цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза, то есть в точном соответствии с планом, заложенным в ДНК.

В синтезе белка принимают участие:

• ДНК — хранит и передает информацию о структуре молекулы белка (последовательность аминокислот);

• и-РНК — кодирует наследственную информацию с участка молекулы ДНК — гена и переносит ее к месту сборки белковой молекулы;

• т-РНК — присоединяет аминокислоты и переносит в рибосому.

• р-РНК — входит в состав рибосомы (структурная основа рибосомы);

• рибосомы — органеллы, в которых происходит биосинтез белка. Объединяются в полирибосомы;

• ферменты — биокатализаторы, участвуют в синтезе ДНК, РНК, в образовании первичной структуры молекулы белка;

• АТФ — энергия ЛТФ расходуется при синтезе ДНК, при переносе РНК, аминокислот в процессе построения молекулы белка;

• аминокислоты — мономеры белка;

• аминокислоты — мономеры белка;

• ЭПС (эндоплазматическая сеть) — на гранулярной ЭПС, несущей рибосомы; осуществляется синтез молекулы белка. Внутри каналов ЭПС формируются вторичная, третичная и четвертичная структуры молекул белка.

Биосинтез белка идет в каждой живой клетке.

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном, их водной молекуле ДНК содержится несколько сотен. В молекуле ДНК записан код о последовательности аминокислот в белке в виде определенно сочетающихся нуклеотидов.

Сущность кода ДНК состоит в том, что каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов — триплет. Например, А-Ц-А — соответствует аминокислоте цистину, А-А-Ц — лейцину, Т-Т-Т — лизину и т. д.

Аминокислот 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Триплетов хватает с избытком для кодирования всех аминокислот.

Биосинтез белка идет в несколько этапов.

Первый этап биосинтеза белка

Синтез и-РНК (происходит в ядре). Информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называют транскрипцией (от лат. «траискриптис» — переписывание). При этом против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный ему нуклеотид и-РНК. Молекулы и-РНК индивидуальны, каждая из них несет информацию одного гена.

Второй этап биосинтеза белка

Соединение аминокислот с молекулами т-РНК (происходит в цитоплазме). Вначале аминокислоты в цитоплазме активируются с помощью ферментов и соединяются со специфическими для них транспортными РНК (т-РНК), то есть для каждой из 20 аминокислот существует своя т-РНК. Далее т-РНК переносит соединенную с ней аминокислоту на рибосому. Каждая т-РНК имеет последовательность из трех нуклеотидов — антикодон, с помощью которого определяет только свой триплет (кодон) на и-РНК.

Третий этап биосинтеза белка

«Сборка» белка (происходит в рибосомах). К рибосомам направляются из ядра и-РНК. При этом на одной молекуле и-РНК одновременно располагается несколько рибосом Из цитоплазмы т-РНК с «навешанными» на них аминокислотами подходит к рибосомам и своим кодовым концом дотрагивается до триплета и-РНК, проходящего в данный момент через функциональный центр рибосомы. В это время противоположный конец т-РНК с аминокислотой попадает в место «сборки» белка, и если кодовый триплет т-РНК окажется комплементарным триплету и-РНК, находящемуся в данный момент в функциональном центре рибосомы, аминокислота отделяется от т-РНК и попадает в состав белка, а рибосома делает «шаг» на один триплет по и-РНК вправо. Отдав аминокислоту, т-РНК покидает рибосому, ей на смену приходит другая, с иной аминокислотой, составляющей следующее звено в строящейся белковой молекуле.

Так звено за звеном собирается полипептидная цепь белка, а информация о структуре белка, записанная в и-РНК в виде последовательности нуклеотидов, воспроизводится на нолипептидной цепи белка в виде последовательности аминокислот. Этот процесс называется трансляцией (от лат. «трансляция» — перенос).

В генетическом коде существуют три триплета, выполняющих функцию знаков препинания, обозначая прекращение синтеза одной белковой цепи. Каждая аминокислота шифруется более чем одним триплетом (кодоном) от 2 до 6.

Четвертый этап биосинтеза белка

На этом этапе образуются вторичная и третичная структуры белка, рибосома сходит с и-РНК, а образовавшийся белок поступает в эндоплазматическую сеть и по ее каналам — в другие части клетки, а рибосома поступает на другую и-РНК и участвует в синтезе другого белка.

Все реакции белкового синтеза катализируются специальными ферментами с использованием энергии АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Скорость синтеза белка обусловлена многими факторами: температурой среды, концентрацией водородных ионов, количеством конечного продукта синтеза, присутствием свободных аминокислот, ионов магния, состоянием рибосом и др.