5.1.2. Обмін речовин та енергії у живій природі. Етапи біосинтезу білка

Існування живих організмів можливе лише завдяки надходженню в них поживних речовин із навколишнього середовища, їхнього перетворення та виведення з організму продуктів життєдіяльності. Сукупність цих процесів називається обміном речовин (метаболізмом). Метаболізм складається з двох процесів – асиміляції та дисиміляції. Асиміляцією називаються процеси, пов’язані з поглинанням із довкілля, засвоєнням і накопиченням хімічних речовин, які використовуються для синтезу сполук, необхідних організму. Сукупність реакцій біохімічного синтезу називають пластичним обміном. Основні процеси пластичного обміну – це біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез та хемосинтез. Процес обміну речовин,

я кі приводять до розкладу певних сполук, називають дисиміляцією. Сукупність реакцій розщеплення складних сполук, які супроводжуються вивільненням енергії, називають енергетичним обміном. Процеси асиміляції не завжди врівноважені із процесами дисиміляції. Так, в організмах, які розвиваються, переважають процеси асиміляції, завдяки чому забезпечується накопичення необхідних сполук та ріст організмів. Під час інтенсивної фізичної роботи, за нестачі поживних речовин або при старінні переважають процеси дисиміляції.

Перший етап біосинтезу білків - транскрипція (від лат. транскриптіо – переписування) – пов’язаний із синтезом молекули і-РНК. При цьому особливий фермент роз’єднує подвійну спіраль ДНК і на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується молекула і-РНК. Потім молекула і-РНК з ядра надходить у цитоплазму клітини до рибосом.

На наступному етапі процесу біосинтезу білків, який названо трансляція (від лат. транслятіо — передача), послідовність нуклеотидів у молекулі і-РНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.

Спочатку кожна з 20 амінокислот у цитоплазмі приєднується до певної молекули т-РНК. Своєю чергою, і-РНК зв’язується з рибосомою, а згодом – з амінокислотним залишком, приєднаним до певної молекули т-РНК. Так виникає ініціативний комплекс, який складається з триплету і-РНК, рибосоми і певної молекули т-РНК. Цей комплекс сигналізує про початок синтезу молекули білка. Поліпептидний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно зв’язуються між собою за допомогою пептидних зв’язків. На верхівці кожної молекули т-РНК розташований триплет нуклеотидів (так званий антикодон). Він має утворювати комплементарну пару з відповідним триплетом і-РНК (кодоном). Під час синтезу білкової молекули рибосома насувається на ниткоподібну молекулу і-РНК таким чином, що і-РНК опиняється між двома її субодиницями. Рибосома наче “ковзає” зліва направо по молекулі і-РНК і збирає молекулу білка. Кожен крок рибосоми дорівнює одному триплету. Коли рибосома дещо просунеться вперед по молекулі і-РНК, на її місце надходить друга, а згодом – третя, четверта тощо, і біосинтез нових білкових молекул триває далі. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розташовані на молекулі і-РНК, зумовлена довжиною останньої. Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає і-РНК. Згодом вона розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу молекулу і-РНК. Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини.