6. Биосинтез белков и его этапы.

Основное положение молекулярной биологии утверждает, что перенос генетической информации может происходить от ДНК через и-РНК к белку.

Процесс биосинтеза белка состоит из четырех этапов:

- транскрипция;

- активация аминокислот;

- трансляция;

- модификация.

Первый этап синтеза белка – транскрипция – считывание наследственной информации. Процесс регулируется специальными белками, например, гистонами. Они являются репрессорами, т.к. мешают считыванию информации. Начало считывания связано с освобождением ДНК от гистонов. При этом ген активируется – негистоновые белки распознают гены – начинается синтез.

Этапы транскрипции:

- инициация (ферменты геликаза – начинает расплетать ДНК; РНК-полимераза – начинает синтез возле специального старт-сигнала ДНК-промотора и заканчивает возле стоп-сигнала – сигнал терминации). Участок ДНК между промотором и терминатором – единица транскрипции, а полученная молекула РНК – первичный транскрипт или про-и-РНК.

Схема строения гена:

1 – промотор

2 – место инициации

3 – кодирующий участок гена

4 – терминатор

5 – регулирующий участок

- после инициации происходит элонгация – наращивание полипептидной цепи (РНК-полимераза, Mg2+, Mn2+). Скорость синтеза 30 нуклеотидов в секунду.

- терминация (возле стоп-сигнала).

Полученная про-и-РНК поступает на дальнейшую обработку. Процесс дозревания всех типов РНК называется процессинг и происходит в ядре перед выходом в цитоплазму.

Молекула про-и-РНК имеет ряд инертных участков – интронов (кодирующие участки – экзоны). На данном этапе как раз происходит вырезывание инертных участков (рестриктазы) и сшивание кодирующих (лигазы). Это очень точный процесс, т.к. при его нарушении сдвигается рамка считывания и происходит синтез другого пептида.

Зрелая и-рнк выходит в цитоплазму и начинается процесс трансляции.

В данном процессе можно выделить такие этапы:

- инициация – начинается с активации аминокислот, т.е. соединения с АТФ (аминоацил-тРНК-синтетаза; фермент специфичен для каждой аминокислоты), получается тРНК-аминокислотный комплекс. Он поступает к месту синтеза белка.

- активация рибосом и начало синтеза полипептидной цепи – и-РНК соединяется с малой субъединицей рибосомы с помощью специального триплета. Далее присоединяется первая т-РНК (старт-кодон иРНК всегда УАЦ и соответствует метионину). Полученный комплекс – комплекс инициации.

- присоединение большой субъединицы рибосомы. Как результат – активная рибосома со сформированными аминоацильным (А) и пептидным (П) участками.

- элонгация – удлинение цепи. К участку А присоединяется следующая т-РНК, т-РНК в участке П отсоединяет т-РНК и связывается пептидной связью со второй аминокислотой (пептидилтрансфераза). т-РНК дипептид перемещается в зону П – транслокация. В зону А поступает следующая т-РНК и т.д. Синтез происходит в большой субъединице рибосомы. Скорость данного процесса у эукариот составляет 2 а/к в секунду, у прокариот 15 а/к в секунду.

- терминация. В конце и-РНК находится один из стоп-кодонов. Он не распознается ни одной т-РНК. Происходит присоединение специального белка – фактора терминации. Блокируется удлинение цепи. К последней аминокислоте присоединяется вода и белок отсоединяется от и-РНК (ферменты – факторы освобождения). После этого рибосома сходит с и-РНК и распадается на субъединицы.

и-РНК таким образом прочитывается несколько раз и разрушается. Средний период ее жизни – 2 минуты. Большая концентрация белков в случае необходимости достигается за счет образования полисом и большого количества нитей и-РНК.

Полученный полипептид поступает в цитоплазму, ЭПС или аппарат Гольджи для созревания.