20. Биосинтез белка, локализация этого процесса. Связь синтеза белка с дыханием.

Биосинтез белка.

Рост и размножение клеток связаны в первую очередь с увеличением их белковой массы. Всегда активному росту и размножению клеток предшествует накопление в них нуклеиновых кислот, при участии которых происходит образование белков. Основным местом синтеза белка в клетке являются рибосомы, состоящие из структурного белка и нуклеиновых кислот. Рибосомы — это рибонуклеопротеидные частицы.

Процесс синтеза белка на рибосоме очень сложен и может быть расчленен на несколько стадий. Первым этапом в образовании белка следует считать активирование аминокислот и возникновение их комплекса с транспортной рибонуклеиновой кислотой (т-РНК). Вне организма аминокислоты малоактивны, химически взаимодействуют с трудом. В клетках же благодаря энергии АТФ они приобретают высокую химическую активность и легко вступают в соединение с т-РНК. Активирование аминокислот и образование комплекса аминокислота — т-РНК

Комплекс аминокислота ~РНК образуется в цитоплазме. В таком виде активный остаток аминокислоты доставляется т-РНК па рибосому.

Каждой аминокислоте соответствует «своя» т-РНК. Специфичность каждого вида белка обусловлена структурой его молекулы, и в первую очередь строго определенной последовательностью соединения аминокислотных остатков в пептидную цепь.

Определенное чередование аминокислотных остатков при синтезе белковой молекулы обеспечивается ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислотой) ядра клетки. В структуре ее закодирована (зашифрована) последовательность аминокислот в молекуле белка. Кодирование их осуществляется тройками нуклеотидов ДНК (трех-клетный код). Расположение каждого аминокислотного остатка в молекуле белка обусловливается тремя нуклеотидами ДНК.

Сведения о строении молекулы белка закодированы в ДНК (ядро), а синтез молекулы происходит на рибосоме (цитоплазма). Каким же образом «сведения» о строении белковой молекулы передаются на рибосому?

Информация о строении белковой молекулы от ДНК пересылается на рибосому через специфическую РНК, получившую название информационной РНК (-РНК).

При синтезе белка функционируют только те участки ДНК, которые несут шифр о строении синтезируемой молекулы. На этих участках (цистронах) образуются молекулы -РНК. Их строение таково, что определенным тройкам нуклеотидов ДНК, являющимся кодом (шифром) какой-либо аминокислоты в молекуле белка, соответствуют и три нуклеотида в молекуле u-РНК. С ДНК как бы снимается шифр на молекулу -РНК, как бы списываются сведения о месте расположения аминокислоты. Такой шифр в молекуле -РНК, тройки мононуклеотидов, соответствующие тройкам ДНК, называют ко доном. Кодоны «-РНК по строению соответствуют коду ДНК. Информационная РНК из ядра перемещается на рибосому и приносит сведения о структуре синтезируемой молекулы белка.

На рибосоме встречаются -РНК и т-РНК, несущая активный остаток аминокислоты. Транспортная РНК находит «свой» кодон на -РНК. После этого происходит соединение активных остатков аминокислот, возникают пептидные связи, образуется полипептидная цепь, а т-РНК освобождается.

1. Транскрипция - процесс синтеза на одной из цепей молекулы ДНК молекулы и-РНК по принципу комплементарности. Процесс происходит не на всей молекуле ДНК одновременно, а на небольшом ее участке, соответствующем одному гену.

2. Трансляция - перевод информации с молекулы и-РНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи, происходит в цитоплазме.

Молекула и-РНК доставляется с помощью особого белка-фермента из ядра к рибосомам. Рибосома перемещается по молекуле и-РНК прерывисто, триплет за триплетом. По мере перемещения рибосомы к полипептидной цепочке одна за другой присоединяются аминокислоты. Точное соответствие аминокислоты триплету обеспечивает т-РНК (транспортная РНК). Для каждой аминокислоты существует своя т-РНК, один из триплетов которой (антикодон) комплементарен определенному триплету и-РНК. Конфигурация т-РНК напоминает лист клевера. К «черешку» листа присоединяется определенная аминокислота, а на «верхушке листа» расположен кодовый триплет нуклеотидов, соответствующий данной аминокислоте. На одной нити -РНК может одновременно располагаться несколько рибосом, образуя полисому.

Этапы синтеза белков с их локализацией в клетке

А.) Этап 1: активация аминокислот

На этом этапе, который протекает не в рибосоме, а в цитозоле, каждая из 20 аминокислот ковалентно присоединяется к определенной тРНК, используя для этого энергию АТР. Эти реакции катализируются группой требующих присутствия ионов активирующих ферментов, каждый из которых является специфическим по отношению к одной из аминокислот и к соответствующей этой аминокислоте тРНК.

Б.) Этап 2: инициация полипептидной цепи

На этом этапе мРНК, содержащая информацию о данном полипептиде, связывается с малой субчастицей рибосомы, а затем и с инициирующей аминокислотой, прикрепленной к соответствующей тРНК; в результате образуется инициирующий комплекс. тРНК, несущая инициирующую аминокислоту, взаимодействует по принципу комплементарности с находящимся в составе мРНК особым триплетом, или кодоном, который сигнализирует о начале полипептидной цепи.

Осуществлению этого процесса, который требует участия гуанозинтрифосфата (GTP), способствуют три специфических белка, присутствующие в цитозоле и называемые факторами инициации.

Тесная связь дыхания с биосинтетическими функциями клет­ки не ограничивается использованием реализуемой в ходе окис­лительных процессов химической энергии дыхательного субстрата. Промежуточные продукты дыхания могут использоваться в процессах новообразования компонентов протоплазмы. Например, аминирование α-кетоглутаровой кислоты приводит к образованию глутаминовой кислоты.