31. Стартовый и терминирующий кодоны. Этапы биосинтеза белка.

Ответ. Кодон (кодирующий тринуклеотид) — единица генетического кода, тройка нуклеотидных остатков (триплет) в ДНК или РНК, обычно кодирующих включение одной аминокислоты. Последовательность кодонов в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном. Поскольку существует 4 различных азотистых основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин), а аминокислоты кодируются кодоном, состоящим из комбинаций трёх нуклеотидов, то общее число кодонов равно числу размещений с повторениями =64 комбинации, из которых 61 комбинация кодирует определённые аминокислоты, а 3 оставшихся кодона (UGA, UAG и UAA) сигнализируют об остановке трансляции полипептидной цепи и называются стоп-кодонами. Стартовым кодоном у эукариотических организмов является триплет AUG в мРНК, кодирующий метионин, с которого начинается образование полипептидной цепи в процессе трансляции. У некоторых прокариот стартовыми кодонами также являются GUG, AUU, CUG, UUG. Так как в процессе биосинтеза белка в полипептидную цепь участвует всего 20 аминокислот, то различные кодоны могут кодировать одинаковые аминокислоты, такие кодоны принято называть изоакцепторными кодонами. Биосинтез белка — это многостадийный процесс синтеза и созревания белков, протекающий в живых организмах. В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: синтез полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК (трансляция), и посттрансляционные модификации полипептидной цепи. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии. Последовательность процессов синтеза полипептидной цепи белковой молекулы: активация аминокислоты специфичным ферментом в присутствии АТФ с образованием аминоациладенилата → присоединение активированной аминокислоты к специфичной тРНК с высвобождением аденозинмонофосфата (АМФ) → связывание аминоацил-тРНК (тРНК, нагруженной аминокислотой) с рибосомами, включение аминокислоты в белок с высвобождением тРНК. Наиболее энергозатратным процессом при синтезе белка обычно считается трансляция.

32. Химический состав и ультраструктура малой и большой субъединиц эукариотических рибосом. Белоксинтезирующая система.

Ответ. Гранулярная структура данной ЭПС обусловлена наличием на её поверхности рибосом. Такие рибосомы называются мембраносвязанными; они осуществляют синтез белков, попадающих во внутреннее пространство ЭПС. Бывают также мембранонесвязанные, или свободные, рибосомы. Они синтезируют белки, которые либо остаются в гиалоплазме, либо переходят в состав тех или иных клеточных структур (ядра, митохондрий, цитоплазмы). Содержание таких рибосом особенно возрастает в быстро растущих клетках. Рибосома состоит из двух субъединиц - малой и большой. Каждая из них - это свёрнутый рибонуклеопротеидный тяж, содержащий несколько функциональных центров и небольшого количества низкомолекулярных компонентов. Соотношение РНК/белок в рибосомах составляет 1:1 у высших животных. Рибосомная РНК составляет около 70 % всей РНК клетки. Рибосомы эукариот включают четыре молекулы рРНК. Почти вся рРНК находится в виде магниевой соли, что необходимо для поддержания структуры; при удалении ионов магния рибосома подвергается диссоциации на субъединицы. Структурно и функционально рибосома — это, прежде всего, её РНК. Рибосомная РНК (рРНК) в составе рибосомы очень компактна, имеет сложную третичную структуру и плотно инкрустирована молекулами различных рибосомных белков. Очищенные от белков высокомолекулярные рибосомные РНК в специально подобранных условиях самопроизвольно сворачиваются в компактные частицы. Рибосомная РНК малой субъединицы рибосомы обозначается как 16S-подобная рРНК. В большинстве случаев рРНК малой субъединицы представляет собой одну ковалентно непрерывную полирибонуклеотидную цепь. Для 16S-подобных рРНК эукариотических цитоплазматических рибосом. Митохондриальные рибосомы млекопитающих содержат относительно короткие 16S-подобные рРНК (10—12S), которые состоят из ~950 нуклеотидных остатков. Высокомолекулярная РНК, составляющая структурную основу большой субъединицы рибосомы, обозначается как 23S-подобная рРНК. 23S-подобная рРНК цитоплазматических рибосом эукариот состоит из двух прочно ассоциированных полирибонуклеотидных цепей — 28S и 5,8S рРНК. Кроме вышеуказанной 23S(-подобной) рРНК, большая субъединица обычно содержит также относительно низкомолекулярную РНК — так называемую 5S рРНК, она менее прочно ассоциирована с 23S(-подобной) рРНК, транскрибируется с отдельного гена и, таким образом, не может быть рассмотрена как отщеплённый фрагмент высокополимерной рРНК. 5S рРНК входит в состав большой субъединицы цитоплазматических рибосом всех прокариот и эукариот, не является непременной составляющей любой функциональной рибосомы, так как 5S рРНК отсутствуют в митохондриальных рибосомах млекопитающих (так называемых «минирибосомах»). Число нуклеотидных звеньев для образцов 23S-подобных рРНК из различных источников могут существенно различаться. Молекула 5,8S рРНК комплекса, характерного для цитоплазматических эукариотических рибосом, имеет длину около 160 нуклеотидных остатков. Длина 5S рРНК довольно консервативна и составляет 115—125 нуклеотидных остатков. Помимо рРНК, рибосома содержит также около 80 различных белков. Рибосома на 30—50 % состоит из белка. Кроме биополимеров (РНК и белков) в состав рибосом входят также некоторые низкомолекулярные компоненты. Это молекулы воды, ионы металлов (главным образом Mg2+ — до 2 % сухой массы рибосомы), ди- и полиамины — могут составлять до 2,5 % сухой массы рибосомы. Трансляция (биосинтез белков с использованием мРНК в качестве матрицы) осуществляется в клетках при помощи сложной белок-синтезирующей системы. Отдельные компоненты этой системы ассоциируют в единую структуру по мере ее функционирования и разобщаются по окончанию синтеза. В состав белок-синтезирующей системы входят следующие структуры: рибосомы; мРНК; тРНК; белковые факторы и ферменты инициации, элонгации и терминации трансляции; набор аминокислот; набор аминоацил-тРНК-синтетаз, образующих аминоацил-тРНК; макроэрги АТФ и ГТФ; ионы Mg 2+, Ca2+, K+, NH4+. Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиновые образования -- своеобразные "фабрики", на которых идёт сборка аминокислот в белки. Матричная РНК содержит информацию о структуре синтезируемого белка и используется в качестве матрицы. Транспортная РНК - к акцепторному концу этих молекул может быть присоединена определенная аминокислота, а с помощью антикодона они узнают специфический кодон на мРНК. В каждой стадии белкового синтеза на рибосоме: инициации, элонгации и терминации участвует разный набор внерибосомных белковый факторов: инициации; элонгации; терминации; другие. Эти белки связываются с рибосомой или её субъединицами на определённых стадиях процесса и стабилизируют или облегчают функционирование белоксинтезирующей машины. Все 20 аминокислот, входящих в структуру белков организма человека, должны присутствовать в достаточном количестве. Это требование прежде всего относится к незаменимым (т. е. не синтезирующимся в организме) аминокислотам, так как недостаточное снабжение клетки хотя бы одной незаменимой аминокислотой приводит к снижению, а иногда и полной остановке синтеза белка на кодоне, требующем включения этой аминокислоты в белок. Процесс узнавания и присоединения происходит в два этапа и катализируется ферментом - уникальным для каждой из 20 аминокислот, принадлежащим к классу аминоацил-тРНК-синтетаз. Этот фермент образует активированный промежуточный аминоацил-АМР-ферментативный коплекс, который специфически узнает соответствующую молекулу тРНК и переносит аминокислотный остаток на 3-OH группу концевого аденозина. АТФ и ГТФ как источники энергии.