11. Биосинтез белка

Биосинтез белка является сложным процессом, происходящим во всех клетках, органах и тканях организма. Наибольшее количество белка синтезируется в печени. Белоксинтезирующая система включает около 300 соединений, в том числе:

• набор всех 20 аминокислот, из которых синтезируется белок;

• минимум 20 различных т-РНК;

• минимум 20 различных ферментов – аминоцил-тРНК-синтетаз, обладающих специфичностью к определенной аминокислоте;

• рибосомы, АТФ и АТФ-генерирующую систему ферментов; ГТФ, ионы Mg²⁺, и-РНК, несущую информацию о синтезируемом белке;

• белковые факторы, принимающие участие на различных этапах синтеза белка.

Рибосомы – рибонуклеопротеиды, состоящие на 50-65 % из рибосомальной РНК и белка – 35-50 %. Известно, что рибосомы животных клеток (эукариотов) в 2 раза крупнее (80 S) рибосом бактерий (70 S) (прокариот). Рибосомы состоят из двух частиц, 60 S и 40 S (рибосомы животных клеток – 80 S) и 50 S и 30 S (рибосомы бактерий – 70 S). Количество рибосом в одной клетке составляет приблизительно 100000. В присутствии ионов Mg²⁺ рибосомы распадаются на две части (60 и 40 S). Рибосома животных клеток содержит 3 вида РНК – 28, 18 и 5S и свыше 70 различных белков.

Общую схему строения рибосом животных клеток можно представить в следующем виде:

РНК рибосом синтезируется на матрице ДНК в ядре. Рибосомные белки имеют цитоплазматическое происхождение, затем они транспортируются в ядрышки, где происходит формирование рибосомных субчастиц. После этого субчастицы переходят в цитоплазму и несколько рибосом (до 50-80 рибосом) вместе с информационной РНК образуют полисомы или полирибосомы - место синтеза белка:

Аминоацил-тРНК-синтетазы – это ферменты с молекулярной массой (≈) 100000 Да, обеспечивающие активирование аминокислот и связывание их с т-РНК. Эти ферменты абсолютно специфичны, то есть узнают только одну какую-либо аминокислоту (а) и т-РНК. Считают, что этот фермент имеет три активных центра связывания: для аминокислоты, т-РНК и АТФ. Количество этих ферментов должно быть не менее 20 – для каждой аминокислоты отдельно.

Транспортные РНК. На долю т-РНК приходится 10-15 % из общего количества РНК, для каждой аминокислоты имеется своя т-РНК, а для некоторых аминокислот по несколько т-РНК, например для серина – 5, лизина и глицина по 4 разных т-РНК. Молекулярная масса большинства т-РНК колеблется в пределах 24000-29000 Да, они содержат от 75 до 85 нуклеотидов. т-РНК имеют сходную структуру, с тремя участками связывания: на 3'-гидроксильном конце у всех т-РНК имеется триплет ЦЦА- ОН, к которому через 3'-OH присоединяется специфическая аминокислота. Следующий связывающий участок – антикодон из трех нуклеотидов. Антикодон комплементарен кодону и-РНК. Например,

5'- концевой нуклеотид во всех т-РНК это ГМФ со свободной 5'-фосфатной группой (рис. 11.1.).

основание

Рис.11.1. Обобщенная схема вторичной структуры т-РНК, представленной в форме клеверного листа. Черные кружки соответствуют основаниям в спаренных областях, связанным водородными связями; светлые кружки соответствуют неспаренным основаниям. R - пуриновый нуклеозид; Y - пиримидиновый нуклеозид.

Функция т-РНК – специфическое связывание каждой т-РНК со своей аминокислотой.

и-РНК (информационная РНК) – переносит информацию для синтеза белка от ДНК к рибосоме, служит матрицей, на которой происходит синтез белка. и-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности, является копией участка ДНК (гена, цистрона). Размер молекулы зависит от размера белка. Молекула и-РНК образуется в виде предшественника, затем происходит созревание, то есть удаление участков интронов, не входящих в состав зрелой молекулы:

Участки экзонов сшиваются в процессе созревания и-РНК. Полиадениловый хвост на 3'-конце обеспечивает стабильность иРНК. и-РНК комплементарна определенному участку молекулы ДНК, например:

Генетический код. Генетическая информация закодирована в ДНК в виде последовательности нуклеотидов и эта последовательность переводится в нуклеотидную потельность и-РНК. Код является триплетным, то есть информация для каждой аминокислоты состоит из трех нуклеотидов. Например, для включения в белковую молекулу фенилаланина код содержит УУУ- триплет из молекул уридиловой кислоты (таблица 11.1.). Генетический код является вырожденным, то есть для кодирования одной аминокислоты имеется несколько кодонов. Код является непрерывным, то есть отсутствуют знаки, сигналы, обозначающие начало и конец кода. Например: АЦЦЦТГААЦ и т.д. Код является универсальным – для всех живых систем от E.Coli до человека. Из мыслимых 64 кодонов 61 имеет смысл, то есть кодируют определенную аминокислоту, а кодоны УАГ, УАА, УГА кодируют терминацию.

Таблица 11.1.