Биосинтез белка является центральным вопросом биохимии. Раскрытие его имеет важное теоретическое и практическое значение. Учение о биосинтезе белка тесно связано с такими важнейшими проблемами, как наследственность, изменчивость, приспособляемость, естественный отбор, выведение новых форм растительных и животных организмов, разработка методов управления процессами жизнедеятельности организма.

 

Расшифровка процессов биосинтеза белка и его регуляции имеет первостепенное значение и для здравоохранения, в том числе - для фармации, позволяет разобраться в природе наследственных заболеваний, ставит вопрос их профилактики и лечения, способствует направленному синтезу фар-мпрепаратив, в том числе антиметаболитов , которые используются для подавления процессов биосинтеза белка у онкологических больных: антимутагенов, обеспечивающих охрану ДНК от мутационных изменений, радиопро-тектор, защищающие нуклеиновые кислоты от радиационных и других повреждений; позволяет вскрывать механизмы действия некоторых лекарственных средств, например, антибиотиков, которые подавляют на том или ином этапе биосинтез белков у микроорганизмов и вирусов, раскрывая необходимость осторожного и разумного их использования.

 

Достижения последних лет в области молекулярной биологии стали основой для развития генной инженерии, которая позволяет получать ряд ценных продуктов (белки, аминокислоты и др.)., В том числе и лекарственных средств (инсулин, интерферон, гормон роста, брадикинин и др..). Используя современные достижения в области передачи наследственной информации, биосинтеза белка и его регуляции, исследователи научились пересаживать гены с их регуляторными участками с ДНК клеток одного вида организма (например, гены человеческого инсулина, интерферона) в ДНК клеток другого вида организмов, преимущественно простых, быстро делятся (например, кишечной палочки), где в норме этих генов нет, и заставили их вырабатывать человеческий инсулин и интерферон. Благодаря генной инженерии можно получать биологически активные вещества, которые очень необходимы для медицины, сельского хозяйства, животноводства и других отраслей народного хозяйства.

 

Развитие генной инженерии поднимает науку на новый качественный уровень.

 

Краткая история изучения вопросов синтеза белка

 

Впервые на научных основах этот вопрос стал рассматриваться во второй половине XIX века.

 

В то время большинство ученых считали, что биосинтез белка в организме идет по реакции, обратной протеолиза (гидролиза) благодаря обратимости действия ферментов протеиназ, но для этого им необходимо создавать несколько иные условия действия. Итак, белки могут синтезироваться в присутствии протеолитических ферментов путем соединения свободных аминокислот или небольших пептидов по реакции:

 

Однако получить исходный белок с определенной биологической активностью не удавалось.

 

Эти неудачи можно объяснить так: специфичность белка зависит от первичной структуры его полипептидной цепи - количества, состава и порядка расположения остатков аминокислот в полипептиде (белка). Но в этих опытах расположить аминокислоты (как продукты гидролиза белка) в установленном порядке невозможно, поскольку синтез шел хаотично.

 

В начале XX в. немецкие ученые Е.Фишер и Е.Абдергальден пытались решить эти вопросы химическим путем. Е.Фишеру удалось синтезировать полипептидная цепь из 18 аминокислот, а Э. Абдер-гальдену - с 19, но большего они не смогли достичь, поскольку до сих пор мало что было известно о строении белковой молекулы, и уровень экспериментальной техники был низким. В то время в науке о белках продолжало господствовать представление, что обязательной частью протоплазмы есть особое вещество белковой природы - «протеин», которая и обеспечивает во всех живых организмах жизненные функции (Г. Мульдер, А.Кессель и др..). Такое утверждение задержало развитие науки на несколько десятков лет.

 

В 30-40-х годах ХХ века появилась теория о пути биосинтеза белка, согласно которой из аминокислот в организме сначала строятся небольшие пептиды, а затем они объединяются и образуют длинные полипептидные цепи. В дальнейшем это было опровергнуто с помощью метода меченых атомов, который показал, что исходными продуктами для биосинтеза белка являются аминокислоты.

 

Большие успехи в этой области были достигнуты начиная с 50-х годов, когда была окончательно раскрыта структура белков.

 

В шестидесятые годы был осуществлен первый синтез специфического белка - гормона инсулина. Синтез длился долго: было проведено 223 химические операции, работа проводилась 10 сотрудников в течение 3 лет (Ф.Сенгер и др..). Выход был мизерным, и синтезированный гормон изначально был биологически неактивным. Это объяснялось тем, что аминокислоты - это активные соединения и, чтобы они вбудувалися в определенное место полипептидной цепи, их активные группы необходимо было защитить, а затем защита устранить, что требовало много времени и лишних операций. В организме такие белки синтезируются в течение 1-3 минут, поскольку биосинтез является матричным. Затем синтез инсулина было осуществлено во многих странах, но с меньшими затратами времени.

 

В 1962 году Р. Меррифильдом было предложено конструктивной ниши метод получения пептидов, так называемый твердофазный синтез (матричный). Его сущность заключалась в том, что полипептидная цепь наращивался на твердом носителе - полимерной смоле. Ему удалось за небольшой срок синтезировать фермент рибонуклеаза, которая состоит из 124 аминокислот. В настоящее время твердофазный синтез пептидов проводят в специальных синтезаторах, все этапы которого осуществляются автоматически с запрограммированной подачей соответствующих аминокислот.

 

В живых организмах за несколько минут синтезируются очень сложные полипептидные цепи. Нужно было установить, какие факторы обеспечивают большую скорость и точность синтеза белка в организме. Начиная где-то с 50-х годов XX столетия, многочисленные и разносторонние исследования большой группы ученых многих стран (Замечник П., Ро-бертс Р., Хогленд М., Касперсон Т., Чаргафф Е., Уотсон Дж., Крик Ф., Бреннер С., Жакоб Ф., Моно Ж., Ниренберг М., Очоа С., Маттеи М., Корана Г., Корнберг А., Дубинин Н.П., Белозерский А.М., СПИ-рин А.С. ., Киселев Н., Колосов М., Баев А.А., Георгиев Г.П. и многие другие) показали, что местом биосинтеза белка являются рибосомы; были открыты тРНК, установлена роль ДНК, различных видов РНК и ферментов в процессе белкового синтеза. Это способствовало раскрытию основных этапов биосинтеза белков и их последовательности.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+