Пластический обмен. Биосинтез белков

Биосинтез белка

Совокупность реакций биохимического синтеза, в результате которых из веществ, попавших в клетки, синтезируются необходимые для нее соединения, называют пластическим обменом. К основным процессам пластического обмена принадлежащих биосинтез белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, а также фотосинтез и хемосинтез.

Биосинтез белков. Как вам уже известно, незаменимые аминокислоты у высших животных и человека поступают в кровь из тонкого кишечника после переваривания белков пищевых продуктов. Для синтеза заменимых аминокислот животные и грибы используют азотсодержащие соединения. Растения могут сами синтезировать все необходимые аминокислоты, используя азот, аммиак, нитраты. Среди микроорганизмов одни способны сами синтезировать все необходимые им аминокислоты, тогда как другие - лишь некоторые из них.

Синтез каждого из двадцати основных аминокислот - это сложный многоступенчатый процесс, катализируют многие ферменты.

Генетический код - свойственная всем живым организмам единая система сохранения наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Эта последовательность определяет порядок введения аминокислотных остатков в полипегитидную цепь при его синтеза.

Установлено, что каждый аминокислотный остаток в полипептидной цепи кодируется определенной последовательностью из трех нуклеотидов - триплетом.

Логически это можно объяснить так. Если в состав белков входит двадцать основных аминокислот, то в состав нуклеиновых кислот - только четыре типа нуклеотидов. Если бы один аминокислотный остаток кодировался одним нуклеотидом, то в состав белков входило бы всего четыре типа аминокислот. Комбинацией из двух нуклеотидов можно закодировать шестнадцать аминокислот (42 = 16), тогда как комбинация из трех нуклеотидов позволяет кодировать 64 типа аминокислот (43 = 64), тем более 20 основных.

Такие широкие возможности генетического кода определяют его другое свойство - вырожденность. То есть одну аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов, что повышает надежность генетич ного кода, поскольку случайная замена одной азотистого основания в триплете на другую не всегда будет сопровождаться изменениями в первичной структуре белка. Как оказалось, большинство основных аминокислот (18 из 20) кодируется несколькими триплетами (от двух до шести) и только две из них (триптофан и метионин) - одним Генетический кояоднозначний, т.е. каждый триплет кодирует только одну определенную аминокислоту, тауниверсальний, единый для всех организмов , существующих на Земле. В прокариот, растений, грибов, животных одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты. Выяснено также, что генетический код не перекрывается, т.е. генетическая информация может считываться только одним способом. Последовательность нуклеотидов начинает считываться с определенной точки в одном направлении, определяющим порядок считывания триплетов всей цепи нуклеотидов.

Между генами существуют «знаки препинания» - участки, которые не несут генетической информации и только отделяют одни гены от других, их называют спейсерами (от англ. Спейс - пространство).

В генетическом коде есть три триплеты (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых означает прекращение синтеза одной полипептидной цепи (так называемые стоп-кодона), а триплет АУГ определяет место начала синтеза следующего.

Этапы биосинтеза белков. Механизм процесса биосинтеза белков выяснено в 50-х годах XX столетия. Он делится на несколько этапов.

Первый этап - транскрипция (от лат. Транскрипция - переписывание) - синтез предшественника иРНК (о-иРНК). Сначала фермент РНК-полимераза расщепляет двойная цепь ДНК и на одной из цепей по принципу комплементарности синтезирует молекулу о-иРНК, которая таким образом повторяет последовательность нуклеотидов определенного участка молекулы ДНК. После этого с помощью специальных ферментов про-иРНК превращается в активную форму иРНК (из нее удаляются участки, лишенные генетической информации), которая с ядра поступает к цитоплазме клетки.

Второй - трансляция (от лат. Транслятио - передача) - перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислотных остатков молекулы белка. Рассмотрим этот процесс подробнее. Прежде всего в цитоплазме каждая из 20 аминокислот с помощью ковалентной связи присоединяется к определенной тРНК, на что тратится энергия, которая высвобождается при расщеплении АТФ.

Затем иРНК связывается с рибосомой, а впоследствии - с аминокислотным остатком, прикрепленным к определенной тРНК. Транспортная РНК, которая переносит аминокислоту, по принципу комплементарности взаимодействует с особым триплетом (кодоном) иРНК, который дает сигнал о начале синтеза полипептидной цепи. Вследствие этого процесса возникает инициативный комплекс, состоящий из триплета иРНК, рибосомы и определенной тРНК.

Далее полипептидная цепь удлиняется благодаря последовательному сочетанию пептидными связями аминокислотных остатков между собой. Каждая из аминокислот транспортируется в рибосомы и размещается на цепи с помощью определенной тРНК, которая создает комплементарные пары с соответствующим ей триплетом в иРНК.

При синтезе молекулы белка рибосома надвигается на нитевидную молекулу иРНК таким образом, что иРНК оказывается между ее двумя субъединицами. Рибосома «скользящий» слева направо по иРНК и составляет белковую молекулу (мал.34). В рибосоме есть особый участок - функциональный центр, где происходит трансляция. Его размеры соответствуют длине двух триплетов, поэтому в нем одновременно находятся два соседних триплеты иРНК. В одной части функционального центра антикодон тРНК узнает кодон иРНК, а в другой - аминокислота освобождается от тРНК. Когда рибосома продвинется по иРНК, то на ее место приходит другая, которая тоже начинает продвигаться по этой молекуле. Затем поступает третья, четвертая и так далее. Количество рибосом, одновременно умещается на молекуле иРНК, определяется ее длиной. Молекулу иРНК с нанизанными на нее рибосомами называют полисом (полирибосомы). Для осуществления процесса синтеза необходимы особые белки и энергия, которая высвобождается при расщеплении АТФ.

Когда рибосома достигает стоп-кодона, синтез белковой молекулы завершается, и рибосома вместе с ней оставляет иРНК. Затем рибосома попадает на любую другую молекулу иРНК, а молекула белка - в эндоплазматическая сеть, по которой она транспортируется в определенный участок клетки. На иРНК с ее левого конца надвигаются новые рибосомы, и биосинтез белковых молекул продолжается.

На последнем этапе белок приобретает своей природной структуры, образуя определенную пространственную конфигурацию. До или после этого при участии ферментов происходит отщепление лишних аминокислотных остатков, введение фосфатных, карбоксильных и других групп, присоединение углеводов подобное. После этих процессов молекула белка становится функционально активной.

Механизмы биосинтеза белка у эукариот и прокариот практически похожи, но размеры рибосом у прокариот меньше, чем у эукариот, и сходны по размерам к рибосом митохондрий и пластид. Биосинтез белка - сложный многоэтапный процесс, каждая из реакций которого обеспечивается специфическими ферментами. Процессы биосинтеза белковой молекулы требуют больших затрат энергии. В частности, на присоединение одного аминокислотного остатка в синтезированного полипептидной цепи затрачивается энергия, которая высвобождается при расщеплении одной молекулы АТФ.

выводы

Совокупность реакций синтеза, с помощью которых из веществ, поступивших в клетки, синтезируются необходимые для нее соединения, называют пластическим обменом. Реакции пластического обмена протекают с затратами энергии.

Одной из важнейших форм пластического обмена является биосинтез белков. Информация о структуре белковой молекулы сохраняется в ядре в виде определенной последовательности нуклеотидов участки молекулы ДНК (генетический код).

Биосинтез белковой молекулы состоит из ряда последовательных этапов. Сначала на определенном участке молекулы ДНК синтезируется молекула иРНК. Затем, в соответствии с последовательностью нуклеотидов молекулы иРНК, синтезируется полипептидная цепь. Эти процессы происходят в рибосомах с участием тРНК и транспортируемого ней аминокислотного остатка.

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+