Теория "Ассимиляция. Биосинтез белка"

Биосинтез белка
Информация о первичной структуре молекулы белка зашифрована в молекуле ДНК.

Система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в и-РНК называется генетическим кодом.
Свойства кода:
1. Триплетность — каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов. Эта последовательность называется триплетом или кодоном. Всего существует 64 триплета, из них 61 шифрует аминокислоты, еще 3 не кодируют ни одной аминокислоты;
2. Вырожденность (избыточность) — каждая аминокислота зашифрована несколькими кодонами (от 2 до 6). Исключение составляют метионин и триптофан — каждая из них кодируется одним триплетом;
3. Однозначность — каждый кодон шифрует только одну аминокислоту;
4. Между генами имеются «знаки препинания» (стоп-кодоны) — это три специальных триплета (УАА, УАГ, УГА), которые не кодируют аминокислоты.

Эти триплеты находятся в конце каждого гена. Внутри гена «знаков препинания» нет;
5. Универсальность — генетический код одинаков у всех живых организмов Земли.

В биосинтезе белка различают три этапа — транскрипцию, посттранскрипционные процессы и трансляцию.

Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК по матрице ДНК.

У эукариот происходит в ядре, митохондриях и хлоропластах, у прокариот – в цитоплазме.

Транскрипция состоит из трех фаз:
1) инициация – начало синтеза и-РНК. Во время этой стадии фермент РНК-полимераза прикрепляется к промотору (это участок в начале гена) матричной цепи ДНК;
2) элонгация – это синтез молекулы и-РНК по правилу комплементарности;
3) терминация – завершение синтеза и-РНК и ее отделение от матричной цепи ДНК.В результате у эукариот образуется пре-и-РНК, а у прокариот – зрелая и-РНК

Посттранскрипционные процессы у эукариот.

После образования пре-и-РНК начинается созревание или процессинг и-РНК. При этом из молекулы РНК удаляются интронные участки (не несущие информацию о структуре белка) с последующим соединением экзонных участков (этот процесс называют сплайсингом).

После завершения этих процессов зрелая и-РНК выходит из ядра и направляется к месту синтеза белка (к рибосомам).

Трансляция — это синтез полипептидных цепей белков, выполняемый по матрице и-РНК в рибосомах.

Аминокислоты, необходимые для синтеза белка, доставляются в рибосомы с помощью т-РНК. Молекула т-РНК имеет на вершине последовательность из трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в и-РНК. Эта последовательность называется антикодоном.

Фермент кодаза опознает т-РНК и присоединяет к ней соответствующую аминокислоту.

Биосинтез белка начинается с того (у бактерий), что кодон АУГ, расположенный на первом месте в копии с каждого гена, занимает место на рибосоме в донорном участке и к нему присоединяется т-РНК, несущая формилметионин (это измененная форма аминокислоты метионина).

После завершения синтеза белка формилметионин отщепляется от полипептидной цепочки.

На рибосоме имеются два участка для связывания двух молекул т-РНК: донорный и акцепторный. В акцепторный участок поступает т-РНК с аминокислотой и присоединяется к своему кодону и-РНК. Аминокислота этой т-РНК присоединяет к себе растущую цепь белка, между ними возникает пептидная связь. т-РНК, к которой присоединен растущий белок, перемещается справа налево вместе с кодоном и-РНК в донорный участок рибосомы. В освободившийся акцепторный участок приходит новая т-РНК с аминокислотой, и все повторяется заново.

Когда на рибосоме оказывается один из знаков препинания, ни одна из т-РНК с аминокислотой не может занять акцепторный участок. Синтез белка завершается, и полипептидная цепь отрывается и покидает рибосому.

Если на одной и-РНК одновременно находится несколько рибосом, то такую структуру называют полисомой.

Полисома позволяет синтезировать большее количество молекул белка за меньшее время.

Клетки разных тканей организма синтезируют разные белки (так, амилаза синтезируется клетками слюнных желез; инсулин — клетками поджелудочной железы и т.п.). При этом все клетки организма образовались из зиготы путем ее многократного деления митозом, т. е. имеют одинаковый генетический набор. Эти отличия связаны с тем, что в разных клетках транскрипции подвергаются разные участки ДНК, т. е. образуются разные и-РНК, по которым и синтезируются белки.

Таким образом, в каждой клетке реализуется только часть наследственной информации, а не вся информация целиком.

(В данном документе были использованы материалы Соловкова Дмитрия Андреевича)