Синтез білка, найбільший портал по навчанню

Синтез білка (трансляція) є найскладнішим з біосинтетичних процесів: він вимагає дуже великої кількості ферментів і інших специфічних макромолекул, загальна кількість яких, мабуть, доходить до трьохсот. Частина з них до того ж об'єднані в складну тривимірну структуру рибосом. Але незважаючи на велику складність синтез протікає з надзвичайно високою швидкістю (десятки амінокислотних залишків в секунду). Процес може сповільнюватися і навіть зупинятися інгібіторами-антибіотиками.

У п'ятдесятих роках XX століття було встановлено, що синтез білка відбувається в рібонуклеопротеінових частинках, що називаються рибосомами. Діаметр рибосоми бактерії E. coli становить 18 нм, а їх загальна кількість - десятки тисяч в клітці. Рибосоми еукаріот декілька більше (21 нм). Сам процес протікає в п'ять етапів.

1.Актівація амінокислот. Кожна з 20 амінокислот білка з'єднується ковалентними зв'язками до певної т-РНК, використовуючи енергію АТФ. Реакція каталізу спеціалізованими ферментами, які вимагають присутності іонів магнію.

2.Ініціація білкової ланцюга. і-РНК, яка містить інформацію про даному білку, зв'язується з малою часткою рибосоми і з ініціації амінокислотою, прикріпленою до відповідної т-РНК. т-РНК комплементарна з перебувають в складі і-РНК кодонів, що сигналізує про початок білкової ланцюга.

3.Елонгація. Поліпептидний ланцюг подовжується за рахунок послідовного приєднання амінокислот, кожна з яких доставляється до рибосоми і вбудовується в певне положення за допомогою відповідної т-РНК. В даний час генетичний код повністю розшифрований, тобто всім амінокислотам поставлені у відповідність триплети нуклеотидів. Елонгація здійснюється за допомогою білків цитозолю (так звані фактори елонгації).

4.Термінація. Після завершення синтезу ланцюга, про що сигналізує ще один спеціальний кодон і-РНК, поліпептид вивільняється з рибосоми.

5.Сворачіваніе і процесинг. Щоб прийняти звичайну форму, білок повинен згорнутися, утворюючи при цьому певну просторову конфігурацію. До або після згортання поліпептид може зазнавати процесинг, який наразі триває ферментами і полягає у видаленні зайвих амінокислот, приєднання фосфатних, метильних і інших груп і т. П.

Генетичний код має низку особливостей. По-перше, в коді відсутні «розділові знаки», тобто сигнали, що показують початок і кінець кодонів. По-друге, 3 нуклеотидних триплетів (УАГ, УАА, УГА) не відповідають ніякої амінокислоті, а позначають кінець поліпептидного ланцюга, а кодон АУГ сигналізує про початок ланцюга або (якщо він в середині послідовності) про амінокислоті метіоніні. Багато амінокислоти можуть кодуватися кількома різними кодонами. Все кодони амінокислот однакові у всіх вивчених організмів: від вірусу до людини. Створюється враження, що всі організми на Землі походять від єдиного генетичного предка. Втім, останнім часом в мітохондріях клітин людини були виявлені кодони, що не збігаються з «нормальним» словником. Їх наявність є загадку для вчених.

Синтез білка вимагає великих витрат енергії - 24,2 ккал / моль. Після закінчення синтезу білок за допомогою спеціального поліпептидного лідера доставляється до місця свого призначення.

Синтез білка контролюють гени-оператори. Сукупність робочих генів - операторів і структурних генів - називається оперон. Оперон не є самостійною системою, а «підкоряються» генам-регуляторам, які відповідають за початок або припинення роботи оперона. Свій контроль гени-регулятори здійснюють за допомогою спеціальної речовини, яку вони при необхідності синтезують. Ця речовина реагує з оператором і блокує його, що тягне за собою припинення роботи оперона. Якщо ж речовина реагує з невеликими молекулами - індукторами, це буде сигналом до відновлення роботи системи.

Модель оперонов була розроблена на мікроорганізмах, але вона відповідає і принципу роботи геному еукаріот. У останніх гени утворюють складні системи, звані супергеній, які можуть одночасно кодувати безліч ідентичних один одному молекул білка.

Всі багатоклітинні організми розвиваються з однієї-єдиної клітини - зиготи. Процес диференціювання клітин, мабуть, пов'язаний з управлінням синтезом білка генами-регуляторами, але яким саме чином здійснюється це управління - поки залишається неясним.