Синтез білка в клітині - студопедія

В даний час можна вважати встановленим, що на-слідча реалізується в процесі біосинтезу білка. Синтез ферментів та інших білків, необхідних для життєдіяльності і розвитку організмів, відбувається в основному на першій стадії інтерфази, до початку реплікації ДНК. У процесі синтезу білка розрізняють етапи транскрипції і трансляції.

Транскрипція полягає в тому, що спадкова інформація, записана в ДНК (гені), точно транскрибується (листується) в нуклеотидну послідовність мРНК. Синтез мРНК починається з ділянки ініціації транскрипції, званого промотором. Промотор розташований перед геном і включає близько 80 нуклеотидів. У вірусів і бактерій цю ділянку включає близько 10 нуклеотидів (один виток спіралі). Транскрипція здійснюється за допомогою ферментів РНК-полімерази. РНК-полімераза міцно зв'язується з промотором і «розплавляє» його, роз'єднуючи нуклеотиди комплементарних ланцюгів. Потім цей фермент починає рухатися уздовж гена і у міру роз'єднання ланцюгів ДНК на одній з них, яка являє-ся смислової, веде синтез іРНК, згідно з принципом комплек-плементарним приєднуючи аденін до тимін, урацил до аденіну, цитозин до гуаніну і гуанін до цитозин. Ті ділянки гена, на яких полімераза утворила іРНК, знову з'єднуються, а синтезируемая молекула іРНК поступово відділяється від ДНК. Кінець синтезу іРНК визначається ділянкою зупинки транс-кріпціі - термінатором. Нуклеотидні послідовності промотора і термінатора впізнаються спеціальними білками, ре-гулірующімі активність РНК-полімерази.

У 1977 р було виявлено, що у еукаріот в послідовник-ності нуклеотидів ДНК є відрізки, що не містять ін-формації, які були названі интронами. Ділянки -ДНК, що несуть інформацію, називаються екзонами.

При зчитуванні інформації з певної ділянки ДНК (гена) спочатку утворюється транскрипт всієї послідовності (про-мРНК), а потім відбувається процес дозрівання іРНК, на-зване процессингом. При процессинге відбувається сплайсинг, який полягає в тому, що в ядрі інтрони з РНК як би «випетліваются» і видаляються, а інформативні ділянки - екзо- ни з'єднуються за допомогою ферментів лигаз в одну непрерив-ву послідовність іРНК. Перед виходом з ядра до началь-ної частини іРНК (5'-кінця) приєднується залишок метіліруется-ванного гуаніну, званий «ковпачком», а до кінця іРНК (-кінцю) приєднується приблизно 200 залишків адениловой кислоти. У такому вигляді зріла іРНК (матрична РНК) проходить через ядерну мембрану в цитоплазму, де з'єднується з рибо-сомой. Вважають, що у еукаріот «ковпачок» іРНК грає роль в зв'язуванні з малої субчастиц.

Трансляція полягає в тому, що послідовність розташування нуклеотидів в іРНК перекладається в строго упором-доченную послідовність розташування амінокислот в мо-лекул синтезованого білка. Процес трансляції включає два етапи: активування амінокислот і безпосередньо синтез білкової молекули.

Активація вільних амінокислот і приєднання їх до тРНК здійснюються за допомогою ферментів аміноацил-тРНК-синтетаз. Точність процесу трансляції залежить, по-видимому, в значній мірі від того, з якою точністю кожна синтетичні через вибере одну певну амінокислоту і приєднає її до відповідної тРНК. Вважається, що в молекулі кожної ами-ноаціл-тРНК-синтетази є принаймні три центри зв'язування: для амінокислоти, тРНК і АТФ. Спочатку здійснювала-вляется зв'язок аміноацил-тРНК-синтетази з певною ами-нокіслотой, а потім активована амінокислота приєдналася-ється до акцепторному ділянці (ЦЦА) транспортної РНК. У ре-док утворюється аміноацил-тРНК (аа-тРНК). Навантажена амінокислотою тРНК взаємодіє з одним з білкових факторів, який в комплексі з ГТФ необхідний для транспор-та тРНК до рибосоми і зв'язування з нею.

В період трансляції відбувається реалізація генетичної інформації в процесі синтезу білкової молекули визначено-ний структури. Синтез підрозділяється на три стадії: ініціати-ції, елонгації і термінації.

Ініціація. У період стадії ініціації рибосома спочатку представлена ​​двома окремими субчастиц, так як для нача-ла процесу необхідна рибосома дисоційованому.

Ініціація синтезу поліпептидного ланцюга починається з присівши-єднання малої субчастіци рибосоми до відповідного цент-ру зв'язування на іРНК. Сигналом ініціації трансляції слу-жит кодон для метіоніну АУТ, який розташований на початку іРНК (рис. 21). До кодону АУГ своїм антикодоном УАЦ присівши-единящей тРНК, навантажена амінокислотою метіоніном (у бактерій инициаторной є тРНК, яка переносить фор-мілметіонін). Потім до комплексу, що складається з малої суб'еді-ниці, іРНК і тРНК, приєднується велика субодиниця ри-Босом. В результаті утворюється повністю зібрана рибосома (80S), що включає одну молекулу іРНК і инициаторного тРНК з амінокислотою. У великій субодиниці є аміноацільний і пептідільний центри. Спочатку перша амінокислота (метіо-нин) потрапляє в аміноацільний центр. В процесі приєднання великий субчастіци рибосоми іРНК просувається на один кодон, тРНК з аміноацільного центру переміщається в пепто-дільной центр. У аміноацільний центр надходить наступний кодон іРНК, який може прийняти наступну аміноацил-тРНК. З цього моменту починається друга стадія трансляції.

Елонгація. У цю стадію багаторазово повторюється цикл при-з'єднання амінокислот до зростаючої поліпептидного ланцюга. Так, в аміноацільний центр рибосоми строго відповідно до кодо-ном іРНК надходить друга навантажена тРНК, яка своїм

антикодоном з'єднується з комплементарним кодоном іРНК. Відразу ж за допомогою ферменту пептіділтрансферази предше-ствующая амінокислота (метіонін) своєї карбоксильної груп-співай (СООН) з'єднується з аминогруппой (NH2) знову прийшовши-шей амінокислоти. Між ними утворюється пептидний зв'язок (СО-NH-). В результаті тРНК, яка принесла метіонін, освоєння-няється, а в аміноацільном центрі до тРНК приєднаний вже дипептид. Для подальшого процесу елонгації потрібно освоєння-бодіть аміноацільний центр. І він звільняється.

В результаті процесу транслокації дипептидил-тРНК про-рухається з аміноацільного центру в пептідільний. Це про-виходить завдяки переміщенню рибосоми на один кодон за участю ферменту транслокази і білкового фактора елонгації. Звільнена тРНК і кодон іРНК, який був пов'язаний з нею, виходять з рибосоми. У звільнену аміноацільний центр наступна тРНК приносить амінокислоту відповідно до котрі вступили туди кодоном. Ця амінокислота за допомогою пеп-тідной зв'язку з'єднується з попередньої. При цьому рибосома знову просувається ще на один кодон, і процес повторюється. Поліпептидний синтез в рибосомі йде до тих пір, поки в аміноацільний центр не надійде терминирующего кодон.

Терлшнація. Після того як в аміноацільний центр рибосом-ми надійде терминирующего кодон іРНК (УАА, УАГ або УГА), до нього приєднується один з білкових факторів термінації і блокується подальша елонгація ланцюга. Поліпептидний ланцюг відділяється від тРНК і рибосоми, звільняються тРНК і мРНК. Рибосомні субодиниці дисоціюють і можуть прийняти учас-тя в синтезі наступної поліпептидного ланцюга.

На одній молекулі іРНК працює не одна рибосома, а мно-Гії (до 100). На кожній з рибосом будується поліпептидний ланцюг. У бактерій транскрипція і трансляція пов'язані між собою і трансляція починається до завершення синтезу іРНК на ДНК. Утворені при синтезі білка поліпептидні ланцюга зазнають постгрансляціонние перетворення і в конеч-ном підсумку виконують специфічні функції, приймаючи учас-тя у визначенні ознак організму.