Синтез т РНК

Все це обумовлює значні труднощі у вивченні біосинтезу рибонуклеїнових кислот. Вважають, що синтез РНК може відбуватися декількома шляхами. Ми розглянемо один з них, так званий ДНК-залежний синтез РНК. З точки зору передачі спадкової інформації в процесі біосинтезу білків, найбільше значення має синтез молекул РНК на ділянці молекули ДНК як на матриці. Вихідними речовинами, необхідними для біосинтезу, є рібонуклеозідтріфосфатов АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ; синтез каталізується ферментом РНК-полімерази, схожою за своєю дією з ДНК-полімеразою.

Як відомо, ДНК являє собою подвійну спіраль. Всі синтезовані молекули РНК мають структуру, комплементарную матриці т. Перш ніж почнеться утворення ланцюга РНК, фермент РНК-полімераза приєднується до матриці не в будь-якому її місці, а до певної ділянки - який називається промотором.

На цій ділянці молекули ДНК є послідовності нуклеотидів, впізнавані РНК-полімерази. Зв'язування РНК-полімерази з промотором призводить до локального місцевим розбіжності нуклеотидних ланцюгів, в цій ділянці ДНК одна з ланцюгів ДНК служить матрицею.

Нарощування молекули РНК відбувається в результаті переміщення РНК-полімерази уздовж ДНК шляхом приєднання чергового рибонуклеотиду, комплементарного тому дезоксірібонуклеотідов ДНК, який в даний момент знаходиться в області активного центру РНК-полімерази. У молекулі ДНК закодовані не тільки ділянки, з яких починається синтез РНК, а й послідовності нуклеотидів, що сигналізують про припинення синтезу РНК. З цими ділянками, мабуть, зв'язуються певні білки, що зупиняють дію РНК-полімерази.

Таким чином, виходять окремі молекули РНК, кожна з яких містить інформацію одного гена. У клітинах вищих організмів виявлено три типи ДНК-залежних РНК-полімерази. Вони каталізують синтез рибосомной, матричної і транспортної РНК. Всі види РНК утворюються на ДНК-матриці у вигляді великих молекул попередників, які потім піддаються значним змінам -созреванію.

При дозріванні, під дією ферментів, від них поступово отщепляются зайві нуклеотиди, а у тРНК відбувається метилювання і відновлення частини підстав.

Біосинтез білків, або трансляція, відрізняється від біосинтезу ДНК і РНК реплікації ДНК і трансляції РНК двома принциповими особливостями: Тому механізм використання матриці при біосинтезі білка відрізняється від використання матриць при реплікації і транскрипції.

Спосіб запису інформації про первинну структуру білків в нуклеїнових кислотах отримав назву біологічного коду його також називають генетичним, нуклеотидним, амінокислотним кодом. Один з перших питань, яке виникає при з'ясуванні структури біологічного коду, - це питання про кодовому числі; тобто про кількість нуклеотидних залишків, що кодують включення в білок однієї амінокислоти.

Очевидно, що кодове число не може бути рівним одиниці, так як в цьому випадку за допомогою чотирьох нуклеотидів можна було б закодувати тільки чотири амінокислоти. При кодовому числі 2 кількість різних нуклеотидних пар буде дорівнює числу перестановок з чотирьох елементів по 2, т.

Це в три з гаком рази перевищує мінімальну кількість необхідне для кодування 20 амінокислот. Експериментально доведено, що в біологічному коді кодове число дорівнює трьом: З 64 кодонів триплетів. табл. Кожен триплет кодує тільки якусь одну амінокислоту. Це властивість коду називають специфічністю.

З іншого боку, одна амінокислота може кодуватися двома або більшою кількістю до шести різних триплетів, тобто код вироджений. але перші два нуклеотиди для даної амінокислоти завжди однакові. Безперервність коду білкового синтезу полягає в тому, що всі вхідні в його склад кодони розташовуються в мРНК, що кодує біосинтез певного білка, в строгому порядку один біля одного, не будучи розділеними іншими моно- або олігонуклеотидних вставками.

Неперекривающійся характер коду полягає в тому, що жоден з нуклеотидів одного кодону не є складовою частиною іншого сусіднього кодону. До теперішнього часу біологічний код вивчений у всіх біологічних об'єктів від вірусів і бактерій до вищих тварин. У всіх випадках він виявився однаковим. Ця універсальність коду свідчить про єдність походження всіх форм життя на Землі.

Біосинтез білків - трансляція. Збірка поліпептидного ланцюга білка зі складових її амінокислот включає чотири стадії: Перша стадія - активація - це перетворення амінокислоти в аміноацил - тРНК. Взаємодія тРНК з амінокислотами - ферментативний процес, що приводить до утворення ковалентного складноефірного зв'язку між амінокислотою і тРНК.

Відомо не менше двадцяти різних аміноацил - тРНК - синтетаз, кожна з яких каталізує реакцію тільки однією з 20 амінокислот з тРНК, що відповідає цій амінокислоті. Кожна синтетаза високоспецифічні, в її активному центрі знаходиться ділянка, комплементарний якоїсь частини молекули однієї з тРНК. Це дозволяє кожній синтетази з'єднувати певну амінокислоту з відповідною тРНК. Друга стадія синтезу білка - ініціація - починається з освіти ініціюючого комплексу.

Що надійшла з ядра в цитоплазму мРНК з'єднується з малої 40 S субодиницею рибосоми і ініціював їй аміноацілом - тРНК. Потім до цього комплексу приєднується велика 60 S субодиниця рибосоми.

Ініціює аміноацил - тРНК - містить амінокислоту метіонін - Меt - тРНК. Надалі Меt - тРНК взаємодіє своїм кодонів нуклеотидів, комплементарних кодом АУГ або ЦУЦ на мРНК.

Ці два кодону на мРНК називають ініціювали. З одного з них починається синтез будь-якого білка. Третя стадія - елонгація. Процес елонгації починається зі зв'язування аміноацил - тРНК - з ініціював комплексом, відповідним першому кодону мРНК, наступного за який ініціює кодоном. Кодон мРНК повинен спаровуватися з антикодоном, тобто з таким кодонів в молекулі тРНК, який комплементарно йому відповідає. В процесі зв'язування аміноацил - тРНК- витрачається одна молекула ГTФ.

Потім починається утворення пептидного зв'язку між ініціаторним метионином з Меt-тРНК і першої в майбутньої поліпептидного ланцюга амінокислотою, включеної в аміноацил-тРНК. Утворився дипептидил - тРНК - пов'язаний з кодоном, відповідним амінокислоті, і центром зв'язування рибосоми. Потім відбувається транслокація - переміщення рибосоми щодо мРНК і дипептидил-тРНК.

В результаті цього переміщення дипептидил-тРНК виявляється в пептідільний центрі рибосоми, а тРНК метіоніну звільняється з комплексу.

На транслокацию витрачається дві молекули ГTФ. Подальше подовження пептидного ланцюга відбувається шляхом повторення цих фаз, але тепер уже приєднується аміноацетіл-тРНК, відповідний другого Коноді мРНК, в результаті чого утворюється трипептид і т. МС мала субчастіца рибосоми 40S; БС - велика частка рибосоми 60S; РПЦ і ЗПЦ - зростаюча і завершена поліпептидні ланцюга; ІП 1 та ВП 2 - кодони - ініціатори і ділянку, впізнаваний рРНК; Т 1 і Т 2 - кодони-термінатори, переривають синтез білка.

Залишок амінокислоти инициаторного метіоніну, який брав участь в стадії ініціації і займає в зростаючої пептидного ланцюга N-кінцеве положення, відщеплюється в стадії елонгації.

РНК

Слід зазначити, що метіонін, вбудований не в початок ланцюга инициаторного метіонін. а всередині - переноситься інший тРНК. Четверта стадія - термінація. Подовження пептидного ланцюга триває до тих пір, поки на шляху рибосоми не зустрінеться один з термінальних кодонів мРНК.

Це триплети УAA, УAГ або УГA, які сигналізують закінчення синтезу поліпептидного ланцюга. У впізнаванні цих термінальних Коноді беруть участь внерібосомние білки - фактори термінації або фактори вивільнення білка, під дією яких відбувається гідролітичні розщеплення зв'язку між полипептидом і останньої тРНК, і вивільняється поліпептидний ланцюг готового білка. Після звільнення поліпептидного ланцюга фактор вивільнення, а також мРНК диссоциируют.

У рослин виявлено лише один фактор. Вторинна і третинна структури білків формуються в процесі трансляції в міру подовження пептидного ланцюга.

В результаті формування вторинної та третинної структур утворюються активні центри білків. У той же час в процесі трансляції та після її завершення не завжди формується біологічно активний білок.

У ряді випадків сформовані молекули білків-ферментів неактивні, і перехід їх в активну форму можливий після відщеплення частини поліпептидного ланцюга шляхом часткового гідролізу. Так, наприклад, в дозріваючих насінні ферменти протеази синтезуються в неактивній формі, вони не здатні гідролізувати власні запасні білки до проходження часткового гідролізу поліпептидного ланцюга молекули ферменту.

Тільки після часткового гідролізу, в результаті якого відщеплюються трипептид, протеаза переходить в активну форму і починає гідролізувати запасні білки насіння. Продукти гідролізу білків надходять в проростає зародок насіння.

Приєднання до молекули білка простетичної групи - коферменту або металу, об'єднання олігомерних білків в четвертинних структуру також відбуваються вже після завершення процесу трансляції. У деяких білках після завершення синтезу поліпептидного ланцюга відбувається модифікація амінокислотних залишків, наприклад, приєднання додаткових метильних груп, йодування, окислення двох залишків цистеїну з утворенням дисульфидного містка, гідроксилювання залишків проліну, приєднання цукрів до залишку аспарагіну при утворенні глікопротеїнів, фосфорилирование гідроксильних груп серину або тирозину у деяких ферментів, приєднання КоА в ацілпереносящем білку синтетази жирних кислот.

Кожна стадія трансляції ініціація, елонгація і термінація здійснюється кожної рибосомою. Зазвичай кластери містять від 3 до 20 рибосом, але дуже великі молекули мРНК, що складаються з тисяч нуклеотидів, можуть утворювати комплекси, що містять від 50 до рибосом.

Швидкість синтезу поліпептиду дуже висока: Білки, що надійшли в організм з їжею, в шлунково-кишковому тракті розщеплюються до амінокислот при дії групи протеолітичних ферментів - пептідгідролаз за сучасною номенклатурою; широко відомо їх тривіальне назва - протеази, або протеїнази.

Ці ферменти каталізують гідролітичні розщеплення пептидного зв'язку в білках. Протеолітичні ферменти тварин і людини вивчені досить добре, в меншій мірі досліджені рослинні протеази. Ферменти, що розщеплюють білки, мають відносну субстратной специфічністю, яка визначається. Внутрішні пептидні зв'язку розщеплюються ендопептидаз. кінцеві - екзопептідази: Всі протеолітичні ферменти синтезуються у вигляді неактивних попередників, званих зімогенов або профермент, і таким чином клітини захищені від контакту з активною формою ферменту і автолиза.

Перетворення зимогена в активний фермент відбувається шляхом необоротної ковалентного модифікації зимогена за рахунок локального протеолізу, тобто розриву однієї або декількох пептидних зв'язків і відщеплення обмеженого числа амінокислотних залишків. Це викликає конформаційні зміни в поліпептиді, достатні для формування просторової структури активного центру ферменту. Розщеплення харчових білків починається з дії протеолітичного ферменту - пепсину.

У клітинах слизової оболонки шлунка пепсин міститься в неактивній формі, званої зімогенов - пепсиногеном. Цей фактор має важливе значення в перетравлюванні білків: В кислому середовищі шлункового соку деякі групи пепсиногену протоніруются, змінюється його конформація, в результаті чого пепсиноген набуває протеолітичну активність.

При цьому субстратом активованого пепсиногена служить теж пепсиноген: В результаті утворюється фермент пепсин. Утворився пепсин також може каталізувати перетворення пепсиногену в пепсин. В цьому випадку активацію можна уявити як циклічний процес з механізмом зворотного зв'язку: В результаті дії пепсину білки в шлунку розпадаються на поліпептиди; вільні амінокислоти при цьому практично не утворюються.

Пепсин найбільш активно гідролізує пептидні зв'язки, NH 2 - група яких належить ароматичним амінокислотам - тирозину, фенілаланіну, триптофану.

Подальше перетворення високомолекулярних пептидів і білків, що не розщеплених пепсином, відбувається трьома ендопептидаз, виробленими підшлунковою залозою у вигляді попередників - трипсиногена, химотрипсиногена і проеластази. Активація тріпсіногена відбувається за участю ферменту ентеропептідази, що виділяється клітинами кишечника. Ентеропептідази отщепляет N-кінцевий гексапептід тріпсіногена, в результаті чого відбувається зміна конформації решти молекули і формується активний центр - виходить фермент трипсин.

Основна кількість трипсиногена активується трипсином шляхом аутокаталіз. Трипсин має порівняно вузької субстратної специфічністю, розриваючи пептидні зв'язку, в утворенні яких беруть участь карбоксильні групи лізину і аргініну. тобто основних амінокислот. У підшлунковій залозі синтезується ряд хімотрипсин a-, b-, p- хімотрипсин з двох попередників - химотрипсиногена А і химотрипсиногена В. Активуються зімогени в кишечнику під дією активного трипсину і хімотрипсину.

Хімотрипсин володіє більш широкої субстратної специфічністю, ніж трипсин. Він каталізує гідроліз не тільки пептидів, але і ефірів, амідів і інших ацілпроізводних, хоча найбільшу активність він проявляє по відношенню до пептидним зв'язкам, в утворенні яких беруть участь карбоксильні групи ароматичних амінокислот - фенілаланіну, тирозину і триптофану.

Назва фермент отримав від субстрату еластину, який він гідролізує. Еластин багатий гліцином і аланином, міститься в сполучній тканині. Еластаза володіє широким спектром дії, гидролизуя субстрати, які не розщеплюються трипсином і химотрипсином.

У перетворенні нативних білків і продуктів їх гідролізу в тонкому кишечнику активну участь беруть екзопептідази. Карбоксипептидази синтезуються в неактивному стані в підшлунковій залозі і активізуються трипсином в кишечнику.

Карбоксипептидаза А гидролизует пептидні зв'язку С -концевих амінокислот, утворені переважно ароматичними амінокислотами фенілаланін, тирозин, триптофан. а карбоксипептидаза В-зв'язку, в утворенні яких беруть участь С -концевие лізин і аргінін. Амінопептидази виробляються в клітинах слизової оболонки кишечника відразу в активній формі.

З кишкового соку виділені два типи аминопептидаз, що розрізняються за субстратної специфічності - аланінамінопептідаза і лейцінамінопептідаза, перша з яких гидролизует пептидний зв'язок, утворену N -концевим аланином, а друга здатна гідролізувати практично будь-яку пептидний зв'язок, утворену N -концевой амінокислотою. Процес перетравлення пептидів, їх розщеплення до вільних амінокислот в тонкому кишечнику завершують три- і діпептідази.

Власні руху і просторові швидкості зірок Тема