Биосинтез белка

---

Биосинтез белка в клетке

В каждой клетке синтезируется несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются.
Информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов в ДНК.
Все многообразие белков образовано из 20 различных аминокислот, а нуклеотидов в составе ДНК — 4 вида.
Мы знаем, что код ДНК триплетен. Учеными было доказано, что именно три нуклеотида кодируют одну аминокислоту, в этом случае можно закодировать 43 — 64 аминокислот. А так как аминокислот всего 20, то некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами.
Процесс синтез белка состоит из нескольких «Реакций матричного синтеза» – особая категория химических реакций, происходящих в клетках живых организмов. Во время этих реакций происходит синтез полимерных молекул по плану, заложенному в структуре других полимерных молекул-матриц.
К этой категории реакций относятся репликация, транскрипция, трансляция и обратная транскрипция.
Основные реакции процесса синтеза белка – транскрипция и трансляция.
Центральная догма молекулярной биологии: ДНК®РНК®белок.
Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК .
В ДНК только одна цепь кодирует последовательность аминокислот, другая, комплементарная ей, не кодирует аминокислоты.
Начало гена (начало транскрипции) определяется благодаря наличию перед геном промотора – последовательности нуклеотидов, с которой соединяется фермент РНК-полимераза.
РНК-полимераза может присоединиться только к промотору, который находится на 3’-конце матричной цепи ДНК, и двигаться только от 3’- к 5’-концу этой матричной цепи ДНК.

Рис. 1 Процесс транскрипции

Синтез иРНК происходит на одной из двух цепочек ДНК в соответствии с принципами комплементарности и антипараллельности от 5’- к 3’-концу .
Строительным материалом и источником энергии для транскрипции являются рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).

Трансляция — синтез полипептидной цепи на матрице иРНК.
Органоиды, обеспечивающие трансляцию — рибосомы.
В цитоплазме синтезируются белки для собственных нужд клетки, белки, синтезируемые на ЭПС, транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки.
Для транспорта аминокислот к рибосомам используются тРНК.
У каждой аминокислоты есть свои тРНК и свои ферменты, присоединяющие аминокислоту к тРНК.
Различают три этапа в биосинтезе белка: инициацию, элонгацию и терминацию.

Инициация. Синтез белка начинается с того момента, когда к 5’-концу иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, в которую заходит метиониновая тРНК.
За счет АТФ происходит передвижение инициаторного комплекса (малая субъединица рибосомы, тРНК с метионином) до метионинового кодона АУГ. Этот процесс называется сканированием.
Элонгация. Как только в сканирующий комплекс попадает кодон АУГ, происходит присоединение большой субъединицы рибосомы. Поступает вторая тРНК, чей антикодон комплементарно спаривается с кодоном иРНК.
После образования пептидной связи, метиониновая тРНК отсоединяется от метионина, а рибосома передвигается на следующий кодовый триплет иРНК, который оказывается в рибосоме, а метиониновая тРНК выталкивается в цитоплазму.
Скорость передвижения рибосомы по иРНК - 5 - 6 триплетов в секунду, на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислотных остатков, клетке требуется несколько минут.
Терминация. Когда в рибосому попадает кодон-терминатор (УАА, УАГ или УГА), с которым связывается особый белковый фактор освобождения, полипептидная цепь отделяется от тРНК и покидает рибосому. Происходит диссоциация, разъединение субъединиц рибосомы.

Рис. 2 Синтез белка

Для увеличения производства белка через иРНК могут одновременно проходить несколько рибосом, последовательно транслирующие один и тот же белок. Такую структуру, объединенную одной молекулой иРНК, называют полисомой.