Биосинтез белка. Транскрипция и трансляция

Биологический синтез белка и генетический код

Этапы биосинтеза белка: инициация и элонгация с терминацией

Биологический синтез белка и генетический код

Белок – это высокомолекулярное соединение (состоят из тысяч и миллионов мономеров), состоящее преимущественно из альфа-аминокислот, объединённых пептидной цепью. Они выполняют строительную, защитную, регуляторную, транспортную и другие функции.

Биосинтез белка – это процесс его создания при помощи особых ферментов. В нём участвуют такие органоиды как: цитоплазма, рибосомы и ядро.

Молекулы ДНК, находящиеся в ядре клетки, несут в себе информацию о всех белках, синтезирующихся в ней. Информация о белках записывается кодом, состоящим из четырёх букв.

Генетический код – запись расположения нуклеотидов ДНК, определяющая порядок построения аминокислот в молекуле белка.

Код обладает следующими свойствами:

• 1. Триплетность кода. Аминокислоте соответствует свой триплет, в состав которого входят три нуклеотида.

Так аланин кодируется кодоном Ц-Г-А; лейцин – Г-А-А.

• 2. Не перекрывается. Каждый нуклеотид соответствует только своей аминокислоте и не входит в состав других, находящихся рядом, кодонов.
• 3. Код вырожден. Аминокислота имеет два-три-четыре кода.

Аланин можно записать четырьмя разными способами.

• 4. Не имеет разделительных знаков. У кода «пустые» кодоны. Они не несут информации, выступают в роли «разделяющих символов». Это УАГ, УАА, УГА. Они не кодируют аминокислоты и отделяют гены в ДНК друг от друга.

Ген – это часть молекулы ДНК, от которого зависит порядок аминокислот в молекулах белков.

• 5. Универсален. Белки создаются двадцатью аминокислотами, кодирующиеся одними и теми же триплетами, и все они едины для организмов, принадлежащих к разным царствам. У бактерии, ежа, мухомора, подсолнуха и человека набор аминокислот один и тот же.

Этапы биологического синтеза белка: инициация и элонгация с терминацией

ДНК непосредственно не принимает участия в «производстве» белка. Она служит складом информации для РНК, которые необходимо создавать.

Сначала происходит этап, называемый транскрипцией или переписыванием. Так же его можно назвать инициацией. Она происходит в ядре клетки. ДНК не может само транспортировать информацию рибосомам, расположенным в цитоплазме клетки. Для этой цели нужен помощник. Это иРНК.

Транскрипция происходит лишь на определённом участке молекулы ДНК, на котором располагается необходимый ген. Двойная цепь ДНК немного раскручивается с участием особых ферментов, в результате чего оголяется нужный ген, с которого и будет считываться информация для синтеза иРНК.

Особый фермент РНК-полимераза, скользя вдоль этого гена, соединит нуклеотиды в цепь иРНК.

Транскрипция охватывает или некоторое количество генов одной хромосомы сразу, или гены, располагающиеся на других хромосомах.

Созданная таким способом иРНК содержит точную копию нуклеотидов, считанных с гена.

Но цепь иРНК получается на принципе комплементарности с ДНК. Там, где в гене стоит азотистое основание аденин, в иРНК будет забит комплементарный ему урацил (для РНК). Хотя в ДНК аденину комплементарен тимин. Гуанину комплементарен цитозин.

Таким же образом синтезируется другие виды РНК:  тРНК и рРНК.

Начало и конец синтеза типов РНК фиксируется «знаками препинания», особыми триплетами, о которых уже упоминалось в свойствах кода. Это УАГ, УАА, УГА. Знаки начала протекания реакции называют «инециирующими», а знаки конца – «терминальные».

тРНК соединяется с аминокислотами при помощи антикодона. Это триплет, кодирующий аминокислоту, которую и несёт с собой данное тРНК. Молекулы тРНК похожи на крест, верх которого несёт антикодон.

Количеству аминокислот соответствует количество тРНК.

А раз аминокислоты кодируются несколькими триплетами, то их количество больше 20. Известно, что существует 60 видов тРНК.

Присоединение анода к коноду происходит ферментативно. тРНК переносят аминокислоты к рибосомам. Возможно это в цитоплазме.

Трансляция – это процесс превращения записанных на иРНК триплетов в аминокислоты белков. Его можно разделить на два этапа: элонгация и терминация.

Он происходит уже в рибосомах.

иРНК присоединяется к рибосомам. Они, подобно бусам, одна за другой «нанизываются» на цепь иРНК, синтезируя белок. По мере приближения первой рибосомы к концу цепи иРНК, вторая рибосома тут же стартует со своего места, насаживаясь на освободившийся конец иРНК, и так далее. Одновременно на одной иРНК может быть «нанизано» более 80 рибосом, и все они синтезируют один тип белка. Вся эта конструкция имеет название полирибосомы или полисомы. Вид белка определяет только информация, записанная на иРНК. Рибосомы сами по себе способны кодировать любой вид белка. После окончания биосинтеза рибосома сходит с иРНК, а белки отправляются в шероховатую эндоплазматическую сеть.

Рибосомы состоят из большой и малой субъединиц. иРНК присоединяется к малой. В месте их соприкосновения находятся два триплета (или шесть нуклеотидов). К одному из кодонов постоянно приходит тРНК с аминокислотами и прикасается антикодоном к кодону иРНК. Если они комлементарны, то между тРНК и уже синтезированной частью белка возникает пептидная связь. В этом участвует фермент синтетаза. Этот процесс ещё можно рассматривать как элонгацию, то есть середину процесса. тРНК отпускает аминокислоту, которая находилась на ней, и возвращается в цитоплазму, рибосома перемещается вперёд на один триплет. Так постепенно создаётся полипептидная цепь. Длится это до тех пор, пока рибосома не достигнет одного из «знаков препинания». Как помним, их называют «терминальными». Потому и последние превращения    белков называют терминация.

На этом биосинтез белка останавливается.

Следует, что именно иРНК создаёт ту последовательность аминокислот, из которой будет строиться белок. То есть, только иРНК передают информацию о строении и функциях всех структур белков. Готовые белки уходят в шероховатую эндоплазматическую сеть. Приблизительное время образования одной молекулы белка составляет одну-две минуты.