Синтез белка
Содержание:
Белки составляют свыше 50% от всей сухой массы клетки и по этой причине синтез белка так важен для поддержания их функций, происходящих в них процессов, роста и развития клеток. Можно сказать, что синтез белков в клетках является самым главным, жизненно-важным процессом. Начало этого процесса происходит в ядре, развиваясь далее уже в цитоплазме. Синтез белка проходит следующую цепочку этапов:
- процесс транскрипции - процесс переноса с ДК на РНК всей генетической информации;
- процесс трансляции - представляет собой процесс преобразования триплетного нуклеотидного кода в определенную последовательность аминокислот.
За процесс нормального функционирования любых живых клеток помимо всего прочего отвечает процесс регуляции экспрессии генов.
Биосинтез белка в цитоплазме
Биосинтезом белка является довольно сложным процесс, при котором происходит синтез и полный цикл созревания белков, регулируемых значительным числом различных ферментов. Чаще всего он представляет собой синтезирование полипептидных цепей из определенных аминокислот, который происходит в рибосомах при участии определенных молекул мРНК и тРНК, отвечающих за трансляцию и в последующих, уже после того, как завершилась трансляция в модификациях цепей полипептидов. Процесс довольно энергозатратен и помимо этого в нем должны участвовать ионы-активаторы. Ключевыми моментами в биосинтезе белка являются:
- выход в цитоплазму созревшей мРНК из ядра;
- последующая за этим активация аминокислот;
- далее образуется инициирующий комплекс при участии молекулы мРНК и соответствующей ей рибосомы, а затем происходит процесс инициации цепи из полипептидов;
- следующим будет элонгация - построение последовательности полипептидов.
- затем происходит процесс терминации, при которой происходит уже окончание синтеза первичной структуры цепи из полипептидов;
- завершает все процессинг - при котором происходит образование белка.
Также Активацией аминокислот принято считать процесс присоединения карбоксильной группы аминокислоты к Зг-концу определенной тРНК. Аминокислота присоединяется к той же тРНК, у которой антикодон является комплементарым конкретному генетическому коду. В процессе происходит затрата энергии.
Аминоацилсинтетазы
Аминоацилсинтетазами называется группа ферментов, катализирующая данный процесс. Каждый фермент соответствует своей аминокислоте. Тот тип соединения, который образовывается в процессе катализации, называется соответственно наименованию искомой аминокислоты с прибавлением к названию -ил. К примеру, комплекс, который образовывается метионином и метиониновой тРНК называется метионил-тРНК.
Инициирующим комплексом называют систему, обеспечивающую начало в процессе белкового синтеза. Создание инициирующего комплекса у организмов-эукариот происходит в цитоплазме, а в некоторых случаях - на эндоплазматическом ретикулуме. Он соединяется в общей системе с мРНК, рибосомой и аминоацил-тРНК. У организмов-прокариот же этот процесс может происходить строго в цитоплазме.
Состав комплекса содержит стартовую аминоацил-тРНК, а также рибосомы и зрелую мРНК. Первая соединяется со стартовым кодоном мРНК. У всех видов организмов стартовый кодон единый и общий - AUG и соответствует метионину. Но при этом, метионин -тРНК - является стартовой аминоацил-тРНК только лишь у организмов-эукариот. У прокариот же стартовой аминоацил-тРНК является формилметионил-тРНК, которая образована нестандартной аминокислотой – формил-метионином.
Рибосомы - это части клеток, которые образованы двумя субъединицами (большая и малая). Эти клеточные компоненты отличаются отсутствием оболочек и в их состав входит рРНК и белок. У всех видов клеточных организмов рибосомы схожи по своему строению. Все они имеют по два участка, называемых P- и А-участками.
Процесс формирования инициирующего комплекса
Формирование инициирующего комплекса как биологические процесс будет удобнее и понятнее, если рассмотреть его на примере безъядерной клетки - прокариота. Данный процесс проходит следующие стадии:
- начинается процесс присоединением формилмет-тРНК к P-участку малой субъединицы рибосомы;
- затем происходит присоединение P-участка малой субъединицы рибосомы к инициирующей части мРНК, которая располагается на 5 х-конце и не ближе 25 нуклеотидов к началу молекулы;
- завершается все заключительным этапом при котором присоединяется большая субъединица;
- уже после того, как образовался инициирующий комплекс, происходит начало процесса синтеза полипептидной цепи - элонгации;
- последующая аминоацил-тРНК будет определяться по принципу комплементарности между кодоном и антикодоном и будет присоединяться к А-участку рибосомы.
При воздействии пептидилтрансферазы на аминогруппу первой аминокислоты и карбоксильную группу второй происходит образование пептидной связи. Пептидилтрансфераза примечательна тем, что она фиксируется на рибосоме. Все время ее существования фермент находится на ней. Если соединение аминоацил-тРНК с процессом синтеза пептидной связи произошли правильно, то происходит процесс транслокации.
Транслокацией называют процесс, при котором происходит инициирующий комплекс смещается вдоль по направлению молекулы мРНК на расстояние трех нуклеотидов. Разные по составу белки всегда берут начало с разных по своему составу аминокислот. Но при этом изначальная аминоацил-тРНК всегда формилметионинова или метиониновая. Противоречие разрешается так - инициирующая аминоацил-тРНК (формилметиониновая) имеет отличие в том, что не образовывает пептидных связей со следующей по порядку аминокислотой. Иными словами, правила не работают при первом процессе транслокации рибосом. Процесс биосинтеза заканчивается стадией, называемой терминацией. Терминация происходит уже при условии, что на мРНК присутствуют стоп-кодоны: UAA, UAG, UGA. Когда полипептидная цепь созревает, эта стадия носит название процессинга. Процессинг представляет собой процесс образования третичной конформации молекулы. При процессинге возможны изъятия ряда аминокислотных последовательностей. У сложных белков при процессинге происходит процесс присоединения небелковых групп. Синтез белка является сложнейшим из процессов, происходящих в клетке. Более того, по сей день он еще не изучен до конца.В данной статье были рассмотрены общие механизмы и схема его работы, известная на данный момент науке.