Биосинтез белка в клетке

 

Вспомните

 

  какую роль играет АТФ в жизнедеятельности клетки;

 

  что такое АДФ.

 

    Понятие о биосинтезе. Каждая живая клетка создаёт (синтезирует) вещества своего тела. Процессы образования органических веществ, происходящие в живых клетках с помощью ферментов и внутриклеточных структур, называют биосинтезом (греч. bios — «жизнь» и synthesis — «соединение»). Биосинтез всегда идёт с потреблением энергии. Так, биосинтез простых углеводов у зелёных растений протекает за счёт энергии света. Биосинтез белка осуществляется за счёт энергии, заключённой в химических связях АТФ.

 

    Этапы синтеза белка в клетке. В биосинтезе молекул белка участвуют аминокислоты, многочисленные ферменты, рибосомы и разные типы РНК (рРНК—рибосомная. тРНК — транспортная и иРНК — информационная. Биосинтез белка осуществляется в рибосомах.

 

   Характер биосинтеза определяется наследственной информацией, закодированной в определённых участках ДНК хромосом — генах. Гены хранят и передают информацию об очерёдности аминокислот синтезируемого белка, иными словами, кодируют структуру белковой молекулы. Информация о каждой аминокислоте «записана» комбинацией из трёх нуклеотидов (триплетом, или кодоном). В этом состоит суть генетического кода: различные сочетания из трёх нуклеотидов кодируют определённые аминокислоты.

 

Генетический код универсален — он одинаков для всех живых организмов.

 

   Молекулы информационной РНК (иРНК) переносят информацию с ДНК из ядра в цитоплазму клетки, где происходит «сборка» молекул белка. Схематически процесс биосинтеза белка можно представить так:

 

ДНК  РНК  белок

 

Процесс биосинтеза белка совершается в два этапа.

 

   Первый этап биосинтеза. Специальный белок-фермент (полимераза) узнаёт на молекуле ДНК начальную точку синтеза. В присутствии полимеразы происходит раскручивание двойной спирали ДНК и образование одноцепочечных участков. Фермент перемещается вдоль цепи ДНК и строит на ней, как на матрице, цепь иРНК в соответствии с принципом комплементарности

Образовавшаяся таким способом цепь иРНК оказывается точной копией определённого участка ДНК-матрицы. Принцип копирования генетической информации с ДНК на иРНК называют копированием, переписыванием или транскрипцией (от лат. transcription — «переписывание»).

  Участок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре одного белка, отграничивается от других участков. Существуют триплеты, которые «запускают» синтез полинуклеотидной цепочки, и триплеты, которые его прекращают, т. е. служат «знаками препинания».

Транскрипция — первый этап биосинтеза белка. На этом этапе происходит «списывание» генетической информации путём создания иРНК.

Второй этап биосинтеза. Все процессы «сборки» молекулы белка происходят в цитоплазме, где находятся аминокислоты, многочисленные транспортные РНК (тРНК), ферменты, катализирующие процесс биосинтеза, и АТФ, обеспечивающий его энергией Здесь из двух субъединиц образуются рибосомы и сюда из ядра поступает иРНК Образовавшаяся иРНК выходит из ядра в цитоплазму через поры в ядерной мембране. Связываясь с рибосомами, она служит матрицей, на которой происходит синтез белковых молекул.

 

   Рибосома — уникальный «сборочный аппарат». Она перемещается по иРНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом. В результате в строгом соответствии с последовательностью расположения нуклеотидов иРНК определённые аминокислоты объединяются на ней в длинную полимерную цепь белка. Порядок аминокислот в этой цепи соответствует генетической информации, скопированной («списанной») с определённого участка ДНК Синтез полипептидных цепей на матрице и PHК. происходящий в рибосомах, называют трансляцией (лат. translatio — «передача»).

 

Трансляция – построение полимерной молекулы белка из многочисленных мономеров – аминокислот на основе считывания генетической информации, заключенной в иРНК, второй этап биосинтеза

 

Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью тРНК. В клетке имеется столько же разных тРНК, сколько кодонов, шифрующих аминокислоты. В молекуле каждой тРНК содержится последовательность из трёх нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в иРНК. Её называют антикодоном. Для каждой аминокислоты требуется определённая («своя») тРНК, антикодон которой соответствует определённому кодону иРНК. На соединение каждой аминокислоты с тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ.

 

    Изменение последовательности нуклеотидов иРНК, произошедшее при её копировании с ДНК-матрицы, может привести к изменению последовательности аминокислот в белке. Такой белок приобретает новые свойства и может оказать значительное влияние на жизнедеятельность организма — как положительное, так и отрицательное.

 

    После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы — молекулы иРНК.

 

    Обычно вдоль одной молекулы иРНК движется сразу несколько рибосом, при этом одновременно синтезируется несколько белковых молекул.

 

    Молекула иРНК может использоваться для синтеза белков многократно, как и рибосома.

 

    Срок жизни иРНК — от двух минут у бактерий до нескольких дней у высших организмов. В итоге ферменты разрушают иРНК до отдельных нуклеотидов, которые затем используются для синтеза новых иРНК. Расщепляя и синтезируя иРНК, клетка строго регулирует синтез белков, их тип и количество.

 

Генетический код был расшифрован в 60-е гг. XX в. Из четырёх типов нуклеотидов можно составить 64 триплетных сочетания. В построении белков участвует всего 20 аминокислот. Таким образом, число возможных триплетов более чем втрое превышает число распространённых аминокислот. Поэтому большинству аминокислот соответствует несколько кодонов. Это явление называют вырожденностью генетического кода. Поскольку количество нуклеотидов в ДНК хромосом чрезвычайно велико, в клетке может синтезироваться огромное количество различных белков. Значительная их часть — ферменты.

Процесс биосинтеза белковых молекул осуществляется только в живой клетке.

1. Охарактеризуйте функции различных видов РНК в биосинтезе белка.

2. Какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка?

3.  Исправьте ошибку в утверждении.

• Транскрипция завершает процесс синтеза белка в клетке.

4.  Каким образом молекулы аминокислот собираются в полимерную молекулу белка?