Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Механизм биосинтеза белка

Основная роль в осуществлении и регуляции биосинтеза белков, специфических для каждого организма и обладающих широким спек- гром биологических свойств, принадлежит нуклеиновым кислотам.

Информация о структуре почти всех синтезируемых в организме белков закодирована в нуклеотидной последовательности дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) ядра клетки. ДНК передает эту информацию в центры белкового синтеза на рибосомах.

В соответствии с матричной теорией биосинтеза белка можно выделить следующие его стадии: транскрипции, рекогниции и трансляции.

Транскрипция (от лат. transcriptio - переписывание) заключается в том, что на матрице каждой их двух цепей раскручивающейся двойной спирали ДНК в ядре осуществляется синтез аналога рибонуклеиновой кислоты, именуемого матричной (ядерной) РНК. Процесс транскрипции контролирует фермент РНК-полимераза, обеспечивающая комплементарноегь цепей ДНК и м-РНК. То есть, в плане нуклеотидной последовательности последняя является точной копией ДНК.

Отметим, что в ядре содержится около 99,9% всей массы ДНК, где она связана с гистонами (белками основного характера) и организована в хромосомы. Клетки эукариотических организмов включают различное количество хромосом (пчела - 16; кукуруза - 20; крыса - 42; человек - 46, курица - 78). Бактерии прокариоты обладают одной хромосомой.

В каждой хромосоме животных имеется, как правило, одна большая молекула ДНК. Хромосома млекопитающих содержит около 15% ДНК, 10% РНК и 75% белка.

ДИК включает в себя огромное количество генов. Ген - это участок ДНК, кодирующий первичную структуру определенного типа белка, ответственного за то или иное качество организма. Средний размер гена - около 1000 пар мононуклеотидов. У плодовой мушки ДНК включает нс менее 100 тыс. генов, а ДНК сельскохозяйственных животных - 3-6 млн.

Синтезированные на стадии транскрипции молекулы РНК под воздействием специфических эндонуклеаз созревают, в результате чего образуются функционально активные матричные (информационные) РНК (м-РНК). Последние отделяются от ядра и переходят в протоплазму, где они локализуются на рибосомах и осуществляют поликонденсацию аминокислот, то есть трансляцию (от лат. translatio - перенесение) кода ДНК па структуру белковых молекул.

Однако трансляции предшествует стадия рекогниции (от лат. recognition - узнавание, опознание), суть которой состоит в подготовке к введению в процесс поликонденсации молекул аминокислот в строго определенной последовательности. Поготовка молекул аминокислот связана с их активацией по влиянием ферментов аминоацилсинтетаз (аминокислота-т-РНК-лигаз), в состав которых включены транспортные рибонуклеиновые кислоты. Синтезируются они по тому же механизму, что и м-РНК, но отличаются относительно небольшой молекулярной массой. Для каждой аминокислоты имеется своя т-РНК.

В процессе активации аминокислота сочетается с АТФ, и образовавшийся аминоациладенилат взаимодействует с т-РНК. Продукт этого взаимодействия - аминоацил-т-РНК - и является передаточным звеном в наращивании макромолекулы белка на рибосомах.

Рибосомы представляют собой рибонуклеотидные комплексы, состоящие из двух субъединиц. В живой природе, как уже отмечалось, существует два типа рибосом, характеризующихся коэффициентами седиментации 70S и 80S.

Рибосомы цитоплазмы эукариот характеризуются коэффициентом седиментации 80S (М = 4,5 • 106), которые, в свою очередь, состоят из малой (40S) и большой (60S) субъединиц. Массовое соотношение РНК - белок в них составляет 1:1. Рибосомы клеток животных включают также Mg2+ (2%) и полиамины (кадаверин, путресцин и спермин) (0,4-2%).

В эукариотических клетках рибосомы находятся в свободном состоянии, либо связаны с мембраной эндоплазматического ретикулума. В последнем случае рибосомы обеспечивают синтез мембранных и секреторных белков.

Прокариотическим организмам (бактериям, в том числе цианобактериям) свойственны 70S рибосомы = 3106), которые, в свою очередь, состоят из малой (30S) и большой (50S) субъединиц. По химическому составу они являются рибонуклеопротеидами, состоящими из РНК и белка в соотношении 2:1.

Каков же механизм поликонленсации аминокислот на рибосомах? Включение каждой из 20 аминокислот в полипептидную цепь на стадии трансляции обеспечивает так называемый кодон - триплет, состоящий из трех нуклеотидов в цепи м-РНК. Известны кодоны для всех 20 аминокислот.

Из четырех нуклеотидов, отличающихся азотистым основанием, может образовываться 43= 64 триплета. Из них 61 кодон несет смысловую нагрузку, то есть они кодируют соответствующие аминокислоты, а три кодона (УАА, УАГ, УГА) принято считать бессмысленными, хотя в биосинтезе белка они играют определенную, пока не до конца выясненную роль. Каждую аминокислоту, за исключением метионина и триптофана, способны включать в цепь от двух до шести кодонов. Например, кодон ГГУ (гуанин-гуанин-урацил) ответственен за аминокислоту глицин. А лейцин может кодироваться четырьмя кодонами УУА, УУГ, ЦУУ, ЦУА.

Включение аминокислоты триптофана контролирует триплет уридилового, гуанилового и гуанилового мононуклеотидов (УГГ, или UGG), а аминокислоты валина - кодон, заключающий в себе гуанило- вый, уридиновый и цитидиловый (ГУЦ).

Порядок сочетания кодонов в ДНК и соответствующей ей (комплементарной) и-РНК определяет порядок связывания аминокислот в процессе синтеза белка на рибосомах, что, по сути, и является реализацией генетического кода.

Некоторые аминокислотные остатки модифицируются уже после включения их в полипептидную цепь. В частности, такого типа превращения приводят к появлению в макромолекулах белка звеньев оксипролина, окси- лизина, фосфосерина, некоторых ацетил- и метилпроизводных аминокислот.

Стадию трансляции матричной (информационной) РНК в полипептидную последовательность аминокислот можно также разделить на 3 стадии: инициацию; элонгацию (удлинение) и терминацию (завершение роста цепочки полимера).

Инициацию трансляции обеспечивает инициирующий колон. Для большинства белков таким кодоном является кодон аминокислоты метионина АУГ (AUG), гораздо реже - ГУГ (GUG). В этом процессе функционирует специфическая - инициирующая т-РНК.

На стадии элонгации нолипептидная цепь растет в результате присоединения аминокислотных остатков по карбоксильному концу цепи. т-РНК, связанные с той или иной аминокислотой, подходят к рибосоме и, продвигаясь вдоль цепи локализованной на ней матричной РНК, как бы считывают заложенную в ней информацию.

Трансляция осуществляется до тех нор, пока не будут достигнуты терминирующие кодоны: УАА, УАГ или У ГА. Эти кодоны, обозначенные выше как бессмысленные, не имеют своих аминоацил-т-РНК и не способны продолжать трансляцию.

Терминирующие кодоны узнаются специальными белковыми структурами, именуемыми факторами терминации, или факторами освобождения.

Биосинтез белка частично осуществляется и в митохондриях. Причем, функционирующие в них рибосомы, и-РНК, т-РНК и ферменты, активирующие аминокислоты, отличаются от тех, которые контролируют синтез белка вне митохондрий.

Опубликованы научные данные (Science News, 1983, Т. 124, No. 7 - С. 101) о том, что несколько десятков генов, ответственных за передачу наследственности потомкам, имеются только в митохондриях матери - сперма не передает зародышу митохондрий. Этот факт позволяет сделать вывод о первородстве женщины, положившей начало человеческому роду.

Очевидно, что исключительно сложный по уровню организации процесс синтеза белка контролируется неким непознанным биофизическим фактором - сложнейшей информационной системой, имеющей, гю-видимому, биополевую (квантовую) природу.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>