Биосинтез

Формат документа: doc
Размер документа: 0.04 Мб




Прямая ссылка будет доступна
примерно через: 45 сек.



  • Сообщить о нарушении / Abuse
    Все документы на сайте взяты из открытых источников, которые размещаются пользователями. Приносим свои глубочайшие извинения, если Ваш документ был опубликован без Вашего на то согласия.

Трансляция (биосинтез белка)
Это перевод генетической информации, хранящейся в м-РНК в виде определенной последовательности кодонов, в линейную последовательность аминокислот п/п цепи белка. Этот процесс можно разделить на 5 стадий:
активирование аминокислоты и образование аминоацил-т-РНК (происходит в цитоплазме клеток);
образование инициирующего комплекса;
элонгация, т.е. удлинение п/п цепи;
терминация (окончание роста п/п цепи) и отделение ее от рибосомы.
Образование нативной структуры белка.
Активирование аминокислоты происходит в цитозоле постоянно, для этого необходимы: набор аминокислот, т-РНК, специфические для каждой аминокислоты аминоацил-т-РНКсинтетазы (АРС-азы) и ионы магния как активаторы этих ферментов. Процесс активации состоит из 2-х реакций:
образование аминоациладенилата за счет энергии АТФ
Для этой реакции требуется соответствующая АРСаза, которая имеет три участка в активном центре. 1-ый участок не обладает специфичностью, он одинаков для всех ферментов, это место присоединения АТФ
П-ой участок обладает строгой специфичностью, сюда присоединяется определенная АК, по которой и называется АРСаза, например, если она присоединяет метионин, то называется метионил-т-РНК-синтетаза
Ш-й участок также является строго специфичным участком, может соединиться только с опеределенной т-РНК.
Т.О. фермент необходим для узнавания АК и т-РНК.
2) образование транспорт-активированной формы аминокислоты – аминоацил-т-РНК
Суммарное уравнение реакции:
Такая активная форма аминокислоты с помощью т-РНК доставляется к рибосоме, где идет биосинтез белка. Место каждой аминокислоты в этой цепи определяется с помощью антикодона т-РНК.
Второй этап– образование инициирующего комплекса.
Для образования инициирующего комплекса необходимы: м-РНК, рибосома, аминоацил-т-РНК, ГТФ, ионы магния, ферменты инициации. м-РНК соединяется с малой субъединицей рибосомы так, что в участке “Р” устанавливается инициирующий кодон, чаще АУГ, который кодирует метионин. Метионил-т-РНК присоединяется к АУГ водородными связями,
т-РНК своим 4-ым центром прикрепляется к большой субъединице рибосомы. Т.о., создается условие, необходимое для биосинтеза белка – целостность рибосомы. Структура, включающая обе субъединицы рибосомы, м-РНК с инициирующим кодоном и связанную с ним метионил-т-РНК называют инициирующим комплексом.
Третий этап – элонгация. Эта стадия протекает столько раз, сколько нужно присоединить остатков аминокислот. Ко второму кодону, находящемуся в участке “А”, подходит комплементарная аминоацил-т-РНК. Антикодон т-РНК присоединяется ко второму кодону м-РНК. Под действием пептидилтрансферазы разрывается макроэргическая связь между АК-1 и т-РНК-1. За счет этой энергии происходит образование пептидной связи между углеродом карбонильной группы метионина и иминогруппой АК-2. Затем рибосома делает один шаг по м-РНК и в участке “Р” оказывается дипептид. Свободная т-РНК оказывается за пределами рибосомы и может снова использоваться для транспорта своей аминокислоты. К участку “А” подходит очередная аминоацил-т-РНК и если ее антикодон соответствует кодону в этом участке, то происходит присоединение аминоацил-т-РНК к антикодону и все реакции повторятся. Так, рибосома делает шаг за шагом по м-РНК, пока не будет считана вся информация данной м-РНК.
Четвертый этап – терминация. Она наступает тогда, когда на участке “А” устанавливается стоп-кодон (УАА, УАГ, УГА). Этим кодонам не соответствует ни одна аминокислота. Поэтому с помощью факторов терминации происходит отщепление синтезированного полипептида от конечной т-РНК, происходит диссоциация рибосомы. Если клетке необходимо несколько белков с одинаковой структурой, то на одну м-РНК нанизывается несколько рибосом, образуя полисому. М-РНК, отделившись от рибосомы, гидролизуется рибонуклеазами, поэтому продолжительность жизни у них невелика, но за время жизни они интенсивно работают, соединяя за 1 секунду около 20 аминокислот.
Пятый этап – образование нативной структуры белка (фолдинг). Образовавшийся белок тоже является незрелой молекулой и подвергается созреванию. Этот процесс носит название посттрансляционные изменения молекулы белка.
Отщепляется инициирующая АК, иногда даже пептид, который называется сигнальный. Затем созревшая молекула подвергается фолдингу (приобретение вторичной, третичной и четвертичной структуры), т.е. АК могут гидроксилироваться, если синтезируется сложный белок, то возможны реакции гликозилирования, сульфатирования, присоединения металлов, витаминов и только после этого происходит скручивание пп цепей, образование глобулы и т.д..
Регуляция биосинтеза белка
Различают два механизма регуляции биосинтеза белка — 1) на уровне транскрипции; 2) на уровне трансляции.
1) Французские ученые Жакоб и Мано в 1961 году предложили схему регуляции биосинтеза белка на уровне гена-регулятора и транскрипции. Они установили, что в молекуле ДНК есть участки (транскриптоны, или опероны), где закодировано строение специфических РНК – структурные гены (3% от всех генов) и регуляторные участки (97%). Непосредственно перед структурными генами располагаются регуляторные участки — ген-оператор и промотор. С промотором связывается фермент – РНК-полимераза, запускающий механизм биосинтеза белка, начиная с транскрипции. Это возможно только в том случае, если ген-оператор и промотор свободны. Большинство этих участков находится в нерабочем состоянии, репрессированы, т.к. ген-оператор и промотор связаны с белком-репрессором (70-80%). Этот белок синтезируется в ядре. Информация об этом белке заложена в гене-регуляторе. Т.о., белок-репрессор останавливает транскрипцию. Когда необходимо начать синтез определенного белка, на ген-регулятор действуют регуляторные агенты – стероиды и др., они блокируют этот ген и белок-репрессор не образуется, а значит транскрипция возможна и необходимый белок синтезируется (репрессорный механизм – показать на пленке).
Существует другой механизм регуляции на уровне транскрипции – индукторный. Ряд веществ (циклические нуклеотиды, некоторые метаболиты) могут связывать белок-репрессор, тем самым открывая путь для синтеза белка – показать на пленке. Регуляция на уровне транскрипции также связана с гистонами и другими белками, связанными с ДНК. Комплексы белков с ДНК функционально не активны, большинство генов в ДНК подавлены. Предполагается, что около 20-30% генов может синтезировать мРНК. При этом даже активные гены функционируют периодически, по мере изменения потребности клетки. Уменьшить, снять блокирование, можно ослабив связь гистонов с молекулой ДНК путем фосфорилирования, ацетилирования или метилирования, т.к. эти процессы нейтрализуют заряд на гистоне.
3) регуляция на уровне трансляции. Важное значение имеет обеспеченность клетки аминокислотами, особенно незаменимыми. При недостатке какой-либо аминокислоты задерживается образование соответствующей аминоацилтРНК, что ведет к торможению трансляции.
Известны различные ингибиторы белкового синтеза, действующие либо на сами м-РНК, либо на процессы инициации, элонгации или терминации. Например, антибиотик пуромицин останавливает элонгацию пептидной цепи. Он обладает сходством с аминоацилтРНК и связывается с синтезирующимся пептидом. Но пуромицин не имеет петлю антикодон, вследствии этого не может соединяться с мРНК и взаимодействовать с новой аминоацилтРНК. Образовавшийся пептидилпуромицин отделяется от рибосомы и синтез белка прекращается. На уровне трансляции действуют и другие антибиотики – тетрациклин, левомицетин, стрептомицин и др.
Антибиотики могут влиять не только на трансляцию, например, имеются антибиотики, препятствующие разделению цепей ДНК (метамицин); антибиотики, прекращающие транскрипцию (актиномицин, канамицин).

X