Биосинтез белка

Формат документа: docx
Размер документа: 0.31 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.


Биосинтез белка
Белки являются необходимыми компонентами всех клеток, поэтому наиболее важным процессом пластического обмена является биосинтез белка.
Он протекает во всех клетках организмов.
Это единственные компоненты клетки (кроме нуклеиновых кислот), синтез которых осуществляется под прямым контролем генетического аппарата.
Весь генетический аппарат клетки — ДНК и разные виды РНК — фактически настроен на синтез белков.
Условия биосинтеза белка.
Для непосредственного биосинтеза белка необходимы следующие компоненты:
информационная РНК (иРНК) — переносчик информации от ДНК к месту синтеза белковой молекулы;рибосомы — органоиды, где происходит собственно синтез белка;
набор аминокислот в цитоплазме клетки, из которых собирается белковая молекула;
транспортные РНК (тРНК), кодирующие аминокислоты и переносящие их к месту синтеза белка на рибосомы;
макроэргические вещества (АТФ), обеспечивающие энергией процесс биосинтеза белка.
Биосинтез белка состоит из трёх взаимосвязанных процессов:
транскрипции (синтеза иРНК),
кодирования и активирования аминокислот,
трансляции (собственно синтеза белка на рибосомах).
Строение транспортной РНК и кодирование аминокислот.
Транспортные РНК (тРНК) представляют собой небольшие молекулы с количеством нуклеотидов от 70 до 90.
На долю тРНК приходится примерно 15% всех РНК клетки.
Функция тРНК зависит от её строения.
Изучение структуры молекул тРНК показало, что они имеют сложную пространственную конфигурацию, названную клеверным листом
В молекуле выделяются петли и спиральные участки, образованные за счёт взаимодействия комплементарных оснований.
Наиболее важной является центральная петля, в которой находится антикодон — нуклеотидный триплет, соответствующий кодону определённой аминокислоты.
Своим антикодоном тРНК способна по принципу комплементарности соединяться с соответствующим кодоном на иРНК.
Каждая тРНК может переносить только одну из 20 аминокислот.
Значит, для каждой аминокислоты имеется по меньшей мере один вид тРНК.
Трём стоп-кодонам молекулы иРНК не соответствует ни одна тРНК.
На одном конце молекулы тРНК всегда находится нуклеотид гуанин, а на другом — триплет нуклеотидов ЦЦА.
К этому концу молекулы тРНК присоединяется аминокислота.
Каждая аминокислота присоединяется строго к своей тРНК с соответствующим антикодоном.
Процесс присоединения катализируется специфическими ферментами — аминоацил-тРНК-синтетазами.
Для каждой аминокислоты имеется своя синтетаза, которая распознаёт свою аминокислоту и соответствующую тРНК.
Соединение аминокислоты с тРНК осуществляется за счёт энергии АТФ, причём в результате реакции макро-эргическая связь образуется между тРНК и аминокислотой.
Так происходит активирование и кодирование аминокислот
Строение молекулы тРНК: I — объёмная модель; II — общий вид; III — схема; IV — соединение тРНК и аминокислоты
Этапы биосинтеза белка
Процесс синтеза полипептидной цепи, осуществляемый на рибосоме, называют трансляцией (от лат. translatio — передача).
Информационная РНК (иРНК) является посредником в передаче информации о первичной структуре белка, транспортная (тРНК) переносит закодированные аминокислоты к месту синтеза белковой молекулы и обеспечивает последовательность их соединений в полипептидную цепь
В рибосомах осуществляется
сборка полипептидной цепи.

В ней имеются три основных центра, с которыми связываются молекулы РНК: один центр для иРНК и два для тРНК.
Одна тРНК с аминокислотой удерживается в аминоацильном центре рибосомы, а другая в пептидилъном центре, где происходит рост полипептидной цепи.
Первый этап — инициация
Синтезированная в процессе транскрипции иРНК выходит из ядра и направляется в цитоплазму к месту синтеза белка — к рибосоме.
За счёт различных белковых факторов и макроэргических веществ (АТФ и др.) происходит соединение иРНК и двух субъединиц рибосомы, которые до этого момента находились в диссоциированном состоянии.
Прежде чем рибосома начнёт синтез полипептидной цепи, к ней должна присоединиться особая молекула тРНК с определённой аминокислотой — инициаторная тРНК.
С неё всегда начинается синтез белка.
По принципу комплементарности инициаторная тРНК своим антикодоном соединяется с первым кодоном на иРНК и входит в рибосому.
Этот кодон на иРНК называют старт-кодоном.
Образуется комплекс:
рибосома — иРНК — инициаторная тРНК-аминокислота
Общая схема биосинтеза белка:
I — транскрипция (в ядре клетки),
II — активирование аминокислоты,
III — трансляция;
1 — ДНК,
2 — иРНК,
3 — тРНК,
4 — аминокислота,
5 — рибосома,
6 — синтезированный белокРис. 85. Общая схема биосинтеза белка: I — транскрипция (в ядре клетки), II — активирование аминокислоты, III — трансляция; 1 — ДНК, 2 — иРНК, 3 — тРНК, 4 — аминокислота, 5 — рибосома, 6 — синтезированный белок
132Глава 5. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕРис. 86. Схема биосинтеза полипептидной цепи
Второй этап — элонгация — процесс роста полипептидной цепи .Следующая тРНК с аминокислотой по принципу комплементарности антикодона с кодоном соединяется с иРНК и входит в рибосому.
Первая тРНК с аминокислотой передвигается и закрепляется в пептидильном центре, а вторая тРНК с аминокислотой — в ами-ноацильном центре.
Аминокислоты сближаются друг с другом, между ними возникает пептидная связь, и образуется дипептид.
При этом первая тРНК освобождается и, покидая рибосому, тянет за собой иРНК, которая продвигается ровно на один триплет.
Вторая тРНК с дипептидом перемещается в пептидильный центр, а в рибосому входит третья тРНК с аминокислотой.
Весь процесс повторяется вновь и вновь: иРНК, последовательно продвигаясь через рибосому, каждый раз вносит новую тРНК с аминокислотой и выносит освободившуюся тРНК.
Происходит постепенное наращивание полипептидной цепи.


Весь процесс синтеза полипептидной цепи обеспечивается деятельностью ферментов и энергией макроэргических связей молекул АТФ.
Третий, завершающий этап — терминация — окончание биосинтеза белка
Как только в аминоацильный центр попадает один из стоп-кодонов, синтез прекращается.
Место тРНК занимает в этом случае специфический белок-фермент, который осуществляет гидролиз связи между последней тРНК и синтезированным белком. Рибосома снимается с иРНК и распадается на две субъединицы, последняя тРНК также освобождается и вновь попадает в цитоплазму.
Синтезированная молекула белка поступает в ЭПС или цитоплазму, где приобретает соответствующие структуры.
Процесс трансляции в клетке обычно осуществляется многократно.
Одна иРНК может соединяться с несколькими рибосомами, образуя полирибосому, или полисому, где одновременно идёт синтез нескольких молекул одного белка
Полисома
Биосинтез белка протекает как в цитоплазме клетки, так и на поверхности каналов гранулярной ЭПС.
Весь процесс синтеза одной молекулы длится в среднем от 20 до 500 с и зависит от длины собираемого полипептида.
Например, в рибосоме кишечной палочки белок из 300 аминокислотных остатков синтезируется всего лишь за 15—20 с.
Антикодон;
трансляция;
центры рибосомы: аминоацильный, пептидилъный;
этапы трансляции: инициация, элонгация, терминация; инициаторная
тРНК;
полирибосома (полисома).
Вопросы и задания
В каких органоидах клетки происходит биосинтез белка?
Какое строение имеет молекула тРНК? Назовите её ключевые участки. Как происходит соединение тРНК с аминокислотой?
За счёт каких связей поддерживается конфигурация молекулы тРНК?
Сколько видов тРНК имеется в клетке? Чем они отличаются друг от друга? Как объяснить, что число видов тРНК больше, чем число видов аминокислот, встречающихся в белках? Для ответа используйте рис. 86.
Охарактеризуйте этапы биосинтеза белка в клетке. Как связан биосинтез белка с другими реакциями^ матричного синтеза?
Каким образом в клетке синтезируются одновременно несколько молекул одного и того же белка? Для ответа используйте рис. 87.
Используя таблицу генетического кода (табл. 5), определите аминокислотный состав фрагмента полипептидной цепи, если участок гена на молекуле ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГАТГАТЦАГГАТГЦЦТГТЦТГТТЦААГГГАЦТЦАТТ
X