387Биосинтез белка. Реакции матричного синтеза
Исходной матрицей для синтеза белков и нуклеиновых кислот служит молекула ДНК. Реакции происходят по принципу комплементарности. В каждой из них информация, заключённая в линейной последовательности нуклеотидов, используется для создания другой линейной последовательности: либо нуклеотидов (при синтезе РНК или ДНК), либо аминокислот (при синтезе белка).
Ген и генетический код
Носителями наследственной информации клетки и организма являются молекулы ДНК. Ген — участок молекулы ДНК, в котором зашифрована информация о первичной структуре одного белка.
В природе существует особая система кодирования, на основании которой последовательность нуклеотидов расшифровывается в виде последовательности белковых молекул, называемая генетическим кодом.
Свойства генетического кода
| Свойство | Характеристика |
|---|---|
| Триплетность | Каждой аминокислоте соответствует сочетание из трёх нуклеотидов. Всего таких сочетаний 64 кодона. Из них 61 кодон смысловой, соответствует 20 аминокислотам, а 3 кодона стоп-коды, которые не соответствуют аминокислотам (у эукариот). Они являются сигналом, останавливающим реакции матричного синтеза |
| Однозначность (специфичность) | Каждый триплет кодирует только одну аминокислоту |
| Избыточность (вырожденность) | Одна и та же аминокислота может кодироваться разными триплетами, так как аминокислот всего 20, а возможных триплетов 64 |
| Неперекрываемость | Последний нуклеотид одного триплета не может служить началом другого |
| Непрерывность | Между кодонами и генами нет промежутков |
| Универсальность | Все живые организмы имеют один и тот же генетический код |
Матрицей для синтеза белка является и-РНК, поэтому генетический код в таблице даётся по и-РНК.
Центральная догма молекулярной биологии
Процесс биосинтеза белка состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции. Для каждого этапа требуются определенные ферменты и АТФ.
Транскрипция
Синтез любой РНК происходит только с 5'-конца, так как фермент РНК-полимераза и ДНК-полимераза может соединять нуклеотиды новой цепи только с 5'-конца. Поэтому матричной является комплементарная ей цепь ДНК с 3'-конца. Это необходимо учитывать при выборе матричной цепи ДНК и написании комплементарных фрагментов цепи РНК. Синтезируемые РНК значительно короче и являются копиями только определённого небольшого участка ДНК, где находится информация о структуре данной РНК или белка.
Этапы синтеза и-РНК:
1. Присоединение фермента РНК-полимеразы к определённому участку ДНК. Цепи ДНК разделяются. Старт-кодоном является триплет, соответствующий аминокислоте мет (метионин).
2. На одной цепи ДНК с 3'-конца по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды. Фермент РНК-полимераза, продвигаясь по цепи ДНК, соединяет между собой нуклеотиды. В результате синтезируется иРНК, комплементарная матричной цепи
3. Процесс синтеза РНК продолжается до стоп-сигнала прекращает движение фермента и синтез РНК одного из трёх стоп-кодонов, который
4. Фермент РНК-полимераза отделяется от ДНК, освобождается синтезированная молекула РНК, ДНК восстанавливает двойную спираль. Синтез завершён.
Первичный транскрипт (пре–иРНК) у эукариот не может сразу переходить к следующему этапу биосинтеза (трансляции), т.к. содержит неинформативные участки (интроны), поэтому он подвергается созреванию (формированию зрелой иРНК) в ядре под воздействием специальных ферментов
Сплайсинг – вырезание интронов (неинформативных участков) и соединение экзонов (информативных участков).
Трансляция
Биосинтез белков происходит на рибосомах как в цитоплазме клетки, так и на поверхности каналов гранулярной ЭПС. Для синтеза необходимы: набор аминокислот, набор тРНК, энергия АТФ, иРНК, рибосомы.
тРНК присоединяют аминокислоты и доставляют к рибосомам. Место аминокислоты в белковой молекуле определяется соединением антикодона тРНК с соответствующим кодоном иРНК. Синтез полипептида на рибосоме также начинается с 5'-конца на иРНК, поэтому кодоны в таблице генетического кода также даны с 5'-конца. Соответствующие антикодоны на тРНК имеют направление с 3'-конца. Это необходимо учитывать при определении последовательности аминокислот в полипептидной цепи. Например, аминокислоте мет соответствует кодон 5'-АУГ-31. Следовательно, ему соответствует антикодон тРНК 3'-УАЦ-5'.
Этапы синтеза полипептида:
Синтез начинается со старт-кодона на иРНК - с аминокислоты мет, а заканчивается любым из трёх стоп-кодонов. Рибосома соединяется с иРНК, к старт-кодону присоединяется антикодон первой тРНК с аминокислотой и входят в рибосому. При каждом шаге рибосомы по иРНК одна ТРНК с аминокислотой входит в неё, а другая, свободная, выходит из неё. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5'-конца к 3'-концу до стоп-кодона.
Процесс трансляции в клетке обычно осуществляется многократно. Одна иРНК может соединяться с несколькими рибосомами, образуя полисому. На всех рибосомах в составе полисомы происходит одновременный синтез одинаковых полипептидных цепей.
