Біосинтез білка

Біосинтез білка є найважливішою складовою частиною обміну речовин і енергії в організмі і представляє частину сукупності процесів асиміляції. Його зручно розглянути у цьому підрозділі, так як процес біосинтезу білків тісно пов’язаний з поняттями, розбирайтеся при вивченні нуклеїнових кислот. Синтез білків в організмах – матричний процес, його інакше називають трансляцією. Даний процес є екзотермічним, тому для його здійснення необхідна енергія, яку організм отримує при гідролізі АТФ до АДФ і фосфорної кислоти. Білки синтезуються в присутності різних ферментів – синтетаз із суміші природних альфа-амінокислот (їх 20-22) за участю іРНК і тРНК на полісомах. Полісома – комплекс рибосом, «нанизаних» на молекулу іРНК. Рибосома – органоїд клітини, будова якого пристосоване для біосинтезу білка. Вона складається з двох частин – малої і великої субодиниць, між якими знаходиться канал, куди входить іРНК і підходить тРНК, що несе амінокислоту. Велика субодиниця рибосоми також пронизана каналом, що з’єднується своїм отвором з отвором в ендоплазматичної мережі, на якій розташована рибосома. У цьому каналі розташовується синтезируемая поліпептидний ланцюг, яка з каналу надходить в гіалоплазму (рідку частину цитоплазми).

Інформація про характер поліпептидного ланцюга міститься в іРНК і кодується за допомогою кодонів. Кодон – триплет суворо визначених залишків РНК-нуклеотидів (три послідовно з’єднаних залишку), відповідних певній амінокислоті.

Встановлено, що з чотирьох нуклеотидів можна отримати 64 поєднання триплетів, які можуть відповідати певній амінокислоті. Так як природних альфа-амінокислот 20 (або 22), то конкретної амінокислоті відповідає кілька кодонів. Мінімальне число кодонів, відповідних окремої конкретної кислоті – два, а для деяких амінокислот (ймовірно, найбільш важливих) характерно 4 або навіть 6 кодонів. Так, фенілаланін в іРНК кодується кодонами УУУ і УУЦ, аспарагінова кислота – ААУ, ВАЦ, ГАУ і ГАЦ; серин – АМУ та АГЦ; аланін ГЦЦ, ГЦУ і т. д.

Крім кодонів, відповідних певній амінокислоті, існує три терминирующего кодону, що визначають початок синтезу і завершальних синтез поліпептидного ланцюга. Кодони містяться в іРНК. Їм відповідають (за правилом комплементарності) Антикодон, що містяться на вершинах хрестоподібних форм молекул тРНК; антикодон стільки ж, що й кодонів, тобто 64, тому існує 64 різновиди молекул тРНК.

Процес біосинтезу білків поліпептидного ланцюга білкової молекули, з якої згодом формується нативная структура молекули білка, можна представити у вигляді послідовних операцій:
1. Виникає функціональний центр рибосоми (ФЦР), що з інформаційної рибонуклеїнової кислоти (іРНК) і рибосоми; іРНК впроваджується в малу субодиницю рибосоми спочатку одним кодоном в амінокислотний активний центр (А-центр – центр впізнавання амінокислоти).

2. У цитоплазмі, навколишнього рибосому, містяться різні транспортні РНК (тРНК), з яких тРНК, що несе антикодон початку синтезу молекули білка, входить в ФЦР і за рахунок принципу комплементарності приєднується до кодону іРНК, що знаходиться у А-центру.

3. ИРНК переміщається в другій центр ФЦР – пептидний центр (П-центр) – його інакше називають «активний центр приєднання амінокислоти» до пептидного ланцюга (отже, у функціональному центрі рибосоми міститься два активних центру – А-центр і П-центр, кожен з яких містить по одному триплети, а, в цілому два кодони, відповідних певній амінокислоті, або кодонам початку або закінчення синтезу поліпептидного ланцюга – залежно від етапу синтезу білкової молекули). Наприкінці «кроку» 3 в рибосому проникла іРНК на два триплета, зайнявши обидва активних центру, при цьому в П-центрі знаходиться кодон початку синтезу молекули білка, а в А-центрі – кодон молекули амінокислоти, починаючої пептидную ланцюг, до якого прикріплена антикодоном тРНК, що несе інформацію про початок синтезу білкової молекули.

4. З цитоплазми в ФЦР надходить тРНК, що несе амінокислоту, починаючу поліпептидний ланцюг і своїм антикодоном прикріплюється до кодону іРНК, що знаходиться в А-центрі.

5. Відбувається переміщення ділянки іРНК з А-центра в П-центр, а кодон іРНК з П-центру виходить з ФЦР в цитоплазму. Від цього кодону відділяється тРНК, що несе інформацію про початок синтезу білка, і потрапляє в цитоплазму (надалі ця тРНК знову використовується для синтезу нової білкової молекули, можливо, навіть у знову формованої полісоми на іРНК, яку ми описуємо).

6. З цитоплазми в ФЦР надходить тРНК, що несе амінокислоту, залишок якої є другим від початку поліпептидного ланцюга. Антикодон цієї тРНК прикріплюється до кодону іРНК, що знаходиться в А-центрі.

7. Кодон іРНК, що знаходиться в П-центрі, переміщується разом з тРНК, яка перенесла амінокислоту, починаючу поліпептидних ланцюг в цитоплазму, а «починаюча ланцюг амінокислота» залишається в каналі великої субодиниці рибосоми. Одночасно з цим процесом кодон іРНК, що несе друге амінокислоту з А-центра, перемішається в П-центр і залишок другий амінокислоти з’єднується з першою амінокислотою, утворюючи дипептид (А-центр при цьому звільняється).

На наступних етапах процес протікає аналогічно процесу 7, при цьому можлива зупинка синтезу, а потім її продовження. У кінцевому рахунку відбувається приєднання до поліпептидного ланцюга залишку амінокислоти, завершальній поліпептидний ланцюг, і в А-центрі надається кодон завершення синтезу білкової молекули, до якого надходить тРНК, що несе інформацію про завершення синтезу молекули. Далі цей комплекс надходить у П-центр, а потім вся іРНК (і її останній триплет) надходять в цитоплазму. На цьому синтез поліпептидного ланцюга завершується, і починається формування інших структур білкової молекули (вторинної, третинної і четвертинної – якщо остання структура характерна для даної молекули білка).

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
З’єднання кісток черепа