Біосинтез білка

Початком процесу синтезу білка вважається копіювання однієї з ниток ДНК на невеликій ділянці, званому геном, з утворенням мРНК. Процес копіювання ділянки ДНК, як відомо, називається транскрипцією. У прокаріотів він відбувається в цитоплазмі, в еукаріот – в ядрі інтерфазних клітини. Транскрипція – це початковий етап передачі інформації від ДНК для синтезу білка. Коли йде процес транскрипції, то кажуть, що ген працює. Працюючі гени – це гени, на яких відбувається транскрипція.
Після транскрипції молекули РНК виходять з ядра в цитоплазму, де знаходяться рибосоми – органели клітини, функцією яких є біосинтез білка. Рибосоми всіх типів живих клітин мають схожу будову. Це немембранні органоид майже сферичної форми, діаметром близько 20 нм, що складається з великої і малої субодиниць. У рибосомах є ділянка, де приєднується довга молекула мРНК. Кожна молекула мРНК відповідає одному гену, т. Е. Копіює невелику ділянку молекули ДНК, який відповідає за синтез однієї молекули білка. У складі рибосоми одночасно може перебувати тільки маленьку ділянку мРНК, він відповідає шести нуклеотидам.
Молекули мРНК довгі, в їх складі може бути кілька сотень нуклеотидів. Послідовність нуклеотидів кодує послідовність амінокислот у білку. Кодування відбувається однаково у всіх живих організмів. Кожні три нуклеотиду кодують одну амінокислоту. Ця властивість генетичного коду – триплетність. Молекула мРНК, поступово зчитуючи, пропускається через рибосому, щоразу просуваючись на 3 нуклеотиду, і вся інформація, яка в ній закодована, реалізується.
Розшифровка генетичної інформації в рибосомі відбувається за допомогою молекул тРНК. У порівнянні з мРНК, це невеликі молекули. Вони теж утворюються в ядрі на ДНК, як на матриці, на спеціальних ділянках. З ядра молекули тРНК виходять в цитоплазму, прямуючи до рибосом.

Відомий 61 вид молекул тРНК. Вони відрізняються один від одного трійкою азотистих основ на самій вершині молекули. Це дуже важлива ділянка тРНК. За допомогою нього тРНК знаходить своє місце в рибосомі. Ця ділянка називається антикодон. Будь тРНК тільки тоді займе своє місце в рибосомі, коли її антикодон буде комплементаріїв генетичному коду мРНК. В тРНК відомий ще один важливий ділянку (акцепторні кінець) – це один з її кінців, сюди приєднується амінокислота. Приєднання амінокислоти специфічно і відповідає антикодону (рис. 3.6).
Транспортні РНК приносять амінокислоти до рибосоми і займають своє місце на спеціальних ділянках рибосоми, взаємодіючи з мРНК. У рибосомі одночасно перебувають два триплета іРНК, отже, до рибосоми відразу можуть приєднуватися дві молекули тРНК. Розташовані вони близько один до одного, майже стикаються (рис. 3.7).

Головна функція тРНК – доставити амінокислоти в рибосому. З амінокислот в рибосомі синтезується білок.
Взаємозв’язок тРНК з амінокислотами відбувається в цитоплазмі поза рибосоми. Амінокислота приєднується до кінцевого ділянці тРНК. Один вид тРНК може зв’язати амінокислоту тільки певного виду. Наприклад, антикодон тРНК – ГЦУ, це відповідає кодону ЦГА в мРНК, а, отже, амінокислот – аргініну (арг). Транспортна РНК з аргініном займе своє місце в рибосомі, коли в відповідній ділянці мРНК в рибосомі буде триплет азотистих основ – ЦГА.
Отже, припустимо, дві тРНК з відповідними амінокислотами займають своє місце в рибосомі. Амінокислоти, принесені ними, знаходяться близько один до одного, і рибосома з’єднує їх хімічним зв’язком. Утворюється маленька білкова молекула, що складається всього з двох амінокислот. Потім перша тРНК звільняється і йде в цитоплазму, де вона знову може приєднати до себе відповідну амінокислоту. Друга тРНК утримує в цей час синтезируемую молекулу білка. У цей момент мРНК разом з другою тРНК і синтезується молекулою білка пересувається на три нуклеотиду вліво, згідно стрілкою на схемі (рис. 3.7). Друга тРНК займає в рибосомі місце першої. Місце другий тРНК виявляється вільним, але тут вже наступний триплет азотистих основ у молекулі мРНК. Щоб третя тРНК з відповідною амінокислотою зайняла своє місце в рибосомі, у неї повинен бути комплементарний антикодон.
Процес буде продовжуватися до тих пір, поки не вважається вся інформація з мРНК. Весь процес відбувається в рибосомі і називається трансляцією. Мова кодування в послідовності азотистих основ перекладається на іншу мову – послідовності амінокислот.
Цикл приєднання однієї амінокислоти триває долі секунди. Білок з 400 амінокислот синтезується дуже швидко, приблизно за 20 секунд. Однак процес біосинтезу білка вимагає великих витрат енергії. Для утворення однієї пептидного зв’язку необхідно 4 молекули енергоносія.
Ми розглянули основні принципи біосинтезу білка в клітині, але насправді цей процес дуже складний. Існує багато форм регуляції як самого процесу біосинтезу, так і його початковою і кінцевою фаз.

Питання
1. Який процес в ядрі передує биосинтезу білка?
2. Яка роль рибосом у біосинтезі білка?
3. У чому значення мРНК в біосинтезі білка?
4. Яка функція тРНК в біосинтезі білка?
5. Скільки тРНК може одночасно перебувати в рибосомі?
6. Що таке пептидний зв’язок?
7. Наскільки швидко синтезується білок в клітці?

Посилання на основну публікацію