Биосинтез белка идёт в каждой живой клетке.

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержит информацию о структуре одного белка, называется геном, их в одной молекуле ДНК содержится несколько сотен. В молекуле ДНК записан код о последовательности аминокислот в белке в виде определённо сочетающихся нуклеотидов. Сущность кода ДНК состоит в том, что каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трёх рядом стоящих нуклеотидов – триплет. Аминокислот 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Триплетов хватает с избытком для кодирования всех аминокислот. Биосинтез белка идёт в несколько этапов

(рис. 1.5).

Рис. 1.5.Биосинтез белка.

Первый этап. Синтез и-РНК (происходит в ядре). Информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называют транскрипцией (от лат. «транскриптис» - переписывание). При этом против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встаёт комплементарный ему нуклеотид и-РНК. Молекулы и-РНК индивидуальны, каждая из них несёт информацию одного гена.

Ц-Г-Т-Ц-А-А-Г молекула ДНК

Г-Ц-А-Г-Т-Т-Ц

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

.Ц-Г-У-Ц-А-А-Г молекула РНК

Второй этап. Соединение аминокислот с молекулами т-РНК происходит в цитоплазме. Вначале аминокислоты в цитоплазме активируются с помощью ферментов и соединяются со специфическими для них транспортными РНК (т-РНК), то есть для каждой из 20 аминокислот существует своя т-РНК. Далее т-РНК переносит соединённую с ней аминокислоту на рибосому. Каждая т-РНК имеет последовательность из трёх нуклеотидов – антикодон, с помощью которого определяется только свой триплет (кодон) на и-РНК.

Третий этап. «Сборка» белка происходит в рибосомах. К рибосомам направляются из ядра и-РНК. При этом на одной молекуле и-РНК одновременно располагается несколько рибосом. Из цитоплазмы и-РНК с «навешанными» на них аминокислотами подходит к рибосомам и своим кодовым концом дотрагивается до триплета и-РНК, проходящего в данный момент через функциональный центр рибосомы. В это время противоположный конец т-РНК с аминокислотой попадает в место «сборки» белка, и если кодовый триплет т-РНК окажется комплементарным триплету и-РНК, находящемуся в данный момент в функциональном центре рибосомы, аминокислота отделяется от т-РНК и попадает в состав белка, а рибосома делает шаг на один триплет по и-РНК вправо. Отдав аминокислоту, т-РНК покидает рибосому, ей на смену приходит другая, с иной аминокислотой, составляющей следующее звено в строящейся белковой молекуле.

Так, звено за звеном собирается полипептидная цепь белка (рис. 1.6), а информация о структуре белка, записанная в и-РНК в виде последовательности нуклеотидов, воспроизводится на полипептидной цепи белка в виде последовательности аминокислот. Этот процесс называетсятрансляцией (от лат «трансляция» - перенос.

Рис. 1.6.Полипептидная цепь белка.

В генетическом коде существуют три триплета, выполняющих функцию знаков препинания, обозначая прекращение синтеза одной белковой цепи.

Каждая аминокислота шифруется более чем одним триплетом (кодоном) от 2 до 6. Это видно из таблицы 1.1.

Таблица 1.1

Генетический код

Продолжение таблицы 1.1.

Четвёртый этап. На этом этапе образуются вторичная и третичная структуры белка, рибосома сходит с и-РНК, а образовавшийся белок поступает в эндоплазматическую сеть и по её каналам – в другие части клетки, а рибосома поступает на другую и-РНК и участвует в синтезе другого белка.

Все реакции белкового синтеза катализируются специальными ферментами с использованием энергии АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Скорость синтеза белка обусловлена многими факторами: температурой среды, концентрацией водородных ионов, количеством конечного продукта синтеза, присутствием свободных аминокислот, ионов магния, состоянием рибосом и др. Таким образом, биосинтез белков идёт в каждой живой клетке. Наиболее активен он в молодых растущих клетках, где синтезируются белки на построение их органоидов, а также в секреторных клетках, где синтезируются белки-ферменты и белки-гормоны.

Таким образом, синтез белка – сложный многоступенчатый процесс, представляющий цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза.

Поскольку ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в цитоплазме, существует посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Таким посредником является и-РНК.

В биосинтезе белка определяют следующие этапы, идущие в разных частях клетки.

Первый этап – синтез и-РНК происходит в ядре, в процессе которого информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (от лат «транскриптик» - переписывание).

На втором этапе происходит соединение аминокислот с молекулами

т-РНК, которые последовательно состоят из трёх нуклеотидов – антикодонов, с помощью которых определяется только свой триплет-кодон на и-РНК. Для каждой из 20 аминокислот существует своя т-РНК.

Третий этап – это процесс непосредственного синтеза полипептидных связей, называемый трансляцией. Он происходит в рибосомах.

На четвёртом этапе происходит образование вторичной и третичной структуры белка, то есть формирование окончательной структуры белка.

Таким образом, в процессе биосинтеза белка образуются новые молекулы белка в соответствии с точной информацией, заложенной в ДНК. Этот процесс обеспечивает обновление белков, процессы обмена веществ, рост и развитие клеток, то есть все процессы жизнедеятельности клетки.