Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Основні шляхи використання амінокислот в клітинах організму представлені на рис. 51.
Мал. 51. Шляхи використання амінокислот в клітинах організму
Головний шлях використання амінокислот - синтез специфічних для організму білків: структурних, скорочувальних, білків-ферментів, гормонів білкової природи замість зруйнованих. Швидкість поновлення тканинних білків досить висока. Так період напіврозпаду білків печінки становить близько 9 діб, білків м'язової тканини близько 120 діб.
Інший найважливіший шлях використання амінокислот - синтез різних біологічно активних речовин. Навіть якщо виключити з цієї групи білки-ферменти і гормони білкової природи, перенісши їх у групу білків, залишиться досить численна група речовин: гормонів-поліпептидів, гормонів - похідних амінокислот та інших сполук, що виконують в організмі переважно регуляторні функції.
Частина амінокислот (і надійшли з травної системи, і що утворилися при розпаді тканинних білків) використовується в якості джерела енергії. Деяка кількість амінокислот може перетворюватися в вуглеводи, в ліпіди. Хоча останнім найбільш ймовірно при надходженні в організм надлишкової кількості білка. Ще один дуже важливий шлях використання амінокислот - синтез замінних амінокислот. Розглянемо найважливіші шляхи використання амінокислот в клітинах організму.
Синтез білка це складний багатоступінчастий процес, основними етапами якого є транскрипція, активація амінокислот і трансляція. Розглянемо основні етапи синтезу білка.
Транскрипція. Специфіка того чи іншого білка визначається набором амінокислот і порядком їх з'єднання в білкової молекулі. Набір амінокислот і порядок їх з'єднання закодований в молекулі ДНК за допомогою послідовності нуклеотидів. Кожна амінокислота кодується трьома розташованими поруч нуклеотидами - триплету або кодонами. Головною відмінністю властивістю різних нуклеотидів є що входять до їх складу азотисті основи, яких в ДНК зустрічається чотири види: аденін, гуанін, тимін і цитозин. Поєднаннями з трьох азотистих основ можна утворити 64 різних триплетів.
Молекули ДНК знаходяться в ядрі і не беруть безпосередньої участі в синтезі білка. Інформація про послідовність амінокислот у тій чи іншій молекулі білка передається від ДНК до місць синтезу за допомогою інформаційної РНК (і-РНК). Транскрипція - це процес синтезу і-РНК на ділянці ДНК, що несе інформацію про послідовність амінокислот у конкретної молекулі білка. Така ділянка ДНК називається геном або цистрон.
Транскрипція починається з розриву водневих зв'язків між двома комплементарними ланцюгами ДНК за допомогою ферменту ДНК-полімерази. Потім відбувається розкручування спіралі ДНК на ділянці, що несе потрібну для синтезу білка інформацію. Завершується транскрипція синтезом і-РНК за участю ферменту РНК-полімерази. В результаті інформація про послідовність амінокислот у білковій молекулі переноситься в і-РНК. І-РНК виходить з ядра в цитоплазму і приєднується до рибосоми.
Активація амінокислот. У синтезі білка беруть участь активні амінокислоти. Активація амінокислот починається з їх взаємодії з АТФ, в результаті якого утворюється макроергічні комплекс амінокислоти (Ак) з АМФ (аміноаціладенілат - Ак
АМФ) і неорганічний пірофосфат (ФФН):
Потім відбувається взаємодія активованої амінокислоти з відповідною даній амінокислоті транспортної РНК (т-РНК) з утворенням макроергічних комплексу амінокислоти з т-РНК (аміноацил
АМФ + т-РНК → Ак
Реакція каталізується ферментом аміноацил-т-РНК-синтетазой. Цей етап синтезу білка отримав назву рекогніціі. .
Транспортні РНК являють собою порівняно невеликі молекули, що складаються з 80-100 нуклеотидів. Кожній амінокислоті відповідає від однієї до шести видів т-РНК, з якими вона може утворювати комплекс. Транспортні РНК мають два специфічних триплета. Один з них кодон, до якого приєднується амінокислота, інший - антикодон, який може приєднуватися до кодону відповідної амінокислоти в і-РНК за принципом комплементарності. Роль т-РНК зводиться не тільки до доставки амінокислот до місць синтезу білка - рибосоми, а й перекладу інформації з послідовності нуклеотидів на послідовність амінокислот.
Трансляція. Безпосередній синтез білка (трансляція) здійснюється на особливих внутрішньоклітинних утвореннях, які називаються рибосомами. Рибосоми побудовані з нуклеопротеинов, що містять приблизно 60% РНК і 40% різних білків. Вони забезпечують зчитування генетичної інформації з і-РНК і реалізацію її в послідовності амінокислот в синтезується молекулі білка. Рибосоми мають ферментативними властивостями, каталізує утворення пептидних зв'язків між амінокислотами. У процесі синтезу білка молекула і-РНК пересувається між двома субодиницями рибосоми, до однієї з яких приєднується специфічний белоксинтезирующий фермент (пептіділтрансфераза). В процесі цього переміщення кодони і-РНК взаємодіють з антикодон т-РНК. При цьому белоксинтезирующий фермент каталізує приєднання амінокислотного залишку т-РНК до поліпептидного ланцюга. Освіта і подовження поліпептидного ланцюга на рибосомі (елонгація) відбувається з витратою енергії, джерелом якої є макроергічних з'єднання гуанінтріфосфат (ГТФ).
Завершення синтезу білка (термінація) забезпечується спеціальними кодонами в і-РНК (стоп-сигналами), які не використовуються для кодування амінокислот. Уже в процесі синтезу білка формується первинна (послідовність амінокислот) і вторинна структура білкової молекули. Після завершення синтезу і відділення поліпептидного ланцюга від рибосоми відбувається формування третинної і четвертинної структури білка. У формуванні третинної і четвертинної структури білка беруть участь додаткові внутрішньоклітинні органели (апарат Гольджі).
Синтезу білка - енергоємний процес. Приєднання до поліпептидного ланцюга однієї амінокислоти вимагає витрати щонайменше п'яти молекул АТФ. При активації амінокислоти АТФ розпадається до АМФ, що еквівалентно витраті двох молекул АТФ. На етап трансляції витрачається одна молекула ГТФ. В процесі елонгації витрачаються дві молекули ГТФ на кожну приєднувану до ланцюга амінокислоту. І, нарешті, термінація (завершення синтезу) вимагає витрати ще однієї молекули ГТФ.
Ресинтез ГТФ відбувається в реакції ГДФ з АТФ:
ГДФ + АТФ = ГТФ + АДФ
Отже, одним з найважливіших умов синтезу білка є можливість забезпечення цього процесу достатньою кількістю енергії.
Амінокислоти, не використані для синтезу білка, піддаються різним перетворенням, які, в більшості своїй починаються з реакцій трьох типів: декарбоксилирования, трансаминирования, дезамінування.