n Білки є необхідними компонентами всіх клітин, тому найбільш важливим процесом пластичного обміну є біосинтез білка.
n Він протікає у всіх клітинах організмів.
n Це єдині компоненти клітини (крім нуклеїнових кислот), синтез яких здійснюється під прямим контролем генетичного апарату.
n Весь генетичний апарат клітини - ДНК і різні види РНК - фактично налаштований на синтез білків.
n Умови біосинтезу білка.
Для безпосереднього біосинтезу білка необхідні наступні компоненти:
n інформаційна РНК (іРНК) - переносник інформації від ДНК до місця синтезу білкової молекули;
n рибосоми - органели, де відбувається власне синтез білка;
n набір амінокислот в цитоплазмі клітини, з яких збирається білкова молекула;
n транспортні РНК (тРНК), які кодують амінокислоти і переносять їх до місця синтезу білка на рибосоми;
n макроергічні речовини (АТФ), що забезпечують енергією процес біосинтезу білка.
n Біосинтез білка складається з трьох взаємопов'язаних процесів:
n транскрипції (синтезу іРНК),
n кодування і активування амінокислот,
n трансляції (власне синтезу білка на рибосомах).
n Будова транспортної РНК і кодування амінокислот.
n Транспортні РНК (тРНК) представляють собою невеликі молекули з кількістю нуклеотидів від 70 до 90.
n На частку тРНК припадає приблизно 15% всіх РНК клітини.
n Функція тРНК залежить від її будови.
n Вивчення структури молекул тРНК показало, що вони мають складну просторову конфігурацію, названу конюшини листом
n У молекулі виділяються петлі і спіральні ділянки, утворені за рахунок взаємодії комплементарних основ.
n Найбільш важливою є центральна петля, в якій знаходиться антикодон - нуклеотідний триплет, відповідний кодону певної амінокислоти.
n Своїм антикодоном тРНК здатна за принципом комплементарності з'єднуватися з відповідним кодоном на іРНК.
n Кожна тРНК може переносити тільки одну з 20 амінокислот.
n Значить, для кожної амінокислоти є щонайменше один вид тРНК.
n Трьом стоп-кодонам молекули іРНК не відповідає жодна тРНК.
n На одному кінці молекули тРНК завжди знаходиться нуклеотид гуанін, а на іншому - триплет нуклеотидів ЦЦА.
n До цього кінця молекули тРНК приєднується амінокислота.
n Кожна амінокислота приєднується строго до своєї тРНК з відповідним антикодоном.
n Процес приєднання каталізується специфічними ферментами - аміноацил-тРНК-синтетазами.
n Для кожної амінокислоти є своя синтетаза, яка розпізнає свою амінокислоту і відповідну тРНК.
n З'єднання амінокислоти з тРНК здійснюється за рахунок енергії АТФ, причому в результаті реакції макро-ергічні зв'язок утворюється між тРНК і амінокислотою.
n Так відбувається активація і кодування амінокислот
N Етапи біосинтезу білка
n Процес синтезу поліпептидного ланцюга, який здійснюється на рибосомі, називають трансляцією (від лат. translatio - передача).
n Інформаційна РНК (іРНК) є посередником в передачі інформації про первинну структуру білка, транспортна (тРНК) переносить закодовані амінокислоти до місця синтезу білкової молекули і забезпечує послідовність їх з'єднань в поліпептидний ланцюг
n У рибосомах здійснюється
збірка поліпептидного ланцюга.
n У ній є три основні центри, з якими зв'язуються молекули РНК: один центр для іРНК і два для тРНК.
n Одна тРНК з амінокислотою утримується в аміноацільном центрі рибосоми, а інша в пептіділ'ном центрі, де відбувається зростання поліпептидного ланцюга.
n Перший етап - ініціація
n Синтезована в процесі транскрипції мРНК виходить з ядра і направляється в цитоплазму до місця синтезу білка - до рибосоми.
n За рахунок різних білкових факторів і макроергічних речовин (АТФ та ін.) відбувається з'єднання іРНК і двох субодиниць рибосоми, які до цього моменту перебували в дисоційованому стані.
n Перш ніж рибосома почне синтез поліпептидного ланцюга, до неї повинна приєднатися особлива молекула тРНК з певною амінокислотою - инициаторного тРНК.
n З неї завжди починається синтез білка.
n За принципом комплементарності инициаторного тРНК своїм антикодоном з'єднується з першим кодоном на іРНК і входить в рибосому.
n Цей кодон на іРНК називають старт-кодоном.
n Утворюється комплекс:
n Загальна схема біосинтезу білка:
I - транскрипція (в ядрі клітини),
II - активування амінокислоти,
6 - синтезований білок
n
Другий етап - елонгація - процес зростання поліпептидного ланцюга.
n Наступна тРНК з амінокислотою за принципом комплементарності антикодону з кодоном з'єднується з іРНК і входить в рибосому.
n Перша тРНК з амінокислотою пересувається і закріплюється в пептідільний центрі, а друга тРНК з амінокислотою - в ами-ноацільном центрі.
n Амінокислоти зближуються один з одним, між ними виникає пептидний зв'язок, і утворюється дипептид.
n При цьому перша тРНК звільняється і, залишаючи рибосому, тягне за собою іРНК, яка просувається рівно на один триплет.
n Друга тРНК з дипептидом переміщається в пептідільний центр, а в рибосому входить третя тРНК з амінокислотою.
n Весь процес повторюється знову і знову: іРНК, послідовно просуваючись через рибосому, кожен раз вносить нову тРНК з амінокислотою і виносить звільнилася тРНК.
n Відбувається поступове нарощування поліпептидного ланцюга.
n Весь процес синтезу поліпептидного ланцюга забезпечується діяльністю ферментів і енергією макроергічних зв'язків молекул АТФ.
n Третій, завершальний етап - термінація - закінчення біосинтезу білка
n Як тільки в аміноацільний центр потрапляє один з стоп-кодонів, синтез припиняється.
n Місце тРНК займає в цьому випадку специфічний білок-фермент, який здійснює гідроліз зв'язку між останньою тРНК і синтезованим білком.
n Рибосома знімається з іРНК і розпадається на дві субодиниці, остання тРНК також звільняється і знову потрапляє в цитоплазму.
n Синтезована молекула білка надходить в ЕПС або цитоплазму, де набуває відповідні структури.
n Процес трансляції в клітці зазвичай здійснюється багаторазово.
n Одна іРНК може з'єднуватися з декількома рибосомами, утворюючи полірібосом, або поліс, де одночасно йде синтез кількох молекул одного білка
n Біосинтез білка протікає як в цитоплазмі клітини, так і на поверхні каналів гранулярних ЕРС.
n Весь процес синтезу однієї молекули триває в середньому від 20 до 500 с і залежить від довжини збирається поліпептиду.
n Наприклад, в рибосомі кишкової палички білок з 300 амінокислотних залишків синтезується лише за 15-20 с.
n центри рибосоми: аміноацільний, пептіділ'ний;
n етапи трансляції: ініціація, елонгація, термінація; инициаторного
n полірібосомамі (полісома).
N Питання і завдання
n У яких органелах клітини відбувається біосинтез білка?
n Яку будову має молекула тРНК? Назвіть її ключові ділянки. Як від-ходить з'єднання тРНК з амінокислотою?
n За рахунок яких зв'язків підтримується конфігурація молекули тРНК?
n Скільки видів тРНК є в клітці? Чим вони відрізняються один від одного? Як об'єк-яснити, що число видів тРНК більше, ніж число видів амінокислот, що зустрічаються в білках? Для відповіді використовуйте рис. 86.
n Охарактеризуйте етапи біосинтезу білка в клітині. Як пов'язаний біосинтез білка з іншими реакціями ^ матричного синтезу?
n Яким чином в клітці синтезуються одночасно кілька молекул одного і того ж білка? Для відповіді використовуйте рис. 87.
n Використовуючи таблицю генетичного коду (табл. 5), визначте амінокислотний со-ставши фрагмента поліпептидного ланцюга, якщо ділянка гена на молекулі ДНК має наступну послідовність нуклеотидів: ГАТГАТЦАГГАТГЦЦТГТЦТГТТЦААГГГАЦТЦАТТ