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 называется трансляцией (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

Аминокислота Кодирующие триплеты - кодоны
Аланин	ГЦУ ГЦЦ ГЦА ГЦГ
Аргинин	ЦГУ ЦГЦ ЦГА ЦГГ АГА АГГ
Аспарагин	ААУ ААЦ
Аспарагиновая кислота	ГАУ ГАЦ
Валин	ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ
Гистидин	ЦАУ ЦАЦ
Глицин	ГГУ ГГЦ ГГА ГГГ
Глутамин	ЦАА ЦАГ

Продолжение таблицы 1.1.

Глутаминовая кислота	ГАА ГАГ
Изолейцин	АУУ АУЦ АУА
Лейцин	ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ УУА УУГ
Лизин	ААА ААГ
Метионин	АУГ
Пролин	ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА ЦЦГ
Серин	УЦУ УЦЦ УЦА УЦГ АГУ АГЦ
Тирозин	УАУ УАЦ
Треонин	АЦУ АЦЦ АЦА АЦГ
Триптофан	УГГ
Фенилаланин	УУУ УУЦ
Цистеин	УГУ УГЦ
Знаки препинания	УГА УАГ УАА

 

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.