Студопедия — Биосинтез белка
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Биосинтез белка






 

 

1. Строение рибосомы

2. Свойства генетического кода

3. Этапы синтеза белка, необходимые факторы и их роль

 

В соответствии с основным постулатом молекулярной биологии синтез белков включает три процесса. Транскрипция синтез ин­формационной (матричной) РНК на ДНК-матрицена основе комплементарности. Это переписывание генетической информации с ДНК на РНК. В молекуле мРНК записана информация о последо­вательности аминокислот в первичной структуре белка с помощью триплетного нуклеотидного кода. У эукариот процесс идет в ядре.

Трансляция перевод генетической информации мРНК, записан­ной с помощью четырех нуклеотидов, в первичную структуру белка (полипептид), записанную с помощью 20 аминокислот. Процесс идет в рибосомах. Для осуществления перевода нуклеотидного кода в аминокислотную последовательность существуют специальные молекулы-адаптеры. Роль адаптеров выполняют тРНК: с одного конца молекулы — аминокислота (З'-конец тРНК), а с другого — антикодон, т.е. триплет нуклеотидов, комплементарный кодону мРНК. В результате транскрипции и трансляции генетическая информация ДНК реализуется в виде первичной структуры белка.

Посттрансля­ционная модификация белков осуществляется в цитозоле, аппарате Гольджи и других местах клетки за счет специфического взаимодей­ствия радикалов аминокислот первичной структуры и других моле­кул. При этом формируется нативная структура белка.

Рибосомы. Внутриклеточный компонент, в котором осуществ­ляется процесс трансляции, называется рибосомой. Множество рибосом могут одновременно транслировать одну и ту же цепь мРНК, образуя так называемые полирибосомы (полисомы). Шерохо­ватый эндоплазматический ретикулум — это компартмент клетки, в котором мембрансвязанные полисомы продуцируют как мембран­ные белки, так и белки, подлежащие экскреции и транспорту. Полирибосомные структуры присутствуют и в свободной форме — в ци­тозоле, где они синтезируют внутриклеточные белки. Рибосомы — это субклеточные частицы, состоящие из рРНК и белков. По констан­те седиментации различают 70S-рибосомы прокариот и 80S-рибосомы эукариот. Соотношение рРНК и белков у 70S-рибосом — 2:1, а у 80S-рибосом — 1:1. Рибосомные РНК синтезируются в ядрышке в виде предшественника 45S-рРНК, который затем расщепляется эндонуклеазами на рРНК нужной длины. Рибосомные белки образу­ются в цитоплазме и переносятся в ядрышко. Здесь спонтанно образуются рибосомные субъединицы путем объединения белков с соответствующими рРНК. Возникшие большая (50S — у прокариот и 60S — у эукариот) и малая (30S — у прокариот и 40S — у эукариот) субъединицы рибосом через поры ядерной оболочки переносятся в цитозоль. Большая субъединица рибосом эукариотической клетки содержит 41 белок, 5S-, 5,8S- и 28S-pPHK; малая — 30 белков и 18S-рРНК. В микробной клетке количество рибосом равно 10 000, а в эу­кариотической — достигает 100 000. Согласно представлениям Дж. Уотсона, существует «рибосомный цикл»: в начале синтеза полипептидной цепи субъединицы рибосомы объединяются в функцио­нирующую рибосому на мРНК для осуществления трансляции, а в конце синтеза диссоциируют.

Генетический код. Информация о последовательности амино­кислот в полипептидной цепи записана на мРНК в виде трехбуквен­ного нуклеотидного кода.

Основные свойства кода: триплетность каждая аминокислота кодируется тройкой нуклеотидов, называемой кодоном; вырожденность — одну и ту же аминокислоту может ко­дировать несколько кодонов, причем важнейшую роль играют дня первых нуклеотида триплета; однозначность каждому триплету соответствует только одна аминокислота; неперекрываемость кодоны считываются один за другим не перекрываясь; универсальность соответствие аминокислот триплетному коду у всех живых организмон (в последние годы показано, что в митохондриях различных клеток четыре кодона считываются иначе, чем постулировано принципом универсальности).

Среди 64 триплетов мРНК выделяют три типа:

1) инициирующие — АУГ и ГУГ (кодируют включение формилметионина у прокариот или метионина у эукариот), определяют стадию начала (инициации) синтеза белковой молекулы; 2) смысловые кодируют включение аминокислот в синтезируемую полипептиднуш цепь; 3) терминирующие — не кодируют включение аминокислот, это нонсенс-кодоны, которые определяют завершение (терминацию) синтеза полипептидной цепи.

Этапы синтеза белка и необходимые факторы. По А. Ленинджеру, выделяют пять этапов синтеза белковой молекулы: 1) активация аминокислот с образованием аминоацил-тРНК; 2) инициации полипептидной цепи; 3) элонгация полипептидной цепи; 4) терминация полипептидной цепи и освобождение; 5) сворачивание полипептидной цепи и процессинг (созревание).

Белоксинтезирующая система клетки должна иметь:

1) матрицу мРНК, на которой записана информация о последовательности аминокислотных остатков в синтезируемой полипептидной цепи,

2) рибосомы — субклеточные частицы, осуществляющие ферментативный синтез полипептидной цепи по матрице мРНК (точнее — полирибосома, являющаяся комплексом мРНК и рибосом);

3) набор всех типов аминоацил-тРНК. (набор молекул-адаптеров); различные регуляторные и вспомогательные факторы белковой природы;

4)АТФ, ГТФ, ионы магния и др.

Трансляция молекул мРНК начи­няется с 5'-конца с образованием N- конца растущей полипептидной цепи. Информация считывается в направлении 5' —> 3' и заканчива­ется образованием С-конца белковой молекулы. Транскрипция гена в соответствующую мРНК начинается с образования 5'-конца моле­кулы мРНК. У прокариот это позволяет начать трансляцию мРНК еще до завершения транскрипции. У эукариот процесс транскрип­ции происходит в ядре, а трансляции мРНК — в цитоплазме. Такая компартментализация процессов исключает одновременное проте­кание транскрипции и трансляции и делает неизбежным процессинг предшественников мРНК — гяРНК.

Активация аминокислот. В цитоплазме клеток 20 различных аминокислот присоединяются эфирной связью к соответствующей т-РHK с образованием аминоацил-тРНК. Этот процесс катализируется высокоспецифичными аминоацил-тРНК-синтетазами:

амино­кислота + тРНК + АТФ -> аминоацил-тРНК + АМФ + РРн.

Многие аминоацил-тРНК-синтетазы способны исправлять ошибки при присоединении близких по структуре аминокислот. Например, при включении валина вместо изолейцина (различие на одну метиленовую группу) фермент способен распознать ошибку, когда аминокислота поступает в активный центр, и гидролитически отщепить неправильную аминокислоту. Именно поэтому в этих ферментах выделяют четыре важных для катализа места связывания: для аминокислоты, тРНК, АТФ и для воды (гидролиз «неправильных» аминоацил-тРНК).

Инициация полипептидной цепи. Для инициации полипетидной цепи в клетках прокариот необходимы: мРНК, инициирующая аминоацил-тРНК, малая и большая субъединицы рибосом. Они собираются в работающий ансамбль с помощью трех белков (факторы инициации) IF-1, IF-2, IF-3, ионов магния и ГТФ. Инициирующая аминоацил-тРНК у прокариот представлена формилметионин-тРНК, а у эукариот — метионин-тРНК. Стадия инициации начина­ется с присоединения IF-3 к малой субъединице рибосомы. Этот фактор обеспечивает узнавание на мРНК участка для присоединения инициирующей тРНК, т.е. инициирующего кодона (АУГ, ГУГ). В это же время инициирующая формилметионин-тРНК связывается с IF-2 и ГТФ. Затем оба комплекса взаимодействуют и образуется инициирующий комплекс, который связывается с мРНК. Это связы­вание происходит с помощью фактора IF-1, который способствует соединению мРНК с инициирующим комплексом, состоящим из малой субъединицы, формилметионин-тРНК, IF-2, IF-3, ГТФ. Бел­ковый фактор IF-2 способствует соединению большой и малой субъ­единиц рибосомы. После присоединения большой субъединицы вы­свобождаются все инициирующие факторы, ГДФ и неорганический фосфат, т.е. процесс идет с затратой энергии. Смысл всех этих операций заключается в том, что мРНК соединяется с инициирую­щей (формил)метионин-тРНК в рибосоме единственно возможным способом, определяющим точное положение рамки считывания кодонов мРНК на инициирующем кодоне.

В работающей рибосоме есть два участка связывания транспортных РНК (тРНК): А-участок (аминоацильный), имеющий сродство к аминоацил-тРНК, и Р-участок (пептидильный), имеющий сродство к пептидил-тРНК. В кон­це стадии инициации инициирующая (формил)метионин-тРНК на­ходится в Р-участке собранной рибосомы и соединена водородными связями с инициирующим кодоном мРНК. В А-участке находится следующий кодон мРНК.

Элонгация полипептидчой цепи. Для осуществления элонгации необходимы: набор аминоацил-тРНК, ГТФ, ионы магния, факторы элонгации — EF-T и EF-g. Она начинается с присоединения аминоацил-тРНК к следующему за инициирующим кодону мРНК в А-уча­стке рибосомы. Каждое присоединение аминоацил-тРНК требует затраты молекулы ГТФ и происходит при участии EF-T. Между ко­доном мРНК и антикодоном аминоацил-тРНК замыкаются во­дородные связи. Когда два аминокислотных остатка оказываются рядом, между ними образуется водородная связь. Процесс катали­зируется рибосомным ферментом пептидилтрансферазой и исполь­зует энергию макроэргической связи аминоацил-тРНК. Образовав­шийся дипептид силами гидрофобного взаимодействия радикалом связан с Р-участком. В то же время он связан с тРНК, находящейся в А-участке и связанной с кодоном мРНК. Сродства к А-участку эта пептидил-тРНК не имеет. При участии EF-g и за счет энергии ГТФ происходит перемещение пептидил-тРНК в Р-участок, а вместе с ней и кодона мРНК, так как они связаны водородными связями. Фактор EF-g считают ГТФазой. Такое перемещение называют транс­локацией. (Формил)метионин-тРНК при этом высвобождается из рибосомы. В результате транслокации в А-участок рибосомы прихо­дит новый кодон мРНК. К нему методом случайного подбора присо­единяется комплементарным антикодоном новая аминоацил-тРНК. Между дипептидом Р-участка и аминокислотным остатком в А-уча­стке замыкается пептидная связь. Возникший трипептид транслоцируется в Р-участок, а в А-участок приходит следующий новый ко­дон мРНК и т.д. Таким образом, происходит многократное по­вторение этапов элонгации, пока в А-участок не придет один из терминирующих кодонов.

Терминация полипептидной цепи. Необходимые факторы: FR-1 воспринимает триплеты УАА и УАГ; FR-2 воспринимает УАА и УГА; ГТФ. Терминирующие кодоны (бессмысленные, нонсенс-кодоны) не имеют для себя аминоацил-тРНК. Кодоны, поступив в А-участок, воспринимаются факторами FR-1 или FR-2, которые индуцируют пептидилэстеразную активность, вследствие чего отщепляется син­тезировавшийся полипептид. Весь комплекс трансляции диссоциирует на составные части.

В цитоплазме клеток прокариот с помо­щью фермента деформилазы происходит отщепление формильной группы от N-концевого формилметионина синтезированного полипептида; часто после завершения синтеза в цитоплазме клеток от­щепляется N-концевой метионин от синтезированного полипептида (у прокариот и эукариот). На основе взаимодействия радикалов ами­нокислотных остатков полипептидной цепи спонтанно формируют­ся вторичная, третичная, а у олигомерных белков и четвертичная структуры.

Посттрансляционная модификация белка включает следующие процессы: химическую модификацию белка (часто отсутствует) — метилирование по аминогруппе лизина и аргинина, фосфорилирование по ОН-группе серина, окисление лизина, пролина и др.; связывание простетической группы; связывание между собой субъединиц олигомерного белка; частичный протеолиз.

Например, посттрансляционная модификация при биосинтезе гликопротеинов происходит следующим образом. Полисомы связаны с внешней по­верхностью мембраны эндоплазматического ретикулума клеток через большую субъединицу рибосомы. Синтезированные полипептидные цепи проходят через мембрану шероховатого эндоплазмати-ческого ретикулума в цистерны и переносятся в гладкий эндоплазматический ретикулум и в комплекс Гольджи. Здесь с помощью гликозилтрансфераз происходит присоединение моносахаридных моле­кул к полипептидным цепям с образованием гликопротеинов.

Регуляция биосинтеза белков. В настоящее время считают, что регуляции подвержены все или почти все этапы биосинтеза белков. Например, метаболиты и гормоны могут изменять сродство белков-репрессоров к регуляторным отделам ДНК; гормоны способны мо­дифицировать активность метилаз, участвующих в биосинтезе рРНК; новообразованные белки способны активировать рибонуклеазы и тем самым ускорять распад своих мРНК и т.п.

Согласно теории Жакоба и Моно, в биосинтезе белков у бактерий участвуют три типа генов: структурные гены, ген-оператор и ген-регулятор. Структур­ные гены определяют первичную структуру белков. Функционирова­ние структурных генов контролируется геном-оператором (локали­зован между промотором и структурными генами). Формирование мРНК начинается с промотора и далее распространяется вдоль опе­ратора и контролируемых им структурных генов. Оператор и струк­турные гены называют опероном. Деятельность оперона контроли­руется геном-регулятором. Оперон и ген-регулятор находятся в раз­ных участках цепи ДНК, поэтому связь между ними осуществляется с помощью белка-репрессора, синтезируемого по информации гена-регулятора. Если репрессор связан с геном-оператором, то РНК-полимераза не может синтезировать мРНК, а следовательно, не синте­зируются и белки. Если ген-оператор свободен, процесс транскрип­ции возможен и информация структурных генов используется для синтеза белков.

Рассмотрим превращения:

Е' Е2 Е3







Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 1455. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Признаки классификации безопасности Можно выделить следующие признаки классификации безопасности. 1. По признаку масштабности принято различать следующие относительно самостоятельные геополитические уровни и виды безопасности. 1.1. Международная безопасность (глобальная и...

Прием и регистрация больных Пути госпитализации больных в стационар могут быть различны. В цен­тральное приемное отделение больные могут быть доставлены: 1) машиной скорой медицинской помощи в случае возникновения остро­го или обострения хронического заболевания...

ПУНКЦИЯ И КАТЕТЕРИЗАЦИЯ ПОДКЛЮЧИЧНОЙ ВЕНЫ   Пункцию и катетеризацию подключичной вены обычно производит хирург или анестезиолог, иногда — специально обученный терапевт...

Расчет концентрации титрованных растворов с помощью поправочного коэффициента При выполнении серийных анализов ГОСТ или ведомственная инструкция обычно предусматривают применение раствора заданной концентрации или заданного титра...

Психолого-педагогическая характеристика студенческой группы   Характеристика группы составляется по 407 группе очного отделения зооинженерного факультета, бакалавриата по направлению «Биология» РГАУ-МСХА имени К...

Общая и профессиональная культура педагога: сущность, специфика, взаимосвязь Педагогическая культура- часть общечеловеческих культуры, в которой запечатлил духовные и материальные ценности образования и воспитания, осуществляя образовательно-воспитательный процесс...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия