Биосинтез белка.

Увеличение суммарного количества белка при росте организма или выздоровлении, образовании новых клеток у взрослого организма, связанное с процессом самообновления, - все это требует дополнительного синтеза белка. Скорость синтеза белка у человека точно уравновешивается скоростью его деградации. Синтез белков - процесс, обеспечивающий реализацию генетической информации, закодированной в ДНК у всех эукариотических организмов.

Процессы белкового синтеза состоят из следующих этапов:

1. Репликация – снятие «копии» с ДНК.

· Инициация – начало.

· Элонгация – удлинение цепи.

· Терминация – окончание.

2. Репарация – «ремонт» ДНК.

3. Транскрипция – биосинтез м-РНК, т-РНК, м-РНК.

· Инициация – начало.

· Элонгация – удлинение цепи.

· Терминация – окончание.

4. Трансляция – биосинтез белка.

· Активирование молекул аминокислот.

· Инициация – начало синтеза.

· Элонгация – удлинение цепи на одну аминокислоту.

· Терминация – окончание синтеза.

5. Посттрансляционные изменения белка – «созревание» белка.

 

Репликация – снятие «копии» с ДНК начинаются в ядре с раскручивания двунитевой ДНК на ограниченном участке. Механизм репликации – полуконсервативный, основан на принципе комплементарности азотистых оснований А=Т, Г=Ц. В результате образуются две молекулы ДНК, в каждой из которых одна цепь «материнская», вторая «дочерняя». Репликация проходит в три этапа:

· Инициация – начало синтеза.

· Элонгация – удлинение цепи.

· Терминация – окончание синтеза.

Субстратами и источниками энергии для репликации служат АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ.

Матрица – двухспиральная молекула ДНК.

Ферменты репликативного комплекса – ДНК-полимераза, ДНК-лигаза, эндонуклеаза, ДНК-раскручивающий белок.

Кофакторы – ионы магния.

Репарация ( происходит в ядре клетки) - устранение повреждений молекулы ДНК, вызванных эндогенными и экзогенными факторами. Для репарации необходима одна неповрежденная цепь ДНК.

Этапы репарации:

· Узнавание места повреждения и разрыв 3-5-эфирных связей,

· Удаление поврежденных мононуклеотидов,

· Биосинтез нового фрагмента по принципу комплиментарности,

· Связывание нового участка ДНК со старой цепью.

Ферменты репарации: эндонуклеаза, экзонуклеаза, ДНК-полимераза репарирующая, ДНК-лигаза.

Субстраты и источники энергии – АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ.

Репарация не происходит, если:

1. Отсутствуют ферменты репарации или имеются в недостаточном количестве.

2. Повреждаются комплиментарные азотистые основания во второй цепи ДНК.

При нарушении репарации возникают наследственные заболевания, онкозаболевания, происходит преждевременное старение клеток.

Транскрипция – биосинтез молекул РНК на матрице ДНК, локализован в ядре клетки, идет постоянно, независимо от цикла клетки. Скорость – примерно 40-50 нуклеотидов в 1 секунду.

Субстраты и источники энергии – АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ.

Ферменты транскрипции – РНК-полимераза ДНК-зависимая.

Кофакторы – ионы магния.

Этапы транскрипции:

· Инициация – начало синтеза.

· Элонгация – удлинение цепи.

· Терминация – окончание синтеза.

Вновь создаваемая цепь мРНК, комплементарна матрице и несет информацию, содержащуюся на переписанном участке ДНК. Большинство мРНК синтезируется в виде высокомолекулярных предшественников, которые длиннее цитоплазматических и подвергаются процессингу (созравению). Нуклеазы, отщепляя, избыточные нуклеотиды, приводят к образованию мРНК. В цитоплазме эукариот мРНК связывается с белками, образуя комплексы -информосомы, которые, соединяясь с рибосомами, образуют полисомы. Полисомы и являются структурами, на которых происходит сборка белка. Время жизни мРНК у млекопитающих - несколько дней.

 

Трансляция – биосинтез белка протекает в полисомах и приводит к построению полипептидной цепи из аминокислот (первичной структуры белка). Для процесса трансляции необходимы:

· Матрица – м-РНК.

· Субстраты – 20 видов активированных аминокислот.

· Энергия – 1 молекула АТФ и 3 молекулы ГТФ для присоединения каждой аминокислоты.

· Ферменты инициации, элонгации, терминации.

· Кофакторы – ионы магния и калия.

· Адапторные молекулы т-РНК.

Трансляция идет постоянно, усиливаясь во время митоза.

Трансляция протекает в 4 этапа:

1. Активация аминокислот, которая протекает за счет АТФ и ионов магния. Узнавание тРНК своих аминокислот происходит с помощью фермента аминоацил-т-РНК-синтетазы. В процессе участвуют 61 т-РНК, каждая из которых переносит определенную аминокислоту.

2. Инициация – начало синтеза. Процесс обеспечивается следующим:

· Инициирующими кодонами мРНК - АУГ, ГУГ, с которых начинается трансляция и к которым всегда присоединяется тРНК, несущая метионин.

· Белковыми факторами, которые облегчают связывание мРНК с малой субъединицей рибосомы.

· Источником энергии – 1 молекула ГТФ.

· Ионами магния.

· Рибосомой.

· М-РНК,

· Инициаторным комплексом метионил –т-РНК.

3. Элонгация – удлинение цепи. Элонгация - удлинение полипептида на один аминокислотный остаток - происходит в три шага:

· Присоединение рядом с метил-тРНК к мРНК следующей тРНК.

· Образование пептидной связи между остатком метионина и новым АК-остатком, перенос первой аминокислоты на вторую.

· Перемещение мРНК на один триплет - транслокация.

На элонгацию требуется 2 молекулы ГТФ, ионы магния, инициирующий комплекс.

4. Терминация – окончание синтеза белка, обеспечивается присутствием в цепи мРНК терминирующих кодонов (УАА, УГУ, УАГ), с которыми не может связываться ни одна из тРНК. Для терминации необходимы терминирующие кодоны и релизинг-факторы.

 

Посттрансляционные изменения белка - его окончательное созревание происходит после отделения молекулы белка от рибосомы. Большинство белков подвергаются обработке протеазами, осуществляющих формирование активной молекулы из белка-предшестенника. Хранение белков происходит в аппарате Гольджи, где к белкам присоединяется углеводный компонент, обеспечивающий возможность их транспорта из клетки.