Узнайте, как происходит синтез белка в клетках организма. Разберитесь в процессе транскрипции и трансляции, узнайте о важности генотипа и первичной структуры белков.
Cодержание
Каждая клетка содержит тысячи белков. Свойства белков зависят от их первичной структуры, т.е. порядка соединения аминокислотных остатков в молекулах.
Информация о первичной структуре всех белков организма закодирована последовательностью нуклеотидов, образующих молекулы ДНК. В молекулах ДНК выделяют гены. Каждый ген соответствует одному белку.
В одной молекуле ДНК содержится много генов. Все гены данного организма образуют его генотип.
Процесс транскрипции и трансляции
Процесс биосинтеза белка состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции.
Для каждого этапа биосинтеза требуются особые ферменты и АТФ.
Биосинтез происходит в клетках с огромной скоростью. В организме высших животных в одну минуту образуется до 60 тыс. пептидных связей.
Транскрипция
В ходе транскрипции участок двуцепочечной ДНК «разматывается». На одной из цепочек синтезируется молекула иРНК.
Информационная (матричная) РНК одноцепочечная, она собирается на одной из нитей ДНК по правилу комплементарности.
Образуется молекула иРНК, которая является копией второй цепочки ДНК, только в ней тимин заменён на урацил. Закодированная в ДНК информация о первичной структуре белка таким образом переписывается на иРНК.
Как и в любой другой биохимической реакции, в этом процессе участвует фермент — РНК-полимераза.
Молекула ДНК содержит большое количество генов. Каждый ген начинается промотором — особым участком ДНК, состоящим из нескольких расположенных друг за другом нуклеотидов, который определяет РНК-полимераза, и с этого места начинает сборку молекулы иРНК.
Синтез иРНК продолжается до терминатора — последовательности, указывающей на завершение сборки иРНК.
В клетках прокариот иРНК образуется в цитоплазме, поэтому образовавшиеся молекулы могут сразу принимать участие в синтезе белков на рибосомах.
В клетках эукариот транскрипция происходит в ядре, поэтому иРНК сначала через поры в ядерной мембране выходит в цитоплазму.
Трансляция
Для сборки белковой молекулы в цитоплазме клетки должны присутствовать все необходимые аминокислоты. Они образуются при расщеплении белков, поступающих с пищей, или синтезируются в самом организме.
На тот конец иРНК, с которого нужно начать синтез белка, нанизывается рибосома. Она движется вдоль иРНК прерывисто, «скачками», задерживаясь на каждом кодоне приблизительно 0,2 секунды.
К кодону, расположенному в активном центре рибосомы, присоединяется тРНК с комплементарным антикодоном. Затем происходит образование пептидной связи между аминокислотами тРНК, и процесс повторяется до тех пор, пока не закончится иРНК или не будет достигнут сигнал о завершении синтеза белка.
В результате трансляции полипептидная цепь, состоящая из связанных аминокислот, формирует белковую молекулу.
История изучения биосинтеза белка
В 1940-х годах белки рассматривались как ключевые вещества живых организмов, которые не только выполняют биохимические функции, но и участвуют в наследственной передаче информации. Однако механизм синтеза белка оставался тогда ещё чёрным ящиком.
Между 1945 и 1950 годами был разработан метод меченых атомов. Радиоактивные аминокислоты использовались для тестирования животных и после включения метки в белки различных тканей. Это позволило установить связь между образованием белков и наличием рибонуклеиновых кислот.
См. также
Энергетика биосинтеза белка
Образование белка в живых клетках тесно связано с внешними условиями и внутриклеточными потребностями. Наиболее энергозатратным процессом при синтезе белка обычно считается трансляция, для которой требуется большое количество энергии.
В заключение, синтез белка является важным процессом, который позволяет клеткам создавать и поддерживать необходимые для их функционирования белковые структуры.
Что нам скажет Википедия?
Биосинтез белка — это многостадийный процесс синтеза и созревания белков, протекающий в живых организмах. В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: синтез полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК (трансляция), и посттрансляционные модификации полипептидной цепи. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.
История изучения биосинтеза белка
В 1940-х годах белки рассматривались как ключевые вещества живых организмов, которые не только выполняют биохимические функции, но и участвуют в наследственной передаче информации. Однако механизм синтеза белка оставался тогда ещё чёрным ящиком. Одним из предполагаемых механизмов объяснялся концепцией обратного протеолиза, которая поддерживалась выдающимися биохимиками того времени Максом Бергманном и Джозефом Фрутоном. В 1940 году Торбьерн Касперссон и Джек Шульц разработали методы измерения поглощения нуклеиновых кислот в клетках под воздействием ультрафиолетового излучения, а также микроскопию клеток под воздействием ультрафиолета. Благодаря этой разработке они смогли определить, что образование белков связано с повышенным присутствием рибонуклеиновых кислот в определённых ядерных и цитоплазматических участках. Примерно в то же время Жан Браше и Раймонд Джинер и Хьюберт Шантренн пришли к аналогичным выводам на основе дифференциального окрашивания и расщепления тканей РНКазой in situ.
Между 1945 и 1950 годами был разработан метод меченых атомов (35S, 32P, 14C и 3H). Радиоактивные аминокислоты для тестирования животных и после включения метки в белки различных тканей. Первоначально использовали разные аминокислоты: цистеин и метионин, меченные серой, глицин, меченный углеродом, и лизин, меченный углеродом.
Последовательность процессов синтеза полипептидной цепи белковой молекулы
Энергетика биосинтеза белка
Образование белка в живых клетках тесно связано с внешними условиями и внутриклеточными потребностями. Центральной проблемой в клеточной физиологии является определение стоимости производства белка и молекулярных процессов, ограничивающих биосинтез. Это особенно важно для понимания взаимосвязей между ростом клеток, делением клеток и размером клеток. Наиболее энергозатратным процессом при синтезе белка обычно считается трансляция. Большая часть клеточного пула гуанозинтрифосфата используется для полимеризации аминокислот, тогда как значительно меньшее количество энергии используется на другие процессы, включая транскрипцию и сворачивание белков.
