Философ Фридрих Энгельс в своем знаменитом определении сказал, что жизнь является способом существования белковых тел. В каждом живом организме безостановочно идет сложный процесс, требующий немалых энергетических затрат, — синтезируются и созревают белки. Общая схема биосентеза белка такова: ДНК — иРНК — белок.
Биосинтез белка делится на два главных этапа. Во-первых, из аминокислот синтезируется полипептидная цепь. Этот этап проходит на рибосомах при участии молекул двух типов РНК, информационной и транспортной. Во-вторых, с полипептидной цепью происходят посттрансляционные модификации. Образно представить весь этот процесс можно как крошечную железную дорогу, по которой постоянно, от одной станции к другой, снуют паровозы с прицепленными гружеными вагонами.
Трансляция
1. Синтез полипептидных белковых цепей по матрице иРНК, который производится рибосомами, называется трансляцией.
2. Полисома — система рибосом в виде цепи, используемая для увеличения количества производимых белков. Через нее может проходить одна и та же иРНК.
3. Первым делом иРНК должна получить некую информацию. Транскрипция — процесс перенесения информации с ДНК на иРНК в ядре по принципу комплементарности. Далее иРНК идет в цитоплазму для синтеза белка на ее матрице.
4. Как ДНК проходит подготовку к транскрипции? При помощи ферментов двойная связь ДНК раскручивается, разрываются водородные связи.
5. Значительная часть ДНК, как и ее копия иРНК являются некодирующими. Кодирующие части иРНК называют экзонами, некодирующие интронами. Для «отбрасывания» некодирующих участков происходит сплайсинг — вырезание интронов с помощью ферментов.
6. Как аминокислоты доставляются к рибосомам? С помощью тРНК, по форме напоминающей клеверный лист и состоящей из 70–90 нуклеотидов.
7. Сколько видов тРНК в клетке? Столько же, сколько кодонов (триплетов), шифрующих аминокислоты — 64. Кодоны — это триплеты нуклеотидов в иРНК. Пример триплета — АГЦ (аденин, гуанин, цитозин). Каждое азотистое основание, например, аденин, входит в состав какого-то нуклеотида.
8. Вверху в тРНК имеется триплет, присоединяющийся к кодонам иРНК. Это антикодон.
9. Фермент кодаза присоединяет аминокислоту к тРНК. Причем он присоединяет строго ту аминокислоту, которая кодируется кодоном иРНК — триплетом, комплементарным антикодону тРНК.
10. Для связывания одной аминокислоты с тРНК тратится одна молекула АТФ.
11. Аминокислота отрывается от тРНК в тот момент, когда тРНК подходит к рибосоме и ее антикодон узнает кодон иРНК по принципу комплементарности.
12. В акцепторном участке рибосомы приходящая тРНК присоединяется к своему кодону иРНК, причем аминокислота присоединяет к себе растущую цепь белка — образуется пептидная связь.
13. В донорный участок рибосомы тРНК перемещается вместе с кодоном иРНК и с аминокислотой, цепь удлиняется на одну аминокислоту. На место данной тРНК в акцепторный участок идет новая тРНК.
14. Разные полипептидные цепи отделяются друг от друга своеобразными «знаками препинания», тремя триплетами — УАА, УАГ, УГА. Ни одна тРНК не имеет антикодонов, комплементарных данным триплетам, потому она не сможет поступить в акцепторный участок.
15. Какая аминокислота стоит в начале синтезируемого полипептида в рибосоме прокариот? Формилметионин, она соответствует антикодону АУГ иРНК. Данная измененная форма аминокислоты метионина является «заглавной буквой» фразы и прямиком следует в донорный участок рибосомы. С нее начинается синтез любой белковой цепи у бактерий, митохондрий, хлоропластов. У эукариот гены ядра не кодируют эту аминокислоту. После того как синтез полипептидной цепи закончен, формилметионин отщепляется от нее и отсутствует в готовом белке.
16. Что происходит с тРНК после выполнения ее роли? С помощью фермента кодазы к ней будет присоединена та же аминокислота, и тРНК продолжит функционировать.
17. Посттрансляционная модификация — формирование структур белка: вторичной, третичной и четвертичной. В этом процессе участвуют ферменты и затрачивается энергия.
