Синтез белка - МЕТАБОЛИЗМ

Метаболизм - обмен веществ и энергии. Включает:

1. Пластический обмен (ассимиляция или анаболизм) - синтез органических веществ с затратой энергии.

2. Энергетический обмен (диссимиляция или катаболизм) - распад органических веществ с освобождением энергии.

Синтез белка

1. Транскрипция - синтез иРНК на матрице ДНК.

В основе транскрипции лежит принцип комплементарности азотистых оснований ДНК и РНК. Информационная РНК строится в направлении от 5' - к 3'- концу, антипараллельно матричной цепи ДНК. В качестве матрицы используется лишь одна из двух цепей ДНК - она называется матричной (или значащей, или кодогенной).

Транскрипция происходит на определенном участке ДНК - транскриптоне. Транскриптон ограничен двумя последовательностями, которые называются промотором (зона начала транскрипции) и терминатором (зона остановки транскрипции). Транскриптон эукариот соответствует одному гену. Транскриптон бактерий называется оперон и включает несколько структурных генов. Транскрипция осуществляется с помощью фермента – РНК -полимеразы.

Первичные РНК, которые образовались в результате транскрипции, представляют собой функционально неактивные молекулы. Созревание РНК называется процессингом. Одним из механизмов процессинга мРНК является сплайсинг. Сплайсинг - это вырезание из пре - мРНК некодирующих областей (интронов) и сшивание кодирующих структуру белка участков (экзонов).

Зрелая мРНК через ядерные поры выходит в цитоплазму, где осуществляется трансляция (рис. 13).

2. Трансляция - процесс перевода генетической информации с последовательности нуклеотидов мРНК в последовательность аминокислот в

молекуле полипептида. Трансляция осуществляется согласно правилам генетического кода:

1. Код - триплетный, т. е. одну аминокислоту определяет три нуклеотида.

2. Код - однозначный (специфичный): каждый кодон обозначает только одну аминокислоту.

3. Код - вырожденный, т. е. одной аминокислоте может соответствовать более одного кодона.

4. Код - непрерывный, т. е. отсутствуют сигналы, показывающие конец одного кодона и начало следующего.

5. Код не перекрывается, т. е. один нуклеотид не может одновременно входить в два соседних триплета.

6. Генетический код содержит триплеты, обозначающие начало и окончание синтеза белка. АУГ - инициирующий кодон (кодирует метионин). УАА, УАГ, УГА - терминирующие кодоны, которые не кодируют ни одну из известных аминокислот и сигнализируют об окончании синтеза белка.

7. Генетический код универсален, т. е. одинаков у животных, растений, многих бактерий.

Рис. 13. Синтез белка в эукариотической клетке

Подготовительные стадии трансляции включают:

• активацию аминокислот;

• присоединение аминокислот к тРНК.

Обе стадии осуществляются с помощью фермента - аминоацил- тРНК - синтетазы (кодазы). Комплекс тРНК и аминокислоты называется аминоацил - тРНК (аа - тРНК).

Этапы трансляции:

1. Инициация трансляции - начало синтеза полипептидной цепи, заключается в сборке активной рибосомы. Инициация трансляции начинается со связывания мРНК в области старт-кодона с малой субъединицей рибосомы. Далее происходит связывание первой аа - тРНК и присоединение большой субъединицы рибосомы.

“Собранная” рибосома имеет 2 активных центра:

• пептидильный центр (П - центр). В начале трансляции с пептидильным центром связывается первая инициирующая аа - тРНК. На последующих стадиях трансляции в пептидильном центре находится тРНК, содержащая уже синтезированный пептид.

• аминоацильный центр (А - центр) - место связывания очередной аа - тРНК. А - и П - центры расположены как на большой, так и на малой субчастицах рибосомы.

2. Элонгация трансляции - самый продолжительный этап синтеза белка, в ходе которого происходит удлинение полипептидной цепи за счет присоединения аминокислот. Начинается с момента образования первой пептидной связи и заканчивается после включения в полипептидную цепь последней аминокислоты. Элонгация трансляции имеет циклический характер. Цикл элонгации включает 3 стадии:

1) Связывание аа - тРНК с А - центром рибосомы. Связывается аа - тРНК, чей антикодон комплементарен кодону мРНК.

2) Образование пептидной связи между аминокислотами. Первая аминокислота переносится на вновь поступившую аминокислоту. Первая тРНК становится свободной.

3) Транслокация - перемещение рибосомы по мРНК на один кодон. Свободная тРНК вытесняется из рибосомы, тРНК с дипептидом оказывается в П - центре, А - центр становится свободным. В А - центр приходит очередная аа - тРНК. Цикл повторяется.

3. Терминация трансляции - окончание синтеза белка. Сигналом об окончании трансляции служит появление в рибосоме одного из стоп- кодонов мРНК: УАА, УАГ или УГА. С терминирующим кодоном, который находится в А-центре, взаимодействуют особые белки. В результате нарушается связь полипептида с тРНК. Синтезированный белок отделяется от рибосомы, одновременно отделяются тРНК и мРНК, а рибосома диссоцирует на субъединицы.