Генетика - Гуляев Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
СИНТЕЗ БЕЛКА
На основе работ многих ученых в середине 50-х годов была выдвинута матричная теория синтеза белка. Согласно этой теории, синтез белка — очень сложный многоступенчатый процесс. В нем принимают участие ДНК, разные виды РНК и разнообразные ферменты (рис. 61).
Каждый белок синтезируется на своей особой матрице, и для него нужна, следовательно, своя особая м-РНК. Одна молекула м-РНК транскрибирует последовательность нуклеотидов с отрезка ДНК, равного одному гену, и переносит эту информацию на последовательность расположения аминокислот в полипептидной цепи одного белка. Информационная РНК, проникнув из ядра в цитоплазму и прикрепившись к рибосомам, начинает действовать по отношению к белкам, как матрица.
Процесс синтеза белка состоит из четырех последовательных стадий, или этапов.
Первый этап — активирование аминокислот, в результате чего повышается их активность и они легче взаимодействуют друг с другом при соединении в полипептидную цепь. В цитоплазме всегда имеется набор аминокислот, необходимых для синтеза нужных клетке белков, но прежде чем принять участие в этом процессе, они должны быть активированы.
Активирование аминокислоты происходит при взаимодействии ее с аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). Возникает соедине-
ДНК
^ Ядро
тггппппги nrcmmr
и-PH К
Цитоплазма
и-РНК
"пнпшнппшп
Рибосома ^>(|
'Полипептид-ная цель
АКИМШК]
Т-РНК
ние, в котором весь запас энергии АТФ переходит на аминокислоту, становящуюся при этом более активной. Связывание АТФ с аминокислотой катализирует особый фермент, называемый аминоацил-РНК-синтетазой.
Второй этап связан с переносом, или транспортировкой, активированных аминокислот к рибосомам.
Эту функцию выполняет транспортная РНК (т-РНК). Молекула г-РНК по сравнению с молекулой и-РНК небольшая, она содержит всего 70—80 нуклеотидов. Ее поли-нуклеотидная цепочка примерно посредине перегибается, и две половины спирально закручиваются между собой. На одном конце молекулы г-РНК должны быть основания, комплементарные соответствующе ¦ му участку (кодону) в цепи и-РНК, а на другом конце — способные «узнавать» определенную аминокислоту. Конец, к которому присоединяется аминокислота, у всех т-РНК имеет одинаковые нуклеотиды — ЦЦА.
Для каждой аминокислоты существует своя особая г-РНК-Следовательно, должно существовать не менее двадцати разновидностей г-РНК — по одной для каждой из двадцати аминокислот, из которых строятся различные белки. Каждая из молекул г-РНК присоединяется к «своей» активированной аминокислоте. Следовательно, г-РНК выполняет в процессе синтеза белка роль адаптера (от лат. adaptare — прилаживать), т. е. вещества, доставляющего и прилаживающего активированные аминокислоты к соответствующим триплетам м-РНК — матрицы.
Третий этап начинается построением аминокислот в порядке, определяемом чередованием нуклеотидов ДНК на и-РНК-матрице и заканчивается замыканием пептидных связей в молекуле белка. Происходит этот процесс в рибосомах с участием фермента пептид-полимеразы.
Рибосомы построены из белка—.jh РНК- Эта РНК на-
зывается рибосомной (р-РНК) . Функции ^-РНК пока точно не выяснены. Предполагается, что неспаренные основания р-РНК участвуют в связывании г-РНК и м-РНК.
Рибосомы связаны между собой в группы или агрегеты, называемые полисомамы. Электронно-микроскопическими исследовани-
Рис,. 61. Схема биосинтеза белка (АК-аминокислота).
ями установлено, что в по-лисомах рибосомы соединены между собой нитью рибонуклеиновой кислоты диаметром 0,001—’0,0015 мкм. Число рибосом, входящих в-полисому, определяется длиной молекулярной цепи и-
РНК.
Рис. 62. Синтез белка на полисоме.
Прикрепившись на конце нити м-РНК, рибосома, к которой г-РНК все время доставляют активированные аминокислоты, начинает
синтез полипептидной цепи. Передвигаясь в одном определенном направлении, она считывает по три нуклеотида и добавляет к растущей полипептидной цепи по одной аминокислоте. Достигнув другого конца цепочки w-РНК, рибосома отделяется, и в раствор выходит новая синтезированная молекула белка. Для понимания процесса трансляции и механизма синтеза белков на полисомах большое значение имели работы А. С. Спирина. На рисунке 62 видно, что на полисоме одновременно синтезируются четыре по-липептидиые цепи одного и того же белка. Разница между ними лишь в количестве собранных аминокислот. Сборка белковых молекул на полисоме напоминает работу конвейерной ленты. Молекулярная скорость трансляции и транскрипции огромна — около 1000 триплетов м-РНК в одну минуту на одну рибосому, а всего в минуту, например, клетка Е. coli включает около 15-10° аминокислот в белки. Некоторые локусы транскрибируются за клеточный цикл более 1000 раз.
Четвертый этап. В это время линейная молекула полппептид-ной цепи приобретает объемную структуру. Под влиянием возникающих водородных связей полипептидная цепочка скручивается в спираль, и белковая молекула принимает биологически активную конфигурацию.
