Что такое биосинтез белка
Особенности синтеза белка: биосинтез белка в цитоплазме, аминоацилсинтетазы, инициирующий комплекс
Особенности синтеза белка
Биосинтез белка в цитоплазме
Больше половины сухой массы клетки составляют белки. Соответственно, синтез белков имеет большое значение для обеспечения жизнедеятельности клеточных структур и их функций, а также для роста и специализации клеток.
У эукариот процесс биосинтеза белков начинается в ядре, а продолжается и завершается — в цитоплазме. Процесс биосинтеза состоит из 2 этапов:
Чтобы клетка нормально функционировала, важна регуляция экспрессии генов. Благодаря ей можно легко разобраться в последовательности и механизме функционирования клетки как единого целого.
Что такое биосинтез белка?
Синтез белка — это непростой процесс синтеза и созревания белков, регуляция которого осуществляется при помощи большого количества ферментов.
Биосинтез белка основан на синтезе полипептидных связей из аминокислот, который происходит на рибосомах при участии молекул мРНК и тРНК (трансляция), а также на посттрансляционных модификациях полипептидных цепей. Этот процесс невозможен без участия ионов-активаторов и энергии.
Весь процесс биосинтеза белка условно включает следующие этапы:
Под активацией аминокислот понимают присоединение карбоксильной группы аминокислоты к 3г-концу соответствующей тРНК.
Происходит присоединение аминокислоты к такой тРНК (ее антикодон комплементарен генетическому коду). Процесс основан на затратах энергии.
Аминоацилсинтетазы
Описанная выше реакция катализируется группой ферментов — они называются аминоацилсинтетазы. Каждая аминокислота имеет свой фермент. Образованное соединение получает название по названию соответствующей аминокислоты, к которому добавляется окончание —ил.
К примеру, комплекс между аминокислотой метионином и метиониновой тРНК — это метионил-тРНК. Комплекс между лизином и лизиновой тРНК — это лизил-тРНК и т. п.
Начало синтеза белка обеспечивается инициирующим комплексом. Этот комплекс у эукариотов формируется в цитоплазме либо на поверхности шероховатого эндоплазматического ретикулума. Происходит это в результате соединения в одну систему мРНК, рибосомы и аминоацил-тРНК.
Что касается прокариот, то у них этот комплекс формируется исключительно в цитоплазме.
В инициирующий комплекс входят стартовая аминоацил-тРНК, рибосома и зрелая мРНК. Образование пептидной цепи начинается с первой (стартовой) аминоацил-тРНК. Она присоединяется к стартовой колонне мРНК. Стартовый кодон у прокариот и эукариот не различаются — это AUG. Этот кодон соответствует аминокислоте метионина. При этом, стартовая аминоацил-тРНК, присущая только эукариотам — метионин-тРНК.
У прокариот стартовой аминоацил-тРНК выступает особая формилметионил-тРНК, которая образуется при помощи нестандартной аминокислоты, а именно — формил-метионином.
Рибосомы представляют собой клеточные структуры, которые образуются при помощи большой и малой субъединиц. У них отсутствуют оболочки. Рибосомы состоят из белка и рРНК. Наблюдается схожесть в строении рибосом прокариот и эукариот. У каждой из них есть два специальных участка: А-участок и Р-участок.
Процесс формирования инициирующего комплекса
На примере прокариотической клетки проще всего рассмотреть формирование инициирующего комплекса. Весь процесс — это определенные последовательные действия:
Окончательное формирование инициирующего комплекса дает начало синтезу полипептидной цепи — процессу элонгации.
Следующая аминоацил-тРНК определяется с помощью принципа комплементарности между кодоном и антикодоном. Происходит ее присоединение к А-участку рибосомы.
Пептидная связь между аминогруппой первой аминокислоты и карбоксильной группой второй аминокислоты формируется под влиянием фермента пептидилтрансферазы.
Важно отметить, что у пептидилтрансферазы есть одна важная особенность — фиксация на рибосоме. Другими словами, этот фермент постоянно прикреплен к месту своей работы.
Далее идет процесс транслокации — он происходит в случае правильного присоединения аминоацил-тРНК и образования пептидной связи.
Под транслокацией понимают смещение инициирующего комплекса на 3 нуклеотида вдоль молекулы мРНК.
Различные белки берут начало из разных аминокислот. Такое утверждение выглядит спорным на фоне того, что начальная аминоацил-тРНК всегда формилметионинова или метионинова. Решение заключается в следующем: инициирующая аминоацил-тРНК (формилметионинова) не формирует пептидную связь с последующей аминокислотой. Это говорит о том, что первая транслокация рибосомы осуществляется не в соответствии с правилами. Условно его можно обозначить как «холостой ход».
Считывание информации с мРНК происходит в направлении 5г-3г, а рост полипептидной цепи — в направлении N-C.
Терминация — завершающий процесс биосинтеза. Она осуществляется при наблюдении на мРНК одного из трех стоп-кодонов: UAA, UAG, UGA.
Процессинг — это процесс созревания полипептидной цепи.
Суть его в том, что происходит образование третичной конформации молекулы. В ходе процессинга могут наблюдаться изъятия определенных аминокислотных последовательностей. Процессинг в сложных белках подразумевает присоединение небелковых групп и т. п.
Биосинтез белка — один из самых сложных процессов, происходящих в клетке. Далеко не все детали этого процесса известны и изучены учеными. Больше всего исследован биосинтез белка прокариотических организмов E coli, но тоже не полностью. Поэтому приведенная выше информация является схематичной.
Биосинтез белка
Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.
Введение
Биосинтез белка происходит в два этапа. В первый этап входит транскрипция и процессинг РНК, второй этап включает трансляцию. Во время транскрипции фермент РНК-полимераза синтезирует молекулу РНК, комплементарную последовательности соответствующего гена (участка ДНК). Терминатор в последовательности нуклеотидов ДНК определяет, в какой момент транскрипция прекратится. В ходе ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, и редко происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После синтеза РНК на матрице ДНК происходит транспортировка молекул РНК в цитоплазму. В процессе трансляции информация, записанная в последовательности нуклеотидов переводится в последовательность остатков аминокислот.
Процессинг РНК
Между транскрипцией и трансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных изменений, которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтеза полипептидной цепочки. К 5΄-концу присоединяется кэп, а к 3΄-концу поли-А хвост, который увеличивает длительность жизни иРНК. С появлением процессинга в эукариотической клетке стало возможно комбинирование экзонов гена для получения большего разнообразия белков, кодируемым единой последовательностью нуклеотидов ДНК, — альтернативный сплайсинг.
Трансляция
Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в матричной РНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощи транспортных РНК, которые образуют с аминокислотами комплексы — аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствующий антикодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь. Энергией биосинтез белка обеспечивается за счёт АТФ.
Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации.
Полезное
Смотреть что такое «Биосинтез белка» в других словарях:
Биосинтез белка — В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам. Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, они входят в состав цитоплазмы. Белки обладают необычайно высокой реакционной… … Биологическая энциклопедия
биосинтез белка — совокупность реакций полимеризации аминокислот в полипептидную цепь молекулы белка, протекающих в клетках на специализированных органеллах рибосомах; нарушение Б. б. лежит в основе многих болезней человека, животных и растений … Большой медицинский словарь
Биосинтез — процесс синтеза природных органических соединений живыми организмами. Путь биосинтеза соединения это приводящая к образованию этого соединения последовательность реакций, как правило, ферментативных (генетически детерминированных), но изредка… … Википедия
биосинтез — [тэ], а; м. Образование различных органических веществ в живых организмах. Б. белка. Механизм биосинтеза. * * * биосинтез образование необходимых организму веществ в живых клетках с участием биокатализаторов ферментов. Обычно в результате… … Энциклопедический словарь
биосинтез — (тэ) а; м. Образование различных органических веществ в живых организмах. Биоси/нтез белка. Механизм биосинтеза … Словарь многих выражений
Рибосомный биосинтез — * рыбасомны біясінтэз * ribosomal biosynthesis сборка рибосомных частиц из РНК и белковых компонентов. У эукариот и прокариот координируется т. обр., что не накапливается ни избыток белка, ни избыток нуклеиновых кислот. У E. coli синтез белков… … Генетика. Энциклопедический словарь
Белки — У этого термина существуют и другие значения, см. Белки (значения). Белки (протеины, полипептиды[1]) высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа аминокислот. В живых организмах… … Википедия
Протеин — Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… … Википедия
Протеины — Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… … Википедия
Белки — I Белки (Sciurus) род млекопитающих семейства беличьих отряда грызунов. Распространены в лесах Европы, Азии и Америки. Около 50 видов. Приспособлены к древесному образу жизни. Длина тела до 28 см. Мех обычно густой, у некоторых пушистый.… … Большая советская энциклопедия
Биосинтез белка – важная часть пластического обмена всех клеток. Рассматривает данный процесс наука биология. В результате образуются специфичные вещества, характерные для данного организма. Происходит воспроизведение наследственной информации.
Последовательность процессов биосинтеза белка
Образование белка является многоступенчатым процессом.
Чтобы запустить реакции образования вещества, осуществляется целый ряд последовательных событий:
Перемещение и-РНК к месту синтеза белка.
Где происходит синтез белка
Образование высокомолекулярного соединения протекает в цитоплазме. Именно здесь находятся органоиды, на которых осуществляется данный процесс. Рибосома представляет собой две части: малую и большую. Чтобы биосинтез белка начался, необходимо доставить информацию из ядра в цитоплазму.
Ядро эукариот хранит информацию о первичной структуре природных полимеров. Её называют наследственной. Эта важная информация должна быть без искажения перенесена к месту синтеза белка.
С этой целью в ядре идут матричные реакции. На одной из цепей ДНК синтезируется и-РНК. Именно она является посредником между двумя частями клетки.
Этапы биосинтеза белка
Транскрипция
Процесс протекает в ядре. ДНК образована большим количеством нуклеотидов. Это единица макромолекулы. Она включает в свой состав 3 компонента:
углевод, представленный пентозой – дезоксирибозой;
минеральную кислоту – фосфорную;
органическое соединение, относящееся к классу азотистых оснований.
В составе ДНК могут содержаться 4 разных основания. Они имеют краткое обозначение, по первой букве названия:
Именно этими основаниями и отличаются нуклеотиды. Чередование 3 нуклеотидов образует триплет. Один триплет соответствует одной аминокислоте. Вопрос соответствия аминокислот триплетам изучен и указан в таблице генетического кода.
Последовательность триплетов в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты, отвечающей за синтез одного белка, называют геном. Между разными генами расположены триплеты, которые не соответствуют аминокислотам. Их называют стоп-кодонами. Они служат сигналом начала и окончания гена.
Для осуществления транскрипции, участок макромолекулы ДНК раскручивается. Он выполняет роль матрицы. На нём выстраивается и-РНК. Осуществляется синтез по принципу соответствия. Еще его называют комплементарностью.
РНК также имеет нуклеотидное строение. Вместо дезоксирибозы присутствует углевод рибоза. Содержится остаток ортофосфорной кислоты. Третьим компонентом является азотистое основание. Три основания одинаковые – А, Г, Ц в ДНК и РНК. Четвертое основание рибонуклеиновой кислоты – урацил (У).
Комплементарными основаниями являются: Т – А, А – У, Г – Ц, Ц – Г. В парах комплементарных оснований первое соответствует ДНК, второе – РНК. Таким образом, на макромолекуле ДНК по принципу соответствия выстраивается и-РНК. В дальнейшем цепь РНК транспортируется через ядерную мембрану к месту синтеза белка.
Трансляция
Процесс идет на органоидах – рибосомах. Они нанизываются на цепь и-РНК, передвигаются по ней не плавно, а прерывисто. Располагаются таким образом, что внутри рибосомы находится полностью 1-2 триплета. На одну РНК может одновременно нанизываться большое количество рибосом.
В процессе принимают участие т-РНК. Они имеют пространственную структуру, принимают форму трилистника. Верхняя часть листа, то есть молекулы, содержит антикодон. Это триплет, распознающий кодон (один триплет) и-РНК.
Каждая т-РНК транспортирует к рибосоме строго определенную аминокислоту. Если триплет-антикодон т-РНК распознает триплет-кодон и-РНК, тогда аминокислота встраивается в макромолекулу белка. Следующая т-РНК подтаскивает другую аминокислоту, снова идет процесс распознавания. В данном случае также идет матричный процесс сборки белка. РНК служит матрицей для синтеза белка.
Как только белковая молекула синтезирована, она освобождается от рибосомы. Правильное чередование аминокислот в макромолекуле образует первичную структуру белковой молекулы. Она является определяющей, поэтому так важен матричный синтез белков. Другие структуры белковые макромолекулы приобретают самопроизвольно.
Схема биосинтеза белка
Процессы, ведущие к синтезу белка, можно кратко изобразить на схеме:
Первый этап – реакции, идущие в кариоплазме. Раскручивание ДНК. Транскрипция. Образование м-РНК.
Второй этап – транспорт м-РНК к рибосомам.
Третий этап – реакции, идущие в цитоплазме. Трансляция. Биосинтез белковой молекулы, протекающий при участии РНК, клеточных органоидов – рибосом.
Заключение
В реакциях матричного синтеза происходит реализация наследственной информации. В каждом организме синтезируются специфичные белковые молекулы. Они вместе с углеводами и жирами накапливаются в плодах растений. В организмах животных выполняют множество разнообразных функций.