Значение биосинтеза белка
Из всех реакций пластического обмена самым значимым считается биосинтез белков. Все клетки живых организмов – растений, животных, грибов, сложные и простые – могут синтезировать белок. В клетке содержится несколько тысяч различных белков. В каждом виде клеток есть специфические белки, характерные только им. Способность синтезировать именно свои уникальные белки передается по наследству от одной клетки к другой и сохраняется на протяжении всей жизни. Наиболее интенсивно происходит биосинтез белков в период активного роста и развития клеток. Что же такое биосинтез белка?
Биосинтезом белка называют многостадийный процесс синтеза белковой макромолекулы и дальнейшего созревания (формирования) белка, происходящий в живых организмах.
Этот процесс требует больших затрат энергии. Он обеспечивает клетки живых организмов «строительным материалом», биологическими катализаторами (ферментами), регуляторами и «средствами защиты организма». Ведь значение белков трудно переоценить. Рассмотрим процесс биосинтеза белков подробнее.
Код ДНК
Одним из самых больших триумфов молекулярной биологии было определение места синтеза белковых макромолекул. Основную роль в определении структуры синтезируемого белка играет ДНК. Именно в молекуле ДНК хранится информация о первичной структуре молекулы белка.
Часть молекулы ДНК, которая содержит информацию о первичной структуре одного белка, называется геном.
Единую для всех живых организмов систему сохранения полной наследственной информации называют генетическим кодом. По своей структуре это определенная последовательность нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Данная последовательность определяет порядок введения аминокислотных остатков в полипептидную цепь в процессе ее синтеза.
Ученые установили, что каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируется последовательностью из трех нуклеотидов (триплет нуклеотидов). Существует $20$ основных аминокислот. Поэтому каждая аминокислота может кодироваться несколькими разными триплетами. Молекула ДНК, содержащая информацию, носит название матрицы.
Считывание и передача информации
Молекулы ДНК располагаются в ядре клетки (могут еще содержаться в пластидах и митохондриях). В нужный момент часть молекулы ДНК деспирализируется, ее параллельные цепи расходятся. На этих цепях, в соответствии с принципом комплементарности, синтезируются небольшие молекулы и-РНК (информационной РНК). Данный процесс именуется транскрипцией (считыванием). Синтезированная таким образом молекула и-РНК двигается к месту синтеза белка.
Процесс переноса и-РНК из ядра к месту синтеза белка называется трансляцией.
Механизм биосинтеза белка
Сам синтез белковых молекул происходит на мембранах ЭПС (эндоплазматической сетки). Органеллой, ответственной за синтез белка является рибосома. Рибосомы «нанизываются» на молекулу и-РНК, образуя полисому. К каждой рибосоме подходит молекула т-РНК (транспортной РНК), несущая аминокислотный остаток. Т-РНК имеет форму «трилистика». В его верхушке находится триплет нуклеотидов (так называемый антикодон). Он образует комплементарную пару с соответствующим триплетом и-РНК (кодоном).
Во время синтеза белка рибосома надвигается на нитевидную молекулу и-РНК так, что и-РНК оказывается между двумя ее субъединицами. Т-РНК присоединяется к и-РНК в определенном месте (где совпадают кодон и антикодон), в то время как аминокислотные остатки присоединяются к синтезируемой цепи с помощью полипептидных связей, т-РНК отсоединяется и покидает рибосому. Так длится до тех пор, пока синтез нити аминокислотных остатков (собственно – белковой молекулы) не будет завершен.
На заключительном этапе синтезированный белок приобретает свою пространственную структуру. При участии соответствующих ферментов от него отщепляются лишние аминокислотные остатки, вводятся небелковые фосфатные, карбоксильные и другие группы, присоединяются углеводы, липиды и т.п. Идет «созревание» белка. Только по завершению всех этих процессов молекула белка становится полностью функционально активной.
