Синтез белка

Синтез  белка 

Синтез белка (трансляция) является самым сложным из биосинтетических процессов: он требует очень большого количества ферментов и других специфических  макромолекул, общее количество которых, видимо, доходит до трёхсот. Часть из них к тому же объединены в сложную трёхмерную структуру рибосом. Но несмотря на большую сложность синтез протекает с чрезвычайно высокой скоростью (десятки аминокислотных остатков в секунду). Процесс может замедляться и даже останавливаться ингибиторами-антибиотиками.

В пятидесятых годах XX века было установлено, что синтез белка происходит в рибонуклеопротеиновых частицах, называющихся рибосомами. Диаметр рибосомы бактерии E. coli составляет 18 нм, а их общее количество – десятки тысяч в клетке. Рибосомы эукариот несколько крупнее (21 нм). Сам процесс протекает в пять этапов.

Активация аминокислот. Каждая из 20 аминокислот белка соединяется  ковалентными связями к определённой т-РНК, используя энергию АТФ. Реакция катализуется специализированными ферментами, требующими присутствия ионов магния.

Инициация белковой цепи. и-РНК, содержащая информацию о данном белке, связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой, прикреплённой к соответствующей т-РНК. т-РНК комплементарна с находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи.

Элонгация. Полипептидная  цепь удлиняется за счёт последовательного  присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определённое положение  при помощи соответствующей т-РНК. В настоящее время генетический код полностью расшифрован, то есть всем аминокислотам поставлены в соответствие триплеты нуклеотидов. Элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля (так называемые факторы элонгации).

Терминация. После завершения синтеза цепи, о чём сигнализирует ещё один специальный кодон и-РНК, полипептид высвобождается из рибосомы.

Сворачивание и  процессинг. Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг, осуществляющийся ферментами и заключающийся в удалении лишних аминокислот, присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п.

Генетический  код

Генетический код  обладает рядом особенностей. Во-первых, в коде отсутствуют «знаки препинания», то есть сигналы, показывающие начало и конец кодонов. Во-вторых, 3 нуклеотидных триплета (УАГ, УАА, УГА) не соответствуют никакой аминокислоте, а обозначают конец полипептидной цепи, а кодон АУГ сигнализирует о начале цепи либо (если он в середине последовательности) об аминокислоте метионине. Многие аминокислоты могут кодироваться несколькими различными кодонами. Все кодоны аминокислот одинаковы у всех изученных организмов: от вируса до человека. Создаётся впечатление, что все организмы на Земле происходят от единого генетического предка. Впрочем, в последнее время в митохондриях клеток человека были обнаружены кодоны, не совпадающие с «нормальным» словарём. Их наличие представляет собой загадку для ученых.

Синтез белка требует  больших затрат энергии – 24,2 ккал/моль. После окончания синтеза белок  при помощи специального полипептидного лидера доставляется к месту своего назначения.

Синтез белка контролируют гены-операторы. Совокупность рабочих  генов – операторов и структурных  генов – называется оперон. Опероны  не являются самостоятельной системой, а «подчиняются» генам-регуляторам, отвечающим за начало или прекращение  работы оперона. Свой контроль гены-регуляторы осуществляют при помощи специального вещества, которое они при необходимости  синтезируют. Это вещество реагирует  с оператором и блокирует его, что влечёт за собой прекращение  работы оперона. Если же вещество реагирует  с небольшими молекулами – индукторами, это будет являться сигналом к  возобновлению работы системы.

Модель оперонов была разработана на микроорганизмах, но она соответствует и принципу работы генома эукариот. У последних  гены образуют сложные системы, называемые супергенами, которые могут одновременно кодировать множество идентичных друг другу молекул белка.

Все многоклеточные организмы развиваются из одной-единственной клетки – зиготы. Процесс дифференцировки  клеток, видимо, связан с управлением  синтезом белка генами-регуляторами, но каким конкретно образом осуществляется это управление – пока остаётся неясным.