Жизнедеятельность клетки

Важнейшие функции организма: обмен веществ, рост, развитие, передача наследственности, движение и другие осуществляются в результате множества химических реакций с участием белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных веществ.

Для химических реакций, протекающих в клетках, характерны организованность и упорядоченность: каждая реакция протекает в строго определенном месте, по строго определенным закономерностям.

Обмен веществ и энергии в клетке называют метаболизмом. Метаболизм состоит из катаболических и анаболических процессов.

Синтез веществ, идущий в клетке (ассимиляция), еще называют биосинтезом. Совокупность реакций биосинтеза, представляющих собой анаболические процессы, называют пластическим обменом. Совокупность реакций расщепления (диссимиляция, или катаболизм), обеспечивающих клетку энергией, называют энергетическим обменом.

Одна из важнейших форм пластического обмена — биосинтез белка.

Биосинтез белка

Биосинтез белка — цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза, то есть в точном соответствии с планом, заложенным в ДНК.

В синтезе белка принимают участие:

  • ДНК — хранит и передает информацию о структуре молекулы белка (последовательность аминокислот);
  • и-РНК — кодирует наследственную информацию с участка молекулы ДНК — гена и переносит ее к месту сборки белковой молекулы;
  • т-РНК — присоединяет аминокислоты и переносит в рибосому.
  • р-РНК — входит в состав рибосомы (структурная основа рибосомы);
  • рибосомы — органеллы, в которых происходит биосинтез белка. Объединяются в полирибосомы;
  • ферменты — биокатализаторы, участвуют в синтезе ДНК, РНК, в образовании первичной структуры молекулы белка;
  • АТФ — энергия ЛТФ расходуется при синтезе ДНК, при переносе РНК, аминокислот в процессе построения молекулы белка;
  • аминокислоты — мономеры белка;
  • аминокислоты — мономеры белка;
  • ЭПС (эндоплазматическая сеть) — на гранулярной ЭПС, несущей рибосомы; осуществляется синтез молекулы белка. Внутри каналов ЭПС формируются вторичная, третичная и четвертичная структуры молекул белка.

Биосинтез белка идет в каждой живой клетке.

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном, их водной молекуле ДНК содержится несколько сотен. В молекуле ДНК записан код о последовательности аминокислот в белке в виде определенно сочетающихся нуклеотидов.

Сущность кода ДНК состоит в том, что каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов — триплет. Например, А-Ц-А — соответствует аминокислоте цистину, А-А-Ц — лейцину, Т-Т-Т — лизину и т. д.

Аминокислот 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Триплетов хватает с избытком для кодирования всех аминокислот.

Биосинтез белка идет в несколько этапов.

Первый этап биосинтеза белка

Синтез и-РНК (происходит в ядре). Информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называют транскрипцией (от лат. «траискриптис» — переписывание). При этом против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный ему нуклеотид и-РНК. Молекулы и-РНК индивидуальны, каждая из них несет информацию одного гена.

Второй этап биосинтеза белка

Соединение аминокислот с молекулами т-РНК (происходит в цитоплазме). Вначале аминокислоты в цитоплазме активируются с помощью ферментов и соединяются со специфическими для них транспортными РНК (т-РНК), то есть для каждой из 20 аминокислот существует своя т-РНК. Далее т-РНК переносит соединенную с ней аминокислоту на рибосому. Каждая т-РНК имеет последовательность из трех нуклеотидов — антикодон, с помощью которого определяет только свой триплет (кодон) на и-РНК.

Третий этап биосинтеза белка

«Сборка» белка (происходит в рибосомах). К рибосомам направляются из ядра и-РНК. При этом на одной молекуле и-РНК одновременно располагается несколько рибосом Из цитоплазмы т-РНК с «навешанными» на них аминокислотами подходит к рибосомам и своим кодовым концом дотрагивается до триплета и-РНК, проходящего в данный момент через функциональный центр рибосомы. В это время противоположный конец т-РНК с аминокислотой попадает в место «сборки» белка, и если кодовый триплет т-РНК окажется комплементарным триплету и-РНК, находящемуся в данный момент в функциональном центре рибосомы, аминокислота отделяется от т-РНК и попадает в состав белка, а рибосома делает «шаг» на один триплет по и-РНК вправо. Отдав аминокислоту, т-РНК покидает рибосому, ей на смену приходит другая, с иной аминокислотой, составляющей следующее звено в строящейся белковой молекуле.

Схема синтеза белка в рибосоме:

Схема синтеза белка в рибосоме

А — рибосома, Б — и-РНК, В — фермент (белок синтстаза), Г — т-РНК, несущие аминокислоты в рибосому, Д — белок

Так звено за звеном собирается полипептидная цепь белка, а информация о структуре белка, записанная в и-РНК в виде последовательности нуклеотидов, воспроизводится на нолипептидной цепи белка в виде последовательности аминокислот. Этот процесс называется трансляцией (от лат. «трансляция» — перенос).

В генетическом коде существуют три триплета, выполняющих функцию знаков препинания, обозначая прекращение синтеза одной белковой цепи. Каждая аминокислота шифруется более чем одним триплетом (кодоном) от 2 до 6.

Генетический код
Аминокислота Кодирующие триплеты — кодоны
Алании ГЦУ ГЦЦ ГЦА ГЦГ
Аргинин ЦГУ ЦГЦ ЦГА ЦГГ АГА АГГ
Аспарагин ААУ ААЦ
Аспарагиновая кислота ГАУ ГАЦ
Валин ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ
Гистидин ЦАУ ЦАЦ
Глицин ГГУ ГГЦ ГГА ГГГ
Глутамин ЦАА ЦАГ

Глутаминовая кислота

ГАА ГАГ
Изолейцин АУУ АУЦ АУА
Лейцин ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ УУА УУГ
Лизин ААА ААГ
Метионин АУГ
Пролии ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА ЦЦГ
Серии УЦУ УЦЦ УЦА УЦГ АГУ АГЦ
Тирозин УАУ УАЦ
Треонин АЦУ АЦЦ АЦА АЦГ
Триптофан УГГ
Фенилаланин УУУ УУЦ
Цистеии УГУ УГЦ
Знаки препинания УГА УАГ УАА

Четвертый этап биосинтеза белка

На этом этапе образуются вторичная и третичная структуры белка, рибосома сходит с и-РНК, а образовавшийся белок поступает в эндоплазматическую сеть и по ее каналам — в другие части клетки, а рибосома поступает на другую и-РНК и участвует в синтезе другого белка.

Все реакции белкового синтеза катализируются специальными ферментами с использованием энергии АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Скорость синтеза белка обусловлена многими факторами: температурой среды, концентрацией водородных ионов, количеством конечного продукта синтеза, присутствием свободных аминокислот, ионов магния, состоянием рибосом и др.

Запись опубликована в рубрике Общая биология с метками , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*