Биосинтез белков

Важнейшим процессом ассимиляции в клетке является синтез белка. Белки выполняют ряд важных функций, потому их необходимо синтезировать тысячами. Тем более что большинство белков имеют ограниченный срок функционирования. Синтез белков, которые являются   компонентами мембран, гормонов, ферментов, не прекращается ни на минуту. За сутки в организме человека распадается около 400 г различных белков, следовательно, такую же массу нужно синтезировать снова.

Каждый вид живых существ имеет строго определенный набор белков. Белки являются основой уникальности каждого вида. Но некоторые белки выполняют одну и ту же функцию в разных организмах, потому могут быть похожими и даже одинаковыми.

Кроме того, все особи одного вида хоть немного, но отличаются друг от друга. И индивидуальную неповторимость каждой особи тоже определяют различия в структуре белков.

Обмен веществ, рост, развитие, передача наследственной информации, движение и другие важные процессы осуществляются в результате множества химических реакций с участием белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных веществ.

Для всех биохимических 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.

Синтез веществ, который происходит в клетке, называют биосинтезом. Совокупность всех реакций биосинтеза называют пластическим обменом.

В синтезе белка принимают участие клеточные органоиды и вещества. Дезоксирибонуклеиновая кислота хранит и передает информацию о структуре молекулы белка. Эта информация заключена  в последовательности аминокислот.

Информационная рибонуклеиновая кислота кодирует наследственную информацию с участка молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты и переносит ее к месту сборки белковой молекулы. Участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты называется геном.

Транспортная рибонуклеиновая кислота присоединяет аминокислоты и переносит их в рибосому.

Рибосомная рибонуклеиновая кислота входит в состав рибосомы и является ее структурной основой.

Рибосомы являются органеллами, которые участвуют в биосинтезе белка. Они способны объединяться в полисомы.

Ферменты — это биокатализаторы, которые участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и в образовании первичной структуры молекулы белка.

Аденозинтрифосфорная кислота — это молекула, в которой заключена энергия. Энергия расходуется при синтезе дезоксирибонуклеиновой кислоты, при переносе аминокислот в процессе построения молекулы белка.

Аминокислоты являются мономерами белка.

Эндоплазматическая гранулярная сеть несет рибосомы, с их помощью осуществляется синтез молекулы белка. Внутри каналов эндоплазматической сети формируются вторичная, третичная и четвертичная структуры молекул белка.

Биосинтез белка идет в каждой живой клетке.

Ведущая роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, который содержит информацию о структуре одного белка, называют геном. В одной молекуле ДНК содержится несколько сотен генов и 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. Это называется триплетом.

В синтезе белка участвует 20 аминокислот. Триплетов хватает с избытком для кодирования всех аминокислот.

Российский ученый Николай Константинович Кольцов выдвинул теорию о том, что синтез белка идет по матричному принципу. То есть, при наличии одной молекулы в качестве матрицы можно синтезировать множество других одинаковых молекул.

Биосинтез белка осуществляется в несколько этапов. 

Первый этап биосинтеза белка начинается с синтеза информационной рибонуклеиновой кислоты, он происходит в ядре. Синтез информационной РНК происходит следующим образом. Фермент полимераза расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК. Когда фермент достигает конца копируемого участка информации, созданная рибонуклеиновая кислота отделяется от дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Синтезированная таким образом молекула информационной РНК является точной копией генетической информации, списанной с ДНК. Этот процесс называется транскрипцией.

Транскрипция — это первый этап биосинтеза белка. На этом этапе происходит «списывание» генетической информации путем создания информационной рибонуклеиновой кислоты.

Образовавшаяся информационная кислота выходит в цитоплазму, и на один ее конец нанизываются малые субъединицы рибосом.

Рибосома — уникальный сборочный аппарат. Она скользит по информационной рибонуклеиновой кислоте, как по матрице, и в строгом соответствии с последовательностью расположения ее нуклеотидов выстраивает определенные аминокислоты в длинную полимерную цепь белка.

Порядок аминокислот в этой цепи соответствует генетической информации, скопированной с участка дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Считывание информации с информационной рибонуклеиновой кислоты и создание при этом полимерной цепи белка называется трансляцией.

Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК, которые находятся в цитоплазме в свободном состоянии. Аминокислот в клетке много, и они обеспечивают создание полимерной молекулы белка.

Для каждой аминокислоты нужна своя транспортная рибонуклеиновая кислота.

Транспортными РНК являются  небольшие молекулы, состоящие из 73–93 нуклеотидов. Молекула транспортной РНК имеет вид клеверного листа. Между азотистыми основаниями в ее молекуле образуются водородные связи, которые и обеспечивают ей такую форму.

У всех транспортных РНК есть участок, который представлен сочетанием трех нуклеотидов. Он называется триплетным кодоном.

Аминокислота, входящая в белок, тоже закодирована определенным сочетанием трех нуклеотидов, по которым они и находят друг друга.

Синтез белка идет интенсивно. Так, синтез одной молекулы белка длится 3—4 минуты. За одну минуту образуется до 60 тысяч пептидных связей. Половина белков тела человека обновляется за 80 дней, а за всю жизнь человек обновляет весь белок около 200 раз.

Схематически процесс синтеза белка можно представить так:

        ДНК ---- информационная РНК ------- белок.

Однако эта схема отражает биосинтеза белка только приблизительно. На самом деле этот процесс чрезвычайно сложен. Он включает многие факторы, которые влияют на выбор той или иной аминокислоты, вызывают синтез измененных молекул белка с совершенно другими свойствами и функциями. Это, безусловно, имеет огромное значение для правильного течения жизненных процессов.