Біосинтез білка і його етапи

На відміну від фотосинтезу біосинтез білка відбувається інакше. У біосинтезі білка активну участь беруть нуклеїнові кислоти – ДНК і РНК, а в якості необхідної енергії використовується енергія хімічних зв’язків високомолекулярних органічних сполук, наявних у клітці, головним чином – АТФ.

Послідовність нуклеотидів ДНК (тобто генів), або генетичний код, являє собою систему запису інформації про послідовність розташування амінокислот в білках і фактично є шифром, що забезпечує біосинтез білка.

Генетична інформація відповідно до генетичним кодом в якийсь момент переписується з ДНК, як з матриці, в нуклеотидну послідовність нитки інформаційної РНК (іРНК). Вона і визначає потім послідовність складання амінокислот відповідної білкової молекули.

Важливо відзначити, що генетичний код є універсальним для всіх організмів, що існують на Землі. Це властивість універсальності коду дозволяє зробити важливий світоглядний висновок про єдність походження всіх живих організмів – прокаріотів, еукаріотів і вірусів.

В даний час розшифровані триплети для всіх 20 амінокислот, що входять 8 склад природних білків. Генетичний код був розшифрований в 60-і рр. XX ст. Це здійснили вчені-біохіміки X. Корану, М. Ніренберг і Р. Холлі. За розшифровку генетичного коду і його ролі в синтезі білка названим вченим в 1968 році була присуджена Нобелівська премія.

У біосинтезі активну участь беруть багато структурні компоненти клітини: різні молекули РНК, рибосоми і молекули різних амінокислот, з яких будується полімерна молекула білка. Хоча план будови білка закодований в ДНК, сама вона участі в синтезі білкових молекул не приймає, а служить лише матрицею для синтезу інформаційної РНК (іРНК). Тому процес синтезу білка складається з двох етапів: створення іРНК і збірка молекули білка за інформацією в цій молекулі іРНК.

Синтез білкових молекул відбувається безперервно. Він йде з великою швидкістю: в 1 хвилину утворюється від 50 до 60 тисяч пептидних зв’язків. Синтез однієї молекули триває зазвичай 3-4 сек. Тривалість життя білків в середньому становить близько двох діб, хоча окремі білки не руйнуються протягом декількох місяців. В результаті половина білків тіла людини (це близько 17 кг білка) оновлюється приблизно за 80 днів.

Процес біосинтезу на всіх його етапах йде за участю багатьох ферментів і з неодмінним споживанням великої кількості енергії.

Чітка послідовність процесів, що відбуваються, їх матрична організованість і розподіл функцій між всіма задіяними компонентами призводять до висновку, що біосинтез білка – це цілісна молекулярна система виконання складних реакцій, що забезпечує створення речовин, необхідних для життя.

Біосинтез білка – пластична частина обміну речовин клітини. Характеризується матричної основою складання молекул білка. Синтез відбувається в рибосомах при безпосередній участі іРНК, тРНК, рРНК і мономерів – амінокислот. На відміну від фотосинтезу біосинтез білка йде під строгим контролем генетичної інформації, списаної іРНК з генетичного коду ДНК. Процес біосинтезу білкової молекули обумовлений двома етапами: транскрипцією (списання) і трансляцією (передача).

Біосинтез білка — поняття, послідовність, основні етапи

Біосинтез білка – важлива частина пластичного обміну всіх клітин. Розглядає даний процес наука біологія. В результаті утворюються специфічні речовини, характерні для даного організму. Відбувається відтворення спадкової інформації.

Послідовність процесів біосинтезу білка

Утворення білка є багатоступінчастим процесом.

Щоб запустити реакції утворення речовини, здійснюється цілий ряд послідовних подій:

Транскрипція – це реакції Переписування спадкової інформації з макромолекули ДНК на матричну РНК. Її називають також інформаційною. Коротке позначення: м-РНК, і-РНК. Процес протікає в ядрі клітини.

Переміщення і-РНК до місця синтезу білка.

Трансляція – це перенесення інформації про чергування нуклеотидів м-РНК на макромолекулу білка. Процес йде поза ядра.

Де відбувається синтез білка

Утворення високомолекулярного з’єднання протікає в цитоплазмі. Саме тут знаходяться органели, на яких здійснюється даний процес. Рибосома являє собою дві частини: малу і велику. Щоб біосинтез білка почався, необхідно доставити інформацію з ядра в цитоплазму.

Ядро еукаріот зберігає інформацію про первинну структуру природних полімерів. Її називають спадковою. Ця важлива інформація повинна бути без спотворення перенесена до місця синтезу білка.

З цією метою в ядрі йдуть матричні реакції. На одному з ланцюгів ДНК синтезується і-РНК. Саме вона є посередником між двома частинами клітини.

Етапи біосинтезу білка

Процес протікає в ядрі. ДНК утворена великою кількістю нуклеотидів. Це одиниця макромолекули. Вона включає до свого складу 3 компоненти:

• вуглевод, представлений пентозою-дезоксирибозою;
• мінеральну кислоту-фосфорну;
• органічна сполука, що відноситься до класу азотистих основ.

У складі ДНК можуть міститися 4 різних підстави. Вони мають коротке позначення, по першій букві назви:

Саме цими підставами і відрізняються нуклеотиди. Чергування 3 нуклеотидів утворює триплет. Один триплет відповідає одній амінокислоті. Питання відповідності амінокислот триплетам вивчено і вказано в таблиці генетичного коду.

Послідовність триплетів в молекулі дезоксирибонуклеїнової кислоти, що відповідає за синтез одного білка, називають геном. Між різними генами розташовані триплети, які не відповідають амінокислотам. Їх називають стоп-кодонами. Вони служать сигналом початку і закінчення гена.

Для здійснення транскрипції, ділянка макромолекули ДНК розкручується. Він виконує роль матриці. На ньому вибудовується і-РНК. Здійснюється синтез за принципом відповідності. Ще його називають комплементарністю.

РНК також має нуклеотидну будову. Замість дезоксирибози присутній вуглевод рибоза. Міститься залишок ортофосфорної кислоти. Третім компонентом є азотисте підставу. Три підстави однакові-А, Г, Ц в ДНК і РНК. Четверте підставу рибонуклеїнової кислоти-урацил (у).

Комплементарними підставами є: Т-А, а – У, Г – Ц, Ц – Г.у парах комплементарних підстав перше відповідає ДНК, друге-РНК. Таким чином, на макромолекулі ДНК за принципом відповідності вибудовується і-РНК. Надалі ланцюг РНК транспортується через ядерну мембрану до місця синтезу білка.

Трансляція

Процес йде на органоїдах – рибосомах. Вони нанизуються на ланцюг і-РНК, пересуваються по ній не плавно, а переривчасто. Розташовуються таким чином, що всередині рибосоми знаходиться повністю 1-2 триплети. На одну РНК може одночасно нанизуватися велика кількість рибосом.

У процесі беруть участь т-РНК. Вони мають просторову структуру, приймають форму трилисника. Верхня частина листа, тобто молекули, містить антикодон. Це триплет, що розпізнає кодон (один триплет) і-РНК.

Кожна т-РНК транспортує до рибосоми строго певну амінокислоту. Якщо триплет-антикодон т-РНК розпізнає триплет-кодон і-РНК, тоді амінокислота вбудовується в макромолекулу білка. Наступна т-РНК підтягує іншу амінокислоту, знову йде процес розпізнавання. В даному випадку також йде матричний процес складання білка. РНК служить матрицею для синтезу білка.

Як тільки білкова молекула синтезована, вона звільняється від рибосоми. Правильне чергування амінокислот в макромолекулі утворює первинну структуру білкової молекули. Вона є визначальною, тому так важливий матричний синтез білків. Інші структури білкові макромолекули набувають мимовільно.

Процеси, що ведуть до синтезу білка, можна коротко зобразити на схемі:

Перший етап – реакції, що йдуть в каріоплазмі. Розкручування ДНК. Транскрипція. Утворення м-РНК.

Другий етап-транспорт м-РНК до рибосомів.

Третій етап-реакції, що йдуть в цитоплазмі. Трансляція. Біосинтез білкової молекули, що протікає за участю РНК, клітинних органоїдів-рибосом.

Висновок

У реакціях матричного синтезу відбувається реалізація спадкової інформації. У кожному організмі синтезуються специфічні білкові молекули. Вони разом з вуглеводами і жирами накопичуються в плодах рослин. В організмах тварин виконують безліч різноманітних функцій.