Біосинтез білка

Як ви вже знаєте, наступним етапом реалізації спадкової інформації є трансляція.

Трансляція, або біосинтез білка, — це етап, під час якого за інформацією, що міститься в ІРНК, синтезується поліпептидний ланцюг молекули білка.

Процес трансляції відбувається в рибосомі, яка міститься у цитоплазмі клітини. Слід відмітити, що одночасно на одній молекулі ІРНК може «працювати» кілька рибосом. Кожна з них синтезує одну молекулу білка. А всі вони разом з ІРНК утворюють структуру, яку називають полірибосомою.

Синтез відбувається згідно з генетичним кодом, тобто кожному триплету нуклеотидів ІРНК відповідає певна амінокислота (див. таблицю генетичного коду на другому форзаці). Наприклад, триплету АУГ відповідає амінокислота метіонін (Мет), триплету АУЦ — амінокислота ізолейцин (Іле), а нуклеотиди УАА, УАГ та УГА є стоп-кодонами, вони свідчать про закінчення синтезу поліпептидного ланцюга.

На час синтезу білкової молекули в цитоплазмі обов’язково повинен бути повний набір необхідних амінокислот. Нагадаємо, що вони утворюються в результаті розщеплення білків, що потрапляють в організм з їжею або синтезуються у самому організмі.

Біосинтез білка, як і всі попередні етапи реалізації спадкової інформації, забезпечується енергією за рахунок розщеплення молекул АТФ.

Процес трансляції складається з трьох етапів: ініціації, елонгації та термінації.

Перший етап трансляції - ініціація

Ініціація — початок синтезу поліпептидного ланцюга білкової молекули (мал. 23.1, А). На цьому етапі відбувається приєднання до ланцюга ІРНК малої субодиниці рибосоми, розпізнавання на ньому старт-кодону, приєднання великої субодиниці рибосоми та транспорт до рибосоми першої амінокислоти, яка дає початок поліпептидному ланцюгу.

Старт-кодоном завжди є кодон АУГ. До нього приєднується молекула тРНК, що приносить до рибосоми амінокислоту метіонін, яка й буде першою амінокислотою майбутнього поліпептидного ланцюга. Молекула тРНК приєднується до молекули ІРНК за допомогою свого триплету, який має назву антикодон, за принципом комплементарності.

Другий етап трансляції - елонгація

Елонгація — нарощування поліпептидного ланцюга білкової молекули (мал. 23.1, Б). Після старт-кодона рибосома аналізує наступний кодон, розпізнає його та приєднує до нього відповідну молекулу тРНК, яка транспортує до рибосоми наступну амінокислоту. На мал. 23.1, Б наступним кодоном є ГУЦ, а наступною амінокислотою, яка транспортується за допомогою тРНК, — валін (Вал).

Між двома амінокислотами виникає пептидний зв’язок, і пептидний ланцюг подовжується на цю амінокислоту. Молекула тРНК при цьому звільняється та покидає рибосому.

Після цього рибосома переміщується до наступного триплету ІРНК, розпізнає його та приєднує наступну молекулу тРНК, яка приносить до рибосоми відповідну амінокислоту. Вона приєднується до попередньої амінокислоти, і поліпептидний ланцюг подовжується ще на одну амінокислоту.

Процес подовження поліпептидного ланцюга молекули білка повторюється доти, поки рибосома не натрапить на один зі стоп-кодонів — УАА, УАГ або УГА.

Третій етап трансляції - термінація

Із розпізнавання рибосомою стоп-кодону починається третій етап трансляції — термінація — завершення трансляції (мал. 23.1, В). На цьому етапі синтез поліпептидного ланцюга білкової молекули завершується, рибосома знову розпадається на малу та велику субодиниці, молекули тРНК та ІРНК звільняються.

Субодиниці рибосом після завершення синтезу поліпептидного ланцюга можуть приєднатися до нової молекули ІРНК, а молекули тРНК — захопити нові молекули амінокислот і транспортувати їх до місця синтезу іншого білка.

Мал. 23.1. Схема трансляції

Дозрівання білка

Після закінчення синтезу може відбуватися процес дозрівання білка. У ході цього процесу деякі ділянки білків можуть вирізатися спеціальними ферментами, білок може змінювати свою форму, об’єднуватися з іншими білками чи приєднувати до себе небілкову частину.

Дозрівання потрібне тому, що білок, який тільки синтезовано, ще не здатен виконувати свої функції. Наслідком дозрівання є втрата деяких амінокислот, розташованих на кінцях ланцюга, та остаточне формування вторинної, третинної і четвертинної структур молекули.

Використання таблиці генетичного коду

Для того щоб установити послідовність амінокислот, яка закодована на ділянці ДНК, слід використовувати таблицю генетичного коду на форзаці підручника.

Спочатку, використовуючи принцип комплементарності, визначте будову ланцюга ІРНК, який утворюється на наведеній ділянці ДНК.

Наприклад, ланцюг ДНК: ТАЦГАТ.

Ланцюг ІРНК: АУГЦУА.

Потім визначте триплети, які входять до складу ІРНК: АУГ та ЦУА.

Перший нуклеотид триплету вказує на рядок, в якому слід шукати амінокислоту, що він кодує, а другий нуклеотид — стовпець. Комірка, яка відповідає вибраним стовпцю та рядку, містить чотири назви амінокислоти. Та з них, яка потрібна, визначається за розташуванням навпроти третього нуклеотиду триплету (вказаний у крайній правій колонці таблиці).

Для триплету АУГ це буде метіонін, для триплету ЦУА — лейцин.

Шд час трансляції інформація з ІРНК переводиться в послідовність амінокислот синтезованого білка згідно з генетичним кодом. Відбувається цей процес у рибосомах і складається з трьох етапів — ініціації, елонгації і термінації. Після трансляції відбувається процес дозрівання білків.