Биосинтез белка

Как вы уже знаете, следующим этапом реализации наследственной информации является трансляция.

Трансляция, или биосинтез белка, — это этап, во время которого на основе информации, содержащейся в иРНК, синтезируется полипептидная цепь молекулы белка.

Процесс трансляции происходит на рибосомах, которые содержатся в цитоплазме клетки. Следует отметить, что на одной молекуле иРНК одновременно может «работать» несколько рибосом. Каждая из них синтезирует одну молекулу белка. А все они совместно с иРНК образуют структуру, которую называют полирибосомой.

Синтез происходит согласно генетическому коду, то есть каждому триплету нуклеотидов иРНК соответствует определенная аминокислота (см. таблицу генетического кода на втором форзаце). Например, триплету АУГ соответствует аминокислота метионин (Мет), триплету АУЦ — аминокислота изолейцин (Иле), а нуклеотиды УАА, УАГ и УГА являются стоп-кодонами: они сигнализируют о прекращении синтеза полипептидной цепи.

На время синтеза белковой молекулы в цитоплазме обязательно должен присутствовать полный набор необходимых аминокислот. Напомним, что они образуются в результате расщепления белков, попадающих в организм с пищей, или синтезируются самим организмом.

Биосинтез белка, как и все предыдущие этапы реализации наследственной информации, обеспечивается энергией за счет расщепления молекул АТФ.

Процесс трансляции состоит из трех этапов: инициации, элонгации и терминации.

Первый этап трансляции - инициация

Инициация — начало синтеза полипептидной цепи белковой молекулы (рис. 23.1, А). На этом этапе происходит: присоединение малой субъединицы рибосомы к цепи иРНК, распознавание старт-кодона, присоединение большой субъединицы рибосомы и транспорт к рибосоме первой аминокислоты, которая дает начало полипептидной цепи.

Старт-кодоном всегда является кодон АУГ. К нему присоединяется молекула тРНК, несущая аминокислоту метионин, которая и будет первой аминокислотой будущей полипептидной цепи. Молекула тРНК присоединяется к молекуле иРНК с помощью своего триплета, который называется антикодоном, по принципу комплементарности.

Второй этап трансляции - элонгация

Элонгация — наращивание полипептидной цепи белковой молекулы (рис. 23.1, Б). После старт-кодона рибосома анализирует следующий кодон, распознает его и присоединяет к нему соответствующую молекулу тРНК, которая транспортирует к рибосоме следующую аминокислоту.

На рис. 23.1, Б следующим кодоном является ГУЦ, а следующей аминокислотой, которая транспортируется с помощью тРНК, — валин (Вал).

Между двумя аминокислотами образуется пептидная связь. Молекула тРНК при этом освобождается и покидает рибосому.

После этого рибосома перемещается к следующему триплету иРНК, распознает его и присоединяет следующую молекулу тРНК, которая приносит к рибосоме соответствующую аминокислоту. Она присоединяется к предыдущей аминокислоте, и полипептидная цепь удлиняется еще на одну аминокислоту.

Процесс удлинения полипептидной цепи молекулы белка продолжается до тех пор, пока рибосома не «натолкнется» на один из стоп-кодонов — УАА, УАГ или УГА.

Третий этап трансляции - терминация

С распознавания рибосомой стоп-кодона начинается третий этап трансляции — терминация — завершение трансляции (рис. 23.1, В). На этом этапе синтез полипептидной цепи белковой молекулы завершается, рибосома снова распадается на малую и большую субъединицы, молекулы тРНК и иРНК освобождаются.

Субъединицы рибосом после завершения синтеза полипептидной цепи могут присоединиться к новой молекуле иРНК, а молекулы тРНК — захватить новые молекулы аминокислот.

Рис. 23.1. Схема трансляции

Созревание белка

По окончании синтеза может происходить процесс созревания белка. В ходе этого процесса некоторые участки полипептидной цепи могут вырезаться специальными ферментами, белок может менять свою форму, объединяться с другими белками или присоединять к себе небелковую часть.

Созревание необходимо потому, что только что синтезированный белок еще не способен выполнять свои функции. Результатом созревания является удаление некоторых аминокислот, расположенных на концах цепи, и окончательное формирование вторичной, третичной и четвертичной структур молекулы.

Работа с таблицей генетического кода

Для того чтобы установить последовательность аминокислот, закодированную на участке ДНК, следует использовать таблицу генетического кода на форзаце учебника.

Сначала, используя принцип комплементарности, определите строение цепи иРНК, которая образуется на данном участке ДНК.

Например, цепь ДНК: ТАЦГАТ.

Цепь иРНК: АУГЦУА.

Затем определите триплеты, которые входят в состав иРНК: АУГ и ЦУА.

Первый нуклеотид триплета указывает на строку, где следует искать аминокислоту, которую он кодирует, а второй нуклеотид — на столбец. Ячейка, соответствующая выбранным столбцу и строке, содержит четыре названия аминокислот. Соответствующая аминокислота располагается напротив третьего нуклеотида триплета (указан в правой колонке таблицы).

Для триплета АУГ это будет метионин, для триплета ЦУА — лейцин.

В ходе трансляции информация иРНК переводится в последовательность аминокислот синтезируемого белка в соответствии с генетическим кодом. Происходит этот процесс в рибосомах и состоит из трех этапов — инициации, элонгации и терминации. После трансляции происходит процесс созревания белков.