Биосинтез белка

Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотных остатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекул мРНК и тРНК.

Биосинтез белка
ДНК → иРНК → белок

Биосинтез белка
рибосома
АУГ – УАЦ – ГЦЦ – АГЦ ….
и – РНК
т – РНК
энергия
АТФ
ферменты
Участники синтеза

"Трилистник" т-РНК

Стадии трансляции
м – РНК:
АУГ ААГ ЦГУ ГГЦ
Затем происходит присоединение большой субъединицы рибосомы
*Целостная рибосома, несет два активных триплета – функциональный центр

Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиновые образования. На рибосомах идёт сборка аминокислот в белки.
Белки, входящие в состав субъединиц рибосомы в количестве одной копии выполняют структурную функцию, обеспечивая взаимодействие между мРНК и тРНК, связанными с аминокислотой или пептидом.
Центр А (аминоацильный) связывает аа-тРНК, строение которой определяет кодон, находящийся в области этого центра. В структуре этого кодона зашифрована природа аминокислоты, которая будет включена в растущую полипептидную цепь.
Центр Р (пептидильный) занимает пептидил-тРНК, т.е. тРНК, связанная с пептидной цепочкой, которая уже синтезирована.
Рибосомы
Рибосомы
Рибосомы

Функциональный центр рибосомы – ФЦР
(два триплета)
А аминокислотный центр
центр узнавания аминокислоты Р
пептидный центр
центр присоединения аминокислоты

Стадии трансляции
м – РНК:
АУГ – ААГ – ЦГУ – ГГЦ …
2. Элонгация - сборка молекулы белка

ОбАминокислота взаимодействует с АТФ и активируется, образуя образование аминоацил-тРНК аминоациладенилат, который, не освобождаясь из связи с ферментом (Е), отдаёт активированную аминокислоту тРНК с образованием аминоацил-тРНК (аа-тРНК).
Суммарная реакцию, катализируемая аминоацил-тРНК синтетазами в присутствии ионов Mg2:
Аминокислота + тРНК + АТФ →
аминоацил - тРНК + АМФ + PPi.

Стадии трансляции
3.Терминация – окончание биосинтеза
На стоп-кодонах синтез полипептида прекращается
Рибосома вновь разделяется на субъединицы

В ходе синтеза белка прочтение информации мРНК идёт в направлении от 5'- к З'-концу, обеспечивая синтез пептида от N- к С-концу.
Эукариотические мРНК кодируют строение только одной полипептидной цепи (т.е. они моноцистронны)
Прокариотические мРНК часто содержат информацию о нескольких пептидах (т.е. они полицистронны).
На полицистронных мРНК синтез белка начинается до того, как заканчивается их собственный синтез.
У эукариотов трансляция протекает в цитоплазме, куда из ядра поступают уже "зрелые" мРНК.
Синтез полипептидной цепи на рибосоме

Стадии трансляции
Полисома – молекула и-РНК, на которой находятся несколько рибосом, синтезирующих одинаковые белки

Регуляция синтеза белка

АТФ и ГТФ как источники энергии
На включение одной аминокислоты в растущую полипептидную цепь клетка затрачивает 4 макроэргические связи:
2 из АТФ в ходе реакции, катализируемой аа-тРНК синтетазой (в процессе активации аминокислот АТФ расщепляется на АМФ и пирофосфат)
2 молекулы ГТФ: одна используется на связывание аа-тРНК в А-центре рибосомы, а вторая затрачивается на стадию транслокации.
2 макроэргические связи молекул АТФ и ГТФ используются на инициацию и терминацию синтеза полипептидной цепи.

Посттрансляционные изменения - конформационные и структурные изменения полипептидных цепей.
Полипептидные цепи могут подвергаться структурным модификациям
будучи ещё связанными с рибосомами,
после завершения синтеза.
Посттрансляционные изменения:
удаление части полипептидной цепи,
ковалентное присоединение одного или нескольких низкомолекулярных лигандов,
приобретение белком нативной конформации.
В ЭР происходит формирование уникальной третичной или четвертичной структуры белков.
Для поддержания нативной конформации молекул огромное значение имеет правильное формирование дисульфидных связей.

Посттрансляционные изменения - конформационные и структурные изменения полипептидных цепей.
Полипептидные цепи могут подвергаться структурным модификациям
будучи ещё связанными с рибосомами,
после завершения синтеза.
Посттрансляционные изменения:
удаление части полипептидной цепи,
ковалентное присоединение одного или нескольких низкомолекулярных лигандов,
приобретение белком нативной конформации.
В ЭР происходит формирование уникальной третичной или четвертичной структуры белков.
Для поддержания нативной конформации молекул огромное значение имеет правильное формирование дисульфидных связей.

КОВАЛЕНТНЫЕ МОДИФИКАЦИИ
Активирование или инактивирование структурных белков и ферментов может происходить в результате присоединения различных химических групп:
фосфатных,
ацильных,
метальных,
олигосахаридных
и некоторых других.
Фосфорилирование белков осуществляется по гидроксильным группам серина, треонина и, реже, тирозина ферментами из группы протеинкиназ, тогда как дефосфорилирование катализируют гидролитические ферменты фосфопротеинфосфатазы.
Гликозилирование. Белки, входящие в состав плазматических мембран или секретирующиеся из клеток, подвергаются гликозилированию. Углеводные цепи присоединяются то гидроксильным группам серина или треонина (О-гликозилирование) либо аспарагина (N-гликозилирование). Последовательное наращивание углеводного фрагмента происходит в ЭР и аппарате Гольджи.
Многочисленным модификациям подвергаются боковые радикалы некоторых аминокислот: в тиреоглобулине йодируются остатки тирозина; в факторах свёртывания крови карбоксилируются остатки глутамата; в ЭР фибробластов гидроксилируются остатки пролина и лизина в цепях тропоколлагена.

Генетический код и его свойства
Генетический, биологический, нуклеотидный, или аминокислотный код - своеобразный "словарь", позволяющий выяснить, какая последовательность нуклеотидов мРНК обеспечивает включение в белок аминокислот в заданной последовательности.

Свойства генетического кода
Триплетность
Число кодирующих последовательностей из четырёх нуклеотидов по три равно 43 = 64.
Кодоны - кодирующими элементами при шифровании аминокислотной последовательности являются тройки нуклеотидов (триплеты).
61 триплет шифрует включение аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь, а 3 остальных - UAA, UAG, UGA* - сигнализируют о завершении трансляции (терминирующие, или стоп-кодоны).
Специфичность
Каждому кодону соответствует только одна определённая аминокислота. В этом смысле генетический код строго однозначен.

Вырожденность
В информационных молекулах включение в белок одной и той же аминокислоты определяют несколько кодонов.
Линейность записи информации
Универсальность
Смысл кодовых слов одинаков для всех изученных организмов, но митохондриальная мРНК содержит 4 триплета, имеющих другое значение, чем в мРНК ядерного происхождения. Так, в мРНК митохондрий триплет UGA кодирует Три, AUA - Мет, а АСА и AGG прочитываются как дополнительные стоп-кодоны.

Основные компоненты белоксинтезирующей системы