Введение
Жизнь есть способ существования белковых тел. Это определение, данное Фридрихом Энгельсом, указывает на исключительную роль белков в функционировании организмов. Биосинтез белка – чрезвычайно сложный и энергозатратный процесс. Он является основой жизнедеятельности клетки.
Синтез белка осуществляется в рибосомах и проходит в несколько этапов по схеме ДНК→РНК→белок. Двухцепочечная молекула ДНК на основе принципа комплементарности транскрибируется в одноцепочечную молекулу РНК. В результате получается матричная РНК, которая содержит информацию об аминокислотной последовательности белка. Далее мРНК поступает в рибосому и по ней, как по матрице, синтезируется белок, путем перевода генетической информации с языка нуклеотидной последовательности на язык аминокислотной последовательности. Шаг за шагом строится полипептидная цепь, которая в процессе синтеза и после него модифицируется в биологически активный протеин. Синтезированный белок транспортируется в разные участки клетки для выполнения своих функций.
Кодирование аминокислотной последовательности белков осуществляется по определенным правилам, называемых генетическим кодом. Расшифровка генетического кода – очень значимое достижение науки. Код объясняет механизм синтеза белка, происхождение мутаций и другие биологические явления.
Рентгеноструктурный анализ и другие современные методы исследования позволили далеко продвинутся в изучении биосинтеза белка и других аспектов молекулярной биологии. Но тем не менее все еще не установлены пространственные структуры некоторых жизненно важных макромолекул. Науке предстоит ответить на многие вопросы, касающиеся белкового синтеза.
Общая схема биосинтеза белка
Общая схема биосинтеза белков в клетке: ДНК→РНК→белок (Рисунок 1).
Рисунок 1. Общая схема биосинтеза белков в клетке
Транскрипция. Отдельные участки двухцепочечной ДНК (гены) служат матрицами для синтеза на них однотяжевых цепей РНК по принципу комплементарности. Транскрипция проходит в три стадии: инициация, элонгация, терминация.
Процессинг и транспорт. В процессе синтеза РНК подвергается изменениям, в результате которых превращается в зрелую молекулу, пригодную для синтеза белка. Получающаяся информационная (матричная) РНК (мРНК) затем поступает к рибосомам в качестве программы, определяющей аминокислотную последовательность в синтезируемом белке.
Активация и акцептирование аминокислот. Белки состоят из аминокислот, но свободные аминокислоты клетки не могут быть непосредственно использованы рибосомой. Каждая аминокислота сначала активируется с помощью АТФ, а затем присоединяется к специальной молекуле РНК – трансферной (транспортной) РНК (тРНК) вне рибосомы. Получающаяся аминоацил-тРНК поступает в рибосому в качестве субстрата для синтеза белка.
Трансляция. Поток информации в виде мРНК и поток материала в виде аминоацил-тРНК поступают в рибосомы, которые осуществляют перевод (трансляцию) генетической информации с языка нуклеотидной последовательности мРНК на язык аминокислотной. Каждая рибосома движется вдоль мРНК от одного конца к другому и соответственно выбирает из среды те аминоацил-тРНК, которые соответствуют (комплементарны) триплетным комбинациям нуклеотидов, находящимся в данный момент в рибосоме. Аминокислотный остаток выбранной аминоацил-тРНК каждый раз ковалентно присоединяется рибосомой к растущей полипептидной цепи, а деацилированная тРНК освобождается из рибосомы в раствор. Так последовательно строится полипептидная цепь.
Формирование функционального белка. По ходу синтеза полипептидная цепь высвобождается из рибосомы и сворачиваться в глобулу. Сворачивание и транспорт белка сопровождаются ферментативными модификациями (процессинг белка).
Несмотря на большую сложность аппарата биосинтеза белков, он протекает с чрезвычайно высокой скоростью. Синтез тысяч различных белков в каждой клетке строго упорядочен – при данных условиях метаболизма синтезируется лишь необходимое число молекул каждого белка.
Транскрипция — первый этап биосинтеза белка
Термин “транскрипция” происходит от латинского слова, означающего “переписывание”. Этот термин используется в нескольких научных дисциплинах. Так, в лингвистике этим словом обозначают письменное отображение звуков и фонем конкретными символами и знаками. А в биологии транскрипция является начальным этапом биосинтеза белка. И название оправдывает себя, ибо при транскрипции матричная генетическая информация, по сути, переписывается с молекул ДНК на молекулы РНК. Катализатором для транскрипции становится фермент РНК-полимераза.
Если речь идёт о бактериях, то в их случае у транскрипции есть единица – оперон. Опероном называется определённая часть молекулы, в структурном плане включающая в себя промотор, транскрибируемую часть и терминатор. Промотором называется оператор, контактирующий с белком-репрессором, в транскрибируемой части содержатся белок-кодирующие участки, терминатор же прекращает процесс.
Та последовательность ДНК, та цепочка, которая послужила основой для формирования иРНК (или мРНК), и из которой нужно выстроить белковую макромолекулу, является матричной ДНК (другое название – кодирующая). При формировании молекулы РНК с матричной ДНК создаётся такая последовательность, которая окажется идентичной последовательности кодирующей части молекулы ДНК, и идентичность окажется возможной по принципу комплементарности (при учёте того, что азотистое основание тимин из ДНК заменяется урацилом в РНК).
Интересно, то транскрипция сама состоит из нескольких стадий.
Первой стадией является инициация, в ходе которой ДНК-зависимая РНК-полимераза связывается с промотором (при помощи факторов инициации транскрипции, который есть в эукариотических клетках), и так создаётся стабильный закрытый комплекс, который позволяет продолжать дальнейший процесс транскрипции. После закрытый комплекс становится открытым, когда цепочки в молекуле ДНК разделяются на расстоянии от точки старта транскрипции в тринадцать пар нуклеотидов, и там, где разделились спирали, формируется транскрипционный пузырь, при этом открыт доступ к некодирующей части молекулы ДНК.
Следом происходит выравнивание первой пары рибонуклеотида с той частью ДНК, что станет матричной, и соединение, и далее по мере присоединения рибонуклеотидов к цепочке ДНК молекула РНК удлиняется. При этом на первых десяти нуклеотидах нередко процесс обрывается ввиду нестабильности транскрипта, в итоге короткий результат процесса выбрасывается, и процесс начинается заново. Наконец, когда удаётся создать транскрипт длиннее десятка нуклеотидов, транскрипт стабилизируется, и стадия инициации постепенно завершается.
Вторая стадия транскрицпии именуется элонгацией. Эта стадия запускается, как только связи между ферментом РНК-полимеразой и промотором (а также и с факторами инициации транскрипции) разрываются. В ходе элонгации в молекуле ДНК расплетается около восемнадцати нуклеотидных пар, а приблизительно двенадцать нуклеотидов матричной цепочки ДНК формирует гибридную спираль в связке с концом цепочки молекулы РНК, которая растёт дальше.
Пока фермент движется по матричной части ДНК, впереди двойная спираль расплетается, а позади – восстанавливается. В это же время часть растущей цепочки молекулы РНК высвобождается из комплекса с матричным ДНК и ферментом. В ходе процесса осуществляется воздействие отдельных факторов элонгации, которые не дают процессу оборваться раньше времени. В конце растущий транскрипт высвобождается, а фермент открепляется от матричного ДНК.
Последняя стадия транскрипции называется терминацией. У бактерий терминация может осуществляться по двум путям. Молекула РНК может быть высвобождена и отсоединена от матричной ДНК при дестабилизации водородных связей между матрицей ДНК и синтезируемой мРНК под воздействием особого белка, а может отсоединиться при формировании молекулой РНК стебеля-петли, за которой ряд повторяющихся пар урацила, что прерывает процесс транскрипции и позволяет отсоединиться молекуле РНК от ДНК.
Что же касается эукариотических клеток, то механизм терминации транскрипции пока малоизучен, известно лишь, что в конце РНК разрезается, к концу добаляется несколько пар аденина, причём в таком количестве, что позволяет стабилизировать транскрипт.
Оболочки клетки
Большинство бактерий имеет три оболочки:
- клеточная мембрана;
- клеточная стенка;
- слизистая капсула.
Непосредственно с содержимым клетки – цитоплазмой, соприкасается клеточная мембрана. Она тонкая и мягкая.
Клеточная стенка – плотная, более толстая оболочка. Её функция – защита и опора клетки. Клеточная стенка и мембрана имеют поры, через которые в клетку поступают необходимые ей вещества.
Многие бактерии имеют слизистую капсулу, которая выполняет защитную функцию и обеспечивает слипание с разными поверхностями.
Именно благодаря слизистой оболочке стрептококки (один из видов бактерий) прилипают к зубам и вызывают кариес.
Механизм трансляции
Основная статья: Трансляция (биология)
Трансляция — синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК (мРНК). У прокариот мРНК связывается с малой субъединицей рибосомы в результате взаимодействия 3′-конца 16S рРНК с комплементарной ему последовательностью Шайн — Дальгарно 5′-конца мРНК (для связывания малой субъединицы эукариотической рибосомы помимо специфического мотива в нуклеотидной последовательности мРНК, необходимо также наличие кэп-структуры на её 5′-конце). Далее происходит позиционирование стартового кодона (как правило, AUG) мРНК на малой субъединице. Дальнейшая ассоциация малой и большой субъединиц происходит при связывании инициаторной тРНК (у прокариот — это формилметионил-тРНК, обозначаемая как fMet-тРНКfMet) и при участии факторов инициации (IF1, IF2 и IF3 у прокариот; в случае эукариотических рибосом в инициации трансляции участвуют аналоги прокариотических факторов, а также дополнительные факторы). Таким образом, распознавание антикодона (в тРНК) происходит на малой субъединице.
После ассоциации, fMet-тРНКfMet находится в P- (peptidyl-) сайте каталитического (пептидилтрансферазного) центра рибосомы. Следующая тРНК, несущая на 3′-конце аминокислоту и комплементарная второму кодону на мРНК, находясь в комплексе с заряженным (GTP) фактором элонгации EF-Tu, поступает в А- (aminoacyl-) сайт рибосомы. Затем, образуется пептидная связь между формилметионином (связанным с тРНКfMet, находящейся в Р-сайте) и аминокислотой, принесённой тРНК, находящейся в А-сайте. Механизм катализа реакции транспептидации (образования пептидной связи в пептидилтрансферазном центре) до сих пор полностью не выяснен. Существует несколько гипотез, объясняющих детали этого процесса:
- Оптимальное позиционирование субстратов (induced fit)
- Исключение из активного центра воды, способной прервать образование пептидной цепи посредством гидролиза
- Участие нуклеотидов рРНК (таких как А2450 и А2451) в переносе протона
- Участие 2′-гидроксильной группы 3′-концевого нуклеотида тРНК (А76) в переносе протона
Вероятно, высокая эффективность катализа достигается сочетанием этих факторов.
После образования пептидной связи, полипептид оказывается связанным с тРНК, находящейся в А-сайте. На следующем этапе деацилированная тРНКfMet сдвигается из Р-сайта в Е-сайт (exit-), пептидил-тРНК — из А-сайта в Р-сайт, а мРНК продвигается на один триплет нуклеотидов (кодон). Этот процесс называется транслокацией и происходит с затратой энергии (GTP) при участии фактора EF-G.
Далее, тРНК, комплементарная следующему кодону мРНК, связывается с освободившимся А-сайтом рибосомы, что ведёт к повторению описанных шагов, а образуемый полипептид удлинняется на один аминокислотный остаток с каждым циклом. Стоп-кодоны (UGA, UAG и UAA) сигнализируют об окончании трансляции. Процесс окончания трансляции и освобождения готового полипетида, рибосомы и мРНК называется терминацией. У прокариот он происходит при участии факторов терминации RF1, RF2, RF3 и RRF.
функции
Рибосомы отвечают за процесс синтеза белков в клетках всех организмов, являясь универсальным биологическим механизмом..
Рибосомы — вместе с РНК-переносчиком и РНК-мессенджером — способны декодировать сообщение ДНК и интерпретировать его в последовательности аминокислот, которые образуют все белки организма, в процессе, называемом трансляцией..
В свете биологии, перевод слова относится к изменению «языка» от нуклеотидных триплетов к аминокислотам..
Эти структуры являются центральной частью трансляции, где происходит большинство реакций, таких как образование пептидных связей и высвобождение нового белка.
Трансляция белков
Процесс образования белка начинается со связывания между РНК-мессенджером и рибосомой. Посланник движется через эту структуру в определенном конце, называемом «кодон начала цепи».
Когда РНК-мессенджер проходит через рибосому, образуется молекула белка, потому что рибосома способна интерпретировать сообщение, закодированное в мессенджере..
Это сообщение закодировано в триплетах нуклеотидов, в которых каждые три основания указывают определенную аминокислоту. Например, если РНК-мессенджер несет последовательность: AUG AUU CUU UUG GCU, образованный пептид состоит из аминокислот: метионина, изолейцина, лейцина, лейцина и аланина..
Этот пример демонстрирует «вырождение» генетического кода, поскольку более одного кодона — в данном случае CUU и UUG — кодируют аминокислоту одного типа. Когда рибосома обнаруживает стоп-кодон в РНК-мессенджере, трансляция заканчивается.
Рибосома имеет сайт A и сайт P. Сайт P связывает пептидил-тРНК, а в сайт A он входит в аминоацил-тРНК..
Передача РНК
Передающие РНК ответственны за транспортировку аминокислот к рибосоме и имеют последовательность, комплементарную триплету. Для каждой из 20 аминокислот, из которых состоят белки, существует транспортная РНК..
Химические стадии синтеза белка
Процесс начинается с активации каждой аминокислоты связыванием АТФ в комплексе аденозинмонофосфата, высвобождая высокоэнергетические фосфаты..
На предыдущем этапе получается аминокислота с избыточной энергией, и происходит связывание с соответствующей ей РНК-переносчиком с образованием комплекса аминокислота-тРНК. Здесь происходит высвобождение аденозинмонофосфата.
В рибосоме трансферная РНК находит РНК-мессенджер. На этом этапе последовательность переносящей или антикодонной РНК гибридизуется с кодоном или триплетом РНК-мессенджера. Это приводит к выравниванию аминокислоты с ее правильной последовательностью.
Фермент пептидилтрансфераза ответственен за катализ образования пептидных связей, которые связывают аминокислоты. Этот процесс потребляет большое количество энергии, так как он требует образования четырех высокоэнергетических связей для каждой аминокислоты, которая связывается с цепью.
Реакция удаляет гидроксильный радикал на СООН-конце аминокислоты и удаляет водород на NH-конце2 другой аминокислоты. Реактивные области двух аминокислот связывают и создают пептидную связь.
Рибосомы и антибиотики
Поскольку синтез белка является обязательным событием для бактерий, определенные антибиотики нацелены на рибосомы и различные стадии процесса трансляции..
Например, стрептомицин связывается с небольшой субъединицей, чтобы вмешиваться в процесс трансляции, вызывая ошибки при чтении РНК-мессенджера..
Другие антибиотики, такие как неомицины и гентамицины, также могут вызывать ошибки трансляции, связанные с небольшой субъединицей..
Общая информация о биосинтезе белка
Значение биосинтеза белка в клетке
Процесс биосинтез белка — наиболее значимая реакция пластического обмена. Способность синтезировать белок есть у всех клеток живых организмов: сложных и простых, грибов, растений и животных. Клетка содержит несколько тысяч различных белков. При этом, для каждого вида клеток характерны специфические белки.
Способность к синтезу собственных уникальных белков является наследственной и сохраняется на протяжении всей жизни организма. Биосинтез белков происходит наиболее интенсивно, когда клетки активно растут и развиваются.
Что такое биосинтез белка?
Определение 1
Процессом синтеза белка называется — процесс, состоящий из множества стадий, на которых происходит синтез белковой макромолекулы и последующее созревание (формирование) белка, и происходящий в живых организмах.
Фотосинтез связан с большими энергетическими затратами. Благодаря ему происходит обеспечение клеток так называемым строительным материалом, биологическими катализаторами (ферментами), регуляторами и средствами защиты организма.
Каково значение белков в клетке? Значение белков неоценимо. Для этого рассмотрим, что такое биосинтез подробнее.
Код ДНК
Определение места синтеза белковых макромолекул — наивысшее достижение молекулярной биологии. ДНК играет ключевую роль в определении структуры синтезируемого белка. Молекула ДНК содержит информацию о первичной структуре молекулы белка.
Определение 2
Геном — часть молекулы ДНК, содержащая информацию о первичной структуре одного белка.
Определение 3
Генетический код — единая для всех живых организмов система сохранения полной наследственной информации.
Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!
Описать задание
Если говорить о структуре, то она представляет собой определенную последовательность нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Эта последовательность задает последовательность введения аминокислотных остатков в полипептидную цепь в ходе ее синтеза.
Согласно исследованиям ученых, каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируется последовательностью, которая состоит из 3 нуклеотидов (это триплет нуклеотидов).
Всего выделяют 20 основных аминокислот. Каждая аминокислота имеет способность кодироваться несколькими разными триплетами.
Определение 4
Матрица — молекула ДНК, которая содержит информацию.
Процесс считывания и передачи информации
Расположение молекул ДНК — ядро клетки. Также они могут находиться в пластидах и митохондриях. В определенный момент происходит деспирализация молекулы ДНК и расхождение ее параллельных цепей.
В соответствии с принципом комплементарности, на этих цепях происходит синтез небольших молекул и-РНК (информационной РНК). Это транскрипция или считывание.
Молекула и-РНК, синтезированная таким образом, направляется к месту синтеза белка.
Определение 5
Трансляция — процесс переноса и-РНК из ядра к месту синтеза белка.
Механизм биосинтеза белка
Синтез белковых молекул осуществляется на мембранах ЭПС (эндоплазматическая сеть). Рибосома является органеллой, которая отвечает за синтез белка. Рибосомы, нанизываясь на молекулу и-РНК, формируют полисому. Молекула т-РНК (транспортная РНК), которая несет кислотный остаток, подходит к каждой рибосоме.
т-РНК отличается формой трилистика: верхушка — это триплет нуклеотидов или антикодон. Он формирует комплементарную пару с соответствующим триплетом и-РНК (кодоном).
Рибосома в процессе синтеза белка надвигается на нитевидную молекулу и-РНК, которая оказывается двумя ее субъединицами. Присоединение т-РНК к и-РНК происходит в определенном месте — в месте совпадения кодона и антикодона. Присоединение аминокислотных остатков к синтезируемой цепи происходит при помощи полипептидных связей. Происходит отсоединение т-РНК, после чего она покидает рибосому.
Замечание 1
Это продолжается до завершения синтеза нити аминокислотных остатков (белковой молекулы).
Заключительный этап — приобретение синтезированным белком пространственной структуры. Благодаря соответствующим ферментам от него отщепляются лишние аминокислотные остатки, происходит введение небелковых фосфатных, карбоксильных и других групп, присоединение углеводов, липидов и т. д. Белок «созревает». Как только все эти процессы заканчиваются, молекула белка становится полностью функционально активной.
Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться
Все услуги
Решение задач
от 1 дня / от 150 р.
Курсовая работа
от 5 дней / от 1800 р.
Реферат
от 1 дня / от 700 р.
Местоположения рибосомы
Рибосомы классифицированы как являющийся или «свободным» или «направляющимся мембраной».
Свободные и направляющиеся мембраной рибосомы отличаются только по их пространственному распределению; они идентичны в структуре. Существует ли рибосома в свободном или направляющемся мембраной государстве, зависит от присутствия последовательности сигнала ER-планирования на синтезируемом белке, таким образом, отдельная рибосома могла бы быть направляющейся мембраной, когда это делает один белок, но свободный в цитозоли, когда это делает другой белок.
Рибосомы иногда упоминаются как органоиды, но использование термина органоид часто ограничивается описанием подклеточных компонентов, которые включают мембрану фосфолипида, которую не делают рибосомы, будучи полностью макрочастицей. Поэтому рибосомы могут иногда описываться как «неперепончатые органоиды».
Свободные рибосомы
Свободные рибосомы могут переместиться где угодно в цитозоли, но исключены из ядра клетки и других органоидов. Белки, которые сформированы из свободных рибосом, выпускаются в цитозоль и используются в клетке. Так как цитозоль содержит высокие концентрации глутатиона и является, поэтому, уменьшающей окружающей средой, белки, содержащие двусернистые связи, которые созданы от окисленных остатков цистеина, не может быть произведен в пределах него.
Направляющиеся мембраной рибосомы
Когда рибосома начинает синтезировать белки, которые необходимы в некоторых органоидах, рибосома, делающая этот белок, может стать «направляющейся мембраной». В эукариотических клетках это происходит в области сеточки endoplasmic (ER), названной «грубым ER». Недавно произведенные полипептидные цепи вставлены непосредственно в ER рибосомой, предпринимающей векторный синтез, и тогда транспортируются к их местам назначения через секреторный путь. Связанные рибосомы обычно производят белки, которые используются в пределах плазменной мембраны или удалены из клетки через exocytosis.
Функция рибосомы
Функция рибосомы в любом клетка это производить белки. Белки используются практически во всех клеточных функциях; в качестве катализаторов они ускоряют время реакций, в качестве волокон они обеспечивают поддержку, и многие белки функционируют в конкретных задачах, таких как заключение контрактов. мускул клетки. Все белки начинаются как дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК. Специальный белок, РНК-полимераза является ферментом, который распознает последовательности в ДНК, связывается с ними с помощью других белков и создает новую информацию молекула который может путешествовать от ядра к цитозоль клетки. Нить рибонуклеиновой кислоты (РНК), продуцируемая РНК-полимеразой, обрабатывается на выходе из ядра, и области РНК, которые не кодируют белки, удаляются. Молекула теперь известна как мессенджер РНК или мРНК.
Каждая мРНК состоит из 4 различных нуклеиновых оснований, известных как нуклеиновые кислоты. Базовые пары «читаются» в виде серии по три, образуя кодоны. Каждый кодон указывает конкретную аминокислоту. Вся жизнь на Земле использует одни и те же 20 аминокислот, и кодоны, используемые для вызова этих аминокислот, почти универсальны. Кодон, который запускает все белки – «AUG». Это означает последовательность нуклеиновых оснований: аденин, урацил и гуанин соответственно. Специальная молекула РНК, которая может связываться с аминокислотами, известная как перенос РНК или тРНК, распознает эту последовательность и связывается с ней. Эта конкретная тРНК несет метиониновую аминокислоту. В зависимости от строящегося белка следующей аминокислотой может быть любая из двадцати.
Здесь начинается рибосома. Признавая структуру мРНК, связанной с тРНК, две субъединицы рибосомы (обсуждаемые ниже) могут объединиться, чтобы начать синтезировать белок из цепи мРНК. Рибосома действует как большой катализатор, образуя пептидные связи между аминокислотами. Использованная тРНК высвобождается обратно в цитозоль, поэтому она может связываться с другой аминокислотой. В конце концов, мРНК представит кодон рибосоме, что означает «стоп». Специальные белки отделят цепочку аминокислот от последней тРНК, и белок будет выпущен. Этот процесс синтеза нового белка изображен на изображении ниже:
Различные белки требуют различных модификаций и транспорта в различные области клетки, прежде чем они смогут функционировать. Рибосома, прикрепленная к эндоплазматическая сеть Например, отложит новообразованный белок внутрь, где он может быть далее модифицирован и правильно сложен. Другие белки образуются непосредственно в цитозоле, где они могут начать действовать как катализаторы для различных реакций. Рибосомы создают все эти белки, которые нужны клеткам, а это очень много. На клетку весят белки около 20 процентов. Средняя клетка может иметь 10000 различных белков, в среднем по миллиону копий каждого. Это много белка, который необходимо синтезировать, поэтому рибосома превратилась в эффективную и быструю машину. В среднем рибосомы могут добавлять 3-5 аминокислот в секунду к белковой цепи. Учитывая, что самый большой известный белок, титин, содержит около 30000 аминокислот, для синтеза рибосомы требуется всего 2-3 часа. Короткие белки, состоящие из нескольких сотен аминокислот, могут быть синтезированы за считанные минуты.
После изготовления рибосомы не могут отключиться. Как только тРНК связывается с мРНК, они присоединяются с помощью различных других белков, и начинается процесс синтеза белка. Вирусы воспользовались этим фактом. вирус является небольшой цепью ДНК или РНК, которая размножается путем угона нормального механизма клетки, включая рибосомы. Рибосомы клетки используются вирусом для создания белков, необходимых для репликации ее генома и инкапсуляции, чтобы он мог покинуть клетку. Когда вирус вводит свой геном в клетку, молекула обрабатывается так же, как если бы клетка создала ее. Если вирус основан на ДНК, ДНК проникает в ядро, где белки клетки переводят его в РНК, которая переводится рибосомами в белки. Если вирус основан на РНК, вирусная РНК остается в цитоплазма где он может взаимодействовать с рибосомами напрямую, создавая новые белки. В любом случае вирус сможет создавать все белки, необходимые для репликации своего генома, и упаковывать копии в новые белковые капсулы, способные перемещаться в новую клетку-хозяина и распространять болезнь.
Признаки биосинтеза белка в клетке
Процесс биосинтеза сам по себе является достаточно сложной биохимической реакцией, и для этого есть ряд характерных признаков.
Во-первых, в клетке присутствуют ферменты, которые и позволяют проводить транскрипцию и трансляцию, и (по крайней мере, для человеческого организма) в первую очередь речь идёт о РНК-полимеразе, гистонацетилтрансферазе, гистондеацетилазе 1, АТФ-зависимой хеликазе CHD7 (или хромодомене хеликазы ДНК-связывающего белка 7) и группе ДНК-метилтрансфераз.
Во-вторых, для осуществления биосинтеза требуются все виды РНК, а именно: матричная (мРНК, она же информационная, или иРНК), транспортная (тРНК) и рибосомные (рРНК) рибонуклеиновые кислоты. Наличие сразу всех видов РНК позволяет делать выводы о том, что в клетке осуществляется биосинтез, ибо РНК оказывает самую что ни на есть ключевую роль в процессе.
В-третьих, в клетке в ходе биосинтеза белка присутсвуют мономерные (низкомолекулярные) аминокислоты, которые при полимеризации образуют белковые полимерные макромолекулы. То есть, аминокислоты являются своеобразным строительным материалом, из которого и собираются белки. К тому же, расположение аминокислот оказывает прямое влияние на специфические свойства тех или иных белков.
Органоиды клетки, участвующие в биосинтезе белка
Отдельные части клетки, или органоиды, являются местом, где, собственно говоря, и происходит процесс биосинтеза белка, равно как и объектами, за этот процесс отвечающими. Таковыми являются рибосомы и эндоплазматическая сеть. Рибосомы организуют биосинтез по генетически заданной матричной программе, и эта программа зашифрована в матричной РНК (мРНК).
Размер рибосом в прокариотических клетках может составлять около 15-20-ти нанометров, а в эукариотических – около 25-30-ти нм. Форма сферическая или эллипсоидная. По строению делятся на большую и малую субъединицы, и обе участвуют в биосинтезе: в малой субъединице считывается информация с мРНК, в большой происходит прикрепление нужной аминокислоты к производимой белковой цепочке.
Интересно, что в клетках эукариот рибосомы могут как свободно располагаться в цитоплазме, так и быть прикреплены к мембранам эндоплазматической сети. Есть случаи, когда за одной молекулой РНК закреплено более одной рибосом, тогда есть повод говорить о полирибосоме (или полисоме), одновременно занимающихся трансляцией. Рибосомы синтезируются внутри ядра, а именно – в ядрышке.
Это неотъемлемая часть ядер эукариотических клеток, которая по составу является комплексом из рибонуклеопротеидов с белками, окружающих участки дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которых, в свою очередь, содержатся ядрышковые организаторы, или гены рибосомных РНК (рРНК).
В рибосомах, являющихся рибонуклеопротеидными комплексами, содержится не только рРНК, но и десятки белков – от 50 у прокариот до 80 у эукариот, а также низкомолекулярные компоненты наподобие ионов металлов (в первую очередь – магния), молекул воды, диаминов и полиаминов.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС), ещё называемая эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР), выглядит как разветвлённая сеть канальцев, трубочек, пузырей и полостей, каждая из которых окружена мембраной, которая при этом может менять свою форму и структуру. И в процессе биосинтеза этот органоид тоже принимает участие.
Дело в том, что производимые с помощью рибосом белки могут переноситься в ходе трансляции или после неё из внутриклеточной жидкости (цитозоля) через мембрану эндоплазматической сети, и там они подвергаются сплайсингу (удаление некоторых последовательностей) и фолдингу (сворачиванию) для придания нужной трёхмерной структуры. После этого белки возвращаются в цитозоль.
