В клетках непрерывно идут процессы обмена веществ – процессы синтеза и распада веществ. Каждая
клетка синтезирует необходимые ей вещества.
Этот процесс называется биосинтезом.
Биосинтез необходим для выживания – без него клетка погибнет. Одним из важнейших процессов биосинтеза в клетке является процесс биосинтеза белков, который включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке – это реакции матричного синтеза.
Последовательность аминокислот в каждом белке определяется последовательностью нуклеотидов в гене – участке ДНК, кодирующем именно этот белок. Соответствие последовательности аминокислот в белке и последовательности нуклеотидов в кодирующих его ДНК и РНК определяется универсальным правилом – генетическим кодом.
Информация о белке может быть записана в нуклеиновой кислоте только одним способом – в виде последовательности нуклеотидов. ДНК построена из 4 видов нуклеотидов: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г), цитозина (Ц), а белки – из 20 видов аминокислот.
Таким образом, возникает проблема перевода четырёхбуквенной записи информации в ДНК в двадцатибуквенную запись белков.
Процесс синтеза белка в клетке можно разделить на два этапа: транскрипция и трансляция.
Рис. 1. Этапы синтеза белка в клетке
Транскрипция – первый этап биосинтеза белка. Транскрипция – это процесс синтеза молекулы иРНК на участке молекулы ДНК.
Транскрипция (с лат. transcription – переписывание) происходит в ядре клетки с участием ферментов, основную работу из которых осуществляет транскриптаза. В этом процессе матрицей является молекула ДНК.
Рис. 2. Синтез белка. Транскрипция
Специальный фермент находит ген и раскручивает участок двойной спирали ДНК. Фермент перемещается вдоль цепи ДНК и строит цепь информационной РНК в соответствии с принципом комплементарности.
По мере движения фермента растущая цепь РНК матрицы отходит от молекулы, а двойная цепь ДНК восстанавливается.
Когда фермент достигает конца копирования участка, то есть доходит до участка, называемого стоп-кодоном, молекула РНК отделяется от матрицы, то есть от молекулы ДНК.
Таким образом, транскрипция – это первый этап биосинтеза белка. На этом этапе происходит считывание информации путём синтеза информационной РНК.
Копировать информацию, хотя она уже содержится в молекуле ДНК, необходимо по следующим причинам: синтез белка происходит в цитоплазме, а молекула ДНК слишком большая и не может пройти через ядерные поры в цитоплазму. А маленькая копия её участка – иРНК – может транспортироваться в цитоплазму. После транскрипции громоздкая молекула ДНК остаётся в ядре, а молекула иРНК подвергается «созреванию» – происходит процессинг и РНК.
На её 5’ конец подвешивается КЭП для защиты этого конца иРНК от РНКаз – ферментов, разрушающих молекулы
РНК. На 3’ конце достраивается поли(А)-хвост, который также служит для защиты молекулы. После этого проходит сплайсинг – вырезание интронов (некодирующих участков) и сшивание экзонов (информационных участков). После процессинга подготовленная молекула транспортируется из ядра в цитоплазму через ядерные поры.
Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания одной цепи располагаются в строго определённом порядке напротив азотистых оснований другой – это и есть правило комплементарности.
Трансляция – второй этап биосинтеза белка. Трансляция – это перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Что же происходит в клетке? Трансляция представляет собой непосредственно процесс построения белковой молекулы из аминокислот. Трансляция происходит в цитоплазме клетки. В трансляции участвуют рибосомы, ферменты и три вида РНК: иРНК, тРНК и рРНК.
Главным поставщиком энергии при трансляции служит молекула АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.
Во время трансляции нуклеотидные последовательности информационной РНК переводятся в последовательность
аминокислот в молекуле полипептидной цепи. Этот процесс идёт в цитоплазме на рибосомах.
Образовавшиеся информационные РНК выходят из ядра через поры и отправляются к рибосомам.
Рибосомы – уникальный сборочный аппарат. Рибосома скользит по иРНК и выстраивает из определённых аминокислот длинную полимерную цепь белка. Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК.
Для каждой аминокислоты требуется своя транспортная РНК, которая имеет форму трилистника. У неё есть участок,
к которому присоединяется аминокислота и другой триплетный антикодон, он, в свою очередь, связывается с комплементарным кодоном в молекуле иРНК.
Время жизни информационной РНК колеблется от двух минут (как у некоторых бактерий) до нескольких дней (как, например, у высших млекопитающих). Затем информационная РНК разрушается под действием ферментов, а нуклеотиды используются для синтеза новой молекулы информационной РНК.
Таким образом, клетка контролирует количество синтезируемых белков и их тип.
Трансляция пошагово:
Процесс биосинтеза белков включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке, – это реакции матричного синтеза.
Синтез белка состоит из двух этапов:
Эти этапы сменяют друг друга и состоят из последовательных процессов.
(Кожевникова, Т. А., Костарев, В. В., Миронов, А. Г. Основы генетики в практике психолога: учебное пособие, Красноярский государственный аграрный университет)
