Биосинтез белка

К процессам матричного синтеза относятся:

• репликация ДНК
• синтез всех видов РНК
• биосинтез белка

Все реакции матричного типа происходит с участием ферментов.

Рассмотрим процесс синтеза белка.

Для того, чтобы синтезировался белок, информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа ‒ транскрипцию и трансляцию.

• Переписывание информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочечной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует последовательности нуклеотидов матрицы ‒ полинуклеотидной цепи ДНК. В молекуле РНК комплементарным аденину является урацил.

А=У

Г≡Ц

Последовательность транскрипции:

Расщепление двойной цепи ДНК при помощи ферментов → выстраивание нуклеотидов иРНК по матричной (транскрибируемой) цепи ДНК при помощи РНК-полимеразы.

иРНК выходит в цитоплазму и несёт информацию к рибосоме – месту синтеза белка.

Участники процесса:

• иРНК – является матрицей (инструкцией) для построения белка. В иРНК есть кодоны – последовательность из трёх нуклеотидов, несущих информацию об аминокислотах.
• тРНК – доставляют аминокислоты к месту синтеза белка. В тРНК есть антикодоны, комплементарные кодонам в иРНК. К акцепторному концу (3’-конец) тРНК присоединена соответствующая аминокислота. Например, кодону АУГ соответствует антикодон УАЦ и аминокислота метионин (МЕТ). тРНК с антикодоном УАЦ не может переносить другие аминокислоты.

• Ферменты – катализируют химические процессы на разных этапах синтеза.
• Рибосомы – удерживают иРНК, тРНК и ферменты в нужном положении, пока не произойдёт образование пептидной связи между соседними аминокислотами.

Перед началом синтеза белка иРНК выходит из ядра в цитоплазму и направляется к рибосоме. Малая субъединица рибосомы садится на иРНК и скользит по ней от 5’- к 3’-концу. Трансляция происходит в несколько последовательных этапов:

Синтез белка начинается не с самого начала 5’-конца иРНК, а спустя несколько нуклеотидов. Малая субъединица рибосомы движется по иРНК и ищет стартовый триплет – инициирующий кодон (АУГ), с которого начинается синтез белка. Когда она его узнаёт, подходит тРНК с аминокислотой и присоединяется к кодону иРНК. Тут в процесс включается большая субъединица рибосомы – она присоединяется к малой так, что иРНК оказывается заключённой между ними. В каждый момент времени внутри рибосомы находится два кодона иРНК.

К рибосоме подходит вторая тРНК с новой аминокислотой. Её антикодон комплементарен второму кодону иРНК. Первая аминокислота переносится к соседней, с помощью ферментов возникает пептидная связь, первая тРНК освобождается и выходит из рибосомы. Рибосома продвигается на один триплет в том же направлении (к 3'-концу), подходят новые тРНК и удлиняют полипептидную цепочку новыми аминокислотами.

На одной цепочке иРНК могут одновременно находиться несколько рибосом. Такой комплекс называется полисомой. В этом случае синтезируются несколько одинаковых белков, но каждый находится на своём этапе синтеза.

Дойдя до специального стоп-кодона (терминирующего кодона), рибосома завершает трансляцию и освобождает полипептидную цепь. Рибосомы распадаются на большую и малую субъединицы, отделяются от иРНК, и теперь готовы повторить весь процесс заново.

Итог: в молекуле полипептида аминокислоты расположены в строго заданном триплетами иРНК порядке (матричный синтез).

ДНК иРНК белок

Мутагены и наркогенные вещества могут нарушать биохимические процессы в клетке.

Под воздействием мутагенов и наркогенных веществ количество мутаций увеличивается и возрастает прямо пропорционально дозе мутагенов.

Мишенью действия мутагенов в клетке являются главным образом ДНК и некоторые белки.

Примеры нарушения биохимических процессов в клетках при воздействии мутагенов и наркогенных веществ:

• могут подавлять синтез ДНК и это прерывает белок-синтетические процессы
• влияют на процессы транскрипции и трансляции, изменяя их скорость
• ингибируют (подавляют) процессы трансляции, инициацию трансляции, элонгацию
• угнетают обмен белков и углеводов
• могут нарушать процессы кроссинговера и расхождения хромосом в анафазе
• ингибируют процессы сперматогенеза и овогенеза

• при температурном воз­действии на клетки может произойти выпадение пуринов (аденина и гуанина) из ДНК
• ультрафиолетовые лучи могут разрывать водородные связи между комплементарными нитями ДНК, что приводит к остановке репликации ДНК, в результате чего ядро теряет способность к деле­нию, и клетка погибает
• в результате ионизирующего излучения образуются высокоактивные химические вещества (ионы Н+, ОН-, свободные радикалы), которые могут вызывать разрыв нитей веретена деления, разрыв цепи ДНК, изменять азотистые основания