ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 59
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СИНТЕЗ БЕЛКА
Биосинтез белков - это сложный многостадийный процесс синтеза и созревания белков, который осуществляется во всех клетках про- и эукариот. Основные стадии включают в себя транскрипцию, процессинг и экспорт и-РНК из ядра в цитоплазму (только у эукариот), синтез аминоацил-т-РНК, трансляцию и созревание белка. Для того чтобы хранящаяся в ДНК информация могла быть использована, ее необходимо переписать (транскрибировать) в последовательность РНК. При этом ДНК служит только матрицей, т. е. она не меняется в процессе транскрипции. Транскрибируемые последовательности ДНК, т. е. участки ДНК, которые кодируют определенные белки, называются генами. ТранскрипцияТранскрипция осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами. Инициация процесса начинается со связывания РНК-полимеразы с 3'-концом промоторного участка, а именно с ТАТА-боксом. Далее, в процессе элонгации, нуклеозидтрифосфаты связываются комплементарно на кодирующей цепочке ДНК водородными связями и шаг за шагом присоединяются к растущей молекуле РНК. Вскоре после начала элонгации 5'-конец транскрипта защищается «кэпом» (от англ. cap) – структурой из нескольких модифицированных нуклеотидов.Как только транскрипция доходит до сайта полиаденилирования (обычно это последовательность ...ААТААА...), транскрипт отщепляется - терминация. После этого полимераза прекращает транскрипцию и диссоциирует от ДНК. Далее мРНК подвергается сплайсингу - вырезанию некодирующих участков и сшивание последовательностей , сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК.Генетический код - триплетный, т.е. одна аминокислота задается последовательностью из трех нуклеотидов, называемой кодоном. Так как четыре нуклеотида объединенные по три дают 64 варианта, а аминокислот всего 20, то большинство аминокислот кодируется более чем одним кодоном или другими словами: генетический код является вырожденным.Поскольку генетический код считывается с мРНК , его обычно записывают, используя четыре основания, присутствующие в РНК: U, C, A, G.Трансляция начинается со стартового кодона, чаще всего это AUG, реже GUG, и заканчивается на одном из терминирующих или стоп-кодонов: UAA,UAG,UGA. Все кодоны, за исключением стоп кодонов, называются смысловыми. Стоп кодоны еще называют нонсенс кодонами.Транспортная РНК (тРНК, tRNA): специальная низкомолекулярная РНК, выполняющая перенос аминокислот в рибосому для осуществления синтеза белка. Эти небольшие молекулы, содержащиеся в цитоплазме клетки и состоящие из 70-90 нуклеотидов, способны сворачиваться таким образом, что образуют структуры, напоминающие по форме клеверный лист. В клетке имеется столько же разных тРНК, сколько кодонов, шифрующих аминокислоты. На вершине "листа" каждой тРНК имеется последовательность трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в иРНК, их называют анти-кодоном. Все тРНК имеют сходную пространственную укладку цепи, напоминающую лат. букву L, причем антикодон, находящийся в центре полинуклеотидной цепи и на одном из концов "L", доступен для контактов с мРНК.Рибосомы представляют собой крупный рибонуклеопротеидный комплекс, состоящий из рибосомных белков, молекул рРНК и ассоциированных с ними факторов трансляции. Рибосомы - немембранные органеллы, на которых происходит синтез белка в клетке. Они представляют собой сферические структуры с диаметром около 20 нм. Эти самые мелкие клеточные органеллы устроены чрезвычайно сложно. Электронно-микроскопические изображения рибосом всех известных организмов ясно показывают, что эти частицы построены из двух неравных субчастиц. Борозда, разделяющая две субчастицы, сильно расширяется в одном месте: виден так называемый "глаз" рибосомы. Именно в этой полости размещаются основные субстраты рибосомы - молекулы пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК. Это тРНК-связывающий центр рибосомы. Когда пептидил-тРНК занимает Р-участок, а аминоацил-тРНК - А-участок на малой субчастице рибосомы, концы остатков тРНК с присоединенными к ним аминоацильными остатками взаимодействуют с большой субчастицей рибосомы. Участок этого взаимодействия на большой субчастице является пептидилтрансферазным центром рибосомы.Трансляция включает в себя следующие стадии: инициацию, элонгацию и терминацию. В качестве инициирующего кодона в большинстве случаев выступает триплет AUG, кодирующий аминокислоту метионин. Для инициации трансляции необходимо также наличие определённых нуклеотидных последовательностей в районе стартового кодона (
последовательность Шайна—Дальгарноу прокариот и последовательность Козак у эукариот), так как в противном случае инициация синтеза белка происходила бы хаотично на всех AUG-кодонах.Диссоциация рибосомы на составляющие ее субчастицы, малую и большую, является необходимой предпосылкой для инициации трансляции.Малая субчастица после посадки на мРНК отлавливает тРНК с нужным кодом стартового кодона МЕТ и закрепляет на себе, это происходит на участке А. На этом этапе в процесс включается свободная большая рибосомная субчастица. Затем, действуя кодом тРНК, как ключом, она находит стартовый кодон на мРНК. Происходит первый цикл трансляции. Малая субчастица качнулась в принудительном порядке и переместила стартовую тРНК с участка А на участок Р, освобождая место для следующей тРНК. Далее происходит элонгация полипептида и как только рибосома доходит до стоп-кодона, который не кодирует ни одну из аминокислот, полипептид освобождается из рибосомы и рибосомные субчастицы диссоциируют друг от друга и от мРНК.Искусственный синтез белков. Твердофазный метод синтеза полипептидов.Американский ученый Роберт Меррифилд в 1962 году предложил оригинальную идею твердофазного метода синтеза полипептидов в колонке-реакторе. Стадия 1. Получение защищенных аминокислот. Для блокирования аминогрупп часто используют трет-бутилоксикарбонильную группу (сокр. англ.- Вoc).Стадия 2. Присоединение концевой аминокислоты к полимерному носителю, например к полистиролу с введенными в него хлорметильными группами.Стадия 3. Удаление Вoc-защитной группы с присоединенной к полимерному носителю аминокислоты мягкой кислотной обработкой полимера.Стадия 4. Проведение реакции образования пептидной связи. Через колонку пропускают раствор, содержащий аминокислоту с защищенной аминогруппой в смеси с реагентом, который обеспечивает активацию карбоксильной группы. Стадии 3 и 4 повторяют до тех пор, пока не закончится синтез требуемого пептида.Существуют также методы синтеза белков, копирующие природные процессы: синтезируют фрагменты нуклеиновых кислот, настроенных на получение определенных белков, затем эти фрагменты встраивают в живой организм (например, в бактерию), после чего организм начинает вырабатывать нужный белок. Для доставки чужеродных генов в клетки различных организмов применяется
вектор — плазмида, бактериофаг или любая другая форма ДНК или РНК, которые способны самостоятельно реплицироваться в клетках и обеспечивать размножение (клонирование) и работу (экспрессию) искусственно встроенных в них генов.1. Выделение генов (отдельных фрагментов ДНК) из клеток-доноров. В отдельных случаях эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов.2. Создание векторной конструкции (введение выделенного из донора фрагмента ДНК в плазмидный вектор с помощью специальных ферментов). В генной инженерии широко используются векторы, созданные на основе плазмид — внехромосомных кольцевых молекул ДНК, характерных для прокариот.3. Введение полученной векторной конструкции в клетку нового хозяина (бактерию).4. Клонирование фрагмента ДНК (увеличение копий вектора, содержащего введенную ДНК), в ходе многочисленных делений бактериальной клетки.Ингибирование синтеза белка. Изучение всех тонкостей молекулярного механизма синтеза белка и нуклеиновых кислот в клетках необходимо для нахождения препаратов, избирательно тормозящих эти процессы в бактериальных клетках, не влияя на клетки организма человека. Существует большая группа веществ, ингибирующая синтез ДНК, РНК или белков. Некоторые из них нашли применение в медицине для лечения инфекционных болезней и опухолевых новообразований, а другие для человека оказались токсинами.А. Ингибиторы репликации - противоопухолевые препараты.Антибиотики, взаимодействующие с ДНК, нарушают её матричную функцию и вызывают подавление процессов репликации и транскрипции. Их используют для лечения злокачественных новообразований и называют противоопухолевыми препаратами.Б. Ингибиторы транскрипции и трансляции - антибактериальные препараты.К ингибиторам матричных синтезов, оказывающим противобактериальное действие, относят вещества, блокирующие синтез РНК или белка.Выводы
- Биосинтез белка является одним из важнейших и сложнейших процессов в любом живом организме.
- Для правильного функционирования этого процесса очень важно конформационное состояние каждой молекулы.
- Изучение всех деталей процесса синтеза белка является перспективным направлением для многих исследований, в том числе и методами ЯМР спектроскопии.
- Синтез белка относится к приоритетным направлениям в фармакологии, химической промышленности.