на какой эпс происходит синтез белка

Что такое биосинтез белка в клетке

В статье мы дадим опре­де­ле­ние био­син­те­зу и рас­смот­рим ос­нов­ные этапы син­те­за белков. Разберёмся, чем трансляция отличается от транскрипции.

В клетках непрерывно идут процессы обмена веществ — процессы синтеза и распада веществ. Каж­дая клет­ка син­те­зи­ру­ет необ­хо­ди­мые ей ве­ще­ства. Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся био­син­те­зом.

Био­син­тез — это про­цесс со­зда­ния слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ в ходе био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций, про­те­ка­ю­щих с по­мо­щью фер­мен­тов. Биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт.

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. Матричный синтез — это синтез новых молекул в соответствии с планом, заложенным в других уже существующих молекулах.

Синтез белка в клетке протекает при участии специальных органелл — рибосом. Это немембранные органеллы, состоящие из рРНК и рибосомальных белков.

Последовательность аминокислот в каждом белке определяется последовательностью нуклеотидов в гене — участке ДНК, кодирующем именно этот белок. Соответствие между последовательностью аминокислот в белке и последовательностью нуклеотидов в кодирующих его ДНК и иРНК 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. Генетический код — соотношения нуклеотидных последовательностей и аминокислот, на основе которых осуществляется такой перевод.

Процесс синтеза белка в клетке можно разделить на два этапа: транскрипция и трансляция.

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.

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 иРНК. 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.

Транскрипция пошагово:

Проверьте себя: помните ли вы принцип комплементарности? 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, ко­то­рый свя­зы­ва­ет­ся с ком­пле­мен­тар­ным ко­до­ном в мо­ле­ку­ле иРНК.

Це­поч­ка ин­фор­ма­ци­он­ной РНК обес­пе­чи­ва­ет опре­де­лён­ную по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в це­поч­ке мо­ле­ку­лы белка. 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:

По промокоду BIO92021 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 9 класса. Выберите нужный раздел и изучайте биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»!

Резюме

Теперь вы знаете, что биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт. Процесс биосинтеза белков включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке, — это реакции матричного синтеза.

Син­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов: тран­скрип­ции (об­ра­зо­ва­ние ин­фор­ма­ци­он­ной РНК по мат­ри­це ДНК, про­те­ка­ет в ядре клет­ки) и транс­ля­ции (эта ста­дия про­хо­дит в ци­то­плаз­ме клет­ки на ри­бо­со­мах). Эти этапы сменяют друг друга и состоят из последовательных процессов.

Источник

Биосинтез белка в клетке

Что такое биосинтез белка в клетке

Белки – это неотъемлемая часть жизни на Земле как таковой, “кирпичик”, без которых жизнь не была бы возможна. Это касается не только всей жизни во всём её разнообразии, но и отдельных живых организмов, как одноклеточных, так и многоклеточных, включая человека. Но белки в организме появляются не просто так. Белки синтезируются в клетках организма наравне с множеством других веществ.

Процесс синтеза белков в клетке называется биосинтезом. Этот процесс состоит из нескольких стадий и требует серьёзных затрат энергии. Но эти затраты окупаются, поскольку так создаётся то, без чего клетка в частности и организм в целом не смогут полноценно функционировать. Осуществляется биосинтез при помощи определённых ферментов в определённых клеточных органоидах (или органеллах), и процесс этот может происходить исключительно в живой клетке.

Биосинтез белка возможен при осуществлении ряда биохимических реакций, и одна из таковых называется матричным синтезом. Это – процесс формирования новых молекул биологических частиц, запрограммированный на генетическом уровне у других молекул, уже существующих на момент начала процесса биосинтеза белка. И матричный синтез тоже возможен только в живых клетках.

Процесс биосинтеза белков в клетке

Процесс биосинтеза состоит из двух чётко выделяемых стадий, называемых транскрипцией и трансляцией (подробнее об этом чуть позже), плюсом к этому являются дополнительные модификации синтезированного белка. Также промежуточной стадией можно именовать сплайсинг – процесс, при котором определённые нуклеотидные последовательности молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК), участвующих в биосинтезе, удаляются из молекул, и в ходе процессинга (или созревания) РНК сохраняющиеся последовательности “зрелых” молекул соединяются.

Важно знать, что биосинтез белка в значительной степени зависит от внутриклеточных потребностей и внешних условий. Больше всего энергии тратится на трансляцию, то есть, на второй этап биосинтеза, для её осуществления нужно больше всего гуанозинтрифосфата из запасов этого нуклеотида в клетке, и энергия этого нуклеотида расходуется для создания полимеров аминокислот.

Для трансляции, что осуществляется раньше, нужно не так много энергии, равно как и для сворачивания (или фолдинга) белков. Фолдингом называется процесс, при котором полипептидные молекулы белка спонтанно, сами по себе сворачиваются в нативную (природную) третичную структуру. Между тем, и аденозинтрифосфат (АТФ) тоже необходим для осуществления биосинтеза.

Ещё интересен тот факт, что скорость биосинтеза белка у многоклеточных организмов очень большая. Так, у высших животных (и у людей в том числе) скорость процесса может составить до шестидесяти тысяч пептидных связей в минуту.

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.

Последовательность биосинтеза белка в клетке

Биосинтез осуществляется приблизительно в такой последовательности. Сначала определённые ферменты в связке с АТФ активируют необходимые аминокислоты, и при этом образуется аминоациладенилат. Затем активированные аминокислоты прикрепляются к особой тРНК, при этом выделяется аденозинмонофосфат (или АМФ). После этого тРНК с необходимыми аминокислотами (такого рода тРНК именуется аминоацил-тРНК) связывается рибосомами, а те включают аминокислоты в синтезируемые белки, а тРНК высвобождается.

При этом в ходе биосинтеза генетическая информация переносится с ДНК на матричную (информационную) РНК (мРНК, или иРНК), потом эта мРНК вступает в контакт с рибосомами, после чего происходит взаимодействие с другим видом РНК – тРНК, и результатом этого становится создания пептидных связей между включённых в белковую макромолекулу аминокислотами.

Этапы биосинтеза белка в клетке

Главными этапами процесса биосинтеза белка являются транскрипция и трансляция. В ходе транскрипции внутри клеточного ядра происходит перенос генетической информации с молекул ДНК, при этом формируется специальная мРНК; формирование этой РНК происходит с учётом принципа комплементарности. Затем происходит трансляция, которая уже осуществляется на рибосомах в окружении цитозоля: генетическая информация считывается уже с молекулы иРНК, и осуществляется создание полипептидной аминокислотной последовательности.

Дополнительными этапами можно считать сплайсинг и сворачивание белков в пространстве эндоплазматической сети, хотя их можно включить в один из двух основных этапов, а также посттрансляционные модификации. Если объяснять просто, то синтезированный белок подвергается дополнительной ковалентной химической модификации, и в результате он обретает те или иные свойства и особенности. Учёным удалось выявить свыше 200 вариантов того, как белки могут быть модифицированы в конце биосинтеза.

Крайне мало белков не подвергается подобным модификациям, но есть случаи, когда белок может быть модифицирован неоднократно. В результате модификаций те или иные белки имеют разный срок существования внутри клетки, различные формы и сроки ферментативной активности, различия в том, как они взаимодействуют со сторонними белками. В некоторых случаях посттрансляционные модификации бывают уникальными. Также в отдельных случаях сбои в посттрансляционных модификациях провоцируют ряд заболеваний наподобие онкологических заболеваний, болезни Альцгеймера и муколипидоза.

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.

Трансляция — второй этап биосинтеза белка

Второй и самый энергозатратный этап биосинтеза называется – трансляция. Само название, происходящее от латинского слова, означающего “перемещение”, предусматривает перенос к рибосомам и обратно в цитоплазму матричной ДНК и готового белка соответственно. При трансляции уже и осуществляется синтез белка, в качестве материалов для создания молекулы служат аминокислоты, а в качестве своеобразного фундамента – матричная ДНК, ранее внедрённая в мРНК (иРНК) во время транскрипции.

Результатом становится и реализация ранее закодированной генетической информации. Вообще, синтез белка является главным процессом, происходящим в ходе жизнедеятельности клетки живого организма. Рибосомы во время трансляции должны узнавать трёхнуклеидные, или трёхбуквенные кодоны мРНК, затем сопоставлять им соответствующие антикодоны тРНК, которые переносят аминокислоты, и после присоединять доставленные аминокислоты к строящейся белковой цепочке. Во время движения вдоль молекулы мРНК рибосомы ориентируются на ту информацию, что заложена в мРНК, и согласно этой программе и осуществляют синтез белка.

Узнаванию аминокислот помогают специальные молекулы тРНК, молекулы-адаптеры, по своей форме напоминающие лист клевера. В таких адаптерах есть антикодон, который комплементарен кодону из мРНК, а ещё есть особый участок, к которому прикреплена та или иная аминокислота, что подходит под конкретный кодон. Скрепление тРНК и аминокислоты возможно в рамках энергозависимой реакции, запускаемой ферментами из группы аминоацил-тРНК-синтетаз, так и формируются ранее упомянутые молекулы аминоацил-тРНК. И, опять-таки, соединение аминокислот с тРНК возможно только по принципу комплементарности, и никак иначе.

Как и транскрипция, трансляция также делится на три стадии, которые также именуются инициацией, элонгацией и терминацией. В рамках инициации стартовый кодон AUG подвергается узнаванию, параллельно происходят присоединение тРНК и первого антикодона с аминокислотой, и начинается работа большой и малой субъединиц рибосом, начинается синтез.

Потом запускается элонгация, и запускается процесс узнавания последующих за стартовым кодонов комплементарными им молекулами аминоацил-тРНК. К концу строящейся полипептидной цепочки присоединяется аминокислота, доставленная молекулой тРНК, рибосома постепенно продвигается вдоль матричной ДНК и отсоединяет от неё молекулу тРНК, которая после этого подвергается аминоацилированию комплементарным ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой.

Затем присоединяется следующая комплементарная молекула аминоацил-тРНК, и процесс повторяется вновь, и рибосома движется вдоль матрицы, пока не распознает стоп-кодон UAG (как пример). После этого происходит терминация, когда узнавание стоп-кодона заставляет отсоединиться новую белковую макромолекулу и выйти в цитозоль. В отдельных случаях после этого принимавшая участие в синтезе белка рибосома распадается на субъединицы до следующей трансляции.

А готовый белок после этого (если требуется) может быть подвергнут сплайсингу, фолдингу и посттрансляционным модификациям.

Источник

На какой эпс происходит синтез белка

Наследственная информация в клетке не является монолитной, она разбита на отдель­ ные «слова» — гены.

Ген — это элементарная единица генетической информации. У человека всего около 25–30 тыс. генов.

Генетический код. Наследственная информация организмов зашифрована в ДНК в ви­ де определенных сочетаний нуклеотидов и их последовательности — генетического кода.

Его свойствами являются: триплетность, специфичность, универсальность и избыточность. Кроме того, в генетическом коде отсутствуют «знаки препинания». 23

Каждая аминокислота закодирована в ДНК тремя нуклеотидами — триплетом, напри­мер, метионин закодирован триплетом ТАЦ. Каждый триплет кодирует только
одну аминокислоту, в чем заключается его специфичность или однозначность. Генетический код универсален для всех живых организмов, то есть наследственная информация о белках человека может считываться бактериями и наоборот. Это свидетельствует о единстве проис­ хождения органического мира. Однако 64 комбинациям нуклеотидов по три соответствует только 20 аминокислот, вследствие чего одну аминокислоту могут кодировать 2–6 трипле тов и имеется три стоп­кодона, то есть генетический код избыточен, или вырожден. Три триплета не имеют соответствующих аминокислот, их называют стоп­кодонами, так как они обозначают окончание синтеза полипептидной цепи.

Репликация ДНК, а также синтез РНК и белков в клетках осуществляются по принципу матричного синтеза, который заключается в том, что новые молекулы белков и нуклеи­ новых кислот синтезируются в соответствии с программой, заложенной в структуре ранее существовавших молекул нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).

Репликация ДНК. Процесс самовоспроизведения молекулы ДНК, обеспечивающий точное копирование наследственной информации и передачу ее из поколения в поколение, называет­ ся репликацией (от лат. репликацио — повторение). В результате репликации образуются две абсолютно точные копии материнской молекулы ДНК, каждая из которых несет по одной копии материнской (рис. 42). Ключевым ферментом репликации является ДНК­полимераза. Репликация ДНК является полуконсервативной, так как молекула ДНК расплетается, и на каждой из ее цепей синтезируется новая цепь по принципу комплементарности.

Образовавшиеся в результате репликации две молекулы ДНК в процессе деления расхо­ дятся по двум вновь образующимся дочерним клеткам.

Ошибки в процессе репликации возникают крайне редко, но если они происходят, то устраняются ДНК­полимеразами или ферментами репарации.

Биосинтез белка является сложнейшим клеточным процессом — в нем участвуют до трехсот различных ферментов и других макромолекул. Выделяют два основных этапа синтеза белка: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (от лат. транскрипцио — переписывание) — это биосинтез молекул иРНК на соответствующих участках ДНК (рис. 43).

Синтезированные в процессе транскрипции в ядре молекулы иРНК проходят сложный процесс подготовки к трансляции, после чего они выходят в цитоплазму.

Трансляция (от лат. транс­ ляцио — передача) — это био­ синтез полипептидной цепи на матрице иРНК, при котором происходит перевод генети­ ческой информации в после­ довательность аминокислот полипептидной цепи (рис. 44).

Трансляция чаще всего происходит в цитоплазме, на­пример на шероховатой ЭПС.
Для синтеза белка необходима предварительная активация аминокислот, в ходе кото­ рой аминокислота присоединяется к соответствующей тРНК. Этот процесс катализируется специальным фер­ментом и требует затраты АТФ.

Для начала трансляции (инициации) к готовой к син­ тезу молекуле иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, а затем к первому кодону (АУГ) иРНК подби­ рается тРНК с комплементарным антикодоном, несущая аминокислоту метионин. Лишь после этого присоединя­ ется большая субъединица рибосомы. В пределах собран­ ной рибосомы оказываются два кодона иРНК, первый из которых уже занят. К соседнему с ним кодону под­ бирается вторая тРНК, также несущая аминокислоту, после чего между остатками аминокислот с помощью ферментов образуется пептидная связь. Рибосома передвигается на один кодон иРНК; пер­ вая из тРНК, освободившаяся от аминокислоты, покидает рибосому, а фрагмент синте­ зирующейся полипептидной цепи удерживается на оставшейся тРНК. К новому кодону, оказавшемуся в пределах рибосомы, присоединяется следующая тРНК, процесс повторяется и шаг за шагом полипептидная цепь удлиняется, т. е. происходит ее элонгация.

Окончание синтеза белка (терминация) происходит, когда рибосома сдвинется на не­ кодирующую последовательность нуклеотидов — стоп­кодон. После этого рибосома, иРНК и полипептидная цепь разделяются, а вновь синтезированный белок транспортируется в ту часть клетки, где он будет выполнять свои функции.

Источник