ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ - ЦЕЛОСТНЫЕ РЕАКЦИИ КЛЕТКИ - КЛЕТКА

Синтез белков. Синтез каждого определенного специфического белка определяется участком ДНК (геном) с определенной последовательностью нуклеотидов.

Центральная догма современной биологии характеризует одну из основ жизни следующим образом.

Иными словами, наследственная информация, заключенная в ДНК, передается по наследству благодаря ее самоудвоению (репликации). Генетическая информация, записанная в виде последовательности нуклеотидов ДНК, в процессе транскрипции переписывается в нуклеотидную последовательность РНК, которая, в свою очередь, определяет последовательность аминокислот соответствующей белковой молекулы.

Благодаря наличию ядерной оболочки в клетках человека (и других эукариот) процессы транскрипции и трансляции проходят в разных структурах и разделены во времени.

Синтез белка (трансляция) связан с процессом транскрипции - переписывания информации, хранящейся в ДНК, поэтому мы начинаем описание с последнего.

Транскрипция осуществляется в ядре (рис. 24). Информация о структуре белка, заключенная в ДНК, «переписывается» на информационную (мессенджер, матричную) РНК (мРНК). При этом с одного гена может «переписываться» множество молекул мРНК. Они подвергаются в ядре процессингу, после чего транспортируются из ядра в цитоплазму, где и выполняют свои функции. Процессинг (англ. processing - обработка) - совокупность реакций, ведущих к превращению первичных неактивных транскриптов в функционирующие молекулы.

В клетках существует три типа РНК. Среди них информационная (мРНК) переносит информацию о нуклеотидной последовательности ДНК к рибосомам. В образовании рибосом участвует рибосомная РНК (рРНК). Небольшие транспортные РНК (тРНК) выполняют двойную функцию: они присоединяют молекулу аминокислоты, транспортируют ее к рибосоме и узнают триплет, соответствующий этой аминокислоте в молекуле мРНК.

В середине молекулы тРНК имеется группировка из трех азотистых оснований, называемая антикодоном. Антикодон может связаться с определенной группировкой трех оснований на мРНК - с кодоном. Действительно, после сближения молекул антикодон тРНК узнает кодон мРНК и спаривается с ним.

Генетический код, расшифрованный в 60-х годах XX в. М. Ниренбергом, У. Холлом и X. Кораной, основан на триплетах, или кодонах, - три нуклеотида определяют присоединение к полипептидной цепи одной аминокислоты (табл. 6).

Генетический код отличается рядом важных свойств. Он триплетен - именно три нуклеотида определяют присоединение к полипептидной цепи одной аминокислоты.

Генетический код выьрожден, т.е. большинство аминокислот кодируются более чем одним триплетом.

При этом одна и та же аминокислота может кодироваться разными триплетами, однако первые два нуклеотида для них всегда одинаковы. Например, триплет -С-С-С- кодирует пролин. Кроме того, включение пролина может кодироваться триплетами CCU, CCA, CCG. Триплет AUG кодирует первую аминокислоту - метилметионин, с которой начинается синтез любой полипептидной цепи. Всего в генетическом коде имеется 64 кодона, три из которых (UAA, UGA и UAG) являются стоп-кодонами, завершающими синтез полипептидной цепи.

Генетический код не перекрывается, хотя в нем отсутствуют знаки, отделяющие один триплет от другого. Например, в последовательности оснований UUCAUUGUU первые три основания кодируют одну аминокислоту, вторые три - другую и т. д.

Не может быть такой ситуации в приведенном примере, когда основание UUC кодирует одну аминокислоту, UCA - другую, а CAU - третью и т. д.

Код универсален, т. е. все живые организмы на планете Земля (включая вирусы) имеют один и тот же код. Рамка считывания определяет положение первого нуклеотида кодона гена (или мРНК).

рРНК синтезируется на описанных ядрышковых организаторах - участках ДНК, имеющих форму петель, которые находятся в ядрышке. Предшественник рРНК, синтезированный на ядрышковом организаторе, в ядрышке соединяется с рибосомными белками, синтезированными в цитоплазме и транспортированными в ядро, образуя крупные рибонуклеопротеидные частицы. Последние претерпевают процессинг, в результате которого в ядре образуются большая и малая субъединицы рибосом. Предшественники рибосом транспортируются в цитоплазму, где в ходе синтеза белка и происходит сборка самих рибосом.

Синтез самой молекулы белка (см. рис. 24) начинается с того, что молекула тРНК связывается с соответствующей аминокислотой, в результате чего образуется аминоацил-тРНК. Малая субъединица рибосомы связывается с инициаторной тРНК, несущей молекулу метилметионина. Этот комплекс присоединяется к ини- циаторному кодону мРНК (AUG). После этого к малой присоединяется большая субъединица рибосомы. Реакции синтеза белка осуществляют рибосомы, которые считывают информацию, заложенную в мРНК, продвигаясь вдоль нее в направлении 5' → 3'.

Рибосома связывает две молекулы тРНК: участок А рибосомы связывает аминоацил-тРНК, участок Р рибосомы - аминоацил-тРНК, связанную с растущей полипептидной цепью. Обе тРНК связываются с соседними кодонами мРНК. К рибосоме подходит следующая аминоацил-тРНК, и образуется первая пептидная связь.

Перемещаясь по цепи мРНК, рибосома присоединяет следующие аминокислоты, которые связываются между собой, а молекулы тРНК отделяются, чтобы вскоре присоединить новую аминокислоту. При достижении рибосомой стоп-кодона синтез прекращается, потому что к стоп-кодонам нет соответствующих антикодонов ни у одной тРНК. Полипептидная цепь отделяется от рибосомы.