ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ

Згадаєте! Що таке пластичний обмін?

До основних процесів пластичного обміну ставляться біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеиновых кислот, а також фотосинтез і хемосинтез.

Біосинтез білків. Як відомо, незамінні амінокислоти у вищих тварин і людини надходять у кров з тонкого кишечнику після переварювання білків харчових продуктів. Для синтезу ж замінних амінокислот тварини й гриби використають азотсодержащие з'єднання. Рослини здатні самі синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, використовуючи азот і нітрати. Серед мікроорганізмів одні здатні самі синтезувати всі необхідні амінокислоти, а інших - тільки деяких.

Властивим всім живим організмам єдина система збереження спадкоємної інформації в молекулах нуклеиновых кислот у вигляді послідовності нуклеотидов одержала назву генетичний код. Ця послідовність нуклеотидов визначає порядок введення амінокислотних залишків у поліпептидний ланцюг під час її синтезу.

Установлено, що кожна амінокислота в поліпептидному ланцюзі кодується певною послідовністю із трьох нуклеотидов - триплетом (кодон). Чотири різних нуклеотида ДНК або РНК можуть утворювати 64 (4³ = 64) різних триплету.

Звідси треба, що одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів (вырожденность коду). Це підвищує надійність генетичного коду, оскільки випадкова заміна однієї азотистої підстави в триплеті на інше не завжди буде супроводжуватися змінами в первинній структурі білка. Установлено, що більшість основних амінокислот (18 з 20) кодуються декількома триплетами (від двох до шести) і тільки дві з них (триптофан і метіонін) - одним.

Генетичний код є однозначним, тобто кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту, а також універсальним - єдиним для всіх організмів.

У генетичному коді є три триплети (УАА, УАГ, УГА), кожний з яких означає закінчення синтезу поліпептидного ланцюга (так звані стоп-кодони), і триплет АУГ, що визначає місце початку її синтезу.

Етапи біосинтезу білків. Механізм біосинтезу білків установлений в 50-і роки XX ст. У ньому виділяють кілька етапів, що відбуваються в різних частинах клітини.

Початковий етап - транскрипція (від лат. транскрипцій - переписування), на якому в ядрі відбувається синтез попередника иРНК. Спочатку фермент (Днк-днк-залежна Рнк-полимераза) розщеплює подвійну спіраль ДНК і на одній з її ланцюгів за принципом комплементарности синтезується молекула-попередник ирнк (про-ирнк). Після цього за допомогою спеціальних ферментів про-ирнк перетворюється в активну форму ирнк (з її віддаляються ділянки, позбавлені генетичної інформації), що з ядра надходить до рибосом эндоплазматической мережі.

Наступний етап - трансляція (від лат. транслятио - передача). На цьому етапі послідовність нуклеотидов у молекулі ирнк переводиться в послідовність амінокислотних залишків синтезованої молекули білка.

Розглянемо цей процес більш докладно. Спочатку кожна з 20 амінокислот у цитоплазмі приєднується до певного тРНК. У свою чергу, иРНК зв'язується з рибосомою, а через деякий час - з амінокислотою, приєднаної до певного тРНК. У результаті цього процесу виникає ініціативний комплекс, що складається із триплету иРНК, рибосоми й певної тРНК. Цей комплекс сигналізує про початок синтезу молекули білка.

На подальших етапах поліпептидний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно зв'язуються між собою пептидными зв'язками. Кожна з амінокислот транспортується до рибосоми й розміщається на полипеп-тпдной ланцюга за допомогою особою тРНК, що утворить комплементарні пари з відповідним їй триплетом иРНК {мал. 25).

Під час синтезу молекули білка рибосома насувається на нитковидну молекулу иРНК таким чином, що иРНК виявляється між двома її субъединицами. Рибосома як би «сковзає» ліворуч праворуч по иРНК і складає молекулу білка. Коли рибосома просунеться вперед по молекулі иРНК, те на її місце приходить інша, котра теж починає просуватися по иРНК, потім - третя, четверта й т.д. Кількість рибосом, що одночасно розташовуються на молекулі иРНК, визначається її довжиною. Молекула иРНК із нанизаними на неї рибосомами називається полисомой (полірибосомою).

Коли рибосома досягає стоп-кодона, синтез поліпептидного ланцюга припиняється, і рибосома разом з нею залишає молекулу ирнк (розпадається на субъединицы). Потім рибосома попадає на яку-небудь іншу молекулу ирнк, а синтезована молекула білка - у порожнину эндоплазматической мережі, по якій вона транспортується в певну ділянку клітини. На ирнк із лівого кінця насуваються нові рибосоми й біосинтез білкових молекул триває.

На останньому етапі синтезований білок здобуває свою природну структуру, образуя певну просторову конфігурацію. До або після цього процесу при участі 1{»ерментов відбувається відщіплення зайвих амінокислотних залишків, введення фосфатних, карбоксильных і інших груп,. приєднання вуглеводів, ліпідів і ін. з'єднань, після чого молекула білка стає функціонально активною.

Для здійснення процесу синтезу необхідна енергія, ко--ооая вивільняється ляи пасшеплении АТФ.

' ВИСНОВКИ

Реакції пластичного обміну протікають із використанням енергії. Однієї з форм пластичного обміну є біосинтез білків. Інформація про структуру білкової молекули втримується у вигляді певної послідовності нук-леотидов ділянки молекули ДНК (генетичний код).

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

1. Що таке генетичний код і які його властивості? 2. Назвіть основні етапи процесу біосинтезу білків. 3. Яка роль рибосом у біосинтезі білків? 4. Як відбуваються процеси транскрипції й трансляції?

Подумайте! Яке біологічне значення того факту, що більшість амінокислот, що входять до складу білків, закодовані не одним, а декількома триплетами?