Головна
Реферати » Реферати по біології » Біосинтез білка і його регуляція

Біосинтез білка і його регуляція

Роботу виконала студентка Самойлова Р.Н., Л-212 б групи II курсу.

Башкирська державний медичний університет

Кафедра Біологічної хімії з курсом органічної хімії

Уфа 2004

Введення

Біосинтез білка

Одним із завдань сучасної біології та її новітніх розділів - молекулярної біології, біоорганічної хімії, фізико-хімічної біології - є розшифровка механізмів синтезу молекули білка, що містить сотні , а іноді й тисячі залишків амінокислот. Механізм синтезу повинен володіти точною кодує системою, яка автоматично програмує включення кожного амінокислотного залишку в певне місце поліпептидного ланцюга Кодирующая система визначає первинну структуру, а вторинна і третинна структури білкової молекули визначаються фізико-хімічними властивостями і хімічною будовою амінокислот.

Початкові уявлення, згідно з якими синтез білка можуть каталізувати ті ж протеолітичні ферменти, що й викликають його гідроліз, але шляхом оборотності хімічної реакції, не підтвердилися. Виявилося, що синтетичні і катаболические реакції протікають не тільки різними шляхами, але і в різних субклітинних фракціях. Не підтвердилася так само гіпотеза про попереднє синтезі коротких пептидів з наступним об'єднанням в єдину поліпептидних ланцюг. Більш правильним виявилося припущення, що для синтезу білка потрібні джерела енергії, наявність активованих вільних амінокислот і кілька видів нуклеїнових кислот.

В сучасні уявлення про механізм синтезу білка великий вклад внесли радянські біохіміки. Так, в лабораторії А. Є. Браунштейна було вперше вказано на участь АТФ в синтезі квазіпептідних зв'язків. В. Н. Орєхович ще 50-ті роки було показано, що перенесення аміноцільних або пептідільний угруповань на NH2 групу амінокислот може здійснюватися не тільки з амидной або пептидного, але і зі складноефірного зв'язку. Як буде показано нижче, саме цей механізм лежить в основі реакції транспептидирования в 50S рибосомі в стадії елонгації синтезу білка.

Значно пізніше отримано докази, що в синтезі білка, що протікає в основному в цитоплазмі, вирішальну роль відіграють нуклеїнові кислоти, зокрема ДНК. Після того як було встановлено, що ДНК є носієм та зберігачем спадкової інформації, було поставлено питання про те, яким чином ця генетична інформація, записана (зашифрована) в хімічній структурі ДНК, трансформується в фенотипічні ознаки і функціональні властивості живих організмів, що передаються у спадок. В даний час можна дати однозначну відповідь на це питання: генетична інформація програмує синтез специфічних білків, що визначають в свою чергу специфічність структури та функції клітин, органів і цілісного організму. У природі, як відомо, існують два типи біополімерних макромолекул, так звані неінформативні біополімери і інформативні біополімери, несучі первинну генетичну інформацію і вторинну генетичну, точніше фенотипическую інформацію. Ці загальні уявлення можуть бути виражені наступній послідовністю подій (потік інформації):

ДНК®РНК®Белок®Клетка®Организм

Біосинтез білка, хоча безпосередньо і регулюється рибонуклеїнових кислотами , опосередковано пов'язаний з контролюючим впливом ДНК ядра і що РНК спочатку синтезується в ядрі, потім надходить в цитоплазму, де виконує роль матриці в синтезі білка. Отримані значно пізніше експериментальні дані підтвердили гіпотезу про те, що основною функцією нуклеїнових кислот є не тільки зберігання генетичної інформації, а й реалізація цієї інформації шляхом програмованого синтезу специфічних білків.

Проте в цій послідовності ДНК®РНК®Белок бракувало відомостей про те, яким чином відбуваються розшифровка спадкової інформації та синтезу специфічних білків, що визначають різноманіття ознак живих істот. В даний час з'ясовано основні процеси, з яких здійснюється передача спадкової інформації: вони включають реплікацію, т. Е. Синтез ДНК на матриці ДНК, транскрипцію, т. Е. Переклад мови та типу будови ДНК на молекулу РНК, і трансляцію - процес, в якому генетична інформація, що міститься в молекулі мРНК, спрямовує синтез відповідної амінокислотною послідовності в білку. Багато тонкі механізми транскрипції остаточно не з'ясовані.

Отримано експериментальні докази наявності ДНК також в мітохондріях. Вона не гомологичная і не комплементарна ядерної ДНК. Передбачається, що мітохондріальна ДНК кодує синтез частини структурних білків самих мітохондрій.

Значний вклад в сучасні уявлення про місце, факторах і механізмі синтезу білка внесли дослідження Т. Касперсона, П. Берга, П. Замечнік, С. Очоа, А. А. Баєва, А. С. Спіріна та ін.

Генетичний код і його властивості

Необхідність кодування структури білків лінійної послідовності нуклеотидів мРНК і ДНК продиктовані тим, що в ході трансляції:

Ні відповідності між числом номерів у матриці мРНК і продукті - синтезованих за білку;

Відсутня структурний подібність між мономерами РНК і білка.

Це виключає комплементарне взаємодія між матрицею і продуктом - принцип, за яким здійснюється побудова нових молекул ДНК і РНК, в ході реплікації і транскрипції.

Звідси стає ясно, що повинен існувати «словник» , дозволяє з'ясувати, яка послідовність нуклеотидів мРНК забезпечує включення в білок амінокислот в заданій послідовності. Цей «словник» отримав назву генетичного, біологічного, нуклеотидного або амінокислотного коду. Він дозволяє шифрувати амінокислоти, що входять до складу білків, за допомогою певної послідовності нуклеотидів в ДНК і мРНК. Для нього характерні певні властивості.

Тріплетность.Однім з основних питань при з'ясуванні властивостей коду було питання про число нуклеотидів, яке повинно визначати включення до білок однієї амінокислоти. Відразу було зрозуміло, що це число не може бути рівним 1 або 2, так як в цьому випадку кількість кодують елементів буде недостатньо для шифрування 20 амінокислот в білках. Число кодують послідовностей з чотирьох нуклеотидів по три одно 43 = 64, що більш ніж в 3 рази перевищує мінімальну кількість, яка необхідна для кодування 20 амінокислот. В подальшому було встановлено, що кодують елементами в шифруванні амінокислотною послідовності дійсно є трійки нуклеотидів або триплети, які отримали назву «кодони» .

Сенс кодонів

Сенс кодонів став зрозумілий в 60-х р XX століть, коли, використовуючи безклеточную систему синтезу білків і синтетичні полірібонуклеотіди і заданої послідовністю нуклеотидів як матриці , М. Ниренберг і Г. Маттей синтезували поліпептиди певної будови. Так, на матриці полі-У, що складається тільки з залишків УМФ, було отримано полифенилаланин, а на матриці полі-Ц-поліпролін. З цього випливало, що триплет - UUU кодує Фен, а триплет-ССС - Про.

У наступних експериментах використовували змішані синтетичні полірібонуклеотіди з відомим складом. В результаті цієї роботи вдалося встановити, що з 64 кодонів включення амінокислот в синтезирующуюся полипептидную ланцюг шифрує 61 триплет, а 3 інших UAA, UAG, UGA не кодують включення до білок амінокислот і спочатку були названі безглуздими, або нонсенкодоном. Проте надалі було показано, що ці триплети сигналізують про завершення трансляції, і тому їх стали називати термініруюшімі, або стоп-кодонами.

Кодони мРНК і триплети нуклеотидів в кодує нитки ДНК з направленням від 5 ? до 3 ? - кінцю мають однакову послідовність азотистих основ, за винятком того, що в ДНК замість урацилу (U), характерного для мРНК , варто тимін (Т).

Специфічність

Кожному кодону відповідає тільки одна певна амінокислота. В цьому сенсі генетичний код строго однозначний.

Виразність

В мРНК і ДНК має сенс 61 триплет, кожен з яких кодує включення до білок одну з 20 амінокислот. З цього випливає, що в інформаційних молекулах включення в білок однієї і тієї ж амінокислот визначає кілька кодонів. Це властивість біологічного коду отримало назву виродженості.

У людини одним кодоном зашифровані тільки 2 амінокислоти - Мет і Три, тоді як Лей, Сер і Арг - шістьма кодонами, а Ала, Вал, Глі, Про, Тре - чотирма кодонами.

Надмірність кодують послідовностей - найцінніше властивість коли, так як вона підвищує стійкість інформаційного потоку до несприятливих впливів зовнішнього і внутрішнього середовища. При визначенні природи амінокислоти, яка повинна бути укладена в білок, третій нуклеотид в кодоні не має такого важливого значення, як перші два. Для багатьох амінокислот заміна нуклеотиду третій позиції кодону не позначається на його сенсі.

Лінійність запису інформації

В ході трансляції кодони мРНК «читаються» з фіксованою стартовою точки послідовно і не перекриваються. У записі інформації відсутні сигнали, що вказують на кінець одного кодону та початку наступного.

Кодон AUG є який ініціює і прочитується тільки на початку, так і в інших ділянках мРНК як Мет. Наступні за ним триплети читаються послідовно без жодних перепусток аж до стоп-кодону, на якому синтез поліпептидного ланцюга завершується.

Універсальність

До недавнього часу вважалося, що код абсолютно універсальний, т. Е. Сенс кодових слів однаковий для всіх вивчених організмів: вірусів, бактерій, рослин, земноводних, ссавців, включаючи людину. Однак пізніше стало відомо одне виключення, здавалося, що мітохондріальна МРНК містить 4 триплета, що мають інше значення, ніж в мРНК ядерного походження. Так, в мРНК мітохондрій триплет UGA кодує Три, AUA-метил, а AGA і AGG прічітивать як додаткові стоп-кодони.

Колінеарність гена і продукту

У прокариотов виявлено лінійне відповідність послідовності кодонів гена і послідовності амінокислот в білковому продукті, або, як кажуть, існує колінеарність гена і продукту.

У еукаріотов послідовності підстав в гені, Колінеарність амінокислотноїпослідовності в білці, перериваються интронами. Тому в еукаріотичних клітинах аминокислотная послідовність білка Колінеарність послідовності екзонів в гені або зрілої МРНК після постранскріпціонного видалення інтронів.

Основні компоненти белоксинтезирующей системи

Для синтезу поліпептидного ланцюга необхідно велика кількість компонентів, спільне і узгоджене взаємодія призводить до утворення білка.

Амінокислоти

Все 20 амінокислот, що входять в структуру білків організму людини, мають бути присутні в достатній кількості. Ця вимога насамперед відноситься до незамінних (т. Е. Не синтезуються в організмі) амінокислотам, оскільки недостатнє постачання клітини хоча б однієї незамінною амінокислотою призводить до зниження, а іноді й повної зупинки синтезу білка на кодоні, що вимагає включення цієї амінокислоти в білок.

Транспортна РНК

В лабораторії Хогланда було з'ясовано, що при інкубації 14С-амінокислоти з розчинною фракцією

Сторінки: 1 2 3 4 5