Реферати » Реферати по біології » Біосинтез білка і його регуляція

Біосинтез білка і його регуляція

Гольджи в секреторні гранули.

Транспорт синтезованих білків через мембрани.

Крім використання білків для потреб самої клітини, багато хто так звані експортовані білки, які функціонують поза клітини, піддадуться переносу через клітинну мембрану за допомогою особливих низькомолекулярних пептидів (від 15 до 30 амінокислот), які отримали назву лідируючих, або сигнальних, пептидів. Особливістю їх складу є переважне зміст гідрофобних радикалів, що дозволяє їм легко проникати через бислойную липидную мембрану або вбудовуватися в мембрану. Ці сигнальні послідовності в рибосомах утворюються першими з N-кінця при синтезі білка за програмою сигнальних кодонів, розташованих відразу після инициаторного кодону, і легко впізнаються рецепторними ділянками мембрани ендоплазматичної мережі. При цьому утворюється комплекс між мРНК, рибосомой і мембранними рецепторними білками, формуючи своєрідний канал в мембрані, через який сигнальний пептид проникає всередину цистерни ендоплазматичної мережі, захоплюючи і протягуючи за собою синтезируемую і зростаючу молекулу секреторного білка. В процесі проходження або після проникнення полипептида в цистерни N-кінцева сигнальна послідовність відщеплюється під дією особливої ??лідируючої (сигнальної) пептідази, а зрілий білок через пластинчастий комплекс (апарат Гольджі) може залишати клітину у формі секреторного бульбашки. Слід вказати на можливість активної участі в транспорті білків та інших полімерних молекул через мембрани, крім сигнальних пептидів, також особливих білків, які отримали найменування порінов; хімічна природа та механізм їх дії з'ясовані поки недостатньо.

Синтез мітохондріальних білків

В мітохондріях клітин вищих організмів міститься до 2% клітинної ДНК, що відрізняється від ДНК ядра. Мітохондрії містять весь апарат, включаючи рибосоми, тРНК і МРН К, необхідний для синтезу певних білків. Синтезовані в мітохондріях білки в основному відносяться до нерозчинним білкам, бере участі у організації структури цих органел, тоді як джерелом синтезу розчинних мітохондріальних білків є рибосоми цитоплазми, звідки вони потім транспортуються в мітохондрії. Рибосоми в мітохондріях мають менший розмір ніж 80S рибосоми в цитоплазмі. Цікаво відзначити, що в якості яка ініціює амінокислоти при синтезі білка в мітохондріях еукаріот може брати участь N-формілметіонін, а не вільний метіонін, як в цитоплазмі. Ця обставина свідчить про те, що мітохондріальний синтез білка за своїм механізмом, очевидно, близький до синтезу білка у прокаріот.

Посттрансляційні модифікації поліпептидного ланцюга

Поліпептидні ланцюга можуть піддаватися структурним модифікаціям, або будучи ще пов'язаними з рибосомами, або після завершення синтезу. Ці конформаційні і структурні зміни поліпептидних ланцюгів отримали назву посттрансляційних змін. Вони включають видалення частини поліпептидного ланцюга, ковалентное приєднання одного або кількох низькомолекулярних лігандів, придбання білком нативної конформації.

Багато модифікації здійснюються в ЕР. Тут відбуваються фолдінг поліпептидних ланцюгів і формування унікальної третинної або четвертинної структури білків. Причому для підтримки нативной конформації молекул величезне значення має правильне формування дисульфідних зв'язків.

Частковий протеоліз

Багато білки, секретуються з клітин, спочатку синтезуються у вигляді молекул-попередників, функціонально неактивних. Видалення частини поліпептидного ланцюга специфічними ендопротеаз призводить до утворення активних молекул. Деякі білки-попередники розщеплюються в ЕР чи апараті; Гольджі. інші - після секреції. Так, неактивні попередники секретується ферментів - зімогени - утворюють активний фермент після розщеплення по певним ділянкам молекули: зимоген панкреатичної залози тріпсіноген перетворюється в активний трипсин після секреції в тонкий кишечник.

Наочним прикладом послідовного двухстадийного протеолізу служить освіту активних форм пептидних гормонів (наприклад, інсуліну або глюкагону) з препрогормонов. Спочатку N-кінцевий сигнальний пептид молекули-попередника видаляється в ЕР процесі синтезу білка і утворюється неактивний прогормон. Потім прогормон в секреторних гранулах, що формуються в апараті Гольджи піддається дії ендо-та / або екзопротеаз і перетворюється в активний гормон.

Ковалентні модифікації

Структурні білки і ферменти можуть акгівіроваться або инактивироваться в результаті приєднання різних хімічних груп фосфатних, ацильних. метальних, олігосахаридних і деяких інших.

Фосфорилування білків здійснюється по гідроксильних групах серина, треоніну і, рідше, тирозину ферментами з групи протеинкиназ, тоді як дефосфорилирование каталізують гідролітичні ферменти фосфопротеінфосфатази

Глікозилювання. Білки, що входять до складу плазматичних мембран або секретирующиеся з клітин, піддаються глікозідірованію. Вуглеводні ланцюги приєднуються по гідроксильних групах серина або треоніну (О-глікозилювання) або аспарагина (N-глікозилювання). Послідовне нарощування вуглеводного фрагмента відбувається в ЕР і апараті Гольджі.

Численним модифікаціям піддаються бічні радикали деяких амінокислот: в тиреоглобулине йодується залишки тирозину; в факторах згортання крові карбоксіліруются залишки глутамату; в ЕР фібробластів гідроксіліруілся залишки проліну і лізину в ланцюгах тропоколагену.

Регуляція синтезу білка

Основною умовою існування будь-яких живих організмів є наявність тонкої, гнучкою, узгоджено діючої системи регулювання, в якій всі елементи тісно пов'язані один з одним. В білковому синтезі не тільки кількісний і якісний склад білків, а й час синтезу має пряме відношення до багатьох проявів життя. Зокрема, від цього залежить пристосування мікроорганізмів до умов навколишнього живильного середовища як біологічної необхідності чи пристосування складного багатоклітинного організму до фізіологічних потреб при зміні внутрішніх і зовнішніх умов.

Клітини живих організмів мають здатність синтезувати величезну кількість різноманітних білків. Однак вони ніколи не синтезують всі білки. Кількість і різноманітність білків, зокрема ферментів, визначаються ступенем їх участі в метаболізмі. Більш того, інтенсивність обміну регулюється швидкістю синтезу білка і паралельно контролюється аллостеріческім шляхом. Таким чином, синтез білка регулюється зовнішніми і внутрішніми умовами, які диктують клітині синтез такої кількості білка і таких білків, які необхідні для виконання фізіологічних функцій. Все це свідчить про дуже складному, тонкому і доцільному механізмі регуляції синтезу білка в клітині.

Загальну теорію регуляції синтезу білка розробили Ф. Жакоб і Ж. Моно. Сутність цієї теорії зводиться до «виключенню» або «включенню» генів як функціонуючих одиниць, до можливості або неможливості прояву їх здатності передавати закодовану в структурних генах ДНК генетичну інформацію для синтезу специфічних білків. Ця теорія, доведена в дослідах на бактеріях, отримала широке визнання, хоча в еукаріотичних клітинах механізм регуляції синтезу білка ймовірно складніший. У бактерій доведена індукція ферментів (т. Е. Синтез ферментів de novo) при додаванні в живильне середовище субстратів цих ферментів. Додавання кінцевих продуктів реакції, утворення яких каталізується цими ж ферментами, навпаки, викликає зменшення кількості синтезованих ферментів. Це останнє явище отримало назву репресії синтезу ферментів. Обидва явища - індукція і репресія - взаємопов'язані.

Згідно теорії Жакоба і Моно в біосинтезі білка у бактерій беруть участь принаймні три типи генів: структурні гени, ген-регулятор і ген-оператор. Структурні гени визначають первинну структуру синтезованого білка. Саме ці гени в ланцюзі ДНК є основою для біосинтезу мРНК, яка потім надходить у рибосому і, як було зазначено вище, служить матрицею для біосинтезу білка.

Синтез мРНК на структурних генах молекули ДНК безпосередньо контролюється певною ділянкою, званим геном-оператором. Він служить як би пусковим механізмом для функціонування структурних генів. Ген-оператор локалізований на крайньому відрізку структурного гена або структурних генів, регульованих ім. «Зчитування» генетичного коду, т. Е. Формування мРНК, починається спромотора-ділянки ДНК, є точкою ініціації для синтезу мРНК, і далі поширюється послідовно вздовж оператора і структурних генів. Координований одним оператором одиночний ген або група структурних генів утворює оперон.

В свою чергу діяльність оперону знаходиться під контролюючим впливом іншої ділянки ланцюга ДНК, названих гена-регулятора. Оскільки структурні гени і ген-регулятор знаходяться в різних ділянках ланцюга ДНК, зв'язок між ними, як припускають Ф. Жакоб і Ж. Моно, здійснюється за допомогою речовини-посередника, який опинився білком і названого репрессором. Освіта репрессора відбувається в рибосомах ядра на матриці специфічної мРНК, синтезованою на гені-регуляторі. Репрессор має спорідненість до гену-оператору і можна зупинити з'єднується з ним в комплекс. Утворення такого комплексу призводить до блокування синтезу мРНК і, отже, синтезу білка, тобто функція гена-регулятора полягає, в тому, щоб через білок-репрессор припиняти діяльність структурних генів, що синтезують мРНК. Репрессор, крім того, має здатність строго специфічно зв'язуватися з певними низькомолекулярними речовинами, званими індукторами, або ефекторами. Коли такий індуктор з'єднується з репрессором, останній втрачає здатність зв'язуватися з геном-оператором, який таким чином виходить з-під контролю гена-регулятора, і починається синтез мРНК.

Це типовий приклад негативною форми контролю, коли індуктор, з'єднуючись з білком-репрессором, викликає зміни його третинної структури настільки, що репрессор втрачає здатність зв'язуватися з геном-оператором. Цей процес аналогічний взаємовідносинам аллостеріческого центру ферменту з ефекторів, під впливом якого змінюється третинна структура ферменту і він втрачає здатність зв'язуватися зі своїм субстратом.

Механізм описаної регуляції синтезу білка і взаємини репрессора зі структурними генами були доведені в дослідах на Є. coli, на прикладі синтезу Р-галактозидази (лактази) - ферменту, гідроліз молочаю цукор на глюкозу і галактозу. Дикий штам Е. coli, звичайно зростаючий на глюкозі, не може рости, якщо замість глюкози в живильне середовище додати лактозу (нове джерело енергії та вуглецю) до тих пір, поки не будуть синтезовані відповідні ферменти (адаптивний синтез). При надходженні в клітину лактози (індуктора) молекули її зв'язуються з білком-репрессором і блокують зв'язок між репрессором і геном-оператором. При цьому ген-оператор і структурні гени починають знову функціонувати і синтезувати необхідну мРНК, яка «дає команду» рибосомам синтезувати р-галактозидазу. Одночасно ген-регулятор продовжує виробляти репрессор, але він блокується новими молекулами лактози, тому синтез ферменту триває. Як тільки молекули лактози будуть повністю розщеплені, репрессор звільняється і, вступивши в ДНК, пов'язує ген-оператор і блокує синтез мРНК, а отже, синтез Р-галактозидази в рибосомах.

Таким чином, біосинтез мРНК, контролюючий синтез білка в рибосомах, залежить від функціонального стану репрессора. Якщо репрессор, який являє собою білок, побудований з 4 субодиниць з

Сторінки: 1 2 3 4 5

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар