ПРОЦЕССЫ СИНТЕЗА БЕЛКА В КЛЕТКЕ, МОРФОЛОГИЯ И ЦИТОХИМИЯ ПРОЦЕССА

PROCESSES OF PROTEIN SYNTHESIS IN THE CELL, MORPHOLOGY AND CYTOCHEMISTRY OF THE PROCESS

Kashinsky Ivan

2nd year student faculty of Veterinary Medicine Don State Agrarian University,

Russia, p. Persianovsky

Choporova Natalya

scientific advisor, Candidate of Veterinary Sciences, Associate Professor of the Don State Agrarian University,

Russia, p. Persianovsky

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена биосинтезу белка в клетке. Рассматривается морфология этого процесса. Проанализирована его цитохимия. Большое место в работе занимают вопросы сущности биосинтеза белка в клетке и его физиологическое значение.

ABSTRACT

This article is devoted to protein biosynthesis in the cell. The morphology of this process is given. Its cytochemistry was analyzed. The essence of protein biosynthesis in cells and its physiological significance occupy a large place in the work.

Ключевые слова: белок, биосинтез, клетка, транскрипция.

Keywords: protein, biosynthesis, cell, transcription.

Биосинтез - это один из важнейших процессов, происходящих в клетке и играющих огромную жизненно важную роль абсолютно любой клетки. Белки-это высокомолекулярные природные полимеры, молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью. Аминокислоты – органические соединения, в молекулах которых одновременно присутствует аминогруппа с основными свойствами и карбоксильная группа с кислотными свойствами.

Белки являются одними из важнейших высокомолекулярных соединений в клетке. Как в отдельно взятой клетке, так и в целом организме роль белков огромна. Эти органические соединения участвуют в образовании многих клеточных и внеклеточных структур: так, например, они находятся в составе мембран клетки, волос, сухожилий, ногтей – это их строительная функция. Транспортная- в составе мембран клетки присутствуют специфичные белки, обеспечивающие активный и особый перенос определенных веществ и ионов из внешней среды в клетку и, наоборот. К регуляторной функции относят гормоны, вещества биологически активные, которые участвуют в регулировании процессов обмена веществ. Защитная- при проникновении в организм микроорганизмов и возбудителей болезней в ответ активируются особые белки- антитела. Они способны уничтожать все чужеродные вещества. Двигательная- сократительные белки, такие как актин и миозин, способствуют сокращению мышечной ткани у многоклеточных животных. Запасающая- белки в организме могут резервироваться. Энергетическая- при распаде 1 г белка до конечных продуктов высвобождается 17,6 кДж. Вначале идет распад до аминокислот, а потом до воды, углекислого газа и аммиака.  Абсолютно каждый вид организмов имеет характерный только для него набор белков, что и составляет основу индивидуальной специфичности. Однако у особей одного вида, включая человека, белки различаются по строению и свойствам.

По сути биосинтез белка — это является одним из видов пластического обмена. При этом сложном процессе наследственная информация, заложенная в участках молекулы ДНК, реализуется в строго определенное расположение аминокислот в белке. Информация об их строении хранится в молекулах ДНК. Но она непосредственно участия в биосинтезе не принимает. Генетическая информация переписывается в ядре с молекулы ДНК на молекулу - информационную РНК (и-РНК). Синтез белка, то есть сборка белковых молекул, протекает на рибосомах. Информацию к рибосомам приносит и-РНК из ядра клетки. Структурными единицами наследственной информации являются гены – участки молекулы ДНК, кодирующие синтез определенного белка.

Биосинтез белка разделяют на этапы: транскрипция, процессинг, трансляция. Первый этап- процесс синтеза молекулы и-РНК на молекуле ДНК, выступающей в роли матрицы. Молекула ДНК на участке гена раскручивается, и списывание информации происходит с одной из двух нитей молекулы ДНК. Сборку молекулы и-РНК по принципу комплементарности осуществляет фермент РНК-полимераза. Списывание происходит только с части молекулы ДНК, называемой геном. Некоторые участки и-РНК не несут информацию о будущей молекуле белка. Их наличие связано со спецификой строения генов и механизма транскрипции. Эти участки молекулы и-РНК, которые называются интронами, удаляются. Второй этап- - процесс созревания молекулы информационной РНК, сопровождающийся удалением интронов, участков, которые не несут в себе информацию о последовательности аминокислот белка, который будет синтезироваться, и сращиванием (сплайсингом) остающихся фрагментов- экзонов, то есть, кодирующих последовательностей. Именно поэтому длина созревшей молекулы и-РНК становится короче первоначальной. Эту РНК называют матричной или м-РНК. Третий этап- синтез полипептидных цепей белков по матрице м-РНК, происходящий на рибосомах. Рибосомы — субмикроскопические не мембранные органеллы, необходимые для синтеза белка. Они объединяют аминокислоты в пептидную цепь, тем самым, образуя новые белковые молекулы. Эти органоиды находятся на гранулярном эндоплазматическом ретикулуме или могут свободно плавать в цитоплазме. Крепятся они к эндоплазматической сети своей большой субъединицей и синтезируют белок, выводящийся за пределы клетки, который используется всем организмом. А вот рибосомы, находящиеся свободно в цитоплазме, в основном обеспечивают внутренние потребности клетки. Рибосомы состоят из высокополимерной рибосомальной РНК и белка. Они состоят из двух субъединиц: большой и малой.

Различают три стадии трансляции- третьего этапа биосинтеза белка: инициация, элонгация, терминация. Первая стадия- для неё необходимы матричная РНК, ГТФ, которая является субстратом для синтеза РНК при транскрипции, кроме того, малая и большая субъединицы рибосомы, метионин и транспортная РНК для него и ещё три белковых фактора инициации: ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3. В самом начале этой стадии формируются два комплекса. После того, как они сформировались эти комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы. В этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации. ГТФ при этом служит источником энергии. Пройдя сборку комплекса, инициирующая метионин-транспортная РНК связывается с первым кодоном (АУГ) матричной РНК и располагается в особом, так называемом, П-центре. В свою очередь аминоацильный центр остается свободным. После присоединения большой субъединицы начинается элонгация.

Элонгация. На этой стадии необходимы все аминокислоты, транспортная РНК, белковые факторы этой стадии, ГТФ. Элонгация является циклическим процессом. Как первый, так и последующие циклы, включают три шага. 1.Присоединение аминоацил-тРНК к кодону матричной РНК, аминокислота при этом присоединяется к А-центру рибосомы. Источником энергии служит ГТФ. Одновременно с этим активированная СООН-группа метионина присоединяется к свободной NH2-группой второй аминокислоты. Источник энергии- макроэргическая связь между аминокислотой и транспортной РНК. 2. Фермент транслоказа способствует перемещению матричной РНК таким образом, чтобы первый кодон оказался вне рибосомы, второй- против П-центра, напротив А-центра оказывается третий кодон. Для всех этих процессов необходима затрата энергии ГТФ. Из-за того, что вместе с мРНК перемещается и транспортная РНК, то инициирующая первая тРНК выходит из рибосомы, вторая тРНК с дипептидом направляется в П-центр. Затем эта реакции повторяется и образуется особый трипептид, занимающий А-центр, после чего он смещается в П-центр в транслоказной реакции. Цикл элонгации повторяется столько раз, сколько аминокислот следует включить в полипептидную цепь.

При терминации синтез идет, пока рибосома не дойдет до определенных терминирующих кодонов на: УАА, УАГ, УГА. Они не кодируют аминокислоты. При этом к последней аминокислоте в цепи присоединяется вода, и ее карбоксильный конец отделяется от тРНК. В итоге завершенная пептидная цепь теряет связь с рибосомой, которая распадается на две субчастицы.

Таким образом, биосинтез является важнейшим процессом в живой природе. Это создание молекул белка, которые играют в организме огромную роль и выполняют большое количество важнейших функций на основе информации о последовательности аминокислотных остатков в его первичной структуре, заключенной в молекуле ДНК.

Список литературы:

1. Высоцкая Р.У. Биологический синтез белка: учебное пособие / Р.У. Высоцкая, А.А. Егорова; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «КГПА». – Петрозаводск: Карельский научный центр.
2. Спирин А. С. Молекулярная биология: Структура рибосомы и биосинтез белка: Учеб. для студентов биол. спец. вузов. —М.: Высш. шк., 1986.-303 с; ил.
3. Грайфер Д. М., Моор Н. А. Биосинтез белка: учебное пособие / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2011.