БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 6. ОБМІН І ФУНКЦІЇ АМІНОКИСЛОТ. БІОСИНТЕЗ БІЛКА

6.10.Біосинтез білка

6.10.1.Головні компоненти апарату трансляції

У процесі біосинтезу білка природою виконуються два основні завдання. Перше полягає в ензиматичному каталізі та забезпеченні енергією реакції утворення пептидного зв'язку. Ця реакція не має принципових відмінностей від багатьох інших реакцій біосинтезу. Друге завдання - забезпечення строго визначеної послідовності амінокислотних залишків, унікальної для кожного білка. Саме останнє визначає особливе положення білків серед багатьох інших біополімерів. Завдання надзвичайно складне, і певні аспекти цієї проблеми сьогодні є предметом активного наукового пошуку.

Загальні уявлення про функціонування системи біосинтезу білка схематично представлено на рис. 6.33. За О. Спіріним, потік інформації, пов'язаний із функціонуванням процесованого гете- роядерного РНК-транскрипту- мРНК, потік матеріалу та енергії у вигляді активованих за участю АТФ і акцептованих (ковалентно зв'язаних) спеціальною молекулою - транспортною РНК (тРНК) амінокислот включаються до рибосоми. Ці активовані амінокислоти в комплексі з тРНК отримали назву аміноацил-тРНК. Рибосома послідовно сканує ланцюг мРНК і проводить відбір із цитоплазми певних аміноацил-тРНК, аміноацильний залишок яких ковалентно приєднується до поліпептидного ланцюга. Порядок розташування кодуючих триплетів (кодонів) у молекулі мРНК визначає послідовність включення амінокислот у молекулу білка. Так поетапно проходить синтез білка в рибосомах у напрямку від N-кінця до C-кінця білкової молекули.

Значним внеском у розвиток сучасних уявлень про місце, фактори та механізми синтезу білка стали дослідження П. Замечніка, М. Хогленда, Х. Маттеї, С. Очоа, М. Ніренберга, Ф. Кріка, Г. Хорана, А. Бєлозерського, О. Спіріна та ін. За А. Ленінджером, три відкриття є основою сучасних знань про біосинтез білка:

• П. Замечнік і колеги встановили, що біосинтез відбувається в рибонуклеїнових часточках - рибосомах;

• М. Хогленд, П. Замечнік і співавт. відкрили процес активації амінокислот і транспортну РНК;

• Ф. Крік установив адапторну функцію тРНК. У 1958 р. було доведено, що розпізнавання кодонів мРНК виконує не сама амінокислота, а молекула тРНК, яка, з одного боку, здійснює зв'язок зі специфічною амінокислотою, а з іншого - розпізнає нуклеотидні послідовності мРНК. Наявність адаптора відрізняє процес трансляції від інших матричних синтезів (транскрипції та реплікації).

image323

Рис. 6.33. Загальна схема біосинтезу білка (за O. Спіріним)

Процес біосинтезу білка поділяють на п'ять основних етапів:

• стадія підготовки амінокислот до трансляції, так звана рекогниція (англ. recognition - розпізнавання), яка полягає в активації амінокислот;

• ініціація синтезу поліпептидного ланцюга;

• елонгація - подовження поліпептидного ланцюга;

• термінація процесу;

• згортання і процесинг білкових молекул.

Ці стадії проходять за участю складної системи, основні компоненти якої та їхні функції в процесі трансляції наведено в табл. 6.7.

Таблиця 6.7

Основні компоненти білоксинтезуючих систем та їхні функції в процесі трансляції

Необхідні компоненти

Функції

мРНК

Матриця, що містить інформацію у вигляді послідовності кодонів, які визначають первинну структуру білків.

Амінокислоти

Субстрати для синтезу білка.

тРНК

Виконання адапторної функції - антикодон взаємодіє з мРНК, акцепторний кінець - з амінокислотами.

Аміноацил-тРНК-синтетази

(АРСази)

Каталізують реакцію специфічного зв'язування амінокислот із тРНК.

Рибосоми

Рибонуклеопротеїнові субклітинні структури, які є місцем синтезу білка (утворення пептидного зв'язку).

АТФ і ГТФ

Джерела енергії та активації конформаційних переходів.

Білкові фактори трансляції

Специфічні позарибосомні білки, необхідні для процесів ініціації, елонгації та термінації.

Іони магнію

Кофактор, що стабілізує структуру рибосоми.