Узнайте о процессе биосинтеза белков в клетках, который включает в себя этапы транскрипции и трансляции. Биосинтез белка необходим для выживания клетки и осуществляется с помощью ферментов. Узнайте подробности на NOCFN.
Cодержание
В клетках непрерывно идут процессы обмена веществ — процессы синтеза и распада веществ. Каждая клетка синтезирует необходимые ей вещества. Этот процесс называется биосинтезом.
Биосинтез — это процесс создания сложных органических веществ в ходе биохимических реакций, протекающих с помощью ферментов. Биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт.
Матричный синтез белка
Одним из важнейших процессов биосинтеза в клетке является процесс биосинтеза белков, который включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке — это реакции матричного синтеза. Матричный синтез — это синтез новых молекул в соответствии с планом, заложенным в других уже существующих молекулах.
Синтез белка в клетке протекает при участии специальных органелл — рибосом. Это немембранные органеллы, состоящие из рРНК и рибосомальных белков. Последовательность аминокислот в каждом белке определяется последовательностью нуклеотидов в гене — участке ДНК, кодирующем именно этот белок. Соответствие между последовательностью аминокислот в белке и последовательностью нуклеотидов в кодирующих его ДНК и иРНК определяется универсальным правилом — генетическим кодом.
Транскрипция — первый этап биосинтеза белка
Процесс синтеза белка в клетке можно разделить на два этапа: транскрипцию и трансляцию.
Транскрипция — это процесс синтеза молекулы иРНК на участке молекулы ДНК.
Транскрипция (с лат. transcription — переписывание) происходит в ядре клетки с участием ферментов, основную работу из которых осуществляет транскриптаза. В этом процессе матрицей является молекула ДНК.
Специальный фермент находит ген и раскручивает участок двойной спирали ДНК. Фермент перемещается вдоль цепи ДНК и строит цепь информационной РНК в соответствии с принципом комплементарности. По мере движения фермента растущая цепь РНК матрицы отходит от молекулы, а двойная цепь ДНК восстанавливается. Когда фермент доходит до конца гена, процесс транскрипции заканчивается.
См. также
Трансляция — второй этап биосинтеза белка
Трансляция — это процесс синтеза белка на основе информации, закодированной в иРНК.
На следующем этапе, трансляции, информационная РНК (иРНК) покидает ядро клетки и направляется к рибосомам — специальным органеллам, где происходит синтез белка.
Рибосомы являются местом сборки белков и состоят из рибосомных РНК (рРНК) и рибосомальных белков. Они обладают способностью связываться с иРНК и трансляции последовательности нуклеотидов в аминокислотную последовательность.
Трансляция происходит при участии транспортных РНК (тРНК), которые переносят соответствующие аминокислоты к рибосомам.
В процессе трансляции рибосома перемещается по иРНК, считывая последовательность триплетов, называемых кодонами. Каждый кодон связывается с соответствующей тРНК, которая переносит соответствующую аминокислоту. Рибосома соединяет аминокислоты в полипептидную цепь, пока не достигнет стоп-кодона, который указывает на завершение синтеза белка.
Таким образом, биосинтез белка включает в себя два основных этапа: транскрипцию и трансляцию. Транскрипция представляет собой синтез молекулы иРНК на основе матрицы ДНК, а трансляция — синтез белка на основе информации, закодированной в иРНК.
Что нам скажет Википедия?
Биосинтез белка — это многостадийный процесс синтеза и созревания белков, протекающий в живых организмах. В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: синтез полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК (трансляция), и посттрансляционные модификации полипептидной цепи. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.
История изучения биосинтеза белка
В 1940-х годах белки рассматривались как ключевые вещества живых организмов, которые не только выполняют биохимические функции, но и участвуют в наследственной передаче информации. Однако механизм синтеза белка оставался тогда ещё чёрным ящиком. Одним из предполагаемых механизмов объяснялся концепцией обратного протеолиза, которая поддерживалась выдающимися биохимиками того времени Максом Бергманном и Джозефом Фрутоном. В 1940 году Торбьерн Касперссон и Джек Шульц разработали методы измерения поглощения нуклеиновых кислот в клетках под воздействием ультрафиолетового излучения, а также микроскопию клеток под воздействием ультрафиолета. Благодаря этой разработке они смогли определить, что образование белков связано с повышенным присутствием рибонуклеиновых кислот в определённых ядерных и цитоплазматических участках. Примерно в то же время Жан Браше и Раймонд Джинер и Хьюберт Шантренн пришли к аналогичным выводам на основе дифференциального окрашивания и расщепления тканей РНКазой in situ.
Между 1945 и 1950 годами был разработан метод меченых атомов (35S, 32P, 14C и 3H). Радиоактивные аминокислоты для тестирования животных и после включения метки в белки различных тканей. Первоначально использовали разные аминокислоты: цистеин и метионин, меченные серой, глицин, меченный углеродом, и лизин, меченный углеродом.
Последовательность процессов синтеза полипептидной цепи белковой молекулы
Энергетика биосинтеза белка
Образование белка в живых клетках тесно связано с внешними условиями и внутриклеточными потребностями. Центральной проблемой в клеточной физиологии является определение стоимости производства белка и молекулярных процессов, ограничивающих биосинтез. Это особенно важно для понимания взаимосвязей между ростом клеток, делением клеток и размером клеток. Наиболее энергозатратным процессом при синтезе белка обычно считается трансляция. Большая часть клеточного пула гуанозинтрифосфата используется для полимеризации аминокислот, тогда как значительно меньшее количество энергии используется на другие процессы, включая транскрипцию и сворачивание белков.
