Строение и биологические функции нуклеиновых кислот. Пути передачи генетической информации. Биосинтез ДНК (репликация)

2) образование  транспортно-активной формы аминокислоты  – аминоацил-т-РНК

Суммарное уравнение  реакции

Такая активная форма аминокислоты с помощью  т-РНК доставляется к рибосоме, где идет биосинтез белка. Место каждой аминокислоты в этой цепи определяется с помощью антикодона т-РНК.

Второй этап, или стадия – образование инициирующего комплекса

Для образования  инициирующего комплекса необходимы: м-РНК, рибосома, метионил-т-РНК, ГТФ, ионы магния, факторы инициации.

(1)  Вначале рибосома диссоциирует на малую и большую субъединицы. Это происходит при участии факторов инициации-1 и 3.

(2)  Затем к малой субъединице присоединяется тройной комплекс, состоящий из метионил-т-РНК, ГТФ и фактора инициации-2, при этом образуется преинициаторный комплекс.

(3)  К преинициаторному комплексу при участии факторов инициации-4 присоединяется м-РНК, полученный комплекс при участии фактора инициации-5 соединяется с большой субъединицей и образуется инициаторный комплекс.

Т.о., создается  условие, необходимое для биосинтеза белка – целостность рибосомы. Структура, включающая обе субъединицы  рибосомы, м-РНК с инициирующим кодоном (обычно АУГ, который соответствует  МЕТ) и связанную с ним метионил-т-РНК, называется инициаторным комплексом.

Третий этап – элонгация

Эта стадия протекает  столько раз, сколько нужно присоединить остатков аминокислот. В элонгации  участвуют факторы элонгации, ГТФ. Эта стадия включает: а) присоединение  аминоацил-т-РНК к “А”-участку рибосомы; б) образование пептидной связи; в) транслокация.

Ко второму  кодону, находящемуся в участке “А”, подходит комплементарная аминоацил-т-РНК. Антикодон т-РНК присоединяется ко второму кодону. Затем происходит образование пептидной связи  за счет разрыва макроэргической связи между т-РНК и мет. Затем рибосома делает один шаг по м-РНК и в участке “Р” оказывается дипептид. Свободная т-РНК оказывается за пределами рибосомы и может снова использоваться для транспорта своей аминокислоты. К участку “А” подходит очередная аминоацил-т-РНК и если ее антикодон соответствует кодону в этом участке, то происходит присоединение аминоацил-т-РНК к антикодону. Так, рибосома делает шаг за шагом по м-РНК пока не будет считана вся информация данной м-РНК.

Четвертый этап – терминация

Для терминации необходимы высвобождающие факторы  и ГТФ. Терминация  наступает тогда, когда в участке “А” устанавливается стоп-кодон (УАА, УАГ, УГА). Эти кодоны не соответствуют ни одной из аминокислот. При этом происходит отщепление синтезированного полипептида от конечной т-РНК. Если клетке необходимо несколько белков с одинаковой структурой, то на одну м-РНК нанизывается несколько рибосом, образуя полисому. М-РНК, отделившись от рибосомы, гидролизуется  рибонуклеазами,  поэтому продолжительность жизни  у м-РНК невелика, но они энергично работают, соединяя за 1 секунду около 20 аминокислот.

Пятый этап – образование нативной структуры белка (фолдинг). Синтезированный полипептид подвергается фолдингу  (приобретение вторичной, третичной и четвертичной структуры).

Помимо фолдинга, если синтезируется сложный белок, то при этом происходят реакции гликозилирования, сульфатирования, присоединения металлов, витаминов, гидроксилирование и  т.п. Менее известны реакции фарнезилирования остатков цистеина ряда белков: белка G, группы белков ядерного матрикса, белков-онкогенов ras и протоонкогенов. Получены доказательства, что блокирование фарнезилирования приводит к потере канцерогенной активности онкогена ras.

Помимо использования  белков для нужд клетки, где они синтезировались, многие белки (секретируемые) функционируют вне клетки и подвергаются переносу через клеточную мембрану при помощи особых низкомолекулярных пептидов (состоят из 15-30аминокислот), получивших название лидирующих, или сигнальных пептидов. Кроме них в переносе синтезированных белков через мембраны клеток участвуют особые белки – порины.

Фолдинг (факультативный материал) В этом процессе участвуют особые белки – шапероны и 2 фермента – протеин-дисульфид изомераза и пептидил-пролил цис-трансизомераза. Белки-шапероны – кальнексин, кальретикулин и др. проявляют АТФ-азную активность. При связывании с такими белками, АДФ замещается на АТФ. АТФ-шаперон-комплекс позволяет фрагменту белка подвергаться фолдингу. Белки-шапероны участвуют в фолдинге также посредством выполнения защитной функции: Шапероны представляют собой двойные кольцевые молекулы, в центре которых создаются благоприятные условия для фолдинга, т.к. Шапероны защищают молекулы синтезированного белка от температурных перепадов, создавая антишоковую среду.

Дисульфидные  связи (- S-S-) стабилизируют как вторичную так и третичную структуры белка. Фермент дисульфидизомераза ускоряет процесс перегруппировки этих связей до тех пор, пока они не установятся там, где должны находится в зрелой молекуле белка.

Пептидная связь, образованная при биосинтезе белка  имеет транс-конфигурацию. Известно, что в молекулах зрелых белков  10% этих связей находятся в цис-конфигурации, т.е. при фолдинге белка должно происходить изменение транс-конфигурации в цис-конфигурацию этой связи. Этот процесс, а значит и сам фолдинг белка ускоряет фермент – пролил-цис-транс-изомераза.

Таким образом, для шаперонов характерно: 1) находятся  во многих живых организмах – от бактерий до человека, 2) многие шапероны имеют название “термошоковые белки”, 3) шапероны связывают преимущественно гидрофобные регионы полипептидов, 4) шапероны выступают в роли качественного контроля за выходом из ЭПР полипептидов, 5) большинство шаперонов обладает АТФ-азной активностью, 6) шапероны находятся не только в ЭПР, но в цитоплазме и в митохондриях.

Нарушение фолдинга может  проявляться серьезным заболеванием у человека. Так, известно, что нарушение  образования вторичной и третичной  структуры особых белков нервной  ткани лежит в основе болезни  Крейтцфельда-Жакоба, характеризующейся нейродегенеративными расстройствами в результате образования в нервной ткани амилоидного фибрина. В норме эти особые белки нервной ткани являются чувствительными к действию протеаз и не накапливаются в нервной ткани. Их вторичная структура представлена альфа-спиралью. При действии различных инфекционных или мутагенных факторов происходит синтез видоизмененных белков, которые имеют бета-спираль и не чувствительны к действию протеаз, что приводит к их накоплению в нервных клетках и формированию амилоидного фибрина.

Список использованной литературы

1. Жеребцов Н. А., Попова Т. Н., Артюхов В. Г. Биохимия: Учебник. – Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 2002.
2. Землянухин А.А. Практикум по биохимии: учебн. пос – Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 1993.
3. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. – М: Мир, 1987.
4. Ленинджер А. Основы биохимии: Учебник. – М.:Мир, 1985.
5. Остерман Л. А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. – М.: Наука, 1981.
6. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений: Учебник. – М.: Агропромиздат, 1987.