Процесс синтеза белка в клетке. Синтез белка в клетках мышц. Зачем нужны рибосомы

Как объяснить, кратко и понятно, что такое биосинтез белка, и какого его значение?

Если вам интересна эта тема, и вы хотели бы подтянуть школьные знания или же повторить пропуски, то эта статья создана для вас.

Что такое биосинтез белка

Сначала стоит ознакомиться с определением биосинтеза. Биосинтезом называется синтез живыми организмами природных органических соединений.

Если быть проще, то это получение различных веществ с помощью микроорганизмов. Этот процесс занимает важную роль во всех живых клетках. Не забываем и о сложном биохимическом составе.

Транскрипция и трансляция

Это два наиглавнейших шага биосинтеза.

Транскрипция с латинского означает «переписывание» – в качестве матрицы применяется ДНК, поэтому происходит синтезирование трёх видов РНК (матричной/информационной, транспортной, рибосомной рибонуклеиновых кислот). Реакция осуществляется с помощью полимеразы (РНК) и с использованием большого количества аденозинтрифосфата.

Выделают два основных действия:

Обозначение конца и начала трансляции присоединением иРНК.
Событие, осуществляемое благодаря сплайсингу, который в свою очередь удаляет неинформационные последовательности РНК, тем самым происходит уменьшение массы матричной рибонуклеиновой кислоты в 10 раз.

Трансляция с латинского означает «перевод» – используется иРНК в качестве матрицы, синтезируются полипептидные цепочки.

Трансляция включает в себя три этапа, которые можно было представить в виде таблицы:

Первый этап. Инициация — формирование комплекса, который участвует в синтезе полипептидной цепочки.
Второй этап. Элонгация — увеличение размеров этой цепи.
Третий этап. Терминация — заключение выше упомянутого процесса.

Схема биосинтеза белка

По схеме видно, как протекает процесс.

Точкой стыковки этой схемы являются рибосомы , в которых синтезируется белок. В простой форме синтез осуществляется по схеме

ДНК > PHK > белок.

Первым начинается этап транскрипции, в котором молекула изменяется в одноцепочную информационную рибонуклеиновую кислоту (иРНК). В ней содержится информация аминокислотной последовательности белка.

Следующей остановкой иРНК будет рибосома, в которой происходит сам синтез. Происходит это путём трансляции, формирования полипептидной цепочки. После этой заурядной схемы, полученный белок транспортируется в разные места, выполняя определённые задачи.

Последовательность процессоров биосинтеза белка

Биосинтез белка – сложный механизм, который включает в себя два выше упомянутых этапа, а именно транскрипцию и трансляцию. Первым происходит транскрибируемый этап (он разделяется на два события).

После идёт трансляция, в которой участвуют все виды РНК, у каждой есть своя функция:

Информационная – роль матрицы.
Транспортная – добавление аминокислот, определение кодонов.
Рибосомная – образование рибосом, которые поддерживают иРНК.
Транспортная – синтез полипептидной цепи.

Какие компоненты клетки участвуют в биосинтезе белка

Как мы уже говорили, биосинтез разделяют на две стадии. В каждой стадии участвуют свои компоненты. На первой стадии это дезоксирибонуклеиновая кислота, информационная и транспортная РНК, нуклеотиды.

Во второй же стадии участвуют компоненты: иРНК, тРНК, рибосомы, нуклеотиды и пептиды.

Каковы особенности реакций биосинтеза белка в клетке

В список особенностей реакций биосинтеза стоит отнести:

Использование энергии АТФ для химических реакций.
Присутствуют ферменты, задача которых ускорять реакции.
Реакция имеет матричный характер, так как белок синтезируется на иРНК.

Признаки биосинтеза белка в клетке

Для такого сложного процесса, конечно же, характерны различные признаки:

Первый из них заключается в том, что присутствуют ферменты, без которых сам процесс был бы невозможен
Задействованы все три вида РНК, из этого можно сделать вывод, что центральная роль принадлежит РНК.
Образование молекул производится мономерами, а именно аминокислотами.
Стоит обозначить так же, что специфичность того или иного белка ориентируется расположением аминокислот.

Заключение

Многоклеточный организм — аппарат, состоящий из разных клеточных типов, которые дифференцированы – отличаются структурой и функциями. Кроме белков, присутствуют клетки этих типов, которые синтезируют так же себе подобных, в этом заключается различие.

Роль белков в клетке и организме

Роль белка в жизни клетки и основные этапы его синтеза. Строение и функции рибосом. Роль рибосом в процессе синтеза белка.

Белки играют исключительно большую роль в процессах жизнедеятельности клетки и организма, им свойственны следующие функции.

Структурная. Входят в состав внутриклеточных структур‚ тканей и органов. Например, коллаген и эластин служат компонентами соединительной ткани: костей‚ сухожилий‚ хрящей; фиброин входит в состав шелка‚ паутины; кератин входит в состав эпидермиса и его производных (волосы‚ рога‚ перья). Образуют оболочки (капсиды) вирусов.

Ферментативная. Все химические реакции в клетке протекают при участии биологических катализаторов - ферментов (оксидоредуктазы, гидролазы, лигазы, трансферазы, изомеразы, и лиазы).

Регуляторная. Например, гормоны инсулин и глюкагон регулируют обмен глюкозы. Белки–гистоны участвуют в пространственной организации хроматина, и тем самым влияют на экспрессию генов.

Транспортная. Гемоглобин переносит кислород в крови позвоночных, гемоцианин в гемолимфе некоторых беспозвоночных, миоглобин - в мышцах. Сывороточный альбумин служит для транспорта жирных кислот‚ липидов и т. п. Мембранные транспортные белки обеспечивают активный транспорт веществ через клеточные мембраны (Na+, К+-АТФаза). Цитохромы осуществляют перенос электронов по электронтранспортным цепям митохондрий и хлоропластов.

Защитная. Например, антитела (иммуноглобулины) образуют комплексы с антигенами бактерий и с инородными белками. Интерфероны блокируют синтез вирусного белка в инфицированной клетке. Фибриноген и тромбин участвуют в процессах свертывания крови.

Сократительная (двигательная). Белки актин и миозин обеспечивают процессы мышечного сокращения и сокращения элементов цитоскелета.

Сигнальная (рецепторная). Белки клеточных мембран входят в состав рецепторов и поверхностных антигенов.

Запасающие белки. Казеин молока, альбумин куриного яйца, ферритин (запасает железо в селезенке).

Белки-токсины. Дифтерийный токсин.

Энергетическая функция. При распаде 1 г белка до конечных продуктов обмена (СО2, Н2О, NH3, Н2S, SО2) выделяется 17‚6 кДж или 4‚2 ккал энергии.

Биосинтез белков идет в каждой живой клетке. Наиболее активен он в молодых растущих клетках, где синтезируются белки на построение их органоидов, а также в секреторных клетках, где синтезируются белки-ферменты и белки-гормоны.

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном. Молекула ДНК содержит несколько сотен генов. В молекуле ДНК записан код о последовательности аминокислот в белке в виде определенно сочетающихся нуклеотидов

Синтез белка - сложный многоступенчатый процесс, представляющий цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза.

В биосинтезе белка определяют следующие этапы, идущие в разных частях клетки:

Первый этап - синтез и-РНК происходит в ядре, в процессе которого информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (от лат. «транскриптик» - переписывание).

На втором этапе происходит соединение аминокислот с молекулами т-РНК, которые последовательно состоят из трех нуклеотидов - антикодонов, с помощью которых определяется свой триплет-кодон.

Третий этап - это процесс непосредственного синтеза полипептидных связей, называемый трансляцией. Он происходит в рибосомах.

На четвертом этапе происходит образование вторичной и третичной структуры белка, то есть формирование окончательной структуры белка.

Таким образом, в процессе биосинтеза белка образуются новые молекулы белка в соответствии с точной информацией, заложенной в ДНК. Этот процесс обеспечивает обновление белков, процессы обмена веществ, рост и развитие клеток, то есть все процессы жизнедеятельности клетки.

Синтез белка - один из основных процессов метаболизма в клетке. Это - матричный синтез. Для синтеза белка необходимы ДНК, иРНК, тРНК, рРНК (рибосомы), аминокислоты, ферменты, ионы магния, энергия АТФ. Основная роль в определении структуры белка принадлежит ДНК.

Информация об аминокислотной последовательности в молекуле белка закодирована в молекуле ДНК. Способ записи информации называют кодированием. Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в информационной РНК.

В состав РНК входят нуклеотиды 4 типов: А, Г, Ц, У. В состав белковых молекул входит 20 аминокислот. Каждая из 20 амино- кислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, называемых триплетом, или кодоном. Из 4 нуклеотидов можно создать 64 различные комбинации по 3 нуклеотида в каждой (4 3 =64).

Свойства генетического кода

1. Генетический код триплетный:

2. Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота кодируется более чем одним кодоном (от 2 до 6):

3. Код не перекрывающийся. Это значит, что последовательно расположенные кодоны являются последовательно расположенны- ми триплетами нуклеотидов:

4. Универсален для всех клеток (человека, животных, растений).

5. Специфичен. Один и тот же триплет не может соответствовать нескольким аминокислотам.

6. Синтез белка начинается со стартового (начального) кодона АУТ, который кодирует аминокислоту метионин.

7. Заканчивается синтез белка одним из трех стоп-кодонов, не кодирующих аминокислоты: УАТ, УАА, УТА.

Таблица генетического кода

Участок ДНК, содержащий информацию о структуре определенного белка, называют геном. Ген непосредственного участия в синтезе белка не принимает. Посредником между геном и белком является информационная РНК (иРНК). ДНК играет роль матрицы для синтеза иРНК в ядре клетки. Молекула ДНК на участке гена раскручивается. С одной из ее цепей переписывается информация на иРНК в соответствии с принципом компле- ментарности между азотистыми основаниями нуклеиновых кислот. Этот процесс называют транскрипцией. Транскрипция происходит в ядре клетки при участии фермента РНК-полимеразы и с использованием энергии АТФ (рис. 37).

Рис. 37. Транскрипция.

Синтез белка осуществляется в цитоплазме на рибосомах, где иРНК служит матрицей (рис. 38). Перевод последовательности триплетов нуклеотидов в молекуле иРНК в специфическую последовательность аминокислот называют трансляцией. Синтезированная иРНК выходит через поры в ядерной оболочке в цитоплазму клетки, объединяется с рибосомами, образуя полирибосомы (полисомы). Каждая рибосома состоит из двух субъединиц - большой и малой. иРНК присоединяется к малой субъединице в присутствии ионов магния (рис. 39).

Рис. 38. Синтез белка.

Рис. 39. Основные структуры, участвующие в белковом синтезе.

В цитоплазме находятся транспортные РНК (тРНК). Каждая аминокислота имеет свою тРНК. У молекулы тРНК на одной из петель имеется триплет нуклеотидов (антикодон), который комплементарен триплету нуклеотидов на иРНК (кодону).

Аминокислоты, находящиеся в цитоплазме, активируются (взаимодействуют с АТФ) и с помощью фермента аминоацил-тРНК- синтетазы присоединяются к тРНК. Первый (стартовый) кодон иРНК - АУГ - несет информацию об аминокислоте метионине (рис. 40). К этому кодону подходит молекула тРНК, содержащая комплементарный антикодон и несущая первую аминокислоту метионин. Это обеспечивает соединение большой и малой субъединиц рибосомы. Второй кодон иРНК присоединяет тРНК, содержащую антикодон, комплементарный этому кодону. тРНК содержит вторую аминокислоту. Между первой и второй аминокислотами образуется пептидная связь. Рибосома прерывисто, триплет за триплетом, перемещается по иРНК. Первая тРНК освобождается и выходит в цитоплазму, где может соединяться со своей аминокислотой.

По мере продвижения рибосомы по иРНК к полипептидной цепочке присоединяются аминокислоты, соответствующие триплетам иРНК и привезенные тРНК (рис. 41).

«Считывание» рибосомой информации, заключенной в иРНК, происходит до тех пор, пока не дойдет до одного из трех стоп-кодонов (УАА, УГА, УАГ). Полипептидная цепь

Рис. 40. Синтез белка.

А - связывание аминоацил - тРНК;

Б - образование пептидной связи между метионином и 2-ой аминокислотой;

В - перемещение рибосомы на один кодон.

выходит из рибосомы и приобретает структуру, свойственную данному белку.

Непосредственная функция отдельного гена состоит в кодировании структуры определенного белка-фермента, который ка- тализирует одну биохимическую реакцию, протекающую в определенных условиях среды.

Ген (участок ДНК) → иРНК → белок-фермент → биохимическая реакция → наследственный признак.

Рис. 41. Трансляция.

Вопросы для самоконтроля

1. Где в клетке происходит синтез белка?

2. Где записана информация о синтезе белка?

3. Какие свойства имеет генетический код?

4. С какого кодона начинается синтез белка?

5. Какими кодонами заканчивается синтез белка?

6. Что такое ген?

7. Как и где происходит транскрипция?

8. Как называют триплеты нуклеотидов в молекуле иРНК?

9. Что такое трансляция?

10. Каким образом к тРНК присоединяется аминокислота?

11. Как называют триплет нуклеотидов в молекуле тРНК? 12.Какая аминокислота обеспечивает соединение большой и

малой субъединиц рибосомы?

13. Как происходит образование полипептидной цепочки белка?

Ключевые слова темы «Синтез белка»

азотистые основания аланин

аминокислоты

антикодон

белок

биохимическая реакция

валин

ген

генетический код действие

ДНК

запись информация ионы магния

иРНК

кодирование

кодон

лейцин

матрица

метаболизм

метионин

наследственный признак нуклеиновые кислоты пептидная связь петля

полирибосома поры

последовательность посредник

принцип комплементарности рибосомы

рРНК

серин

синтез

сочетание

способ

структура

субъединица

транскрипция

трансляция

триплет

тРНК

участок

фенилаланин

ферменты

цепочка

цитоплазма

энергия АТФ

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном. Молекула ДНК содержит несколько сотен генов. В молекуле ДНК записан код о последовательности аминокислот в белке в виде определенно сочетающихся нуклеотидов. Код ДНК удалось расшифровать почти полностью. Сущность его состоит в следующем. Каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов.

Например, участок Т-Т-Т соответствует аминокислоте лизину, отрезок А-Ц-А - цистину, Ц-А-А - валину н т. д. Разных аминокислот - 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Следовательно, триплетов с избытком хватает для кодирования всех аминокислот.

Синтез белка - сложный многоступенчатый процесс, представляющий цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза.

Поскольку ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в цитоплазме, существует посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Таким посредником является и-РНК. :

В биосинтезе белка определяют следующие этапы, идущие в разных частях клетки:

Первый этап - синтез и-РНК происходит в ядре, в процессе которого информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (от лат. «транскриптик» — переписывание).
На втором этапе происходит соединение аминокислот с молекулами т-РНК, которые последовательно состоят из трех нуклеотидов - антикодонов, с помощью которых определяется свой триплет-кодон.
Третий этап - это процесс непосредственного синтеза полипептидных связей, называемый трансляцией. Он происходит в рибосомах.
На четвертом этапе происходит образование вторич ной и третичной структуры белка, то есть формирование окончательной структуры белка.

Хромосомы (от греч. «хрома» - цвет, «сома» - тело) - очень важные структуры ядра клетки. Играют главную роль в процессе клеточного деления, обеспечивая передачу наследственной информации от одного поколения к другому. Они представляют собой тонкие нити ДНК, связанные с белками. Нити называются хроматидами, состоящими из ДНК, основных белков (гистонов) и кислых белков.

В неделящейся клетке хромосомы заполняют весь объем ядра и не видны под микроскопом. Перед началом деления происходит спирализация ДНК и каждая хромосома становится различимой под микроскопом. Во время спирализации хромосомы сокращаются в десятки тысяч раз. В таком состоянии хромосомы выглядят как две лежащие рядом одинаковые нити (хроматиды), соединенные общим участком - центромерой.

Для каждого организма характерно постоянное количество и структура хромосом. В соматических клетках хромосомы всегда парные, то есть в ядре есть две одинаковые хромосомы, составляющие одну пару. Такие хромосомы называют гомологичными, а парные наборы хромосом в соматических клетках называют диплоидными.

Так, диплоидный набор хромосом у человека состоит из 46 хромосом, образуя 23 пары. Каждая пара состоит из двух одинаковых (гомологичных) хромосом.

Особенности строения хромосом позволяют выделить их 7 групп, которые обозначаются латинскими буквами А, В, С, D, Е, F, G. Все пары хромосом имеют порядковые номера.

У мужчин и женщин есть 22 пары одинаковых хромосом. Их называют аутосомы. Мужчина и женщина отличаются одной парой хромосом, которые называют половыми. Они обозначаются буквами — большая X (группа С) и маленькая Y (группа С,). В женском организме 22 пары аутосом и одна пара (XX) половых хромосом. У мужчин — 22 пары аутосом н одна пара (XY) половых хромосом.

В отличие от соматических клеток, половые клетки содержат половинный набор хромосом, то есть содержат по одной хромосоме каждой пары! Такой набор называют гаплоидным. Гаплоидный набор хромосом возникает в процессе созревания клеток.

Процесс белкового биосинтеза чрезвычайно важен для клетки. Поскольку белки являются сложными веществами, которые играют основную роль в тканях, они незаменимы. По этой причине в клетке реализована целая цепь процессов белкового биосинтеза, которая протекает в нескольких органеллах. Это гарантирует клетке воспроизведение и возможность существования.

Сущность процесса биосинтеза белка

Единственное место синтеза белков - это шероховатая Здесь располагается основная масса рибосом, которые ответственны за образование полипептидной цепочки. Однако до того как начнется этап трансляции (процесс синтеза белка), требуется активация гена, в котором хранится информация о белковой структуре. После этого требуется копирование данного участка ДНК (или РНК, если рассматривается бактериальный биосинтез).

После копирования ДНК требуется процесс создания информационной РНК. На ее основании будет выполняться синтез белковой цепочки. Причем все этапы, которые протекают с вовлечением нуклеиновых кислот, должны происходить в Однако это не место, где происходит синтез белка. где осуществляется подготовка к биосинтезу.

Рибосомальный биосинтез белка

Основное место, где происходит синтез белка, - клеточная органелла, состоящая из двух субъединиц. Таких структур в клетке огромное количество, и они в основном расположены на мембранах шероховатой эндоплазматической сети. Сам биосинтез происходит так: образованная в ядре клетки информационная РНК выходит сквозь нуклеарные поры в цитоплазму и встречается с рибосомой. Затем иРНК проталкивается в промежуток между субъединицами рибосомы, после чего происходит фиксация первой аминокислоты.

К месту, где происходит синтез белка, аминокислоты подаются при помощи Одна такая молекула может однократно приносить по одной аминокислоте. Они присоединяются по очереди в зависимости от последовательности кодонов информационной РНК. Также синтез может прекращаться на некоторое время.

При продвижении по иРНК рибосома может попадать на участки (интроны), которые не кодируют аминокислоты. В этих местах рибосома просто продвигается по иРНК, но присоединения аминокислот к цепочке не происходит. Как только рибосома достигает экзона, то есть участка, который кодирует кислоту, тогда она снова присоединяется к полипептиду.

Постсинтетическая модификация белков

После достижения рибосомой стоп-кодона информационной РНК процесс непосредственного синтеза завершается. Однако полученная молекула имеет первичную структуру и пока не может выполнять зарезервированных для нее функций. Для того чтобы полноценно функционировать, молекула должна организоваться в определенную структуру: вторичную, третичную или еще более сложную - четвертичную.

Структурная организация белка

Вторичная структура - первая стадия структурной организации. Для ее достижения первичная полипептидная цепочка должна спирализоваться (образовать альфа-спирали) или загибаться (создать бета-слои). Затем, для того чтобы занимать еще меньше места по длине, молекула еще больше стягивается и сматывается в клубок за счет водородных, ковалентных и ионных связей, а также межатомных взаимодействий. Таким образом, получается глобулярная

Четвертичная белковая структура

Четвертичная структура самая сложная из всех. Она состоит из нескольких участков с глобулярным строением, соединенных фибриллярными нитями полипептида. Вдобавок третичная и четвертичная структура могут содержать углеводный или липидный остаток, что расширяет спектр функций белка. В частности, гликопротеиды, белка и углевода, являются иммуноглобулинами и выполняют защитную функцию. Также гликопротеиды располагаются на мембранах клеток и работают рецепторами. Однако модифицируется молекула не там, где происходит синтез белка, а в гладкой эндоплазматической сети. Здесь существует возможность присоединения липидов, металлов и углеводов к доменам белков.