Биосинтез белка – как это происходит?
Биосинтез белка происходит во всех органах, тканях и клетках. Наибольшее количество белка синтезируется в печени. Рибосомы осуществляют биосинтез белка. По химической природе рибосомы — нуклеопротеиды, состоящие из РНК (50-65%) и белков (35-50%). Рибонуклеиновая кислота являются составными частями гранулярной эндоплазматической сети, где происходят биосинтез и перемещение синтезированных молекул белка.
Рибосомы в клетке находятся в виде скоплений от 3 до 100 единиц – полисом (полирибосом). Рибосомы обычно соединены между собой своеобразной нитью, видимой под электронным микроскопом – и-РНК.
Каждая рибосома способна синтезировать самостоятельно одину полипептидную цепь, группа — несколько таких цепей и молекул белка.
Этапы биосинтеза белка
Активация аминокислот. В гиалоплазму из межклеточной жидкости в результате диффузии, осмоса или активного переноса поступают аминокислоты. Каждый вид амино- и иминокислот взаимодействует с индивидуальным ферментом – аминоацилсинтетазой. Реакция активируется катионами магния, марганца, кобальта. Возникает активированная аминокислота.
Биосинтез белка (второй этап) – взаимодействие и соединение активированной аминокислоты с т-РНК. Активированные аминокислоты (аминоациладенилат) при помощи ферментов переносятся на т-РНК цитоплазмы. Процесс катализируется аминоацил-РНК-синтетазами. Остаток аминокислоты соединяется карбоксильной группой с гидроксильной второго атома Карбона рибозы нуклеотида т-РНК.
Биосинтез белка (третья стадия) – транспортировка комплекса активированной аминокислоты с т-РНК в рибосомы клетки. Аминокислота связана с т-РНК, переносится с гиалоплазмы на рибосому. Процесс катализируется специфическими ферментами, которых в организме не менее 20. Некоторые аминокислоты транспортируются несколькими т-РНК (например, валин и лейцин — тремя т-РНК). В этом процессе используется энергия ГТФ и АТФ. Четвертая стадия биосинтеза характеризируется связыванием аминоацил-т-РНК с комплексом и-РНК — рибосома. Аминоацил-т-РНК, подойдя к рибосоме, взаимодействует с и-РНК. Каждая т-РНК имеет участок, состоящий из трех нуклеотидов — антикодон. В и-РНК ему соответствует участок с тремя нуклеотидами — кодон. Каждому кодону соответствуют антикодон т-РНК и одна аминокислота. В ходе биосинтеза к рибосомам присоединяются в виде аминоацил-тРНК аминокислоты, которые в дальнейшем в порядке, определяемом размещением кодонов в и-РНК, формируются в полипептидную цепь.
Следующая стадия биосинтеза белка – это инициация полипептидной цепи. После того как две соседние аминоацил-т-РНК своими антикодонами присоединились к кодонам и-РНК, создаются условия для синтеза полипептидной цепи. Формируется пептидная связь. Эти процессы катализируются пептидсинтетазами, активируются катионами Mg и факторами инициации белковой природы F1, F2, F3. Источником химической энергии является гуанозинтрифосфатная кислота.
Терминация полипептидной цепи. Рибосома, на поверхности которой синтезировалась полипептидная цепь, достигает конца цепи и-РНК, в дальнейшем «соскакивает» из нее. К противоположному концу и-РНК на ее место присоединяется новая рибосома, которая осуществляет синтез очередной молекулы полипептида. Полипептидная цепь отсоединяется от рибосомы и выделяется в гиалоплазму. Эта реакция осуществляется с помощью специфического фактора освобождения (фактора R), который соединен с рибосомой и облегчает гидролиз эфирной связи между полипептидом и т-РНК.
В гиалоплазме из полипептидных цепей образуются простые и сложные белки. Формируются вторичная, третичная и во многих случаях — четвертичная структуры белковой молекулы. Таким образом происходит биосинтез белка в клетке.