Где и как происходит биосинтез белка: «Как проходит биосинтез белка в клетке?» – Яндекс.Кью - Управленческое образование

Содержание

Учёные изучили, как меняется биосинтез белка в органах мышей с возрастом

Учёные МГУ совместно с коллегами из Гарвардской школы медицины и ИМБ РАН изучили изменения в синтезе белка в печени и почке мышей разного возраста. Исследование помогает понять фундаментальные механизмы, лежащие в основе процессов старения. Результаты трёхлетней работы учёных опубликованы в престижном международном журнале PNAS.

Старение является причиной множества возрастных заболеваний. В его основе лежат повреждения, которые со временем накапливаются в клетках, тканях и органах живых организмов. Биосинтез белка — важнейший метаболический процесс, на который клетка тратит большую часть вырабатываемой энергии. Его нарушения приводят к ухудшению качества и соотношения белков в клетке и вносят большой вклад в старение организма в целом. Известно, что некоторые воздействия, снижающие эффективность белкового синтеза, увеличивают продолжительность жизни животных. Однако вопрос о том, можно ли как-то повлиять на этот процесс, чтобы достичь долголетия у человека, остаётся открытым.

Выпускница факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Александра Анисимова, первый автор статьи, рассказала: «Благодаря уникальному опыту, накопленному в лаборатории Вадима Гладышева в Бостоне, мы смогли применить метод рибосомного профайлинга к двум органам (печени и почке) мышей разного возраста. Это позволило детально охарактеризовать изменения в экспрессии генов на уровне биосинтеза белка при старении. Мы обнаружили изменения в синтезе компонентов многих важных процессов и регуляторных путей, в том числе связанных с иммунитетом, воспалением, внеклеточным матриксом и метаболизмом жиров. Но самое яркое наблюдение, которое мы сделали, касается снижения темпов наработки самих компонентов белок-синтезирующего аппарата — рибосомных белков и трансляционных факторов».

Синтез рибосом и связанных с ними белков тщательно регулируется в клетке, поскольку при их избытке слишком много энергии будет уходить на белковый синтез. Кроме того, чересчур интенсивная наработка белков будет приводить к их плохому сворачиванию, накоплению повреждённых и неправильно работающих клеточных компонентов. Например, при отсутствии аминокислот (когда животное голодает) или в условиях, способствующих денатурации белков, (при перегреве или интоксикации) уровень синтеза белка падает, и эта адаптация позволяет организму выжить в неблагоприятных условиях. Оказалось, что с возрастом в печени и почке мыши происходит нечто похожее: по-видимому, «чувствуя» накопление повреждений, стареющая клетка вынуждена снижать уровень белкового синтеза, чтобы отсрочить наступление неблагоприятных последствий.

Интересно, что на то же самое направлены некоторые воздействия, продлевающие жизнь самым разным организмам. Например, низкокалорийная диета, мутации в некоторых генах трансляционного аппарата или лекарственные средства, снижающие активность одного из главных регуляторов белкового синтеза — протеинкиназы mTOR. Все они приводят к замедлению синтеза белка и таким образом отдаляют старение и гибель организма. «Полученные нами результаты помогают понять фундаментальные механизмы, лежащие в основе процессов старения. Одновременно мы узнаём много нового о молекулярных механизмах биосинтеза белка», — прокомментировал один из руководителей работы, профессор Гарвардской школы медицины Вадим Гладышев.

Исследованием изменений, происходящих с возрастом в различных организмах — от дрожжей до человека — учёные МГУ занимаются с 2017 года, когда в НИИ Физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского МГУ на средства «мегагранта» была создана Лаборатория системной биологии старения. Студенты факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ выполняли как биохимическую, так и «компьютерную» часть исследования. Работа в лаборатории позволила ребятам овладеть уникальным сочетанием навыков в молекулярной биологии и биоинформатике.

«Главным проектом лаборатории в первые три года её работы стало изучение картины биосинтеза белка в органах мышей разного возраста методом рибосомного профайлинга, — пояснил со-руководитель лаборатории, старший научный сотрудник НИИФХБ МГУ и ИМБ РАН, доцент ФББ МГУ Сергей Дмитриев. — Этот ультрасовременный метод появился относительно недавно и совершил настоящую революцию, привнеся все преимущества системной биологии в область изучения биосинтеза белка. В клетке белок синтезируют специальные молекулярные машины — рибосомы. Они «переводят» (транслируют) последовательности генов с языка азотистых оснований, на котором записана информация в ДНК и РНК, на язык аминокислот, из которых и состоят белки. Метод рибосомного профайлинга позволяет определить одновременно все РНК, которые в данный конкретный момент транслируются рибосомами в клетке. Для этого используется секвенирование нового поколения и сложная биоинформатическая обработка данных».

Руководство биоинформатической частью проекта взял на себя ведущий научный сотрудник ИМБ РАН, д.б.н. Иван Кулаковский: «Работа в этой лаборатории невероятно воодушевляет. Это прямой доступ к результатам современных экспериментов, внушительным компьютерным мощностям (вычислительный кластер “Макарьич”), и, главное, молодой и мотивированный коллектив. Этот проект был для нас определённым вызовом, поскольку требовал и технических навыков в работе с «сырыми» данными с секвенатора, и сложной статистической обработки, и правильной интерпретации итоговых результатов».

В настоящее время коллектив лаборатории продолжает исследования с целью понять изменения в биосинтезе белка, которые происходят в организме мышей при некоторых воздействиях, увеличивающих продолжительность жизни.

Биосинтез белка кратко и понятно

Автор mednik На чтение 4 мин Просмотров 4.4к. Опубликовано 4 декабря, 2020

Процесс синтеза в биологии, как и в любой другой отрасли — это образование сложных структур из менее сложных. При этом строение составных элементов может частично, или даже полностью сохраняться в неизменном виде, а может полностью изменяться. В первом случае синтез напоминает строительство конструкций из кубиков Лего, а во втором — образование сложных сплавов, солей и гидроксидов, свойства которых совершенно другие и ничем не напоминают исходные элементы.

Биосинтез — один из самых сложных видов таких преобразований исходных компонентов. Сюда входят процессы формирования ДНК из отдельных нуклеотидов, строительство белков из аминокислот, фотосинтез. Биосинтез может происходить (и происходит как естественным путем, в организме человека, животных и некоторых растений, так и искусственным — производство белковых питательных веществ.

Это один из самых важных процессов в организме человека. Все характерные признаки и функции каждой клетки определяются белковой структурой. Сложность существования организма на клеточном уровне определяется тем, что длительность жизни белка непродолжительна. Без постоянного синтеза новых молекул клетки не смогут восстанавливаться и функционировать надлежащим образом. Синтезируются тысячи белковых структур, и это только в пределах одной клетки.

Рис.1. Структура ДНК

Исследования в области биосинтеза белков начались в 40-х годах прошлого столетия и дляться до сих пор. Самые важные открытия совершили Макс Бергманн, Джек Шульц, Торбьерн Касперссон, Раймонд Джиннер и другие ученые. В 50-х годах Ф.Крик установил правило синтеза, ставшее аксиомой — ДНК → РНК → белок. Свойства конкретного белка определяются последовательностью расположения аминокислот в молекулах. За правильное размещение структурных элементов отвечают гены — части ДНК, в которых зашифрована минимальная часть наследственной информации.

Каждый белок синтезируется по одной схеме, состоящей из двух этапов, получивших название транскрипции и ретрансляции. В свободном переводе, это снятие информации с гена ДНК и передаче ее на строящиеся аминокислоты. Техника такой передачи достаточно сложная и энергоемкая, без притока внешней энергии она невозможна.

Рис 2. Схема биосинтеза

Транскрипция

На первом этапе транскрипции с цепочки ДНК снимается абсолютно точная копия, в результате которой получается идентичная с исходной цепочка РНК. Для такой информационной копии нужен катализатор, в роли которого выступают ферменты, и источник питания, в случае синтеза белка — это АТФ. Процесс синтеза происходит с высокой скоростью — в пределах одного организма за минуту осуществляется до 60 000 связей на уровне пептидов.

Рис 3. Сравнение ДНК и РНК.

Двойная цепочка ДНК расположена в ядре клетки в виде спирали. В начале транскрипции она разматывается и на одной из частей начинается синтез иРНК, так называемая информационная. Это одинарная цепь, точно повторяющая структуру ДНК. Поэтому реакции биосинтеза белка называют матричными. Вместо тимина, находящегося в нематричной цепочке ДНК, в иРНК используется урацил. В качестве катализатора «работает» РНК-полимераза.

Сложность возникает в том, что генов в молекуле ДНК очень много, а копировать нужно только один из них, причем, строго определенный. То есть, начинать снятие информации РНК должна не только в заданный момент, но и с заданного места. Для исключения ошибок в начале каждого фрагмента ДНК расположен специальный маркер, комбинация нуклеотидов под названием «промотор». Копирование с такого маркера начинается и на таком же, но с противоположной стороны, заканчивается. Конечный маркер получил название «терминатор».

Трансляция

Для построения нового белка в клетке должен быть набор необходимых аминокислот, которые вырабатываются в организме, или получаются при переваривании поступающей извне пищи. Это говорит о том, что для полноценной деятельности организма питание должно быть полным и сбалансированным, с достаточным количеством белка. Аминокислоты, в основном, поступают после расщепления пищевого белка.

Поступающие аминокислоты переносятся специальными транспортными РНК, которые реагируют на информацию в виде кодона, единицы генетического кода. На аминокислоте должен быть соответствующий тринуклелеотид — антикодон. На рибосоме закрепится только та аминокислота, код которой подходит. На каждый элемент цепочки уходит 0,2 с. Именно на такое время останавливается рибосома, движущаяся по цепочке иРНК.

Между аминокислотами, поступающими на рибосому на каждом последующем участке, формируются пептидные связи. Они возникают благодаря наличию в начале участка одной аминокислоты аминогруппы, а на соответствующем конце соседней — карбоксильной группы. Связь возникает прочная и неразрывная.

Белковая цепочка заканчивает формирование после контакта рибосомы к определенным маркером, обозначающим конец этого этапа синтеза. Цепочка аминокислот отрывается от иРНК и передвигается в цитоплазму, для формирования вторичных и третичных структур. Процесс синтеза происходит непрерывно, после перехода рибосомы на следующую позицию на ее место тут же заступает другая и копирует цепочку с иРНК. Выполнившая свою задачу рибосома переходит на другую РНК и формирует другой белок.

Ученые выяснили, как синтез белка влияет на старение

https://ria.ru/20200706/1573957800.html

Ученые выяснили, как синтез белка влияет на старение

Ученые выяснили, как синтез белка влияет на старение — РИА Новости, 06.07.2020

Ученые выяснили, как синтез белка влияет на старение

Биологи из Московского государственного университета совместно с коллегами из Гарвардской школы медицины изучили, как меняется с возрастом биосинтез белка в… РИА Новости, 06.07.2020

2020-07-06T14:46

2020-07-06T14:47

наука

мгу имени м. в. ломоносова

российская академия наук

открытия — риа наука

здоровье

биология

старение

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/148823/03/1488230305_0:270:5184:3186_1920x0_80_0_0_f8f200a853bd5b5b9af5d31a6908cd98.jpg

МОСКВА, 6 июл — РИА Новости. Биологи из Московского государственного университета совместно с коллегами из Гарвардской школы медицины изучили, как меняется с возрастом биосинтез белка в органах мышей. Это дает понимание одного из фундаментальных механизмов процесса старения. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.В основе старения лежат повреждения, которые со временем накапливаются в клетках, тканях и органах живых организмов. Биосинтез белка — важнейший метаболический процесс, на который клетка тратит большую часть вырабатываемой энергии. Его нарушения вносят большой вклад в старение организма в целом.Известно, что некоторые воздействия, снижающие эффективность белкового синтеза, увеличивают продолжительность жизни животных. Например, при отсутствии аминокислот — когда животное голодает — или в условиях, способствующих денатурации белков — при перегреве или интоксикации — уровень синтеза белка падает, и эта адаптация позволяет организму выжить в неблагоприятных условиях.Эффект замедления синтеза белка, продлевающий жизнь, возникает в организмах некоторых животных при низкокалорийной диете или применении лекарственных средств, снижающих активность одного из главных регуляторов белкового синтеза — протеинкиназы mTOR.Авторы выяснили, что с возрастом в печени и почке мышей происходит нечто похожее: стареющие клетки, как бы чувствуя накопление повреждений, снижают уровень белкового синтеза, чтобы отсрочить наступление неблагоприятных последствий. Задачей ученых было понять механизм этого процесса. Исследованием изменений, происходящих с возрастом в различных организмах — от дрожжей до человека — ученые из НИИ Физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ занимаются с 2017 года. Главным проектом лаборатории стало изучение картины биосинтеза белка в органах мышей разного возраста методом рибосомного профайлинга. «Этот ультрасовременный метод появился относительно недавно и совершил настоящую революцию, привнеся все преимущества системной биологии в область изучения биосинтеза белка, — приводятся в пресс-релизе МГУ слова Сергея Дмитриева, одного из авторов исследования, старшего научного сотрудника НИИ ФХБ МГУ и ИМБ РАН. — В клетке белок синтезируют специальные молекулярные машины – рибосомы. Они «переводят» (транслируют) последовательности генов с языка азотистых оснований, на котором записана информация в ДНК и РНК, на язык аминокислот, из которых и состоят белки. Метод рибосомного профайлинга позволяет определить одновременно все РНК, которые в данный конкретный момент транслируются рибосомами в клетке. Для этого используется секвенирование нового поколения и сложная биоинформатическая обработка данных».Как биохимическую, так и «компьютерную» части исследования выполняли в МГУ с учетом опыта американских коллег.Выпускница факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Александра Анисимова, первый автор статьи, рассказывает: «Благодаря уникальному опыту, накопленному в лаборатории Вадима Гладышева в Бостоне, мы смогли применить метод рибосомного профайлинга к двум органам — печени и почке — мышей разного возраста. Это позволило детально охарактеризовать изменения в экспрессии генов на уровне биосинтеза белка при старении. Мы обнаружили изменения в синтезе компонентов многих важных процессов и регуляторных путей, в том числе связанных с иммунитетом, воспалением, внеклеточным матриксом и метаболизмом жиров. Но самое яркое наблюдение, которое мы сделали, касается снижения темпов наработки самих компонентов белок-синтезирующего аппарата — рибосомных белков и трансляционных факторов».»Полученные результаты помогают понять фундаментальные механизмы, лежащие в основе процессов старения. Одновременно мы узнаем много нового о молекулярных механизмах биосинтеза белка», — отмечает один из руководителей работы, профессор Гарвардской школы медицины Вадим Гладышев.В настоящее время ученые продолжает исследования с целью выяснения, какие именно воздействия на организм мышей приводят к увеличению продолжительности жизни.

https://ria.ru/20200428/1570662373.html

https://ria.ru/20200310/1568379308.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/148823/03/1488230305_288:0:4896:3456_1920x0_80_0_0_9c3d71e9bd6a504a98585ecacf112b2e.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

мгу имени м. в. ломоносова, российская академия наук, открытия — риа наука, здоровье, биология, старение

МОСКВА, 6 июл — РИА Новости. Биологи из Московского государственного университета совместно с коллегами из Гарвардской школы медицины изучили, как меняется с возрастом биосинтез белка в органах мышей. Это дает понимание одного из фундаментальных механизмов процесса старения. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В основе старения лежат повреждения, которые со временем накапливаются в клетках, тканях и органах живых организмов. Биосинтез белка — важнейший метаболический процесс, на который клетка тратит большую часть вырабатываемой энергии. Его нарушения вносят большой вклад в старение организма в целом.

Известно, что некоторые воздействия, снижающие эффективность белкового синтеза, увеличивают продолжительность жизни животных. Например, при отсутствии аминокислот — когда животное голодает — или в условиях, способствующих денатурации белков — при перегреве или интоксикации — уровень синтеза белка падает, и эта адаптация позволяет организму выжить в неблагоприятных условиях.

Эффект замедления синтеза белка, продлевающий жизнь, возникает в организмах некоторых животных при низкокалорийной диете или применении лекарственных средств, снижающих активность одного из главных регуляторов белкового синтеза — протеинкиназы mTOR.

Авторы выяснили, что с возрастом в печени и почке мышей происходит нечто похожее: стареющие клетки, как бы чувствуя накопление повреждений, снижают уровень белкового синтеза, чтобы отсрочить наступление неблагоприятных последствий. Задачей ученых было понять механизм этого процесса.

Исследованием изменений, происходящих с возрастом в различных организмах — от дрожжей до человека — ученые из НИИ Физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ занимаются с 2017 года. Главным проектом лаборатории стало изучение картины биосинтеза белка в органах мышей разного возраста методом рибосомного профайлинга.

28 апреля 2020, 09:36

Российские и литовские ученые придумали «вакцину от старения»»Этот ультрасовременный метод появился относительно недавно и совершил настоящую революцию, привнеся все преимущества системной биологии в область изучения биосинтеза белка, — приводятся в пресс-релизе МГУ слова Сергея Дмитриева, одного из авторов исследования, старшего научного сотрудника НИИ ФХБ МГУ и ИМБ РАН. — В клетке белок синтезируют специальные молекулярные машины – рибосомы. Они «переводят» (транслируют) последовательности генов с языка азотистых оснований, на котором записана информация в ДНК и РНК, на язык аминокислот, из которых и состоят белки. Метод рибосомного профайлинга позволяет определить одновременно все РНК, которые в данный конкретный момент транслируются рибосомами в клетке. Для этого используется секвенирование нового поколения и сложная биоинформатическая обработка данных».

Как биохимическую, так и «компьютерную» части исследования выполняли в МГУ с учетом опыта американских коллег.

Выпускница факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Александра Анисимова, первый автор статьи, рассказывает: «Благодаря уникальному опыту, накопленному в лаборатории Вадима Гладышева в Бостоне, мы смогли применить метод рибосомного профайлинга к двум органам — печени и почке — мышей разного возраста. Это позволило детально охарактеризовать изменения в экспрессии генов на уровне биосинтеза белка при старении. Мы обнаружили изменения в синтезе компонентов многих важных процессов и регуляторных путей, в том числе связанных с иммунитетом, воспалением, внеклеточным матриксом и метаболизмом жиров. Но самое яркое наблюдение, которое мы сделали, касается снижения темпов наработки самих компонентов белок-синтезирующего аппарата — рибосомных белков и трансляционных факторов».

«Полученные результаты помогают понять фундаментальные механизмы, лежащие в основе процессов старения. Одновременно мы узнаем много нового о молекулярных механизмах биосинтеза белка», — отмечает один из руководителей работы, профессор Гарвардской школы медицины Вадим Гладышев.

В настоящее время ученые продолжает исследования с целью выяснения, какие именно воздействия на организм мышей приводят к увеличению продолжительности жизни.

10 марта 2020, 13:40НаукаРоссийские ученые открыли механизм, останавливающий старение

Биосинтез белка — это… Что такое Биосинтез белка?

Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.

Введение

Биосинтез белка происходит в два этапа. В первый этап входит транскрипция и процессинг РНК, второй этап включает трансляцию. Во время транскрипции фермент РНК-полимераза синтезирует молекулу РНК, комплементарную последовательности соответствующего гена (участка ДНК). Терминатор в последовательности нуклеотидов ДНК определяет, в какой момент транскрипция прекратится. В ходе ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, и редко происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После синтеза РНК на матрице ДНК происходит транспортировка молекул РНК в цитоплазму. В процессе трансляции информация, записанная в последовательности нуклеотидов переводится в последовательность остатков аминокислот.

Процессинг РНК

Между транскрипцией и трансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных изменений, которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтеза полипептидной цепочки. К 5΄-концу присоединяется кэп, а к 3΄-концу поли-А хвост, который увеличивает длительность жизни иРНК. С появлением процессинга в эукариотической клетке стало возможно комбинирование экзонов гена для получения большего разнообразия белков, кодируемым единой последовательностью нуклеотидов ДНК, — альтернативный сплайсинг.

Трансляция

Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в матричной РНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощи транспортных РНК, которые образуют с аминокислотами комплексы — аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствующий антикодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь. Энергией биосинтез белка обеспечивается за счёт АТФ.

Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

— трансляция — Биохимия

Трансляция (синтез белка)

Трансляция (англ. translation – перевод) – это биосинтез белка на матрице мРНК.

После переноса информации с ДНК на матричную РНК начинается синтез белков. Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной полипептидной цепи. Если клетке необходимы другие белки, то необходимо транскрибировать мРНК с иных участков ДНК.

Биосинтез белков или трансляция происходит на рибосомах, внутриклеточных белоксинтезирующих органеллах, и включает 5 ключевых элементов:

матрица – матричная РНК,
растущая цепь – полипептид,
субстрат для синтеза – 20 протеиногенных аминокислот,
источник энергии – ГТФ,
рибосомальные белки, рРНК и белковые факторы.

Выделяют три основных стадии трансляции: инициация, элонгация, терминация.

Инициация

Для инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосомы, три белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), метионин и тРНК для метионина.

В начале этой стадии формируются два тройных комплекса:

первый комплекс – мРНК + малая субъединица + ИФ-3,
второй комплекс – метионил-тРНК + ИФ-2 + ГТФ.

После формирования тройные комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы. В этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации, источником энергии служит ГТФ. После сборки комплекса инициирующая метионил-тРНК связывается с первым кодоном АУГ матричной РНК и располагается в П-центре (пептидильный центр) большой субъединицы. А-центр (аминоацильный центр) остается свободным, он будет задействован на стадии элонгации для связывания аминоацил-тРНК.

События стадии инициации

После присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации.

Элонгация

Для этой стадии необходимы все 20 аминокислот, тРНК для всех аминокислот, белковые факторы элонгации, ГТФ. Удлинение цепи происходит со скоростью примерно 20 аминокислот в секунду.

Элонгация представляет собой циклический процесс. Первый цикл (и следующие циклы) элонгации включает три шага:

Присоединение аминоацил-тРНК (еще второй) к кодону мРНК (еще второму), аминокислота при этом встраивается в А-центр рибосомы. Источником энергии служит ГТФ.
Фермент пептидилтрансфераза осуществляет перенос метионина с метионил-тРНК (в П-центре) на вторую аминоацил-тРНК (в А-центре) с образованием пептидной связи между метионином и второй аминокислотой. При этом уже активированная СООН-группа метионина связывается со свободной NH₂-группой второй аминокислоты. Здесь источником энергии служит макроэргическая связь между аминокислотой и тРНК.

Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, что первый кодон АУГ оказывается вне рибосомы, второй кодон (на рисунке ) становится напротив П-центра, напротив А-центра оказывается третий кодон (на рисунке ). Для этих процессов необходима затрата энергии ГТФ. Так как вместе с мРНК перемещаются закрепленные на ней тРНК, то инициирующая первая тРНК выходит из рибосомы, вторая тРНК с дипептидом помещается в П-центр.

Последовательность событий стадии элонгации

Второе повторение цикла – начинается с присоединения третьей аминоацил-тРНК к третьему кодону мРНК, аминокислота-3 становится в А-центр. Далее трансферазная реакции повторяется и образуется трипептид, занимающий А-центр, после чего он смещается в П-центр в транслоказной реакции..

В пустой А-центр входит четвертая аминоацил-тРНК и начинается третий цикл элонгации:

Образование пептидной связи при встраивании четвертой аминокислоты в пептид.

Субъединицы рибосомы, большая часть транспортных РНК и матричная РНК не показаны.

Цикл элонгации (реакции 1,2,3) повторяется столько раз, сколько аминокислот необходимо включить в полипептидную цепь.

Терминация

Синтез белка продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет на мРНК особых терминирующих кодонов – стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. Данные триплеты не кодируют ни одной из аминокислот, их также называют нонсенс-кодоны. При вхождении этих кодонов внутрь рибосомы происходит активация белковых факторов терминации, которые последовательно катализируют:

Гидролитическое отщепление полипептида от конечной тРНК.
Отделение от П-центра последней, уже пустой, тРНК.
Диссоциацию рибосомы.

Источником энергии для завершения трансляции является ГТФ.

Реакции стадии терминации

Полирибосомы

По причине того, что продолжительность жизни матричной РНК невелика, перед клеткой стоит задача использовать ее максимально эффективно, т.е. получить максимальное количество «белковых копий». Для достижения этой цели на каждой мРНК может располагаться не одна, а несколько рибосом, встающих последовательно друг за другом и синтезирующих пептидные цепи. Такие образования называются полирибосомы.

Синтез белков в клетке

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. 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.

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.

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.

Этапы биосинтеза белка

☰

Под этапами биосинтеза белка могут понимать как 1) совокупность процессов транскрипции, трансляции и посттрансляционные модификации, так и 2) только этапы трансляции, так как именно в процессе трансляции происходит непосредственный синтез молекулы полипептида (будущего белка или его составной части).

В первом случае рассматриваются три этапа:

Транскрипция — синтез молекулы мРНК на участке ДНК
Трансляция — синтез белка (полипептидной цепочки) на рибосомах.
Приобретение белком своей функциональной третичной структуры (или четверичной).

Во втором случае, говоря об этапах биосинтеза белка, подробно рассматривают, как протекает трансляция, выделяя в ней ряд своих этапов. Остановимся на этом случае.

Трансляция — это процесс биосинтеза белка из аминокислот, который протекает на рибосомах при участии мРНК, тРНК, ферментов (факторов) и включает этапы активации аминокислот, инициацию трансляции, ее элонгацию и терминацию.

Активация аминокислот непосредственно не связана с биосинтезом белка. Аминокислоты плавают в цитоплазме, с помощью специальных ферментов специфичных для каждой кислоты переходят в активную форму и связываются со своими молекулами тРНК. В итоге образуются комплексы аминоацил-тРНК (аа-тРНК) – тРНК, несущие свои аминокислоты.

На этапе инициации трансляции происходит присоединение матричной РНК (мРНК) к малой субъединице рибосомы. Факторы инициации распознают начальный (5′) конец мРНК по кэпу и специальным нуклеотидным последовательностям. При этом стартовый кодон (АУГ) оказывается в недостроенном P-участке рибосомы. После этого присоединяется большая субъединица рибосомы и активные участки достраиваются.

К кодону АУГ комплементарна тРНК с антикодоном УАЦ, которая переносит аминокислоту метионин. Именно эта тРНК и данная аминокислота (у эукариот) всегда начинают синтез полипептида.

На этапе элонгации происходит последовательное присоединение одной аминокислоты за другой, т. е. происходит биосинтез белка. После этапа инициации в P-участке рибосомы находится тРНК, связанная с метионином. В A-участок рибосомы заходит следующая тРНК. Ее антикодон комплементарен находящемуся здесь кодону мРНК (он следующий за стартовым), и несет эта тРНК соответствующую этому кодону аминокислоту.

Итак, в P-участке находится один комплекс аа-тРНК, в A-участке – другой. Рибосома располагает тРНК, их аминокислоты и факторы элонгации так, что между аминокислотами протекает химическая реакция, в результате которой образуется пептидная связь. Две аминокислоты оказываются связанными друг с другом.

Рибосома смещается по мРНК на один триплет вперед. При этом та тРНК, что была в P-участке покидает рибосому. Та тРНК, что была в A-участке, оказывается в P-участке. С этой тРНК остается соединенным синтезированный дипептид (состоит из двух аминокислот, первая из которых метионин). A-участок освобождается.

На следующем цикле элонгации в A-участок рибосомы заходит следующий комплекс аа-тРНК. (Антикодон этой тРНК комплементарен находящемуся здесь кодону мРНК. В зависимости от своего антикодона тРНК связывается только с определенной аминокислотой.)

Далее происходит реакция между дипептидом и третьей аминокислотой, образуется трипептид. Рибосома смещается, трипептид связанный с тРНК оказывается в P-участке. Рибосома готова для принятия четвертого комплекса аа-тРНК.

Этап элонгации биосинтеза белка (т. е. последовательное присоединение аминокислот к полипептидной цепочки) продолжается до тех пор, пока на мРНК не встретится один из трех стоп-кодонов. Это УАА, УАГ, УГА. Для них не существует своих тРНК, но зато есть специальные факторы терминации, при присоединении которых к рибосоме происходит высвобождение синтезированного полипептида, субъединицы рибосомы расходятся, мРНК также высвобождается. Все это происходит на этапе терминации.

Первый метионин, соответствующий стартовому кодону, вырезается из белка. Внутри полипептида могут находится метионины, их также кодировал кодон АУГ, но поскольку перед этими кодонами не было кэпа и определенных последовательностей нуклеотидов, они не воспринимались системой биосинтеза белка как стартовые.

Часто по одной мРНК «ползут» несколько рибосом (друг за другом), каждая из которых синтезирует свою полипептидную цепь (но идентичные по последовательности аминокислот в готовом продукте). Такую совокупность рибосом называют полирибосомой, или полисомой.

Итак, если под биосинтезом белка понимать только процесс трансляции, то он будет включать три основных этапа: инициацию, элонгацию и терминацию.

Синтез белка Определение и примеры

Синтез белка
n., Множественное число: синтез белка
Определение: создание белка.

Синтез белка — это процесс создания белковых молекул. В биологических системах это включает синтез аминокислот, транскрипцию, трансляцию и посттрансляционные события. В синтезе аминокислот есть набор биохимических процессов, которые производят аминокислоты из источников углерода, таких как глюкоза.Не все аминокислоты производятся организмом; другие аминокислоты получают с пищей. В клетках генерируются белки с участием процессов транскрипции и трансляции. Короче говоря, транскрипция — это процесс, с помощью которого матрица мРНК транскрибируется из ДНК. Шаблон используется для следующего шага — перевода. При трансляции аминокислоты связаны друг с другом в определенном порядке, основанном на генетическом коде. После трансляции вновь образованный белок подвергается дальнейшей обработке, такой как протеолиз, посттрансляционная модификация и сворачивание белка.

Белки состоят из аминокислот, которые расположены упорядоченным образом. Узнайте, как клетка организует синтез белка с помощью РНК. Приглашаем вас присоединиться к нашей дискуссии на форуме: что делает мРНК в синтезе белка?

Определение синтеза белка

Синтез белка — схематическая диаграмма Синтез белка — это создание белков. В биологических системах это осуществляется внутри клетки.У прокариот он находится в цитоплазме. У эукариот это первоначально происходит в ядре, чтобы создать транскрипт (мРНК) кодирующей области ДНК. Транскрипт покидает ядро и достигает рибосом для трансляции в молекулу белка с определенной последовательностью аминокислот.

Синтез белка — это создание белков клетками с использованием ДНК, РНК и различных ферментов. Обычно он включает события транскрипции, трансляции и посттрансляционные события, такие как сворачивание белка, модификации и протеолиз.

Этимология

Термин белок происходит от позднегреческого prōteios , prōtos , что означает «первый». Слово синтез произошло от греческого sunthesis , от suntithenai , что означает «соединять». Вариант: биосинтез белка.

Прокариотический синтез в сравнении с синтезом эукариотических белков

Белки являются основным типом биомолекул, которые необходимы всем живым существам для процветания. И прокариоты, и эукариоты производят различные белки для различных процессов и функций.Некоторые белки используются для структурных целей, а другие действуют как катализаторы биохимических реакций. Синтезы прокариотических и эукариотических белков имеют явные различия. Например, синтез белка у прокариот происходит в цитоплазме. У эукариот первый этап (транскрипция) происходит в ядре. Когда транскрипт (мРНК) образуется, он попадает в цитоплазму, где расположены рибосомы. Здесь мРНК транслируется в аминокислотную цепь. В таблице ниже показаны различия между синтезом прокариотических и эукариотических белков.

Синтез прокариотического белка	Синтез эукариотического белка
Трансляция происходит еще до транскрипции концов мРНК	Транскрипция происходит с последующей трансляцией
За исключением архебактерий, образование мРНК бактерий не включает добавление cap и поли A-хвост	Образование мРНК включает добавление 5′-кэпа и поли-A-хвоста на 3′-конце транскрипта мРНК
Трансляция начинается с кодона AUG	Трансляция начинается через 5 ‘Cap, связывающий мРНК с рибосомной единицей в первом кодоне AUG
Инициирующие факторы: PIF-1, PIF-2, PIF-3	Инициирующие факторы: eIF1-6, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F

Генетический код

Аминокислотная таблица кодонов РНК.

В биологии кодон относится к тринуклеотидам, которые указаны для конкретной аминокислоты. Например, гуанин-цитозин-цитозин (GCC) кодирует аминокислоту аланин. Коды гуанин-урацил-урацил (GUU) для валина. Урацил-аденин-аденин (UAA) является стоп-кодоном. Кодон мРНК дополняет тринуклеотид (называемый антикодоном) в тРНК.

Что такое генетический код? «Генетический код — это система, которая сочетает в себе различные компоненты синтеза белка, такие как ДНК, мРНК, тРНК…» Наш эксперт по биологии на форуме ответил на другие часто задаваемые вопросы: Что делает мРНК в синтезе белка? Присоединяйтесь к нам сейчас!

мРНК, тРНК и рРНК

мРНК, тРНК и рРНК являются тремя основными типами РНК, участвующими в синтезе белка.МРНК (или информационная РНК) несет код для создания белка. У эукариот он образуется внутри ядра и состоит из 5′-кэпа, 5’UTR-области, кодирующей области, 3’UTR-области и поли (A) хвоста. Копия сегмента ДНК для экспрессии гена находится в его кодирующей области. Он начинается со стартового кодона на 5′-конце и стоп-кодона на 3′-конце.
тРНК (или РНК переноса), как следует из названия, переносит определенную аминокислоту на рибосому, которая будет добавлена к растущей цепи аминокислоты.Он состоит из двух основных сайтов: (1) антикодоновая рука и (2) акцепторная ножка . Плечо антикодона содержит антикодон, который комплементарен парам оснований с кодоном мРНК. Акцепторный стержень — это сайт, к которому прикрепляется определенная аминокислота (в этом случае тРНК с аминокислотой называется аминоацил-тРНК ). Пептидил-тРНК — это тРНК, которая удерживает растущую полипептидную цепь.
В отличие от первых двух, рРНК (или рибосомная РНК) не несет генетической информации.Скорее, он служит одним из компонентов рибосомы. Рибосома — это цитоплазматическая структура в клетках прокариот и эукариот, которые известны тем, что служат местом синтеза белка. Рибосомы можно использовать для определения прокариота от эукариота. У прокариот есть рибосомы 70S, тогда как у эукариот рибосомы 80S. Однако оба типа состоят из двух субъединиц разного размера. Субъединица большего размера служит рибозимом, который катализирует образование пептидной связи между аминокислотами.рРНК имеет три сайта связывания: сайты A, P и E. Сайт A (аминоацил) — это место стыковки аминоацил-тРНК. Сайт P (пептидил) — это место, где связывается пептидил-тРНК. Сайт E (выход) — это место, где тРНК покидает рибосому.

Этапы биосинтеза белка

Транскрипция

Транскрипция — это процесс, с помощью которого матрица мРНК, кодирующая последовательность белка в форме тринуклеотидного кода, транскрибируется из ДНК, чтобы обеспечить матрицу для трансляции с помощью фермент, РНК-полимераза.Таким образом, транскрипция рассматривается как первый этап экспрессии гена. Подобно репликации ДНК, транскрипция происходит в направлении 5 ‘→ 3’. Но в отличие от репликации ДНК, транскрипции не требуется праймер для запуска процесса, и вместо тимина урацил спаривается с аденином.
Этапы транскрипции следующие: (1) инициация, (2) выход промотора, (3) элонгация и (4) терминация. Первый шаг, инициация, — это когда РНК-полимераза с помощью определенных факторов транскрипции связывается с промотором ДНК.Это приводит к открытию (раскручиванию) ДНК в промоторной области, образуя транскрипционный пузырь . Сайт начала транскрипции в пузыре транскрипции связывается с РНК-полимеразой, в частности с РНК-полимеразой , инициирующей NTP , и , продолжающей NTP . Происходит фаза прерывистых циклов синтеза, приводящая к высвобождению коротких транскриптов мРНК (примерно от 2 до 15 нуклеотидов). На следующем этапе РНК-полимераза должна ускользнуть от промотора и вступить в стадию элонгации.Во время элонгации РНК-полимераза пересекает матричную цепь ДНК и пары оснований с нуклеотидами на матричной (некодирующей) цепи. В результате получается транскрипт мРНК, содержащий копию кодирующей цепи ДНК, за исключением тиминов, которые заменены урацилами. Сахарно-фосфатный остов формируется за счет РНК-полимеразы. Последний шаг — прекращение. Во время этой фазы водородные связи спирали РНК-ДНК разрываются. У эукариот транскрипт мРНК проходит дальнейшую обработку. Он проходит полиаденилирования , укупорки и сплайсинга .

Трансляция

Трансляция — это процесс, в котором аминокислоты связываются вместе в определенном порядке в соответствии с правилами, установленными генетическим кодом. Это происходит в цитоплазме, где расположены рибосомы. Он состоит из четырех фаз: (1) активация (аминокислота ковалентно связана с тРНК), (2) инициация (малая субъединица рибосомы связывается с 5′-концом мРНК с помощью факторов инициации), (3 ) элонгация (следующая аминоацил-тРНК в линии связывается с рибосомой вместе с GTP и фактором элонгации) и (4) терминация (сайт A рибосомы обращен к стоп-кодону).

Пост-трансляция

Следующим за синтезом белка являются события, например протеолиз и сворачивание белков. Протеолиз относится к расщеплению белков протеазами. Посредством этого из полипептида удаляются N-концевые, C-концевые или внутренние аминокислотные остатки. Посттрансляционная модификация относится к ферментативному процессингу полипептидной цепи после трансляции и образования пептидной связи. Концы и боковые цепи полипептида можно модифицировать, чтобы гарантировать правильную клеточную локализацию и функцию.Сворачивание белка — это сворачивание полипептидных цепей с принятием вторичных и третичных структур.

Помогла ли эта информация вам разобраться в теме? Есть вопросы? Как насчет того, чтобы услышать ответы непосредственно от нашего сообщества? Присоединяйтесь к нам на нашем форуме: что делает мРНК в синтезе белка? Давайте сделаем это весело и просто!

См. Также

Ссылки

Синтез белков. (2019). Получено из Элмхерста.Веб-сайт edu: http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/584proteinsyn.html
Protein Synthesis. (2019). Получено с веб-сайта Estrellamountain.edu: https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookPROTSYn.html
Protein Synthesis. (2019). Получено с веб-сайта Nau.edu: http://www2.nau.edu/lrm22/lessons/protein-synthesis/protein-synthesis.htm

6.4. Синтез белков — биология LibreTexts

Транскрипция

Транскрипция — это первая часть центральной догмы молекулярной биологии: ДНК → РНК . Это передача генетических инструкций ДНК на мРНК. Транскрипция происходит в ядре клетки. Во время транскрипции создается цепь мРНК, которая комплементарна цепи ДНК, называемой геном. Ген можно легко идентифицировать по последовательности ДНК. Ген содержит три основных участка: промотор, кодирующую последовательность (рамку считывания) и терминатор.Есть и другие части гена, которые показаны на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): основные компоненты гена. 1. промотор, 2. инициация транскрипции, 3. 5′-передняя нетранслируемая область, 4. сайт стартового кодона трансляции, 5. кодирующая белок последовательность, 6. область стоп-кодона трансляции, 7. 3′-нижняя нетранслируемая область и 8. терминатор. .

Шаги транскрипции

Транскрипция происходит в три этапа, называемых инициацией, удлинением и прекращением.Шаги показаны на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

Инициация — это начало транскрипции. Это происходит, когда фермент РНК-полимераза связывается с участком гена, который называется промотором . Это дает сигнал ДНК раскручиваться, чтобы фермент мог «прочитать» основания в одной из цепей ДНК. Фермент готов к созданию цепи мРНК с комплементарной последовательностью оснований. Промотор не является частью образующейся мРНК
Элонгация — это добавление нуклеотидов к цепи мРНК.
Окончание — это окончание транскрипции. Когда РНК-полимераза транскрибирует терминатор, он отделяется от ДНК. После этого шага цепь мРНК завершена. Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Транскрипция происходит в три этапа — инициация, удлинение и завершение

Обработка мРНК

У эукариот новая мРНК еще не готова к трансляции. На этом этапе она называется пре-мРНК, и она должна пройти дополнительную обработку, прежде чем покинет ядро в виде зрелой мРНК.Обработка может включать добавление 5 ‘крышки, сращивание, редактирование и 3’ хвоста полиаденилирования (поли-A). Эти процессы по-разному модифицируют мРНК. Такие модификации позволяют использовать один ген для производства более чем одного белка. Смотрите рисунок \ (\ PageIndex {5} \), как вы читаете ниже:

5′-кэп защищает мРНК в цитоплазме и помогает прикреплять мРНК к рибосоме для трансляции.
Сплайсинг удаляет интроны из кодирующей белок последовательности мРНК. Интроны — это области, которые не кодируют белок. Оставшаяся мРНК состоит только из областей, называемых экзонов , которые кодируют белок.
Редактирование изменяет некоторые нуклеотиды в мРНК. Например, человеческий белок APOB, который помогает транспортировать липиды в крови, имеет две разные формы из-за редактирования. Одна форма меньше другой, потому что редактирование добавляет более ранний стоп-сигнал в мРНК.
Полиаденилирование добавляет «хвост» к мРНК.Хвост состоит из цепочки As (адениновых оснований). Он сигнализирует об окончании мРНК. Он также участвует в экспорте мРНК из ядра и защищает мРНК от ферментов, которые могут ее разрушить.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Сплайсинг удаляет интроны из мРНК. Зрелая мРНК транслируется в белок.

Перевод

Перевод — вторая часть центральной догмы молекулярной биологии: РНК -> Белок . Это процесс, в котором генетический код в мРНК считывается для создания белка.Перевод показан на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). После того, как мРНК покидает ядро, она перемещается на рибосому, которая состоит из рРНК и белков. Трансляция происходит на рибосомах, плавающих в цитозоле, или на рибосомах, прикрепленных к грубому эндоплазматическому ретикулуму. Рибосома считывает последовательность кодонов в мРНК, а молекулы тРНК доставляют аминокислоты к рибосоме в правильной последовательности.

Чтобы понять роль тРНК, вам нужно больше узнать о ее структуре.Каждая молекула тРНК имеет антикодон для содержащейся в ней аминокислоты. Антикодон комплементарен кодону аминокислоты. Например, аминокислота лизин имеет кодон AAG, поэтому антикодон — UUC. Следовательно, лизин будет переноситься молекулой тРНК с антикодоном UUC. Где бы ни появлялся кодон AAG в мРНК, временно связывается антикодон UUC тРНК. Связываясь с мРНК, тРНК отдает свою аминокислоту. С помощью рРНК между аминокислотами образуются связи, когда они одна за другой доставляются к рибосоме, образуя полипептидную цепь.Цепочка аминокислот продолжает расти, пока не будет достигнут стоп-кодон.

Рибосомы, которые только что состоят из рРНК (рибосомальной РНК) и белка, были классифицированы как рибозимы, потому что рРНК обладает ферментативной активностью. РРНК важна для активности пептидилтрансферазы, связывающей аминокислоты. Рибосомы состоят из двух субъединиц — рРНК и белка. Большая субъединица имеет три активных сайта, называемых сайтами E, P и A. Эти сайты важны для каталитической активности рибосом.

Так же, как и в случае синтеза мРНК, синтез белка можно разделить на три фазы: инициация, удлинение и завершение.Помимо матрицы мРНК, в процесс трансляции вносят вклад многие другие молекулы, такие как рибосомы, тРНК и различные ферментативные факторы

Инициирование трансляции: Маленькая субъединица связывается с сайтом выше (на 5′-стороне) начала мРНК. Он продолжает сканировать мРНК в направлении 5 ‘-> 3’, пока не встретит кодон START (AUG). Прикрепляется большая субъединица, и тРНК инициатора, несущая метионин (Met), связывается с сайтом P на рибосоме.

Удлинение трансляции: Рибосома сдвигает один кодон за раз, катализируя каждый процесс, который происходит в трех сайтах. На каждом этапе заряженная тРНК входит в комплекс, полипептид становится на одну аминокислоту длиннее, а незаряженная тРНК уходит. Энергия каждой связи между аминокислотами происходит от GTP, молекулы, подобной АТФ. Вкратце, рибосомы взаимодействуют с другими молекулами РНК, образуя цепочки аминокислот, называемые полипептидными цепями, из-за пептидной связи, которая образуется между отдельными аминокислотами.Внутри рибосомы в процессе трансляции участвуют три сайта: A, P и E. Удивительно, но аппарату трансляции E. coli требуется всего 0,05 секунды для добавления каждой аминокислоты, а это означает, что полипептид из 200 аминокислот может быть транслирован всего за 10 секунд.

Прекращение трансляции : Прекращение трансляции происходит, когда встречается стоп-кодон (UAA, UAG или UGA) (см. Рисунок \ (\ PageIndex {7} \).) Когда рибосома встречает стоп-кодон, растущий полипептид высвобождается с помощью различных рилизинг-факторов субъединицы рибосомы диссоциируют и покидают мРНК.После завершения трансляции многих рибосом мРНК разрушается, поэтому нуклеотиды можно повторно использовать в другой реакции транскрипции.

Protein Synthesis — The Definitive Guide

Definition

Синтез белка — это процесс, в котором полипептидные цепи образуются из кодированных комбинаций отдельных аминокислот внутри клетки. Синтез новых полипептидов требует кодированной последовательности, ферментов и мессенджеров, рибосомных и переносящих рибонуклеиновых кислот (РНК). Синтез белка происходит в ядре и рибосомах клетки и регулируется ДНК и РНК.

Синтез белка

Этапы синтеза белка

Этапы синтеза белка имеют двоякий характер. Во-первых, код белка (цепочка аминокислот в определенном порядке) должен быть скопирован из генетической информации, содержащейся в ДНК клетки. Этот начальный этап синтеза белка известен как транскрипция.

Транскрипция производит точную копию участка ДНК. Эта копия известна как информационная РНК (мРНК), которая затем должна транспортироваться за пределы ядра клетки, прежде чем может начаться следующий этап синтеза белка.

Клетка эукариот. Обратите внимание на рибосомы на RER

. Второй этап синтеза белка — это трансляция. Трансляция происходит внутри клеточной органеллы, называемой рибосомой. Информационная РНК проникает в рибосому и соединяется с ней под влиянием рибосомальной РНК и ферментов. Трансферная РНК (тРНК) — это молекула, которая несет одну аминокислоту и кодированную последовательность, которая действует как ключ. Этот ключ вписывается в определенную последовательность из трех кодов на мРНК, обеспечивая правильную аминокислоту.Каждый набор из трех азотистых оснований мРНК называется кодоном.

Перевод и транскрипция будут объяснены более подробно далее. Чтобы синтез белка был простым, нам сначала нужно знать основы.

Полипептиды и белки

Результатом синтеза белка является цепочка аминокислот, которые были присоединены, звено за звеном, в определенном порядке. Эта цепь называется полимером или полипептидом и построена в соответствии с кодом на основе ДНК. Вы можете представить полипептидную цепь в виде бусинок, каждая из которых играет роль аминокислоты.Порядок, в котором нанизаны бусины, скопирован из инструкций в нашей ДНК.

Как бусы на ожерелье

Говоря о синтезе белков, важно проводить различие между полипептидными цепями и белками. Все белки являются полипептидами, но не все полипептиды являются белками; однако и белки, и полипептиды состоят из мономеров аминокислот.

Разница между белком и полипептидом заключается в форме. Меньшие цепи аминокислот — обычно менее сорока — остаются одноцепочечными цепями и называются полипептидами.Цепи большего размера должны упаковываться более плотно; они складываются в фиксированные структуры — вторичные, третичные и четвертичные. Сворачивание полипептидной цепи называется белком.

Полипептидные цепи образуются в процессе трансляции синтеза белка. Эти полипептиды могут складываться или не складываться в белки на более поздней стадии. Однако термин «синтез белка» используется даже в научном сообществе и не является неправильным.

Уровни структуры белка

Понять синтез белка легко, если представить нашу ДНК как книгу рецептов.В этой книге перечислены инструкции, которые показывают клетке, как создавать каждую крошечную часть каждой системы, органа и ткани в нашем теле. Все эти отдельные части представляют собой полипептиды. От кератина в волосах и ногтях до гормонов, циркулирующих в кровотоке, полипептиды и белки являются краеугольным камнем любой структуры. Наша ДНК не кодирует липиды или углеводы — она кодирует только полипептиды.

Фермент РНК-полимераза открывает книгу рецептов ДНК, которая находится внутри ядра клетки.Он использует определенные фрагменты кода в качестве закладок для поиска нужной страницы. Эта книга рецептов написана на иностранном языке — мРНК копирует написанное, не понимая этого. Рецепты переведены на язык, который другие молекулы могут расшифровать на более позднем этапе. Трансляторами выступают рибосомы и тРНК. Они читают рецепт и могут собрать нужные ингредиенты и в правильном порядке сделать готовый полипептидный продукт.

Сначала необходимо транслировать рецепт белка.

Последовательности ДНК

В ядре две цепи ДНК удерживаются вместе азотистыми основаниями (также называемыми азотистыми основаниями или основаниями).Четыре основания — цитозин, гуанин, аденин и тимин — образуют буквы слов в книге рецептов ДНК.

Одна нить ДНК содержит исходный код. Если внимательно следовать инструкциям этого кода, конкретный правильный полипептид может быть собран вне ядра. Вторая цепь ДНК — цепочка-матрица — является зеркальным отображением исходной цепи. Это должно быть зеркальное отображение, поскольку азотистые основания могут присоединяться только к комплементарным партнерам. Например, цитозин соединяется только с гуанином, а тимин — только с аденином.

Соответствующие пары азотистых оснований

Вы, вероятно, встречали такие коды, как CTA, ATA, TAA и CCC в различных учебниках биологии. Если это кодоны (наборы из трех оснований) исходной цепи ДНК, цепочка матрицы будет прикрепляться к ним с помощью своих партнеров. Таким образом, используя данные примеры, матричная ДНК будет прикрепляться к исходной цепи ДНК с использованием GAT, TAT, ATT и GGG.

Информационная РНК затем копирует цепочку матрицы. Это означает, что в итоге создается точная копия исходной пряди.Единственное отличие состоит в том, что мРНК заменяет тимин основанием, называемым урацилом. Копия мРНК цепи матрицы с использованием данных примеров будет читаться как CUA, AUA, UAA и CCC.

Основания в ДНК и РНК

Эти коды могут быть прочитаны путем переноса РНК за пределы ядра; рецепт можно понять по молекуле, которая не полностью понимает язык, использованный в оригинале (она не понимает тимин, только урацил). Передача РНК помогает доставить нужные части на конвейер рибосомы.Там строится белковая цепь, которая соответствует инструкциям в исходной цепи ДНК.

Участники синтеза белка

Чтобы скопировать фрагмент кода (транскрипция), нам нужны ферменты, называемые РНК-полимеразами. Эти ферменты собирают свободно плавающие молекулы информационной РНК (мРНК) внутри ядра и собирают их, чтобы сформировать буквы кода. Каждая буква кода ДНК имеет свой собственный ключ, и каждая новая буква, образованная мРНК, несет в себе блокировку, которая соответствует этому ключу, наподобие тРНК.

Обратите внимание, что мы говорим о письмах. Это важно. Внутри ядра код ДНК не понимается, его просто копируют — транскрибируют. Понимание кода путем написания слов, образованных этими буквами, — перевод — происходит на более позднем этапе.

Копирование деталей без их понимания — транскрипция РНК-полимераза

должна найти и перенести соответствующую молекулу мРНК для каждого азотистого основания на цепи матрицы. Выбранные молекулы мРНК соединяются вместе, образуя цепочку букв.В конце концов, эти буквы составят эквивалент фразы. Каждая фраза представляет собой конкретный (полипептидный) продукт. Если рецепт не соблюдается в точности, конечный продукт может быть совершенно другим или работать не так, как должен.

РНК-мессенджер теперь стала кодом. Он переходит к следующей группе важных участников, которые работают на производственных предприятиях. Рибосомы находятся вне ядра клетки, либо в цитоплазме клетки, либо прикреплены к шероховатой эндоплазматической сети; именно рибосомы делают эндоплазматический ретикулум «шероховатым».

Рибосома разделена на две части, и нить мРНК проходит через нее, как лента в старинной пишущей машинке. Рибосома распознает и соединяется со специальным кодом в начале переведенной фразы — стартовым кодоном. Молекулы переносящей РНК попадают в рибосому, неся с собой отдельные ингредиенты. Как и во всех этих процессах, для соединения необходимы ферменты.

Старые пишущие машинки помогают нам понять, как работает перевод.

Если каждый кодон мРНК имеет замок, тРНК обладает ключами.Ключ тРНК для кодона мРНК называется антикодоном. Когда молекула тРНК содержит ключ, соответствующий трехосновному коду, она может открыть дверь, сбросить свою нагрузку (аминокислоту) и покинуть фабрику рибосом, чтобы собрать еще одну аминокислотную нагрузку. Это всегда будет аминокислота того же типа, что и антикодон.

Информационная РНК перемещается по рибосоме, как по конвейерной ленте. В следующем кодоне другая молекула тРНК (с правильным ключом) приносит следующую аминокислоту. Эта аминокислота связывается с предыдущей.Начинает формироваться цепочка связанных аминокислот — полипептидная цепь. После завершения эта полипептидная цепь представляет собой точный конечный продукт, произведенный в соответствии с инструкциями в книге рецептов ДНК. Не пирог или пирог, а полипептидная цепочка.

Готовый продукт, готовый к использованию

Об окончании процесса трансляции кода мРНК сигнализирует стоп-кодон. Стартовый и стоп-кодоны не кодируют аминокислоты, но сообщают тРНК и рибосоме, где полипептидная цепь должна начинаться и заканчиваться.

Готовый продукт — вновь синтезированный полипептид — попадает в цитоплазму.Оттуда он может путешествовать туда, где это необходимо.

Сайт синтеза белка

Сайт синтеза белка двоякий. Транскрипция (копирование кода) происходит в ядре клетки, где расположена ДНК. Как только мРНК-копия небольшого участка ДНК создана, она проходит через ядерные поры в цитоплазму клетки. В цитоплазме нить мРНК будет двигаться к свободной рибосоме или рибосоме, прикрепленной к грубому эндоплазматическому ретикулуму. Затем можно начинать следующий этап синтеза белка — трансляцию.

Новые роли рибосом

Средняя клетка млекопитающего содержит более десяти миллионов рибосом. Раковые клетки могут производить до 7500 рибосомных субъединиц (малых и больших) каждую минуту. Как фабрика по производству полипептидов, существование, развитие и функции каждого живого организма зависят от рибосомы.

Функция рибосомы

Ранее считалось, что эукариотические рибосомы играют только эффекторные роли в синтезе белка (вызывают эффект — новый белок).Однако недавние исследования теперь показывают, что рибосомы также регулируют процесс трансляции. Они играют роль в принятии решения о том, какие белки производятся и в каких количествах. Успех и результаты трансляции зависят не только от наличия свободных аминокислот и ферментов — они также зависят от качества рибосом.

Транскрипция в синтезе белка

Процесс транскрипции — это первая стадия синтеза белка. На этом этапе генетическая информация передается от ДНК к рибосомам цитоплазмы или грубому эндоплазматическому ретикулуму.Транскрипция делится на три фазы: инициация, удлинение и завершение.

Транскрипция в ядре, трансляция без инициации

Для инициации требуются две специальные группы белков. Первая группа — это факторы транскрипции — они распознают промоторные последовательности в ДНК. Последовательность промотора — это часть кода, находящаяся в начале одного гена, которая показывает, где должен начаться процесс копирования и в каком направлении этот код следует читать. Промотор работает примерно так же, как стартовый кодон на мРНК.

Вторая группа белков, необходимая для инициации транскрипции, состоит из ДНК-зависимых РНК-полимераз (РНКП). Молекула РНК-полимеразы связывается с промотором. Как только это соединение установлено, двухцепочечная ДНК раскручивается и раскрывается (расстегивается).

РНК-полимераза = застежка-молния

Соединенные основания удерживают две цепи ДНК в форме двойной спирали. Когда две нити расстегнуты, отдельные и теперь не связанные базы остаются открытыми. Процесс распаковки повторяется вдоль участка ДНК с помощью РНКП до тех пор, пока не будет достигнута точка остановки транскрипции или терминатор.Таким образом, инициация включает распознавание промоторной последовательности и распаковку участка ДНК под влиянием факторов транскрипции и РНК-полимераз.

РНК-полимераза разделяет основания ДНК

Элонгация

Следующая фаза в процессе транскрипции — элонгация. Когда кодированная последовательность открыта, RNAP могут считывать каждое отдельное основание аденина, гуанина, цитозина или тимина на цепи-шаблоне и соединять с ним правильное основание-партнер. Важно помнить, что РНК не может воспроизводить тимин и заменяет его азотистым основанием, известным как урацил.

Если, например, короткая последовательность ДНК на матричной цепи представлена CAGTTA или цитозин-аденин-гуанин-тимин-тимин-аденином, RNAP будет связывать правильные партнерские основания, полученные из популяций свободно плавающих оснований в ядре. . В этом примере РНК-полимераза будет присоединять гуаниновое основание к цитозину, урацил к аденину, цитозин к гуанину и аденин к тимину с образованием цепи матричной РНК с кодированной азотистой последовательностью оснований G-U-C-A-A-U. Этот процесс повторяется до тех пор, пока фермент RNAP не обнаружит завершающую его последовательность генетического кода — терминатор.

Фазы транскрипции

Терминация

Когда RNAP обнаруживают терминаторную последовательность, происходит финальная фаза транскрипции — терминация. Цепочка РНКП отсоединяется от ДНК, и в результате получается цепочка информационной РНК. Эта мРНК несет в себе код, который в конечном итоге будет указывать тРНК, какие аминокислоты передать рибосоме.

Информационная РНК покидает ядро через ядерные поры в основном за счет диффузии, но иногда требуется помощь ферментов-переносчиков и АТФ, чтобы достичь места назначения.

Процесс трансляции в синтезе белка

В процессе трансляции малые и большие субъединицы рибосомы замыкаются на цепи мРНК, свободно захватывая ее внутри. Рибосомы упорядочивают нить в кодоны или наборы из трех азотистых основных букв. Это потому, что код отдельной аминокислоты — самой основной формы белка — представляет собой трехбуквенный код азотистых оснований.

Поскольку рибосомы распознают части кода, мы можем сказать, что они его понимают. Беспорядок скопированных букв, созданный на этапе транскрипции, можно прочитать и понять на этапе перевода.

Код можно понять только во время трансляции.

Например, код GGU, GGC, GGA и GGG для аминокислоты, известной как глицин. Большинство аминокислот имеют несколько кодов, так как это снижает вероятность ошибок — если РНК-полимераза случайно связывает аденин вместо цитозина с GG, это не имеет значения. И GGC, и GGA кодируют одну и ту же аминокислоту. Вы можете увидеть список кодонов мРНК для двадцати заменимых аминокислот здесь.

Есть только один стартовый кодонный код — AUG. Три кодона — TAA, TAG и TGA — представляют собой стоп-кодоны.Ни стартовый, ни стоп-кодоны не соответствуют коду аминокислоты; они не кодируют. На этом круге кодонов четко обозначены одиночный стартовый и три стоповых кодона.

Колесо кодонов

Когда кодон становится видимым — после того, как предыдущий кодон был связан с аминокислотой — часть молекулы транспортной РНК помещается в кодон мРНК. Этот «ключ» называется антикодоном. РНК-переносчик выполняет две функции — прикрепляться к аминокислоте за пределами рибосомы и размещать эту аминокислоту в нужное время и в нужном положении на цепи мРНК внутри рибосомы.

От десятков до тысяч молекул транспортной РНК образуют полипептидную цепь. Титин или коннектин — самая большая молекула белка и содержит около 33 000 аминокислот. Самый маленький функциональный полипептид — это глутатион — всего три аминокислоты. Чтобы произвести глутатион, сначала рибосома и тРНК должны прочитать стартовый кодон (три основания), затем прочитать первый кодон, кодирующий белок (три основания), второй (три основания), третий (три основания) и стоп-кодон. (три базы). Рецепты (последовательности) кодирующей ДНК и мРНК для глутатиона содержат девять оснований.В этом рецепте могут быть или не быть дополнительных участков некодирующей ДНК. Некодирующие последовательности не производят аминокислот.

Как и в случае с процессом транскрипции, трансляция внутри рибосомы также разделяется на три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

Пора разобраться в коде

Инициирование включает распознавание рибосомой стартового кодона мРНК. Элонгация относится к процессу, при котором рибосома перемещается по транскрипту мРНК, распознавая и обнажая отдельные кодоны, так что тРНК может доставить нужные аминокислоты.Антикодоновое плечо тРНК прикрепляется к соответствующему кодону мРНК под действием рибосомных ферментов.

Наконец, терминация происходит, когда рибосома распознает стоп-кодон мРНК; завершенная полипептидная цепь затем высвобождается в цитоплазму. Он отправляется туда, где это необходимо — внутрь клетки или в другие ткани, покидая клеточную мембрану посредством экзоцитоза.

Многие полипептиды покидают клетку в результате экзоцитоза

Тест

Библиография

Показать / Скрыть

Barna M.(2013). Рибосомы берут на себя управление. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , 110 (1), 9–10. https://doi.org/10.1073/pnas.1218764110
Hatfield DL, Lee JL, Pirtle RM (Ed). (2018). Переносная РНК в синтезе белка, Бока-Ратон (Флорида), CRC Press.
Rodwell, VW, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Weil PA. (2018). Harper’s Illustrated Biochemistry, тридцать первое издание. Нью-Йорк, McGraw Hill Professional.
Vargas DY, Raj A, Marras SAE, Kramer FR, Tyagi S.(2005). Механизм транспорта мРНК в ядре. Труды Национальной академии наук . Ноя 2005, 102 (47) 17008-17013; DOI: 10.1073 / pnas.0505580102

Синтез белка: обзор

Синтез белка — это жизненно важный процесс, который происходит внутри клеток, поскольку он является важным механизмом для определения структуры и функции клетки. Процесс состоит из двух этапов: транскрипции и перевода.

Синтез белков.Кредит изображения: Soleil Nordic / Shutterstock.com

Первый этап включает синтез матричной РНК (мРНК), которая затем покидает ядро и перемещается в цитоплазму, где прикрепляется к рибосоме. На этом этапе начинается второй этап трансляции, когда генетический код молекулы мРНК считывается и используется для создания определенного белка. Ниже мы подробно обсудим эти два этапа.

Транскрипция

Первая стадия транскрипции включает перенос генетически закодированных инструкций из ДНК в мРНК.Цель этого этапа — взять информацию, хранящуюся в ДНК, и скопировать ее, чтобы ее можно было использовать для создания определенного белка. Во время фазы транскрипции цепь мРНК синтезируется, чтобы дополнить определенный сегмент ДНК. Это происходит в три этапа.

Первый — это этап инициации, который представляет собой начало процесса транскрипции. Здесь ферментная РНК-полимераза обнаруживает и связывается с известной областью гена, которая называется «промотором». Как только связывание произошло, это дает сигнал ДНК начать раскручивание, позволяя ферменту считывать основания одной из своих цепей.После завершения фермент может синтезировать цепь мРНК, состоящую из тех же оснований последовательности.

Далее начинается стадия элонгации, когда нуклеотиды добавляются к цепи мРНК. Наконец, как только этот этап завершен, начинается заключительный этап прекращения действия. Терминация — это конец транскрипции, когда синтез нити мРНК завершается и отделяется от ДНК.

У человека и других эукариот вновь созданная мРНК должна быть обработана, прежде чем она сможет перейти на вторую стадию синтеза белка, трансляцию.Перед процессингом новая мРНК известна как пре-мРНК, а перед тем, как покинуть ядро, зрелая мРНК должна пройти заключительную стадию процессинга. Часто это включает этапы сращивания, редактирования и полиаденилирования. На этих этапах пре-мРНК модифицируется, что позволяет использовать один единственный ген для создания нескольких белков. Ниже мы рассмотрим эти шаги более подробно.

Сплайсинг основан на рибонуклеопротеинах, обнаруженных в ядре, и включает удаление участков генетического кода, известных как интроны, из пре-мРНК.В результате в пре-мРНК остаются только белковые кодирующие области, известные как экзоны.

Второй этап обработки — этап редактирования. Здесь происходят изменения в некоторых нуклеотидах пре-мРНК. Это редактирование позволяет существовать различным версиям одного белка, например человеческого белка APOB, который имеет две формы в результате редактирования и работает в организме, транспортируя липиды в крови.

Заключительный этап переработки — полиаденилирование. Здесь к мРНК добавляется хвост из адениновых оснований.Добавление этого «хвоста» сигнализирует об окончании мРНК, а также защищает ее от ферментов, которые могут попытаться разрушить ее после того, как она будет экспортирована из ядра.

Перевод

Трансляция — вторая часть синтеза белка. После завершения транскрипции и последующей обработки начинается перевод. Именно здесь считывается генетический код вновь созданной мРНК и используется для производства белков. Как только мРНК покидает ядро, она перемещается к рибосоме. Здесь рибосома считывает цепь кодонов мРНК, а затем тРНК транспортирует соответствующие аминокислоты к рибосоме в точной последовательности.

Каждая молекула тРНК имеет антикодон, специфичный для аминокислоты, которую она несет. Каждый антикодон имеет дополнительный кодон для конкретной аминокислоты. Это позволяет тРНК транспортировать правильные аминокислоты в правильном порядке, как это закодировано на мРНК. Как только тРНК достигает мРНК с правильной аминокислотой, она временно связывается с ней и отдает свою аминокислоту, которая связывается с ранее добавленной аминокислотой в полипептидной цепи. Эта цепь продолжает расти до тех пор, пока не появится стоп-кодон.

От ДНК к белку — 3D Играть

Сводка по синтезу белка

Синтез белка — это важный процесс, который регулярно происходит внутри клеток. Этот процесс используется для создания новых белков, которые используются для различных жизненно важных функций организма. Процесс включает в себя две стадии транскрипции и трансляции, с необходимостью обработки между этими двумя стадиями.

Во-первых, транскрипция передает генетическую информацию от ДНК к мРНК посредством инициации, удлинения и терминации.После этого вновь созданная мРНК покидает ядро и прикрепляется к рибосоме в цитоплазме. Вот тут-то и начинается перевод. На этом этапе считываются генетические данные, в результате чего тРНК транспортирует правильную последовательность аминокислот к рибосоме, создавая полипептидную цепь. Наконец, полипептидная цепь может пройти заключительную обработку для получения готового белка.

Источники:

Добсон, К., 2003. Сворачивание и неправильная укладка белков. Nature , 426 (6968), стр.884-890. https://www.nature.com/articles/nature02261
Rötig, A., 2011. Заболевания человека с нарушением синтеза митохондриального белка. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Bioenergetics , 1807 (9), стр.1198-1205. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272811001526
Ванзи, Ф., 2003. Синтез белка отдельными рибосомами. РНК , 9 (10), стр.1174-1179. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1370481/

Дополнительная литература

Синтез белков — Химическая энциклопедия

Автор фотографии: mark huls

Для функционирования живых клеток нет более важной задачи, чем синтез белков.Поскольку белки выполняют так много разных задач, механизм их синтеза сложен. Есть несколько этапов участвует в процессе синтеза, включая транскрипцию и перевод.

Транскрипция

Основная роль дезоксирибонуклеиновой кислоты ( ДНК ) направлять синтез белков. Однако ДНК находится в ядро клетки, и

Рисунок 1.Синтез белка требует транскрипции (показано слева сторону рисунка) и перевод (показан справа от фигура).

синтез белка происходит в клеточных структурах, называемых рибосомы , обнаруженный вне ядра. Процесс, посредством которого генетическая информация передача из ядра в рибосомы называется транскрипцией. Во время транскрипции синтезируется цепь рибонуклеиновой кислоты (РНК).Эта информационная РНК (мРНК) комплементарна той части ДНК, которая направил его — он имеет дополнительный нуклеотид в каждой точке цепь.

Специализированный белок, называемый ферментом, контролирует транскрипцию. Фермент под названием РНК-полимераза присутствует во всех ячейках; эукариотические клетки есть три типа этого фермента. В ДНК есть участок, называемый промотором. регион, который определяет сайты, где начинается транскрипция, и должен быть распознается одной субъединицей РНК-полимеразы, называемой сигма (σ) фактор.Признание между промоутером и σ-фактор помогает регулировать, как часто конкретный ген расшифровано. После связывания полимераза инициирует построение мРНК. (или другие молекулы РНК).

Инициирование синтеза новой молекулы РНК не всегда приводит к полный синтез. После того, как были нанизаны примерно десять нуклеотидов вместе, происходит непрерывное добавление дополнительных пар оснований легче в процессе, называемом удлинением.Скорость добавления новых нуклеотидов замечательно — от двадцати до пятидесяти нуклеотидов на вторую можно добавлять при температуре тела.

В конце концов, процесс удлинения должен прекратиться. Есть определенные последовательности нуклеотидов, которые останавливают удлинение, этот процесс называется прекращением. Часто, завершение происходит, когда вновь образованный участок РНК возвращается в петлю. Сама в плотном образовании называется шпилькой. Как только структура шпильки сформировался, последний компонент представляет собой цепочку урацил остатки.

После того, как произошла транскрипция, продуцируемая мРНК не обязательно готов направить последующий синтез белка. В зависимости от типа клетки, сегменты нуклеотидов могут быть удалены или добавлены перед собственно процесс синтеза имеет место. Этот тип посттранскрипционный процессинг часто происходит в клетках человека.

Перевод

После того, как мРНК синтезирована и, возможно, модифицирована, следующий этап: синтез белка, трансляция.Для этого этапа дополнительно формы РНК необходимы.

Трансферная РНК (тРНК) играет роль переноса аминокислоты к сайт синтеза на рибосоме. Молекулы тРНК относительно малы, с около семидесяти пяти нуклеотидов в одной цепи. Они образуют несколько петли, одна из которых является антикодоном, серия из трех остатков, комплементарен кодону, присутствующему в мРНК (рис. 2). Противоположный конец тРНК — это место, где связана аминокислота.Правильная привязка аминокислота для конкретной тРНК не менее важна, чем антикодон в обеспечении того, чтобы правильная аминокислота была включена в полипептид что синтезируется. Существуют разные молекулы тРНК для каждого из двадцать аминокислот, присутствующих в живых системах; некоторые аминокислоты имеют более одной тРНК, несущей их к сайту синтеза.

Когда начинается трансляция, мРНК образует комплекс с рибосомой, чтобы сформировать сборочная площадка.Этот комплекс требует помощи белков, называемых факторы инициации, поэтому наличие мРНК не означает, что белок всегда будет синтезироваться. Первая тРНК, участвующая в инициация всегда несет одну и ту же аминокислоту, метионин. Когда белок полностью синтезируется, этот исходный метионин часто удаленный.

При наличии исходного метионина другая тРНК с ее аминокислотой присоединяется к сайту сборки, как это диктуется кодоном на мРНК.С двумя присутствуют аминокислоты, может образовываться пептидная связь, и полипептид может начать формирование. Новая аминокислота добавляется к углеродному концу полипептид (C-конец) с пептидной связью, образующейся между C-O полипептида и амина новой аминокислоты. Эта структурная специфичность обеспечивается природой связывания между амино кислота и тРНК. Несвязанная часть аминокислоты Комплекс тРНК представляет собой амин.

В конечном итоге удлинение требует повторения нескольких шагов: (1) Комплексы тРНК-аминокислоты должны быть образованы. (2) Этот комплекс должен связывать к сайту сборки мРНК-рибосомы. Правильная аминокислота обеспечивается соответствие антикодона тРНК кодону мРНК. (3) A пептидная связь образуется между новой аминокислотой и растущим полипептидная цепь. (4) Аминокислота расколотый от тРНК, которая может быть возвращена в цикл, чтобы сформировать другой комплекс с аминокислота для последующего синтеза.(5) Растущий полипептид образует волокнистый усик. (6) Рибосома движется по мРНК, повторное открытие сайта инициации для дополнительного синтеза белка. В этом Таким образом, белки синтезируются несколькими рибосомами, действующими на одну и ту же мРНК. молекула.

Структура рибосомы играет важную роль в этом удлинении. процесс. Для проведения синтеза должны быть доступны два сайта. Один сайт, называемый P-сайтом (для пептида), является местом роста (или зарождения) полипептид расположен.Рядом с этим местом находится другое место, где тРНК с

Рисунок 2. Молекула тРНК. тРНК переносит аминокислоту на синтез сайт на рибосоме.

его новая аминокислота может связываться. Этот сайт называется сайтом A (для амино кислота, которая доставляется туда вместе с тРНК).

Как и в случае с удлинением мРНК, отмеченным ранее, каким-то образом появляющийся полипептид должен перестать добавлять аминокислоты.Прекращение Фактически часть кодирования присутствует в кодонах. Три специфических кодона известны как стоп-коды, и когда они присутствуют в мРНК, удлинение остановлен.

Несмотря на общую сложность этого процесса, он происходит с поразительной точность. Уровень ошибки составляет примерно одну на каждые 10 000 аминокислот. Используя процессы транскрипции и перевода, тело производит удивительное количество и разнообразие белков.

Процессы транскрипции и перевода обеспечивают правильную первичную структура белка. Белок должен сворачиваться, чтобы получить правильный вторичные и третичные структуры. Сворачивание белков остается активным область исследований.

Медицинские приложения

Синтез белка имеет решающее значение для роста клеток; лекарства, которые работают убивая клетки, часто нацелены на этот процесс. Большинство антибиотиков работают нарушив процесс перевода.Тетрациклин — это антибиотик, который ингибирует связывание тРНК с сайтом сборки. Стрептомицин работает, заставляя процесс перевода делать больше ошибок, чем обычно — одна ошибка на каждые 100 аминокислот. Белки при этом многие ошибки не способны выполнять свои задачи, и клетки (в данном случае бактерии) погибают. Стрептомицин также подавляет инициирование процесса синтеза.

Библиография

Адамс, Р.L. P .; Ноулер, Дж. Т .; и лидер, Д. П. (1992). Биохимия нуклеиновых кислот. Нью-Йорк: Чепмен и Холл.

Дарнелл, Дж. Э. младший (1985). «РНК». Scientific American 253 (4): 68–78.

Лейк, Дж. А. (1981). «Рибосома». Scientific American 245 (2): 84–97.

Другие статьи, которые могут вам понравиться:

Синтез белков — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Объясните, как генетический код, хранящийся в ДНК, определяет белок, который будет образовывать
Опишите процесс транскрипции
Опишите процесс перевода
Обсудить функцию рибосом

Ранее упоминалось, что ДНК обеспечивает «план» структуры и физиологии клетки.Это относится к тому факту, что ДНК содержит информацию, необходимую клетке для построения одного очень важного типа молекулы: белка. Большинство структурных компонентов клетки состоят, по крайней мере частично, из белков, и практически все функции, которые выполняет клетка, выполняются с помощью белков. Один из наиболее важных классов белков — это ферменты, которые помогают ускорить необходимые биохимические реакции, происходящие внутри клетки. Некоторые из этих критических биохимических реакций включают построение более крупных молекул из более мелких компонентов (например, происходит во время репликации ДНК или синтеза микротрубочек) и расщепление более крупных молекул на более мелкие компоненты (например, при сборе химической энергии из молекул питательных веществ).Каким бы ни был клеточный процесс, в нем почти наверняка участвуют белки. Подобно тому, как геном клетки описывает полный набор ДНК, протеом клетки — это полный набор белков. Синтез белка начинается с генов. Ген — это функциональный сегмент ДНК, который предоставляет генетическую информацию, необходимую для создания белка. Каждый конкретный ген обеспечивает код, необходимый для создания определенного белка. Экспрессия гена, которая преобразует информацию, закодированную в гене, в конечный продукт гена, в конечном итоге определяет структуру и функцию клетки, определяя, какие белки сделаны.

Интерпретация генов работает следующим образом. Напомним, что белки — это полимеры или цепи многих строительных блоков аминокислот. Последовательность оснований в гене (то есть его последовательность нуклеотидов A, T, C, G) транслируется в аминокислотную последовательность. Триплет — это участок из трех оснований ДНК подряд, который кодирует определенную аминокислоту. Подобно тому, как трехбуквенный код d-o-g сигнализирует об изображении собаки, трехбуквенный базовый код ДНК сигнализирует об использовании определенной аминокислоты.Например, триплет ДНК CAC (цитозин, аденин и цитозин) определяет аминокислоту валин. Следовательно, ген, состоящий из нескольких триплетов в уникальной последовательности, обеспечивает код для построения целого белка с несколькими аминокислотами в правильной последовательности ((рисунок)). Механизм, с помощью которого клетки превращают код ДНК в белковый продукт, представляет собой двухэтапный процесс с молекулой РНК в качестве промежуточного звена.

Генетический код

ДНК
содержит всю генетическую информацию, необходимую для построения белков клетки.Нуклеотидная последовательность гена в конечном итоге транслируется в аминокислотную последовательность соответствующего белка гена.
От ДНК к РНК: транскрипция
ДНК
размещается в ядре, а синтез белка происходит в цитоплазме, поэтому должен быть какой-то промежуточный мессенджер, который покидает ядро и управляет синтезом белка. Этот промежуточный мессенджер представляет собой информационную РНК (мРНК), одноцепочечную нуклеиновую кислоту, которая несет копию генетического кода одного гена из ядра в цитоплазму, где она используется для производства белков.
Существует несколько различных типов РНК, каждая из которых выполняет свои функции в клетке. Структура РНК похожа на ДНК, за некоторыми небольшими исключениями. Во-первых, в отличие от ДНК, большинство типов РНК, включая мРНК, являются одноцепочечными и не содержат дополнительных цепей. Во-вторых, сахар рибозы в РНК содержит дополнительный атом кислорода по сравнению с ДНК. Наконец, вместо основного тимина РНК содержит основной урацил. Это означает, что аденин всегда будет соединяться с урацилом в процессе синтеза белка.
Экспрессия гена начинается с процесса, называемого транскрипцией, который представляет собой синтез цепи мРНК, комплементарной интересующему гену. Этот процесс называется транскрипцией, потому что мРНК подобна транскрипту или копии кода ДНК гена. Транскрипция начинается примерно так же, как репликация ДНК, когда участок ДНК раскручивается и две нити разделяются, однако только эта небольшая часть ДНК будет разделена. Тройки внутри гена на этом участке молекулы ДНК используются в качестве матрицы для транскрипции комплементарной цепи РНК ((рисунок)).Кодон — это трехосновная последовательность мРНК, так называемая, потому что они непосредственно кодируют аминокислоты. Как и в случае репликации ДНК, транскрипция состоит из трех стадий: инициация, удлинение и завершение.
Транскрипция: от ДНК к мРНК
На первом из двух этапов создания белка из ДНК ген в молекуле ДНК транскрибируется в комплементарную молекулу мРНК.
Этап 1: Инициирование. Область в начале гена, называемая промотором — определенная последовательность нуклеотидов — запускает начало транскрипции.
Этап 2: удлинение. Транскрипция начинается, когда РНК-полимераза раскручивает сегмент ДНК. Одна цепь, называемая кодирующей цепью, становится матрицей с генами, которые нужно кодировать. Затем полимераза выравнивает правильную нуклеиновую кислоту (A, C, G или U) с ее комплементарным основанием на кодирующей цепи ДНК. РНК-полимераза — это фермент, который добавляет новые нуклеотиды к растущей цепи РНК. Этот процесс создает цепь мРНК.
Этап 3: Прекращение действия. Когда полимераза достигает конца гена, один из трех специфических триплетов (UAA, UAG или UGA) кодирует «стоп-сигнал», который запускает ферменты для прекращения транскрипции и высвобождения транскрипта мРНК.
Прежде чем молекула мРНК покинет ядро и приступит к синтезу белка, она модифицируется несколькими способами. По этой причине на этой стадии ее часто называют пре-мРНК. Например, ваша ДНК и, следовательно, комплементарная мРНК, содержит длинные области, называемые некодирующими областями, которые не кодируют аминокислоты. Их функция до сих пор остается загадкой, но процесс, называемый сплайсингом, удаляет эти некодирующие области из транскрипта пре-мРНК ((рисунок)). Сплайсосома — структура, состоящая из различных белков и других молекул — прикрепляется к мРНК и «сращивает» или вырезает некодирующие области.Удаленный сегмент транскрипта называется интроном. Остальные экзоны склеены. Экзон — это сегмент РНК, который остается после сплайсинга. Интересно, что некоторые интроны, удаленные из мРНК, не всегда являются некодирующими. Когда разные кодирующие области мРНК сплайсируются, в конечном итоге возникают разные вариации белка с различиями в структуре и функциях. Этот процесс приводит к гораздо большему разнообразию возможных белков и функций белков. Когда транскрипт мРНК готов, он выходит из ядра в цитоплазму.
Сплайсинг ДНК
В ядре структура, называемая сплайсосомой, вырезает интроны (некодирующие области) внутри транскрипта пре-мРНК и повторно соединяет экзоны.
От РНК к белку: трансляция
Подобно переводу книги с одного языка на другой, кодоны цепи мРНК должны быть переведены в аминокислотный алфавит белков. Трансляция — это процесс синтеза цепи аминокислот, называемой полипептидом. Для перевода требуются два основных вспомогательных средства: во-первых, «транслятор», молекула, которая будет осуществлять трансляцию, и, во-вторых, субстрат, на котором нить мРНК транслируется в новый белок, как «стол переводчика».Оба эти требования выполняются другими типами РНК. Субстратом, на котором происходит трансляция, является рибосома.
Помните, что многие рибосомы клетки связаны с грубым ER и осуществляют синтез белков, предназначенных для аппарата Гольджи. Рибосомная РНК (рРНК) — это тип РНК, которая вместе с белками составляет структуру рибосомы. Рибосомы существуют в цитоплазме как два отдельных компонента, малая и большая субъединица. Когда молекула мРНК готова к трансляции, две субъединицы объединяются и прикрепляются к мРНК.Рибосома обеспечивает субстрат для трансляции, объединяя и выравнивая молекулу мРНК с молекулярными «трансляторами», которые должны расшифровать ее код.
Другое важное требование для синтеза белка — это молекулы-трансляторы, которые физически «читают» кодоны мРНК. Трансферная РНК (тРНК) представляет собой тип РНК, которая переносит соответствующие соответствующие аминокислоты на рибосому и присоединяет каждую новую аминокислоту к последней, создавая полипептидную цепь одну за другой. Таким образом, тРНК переносит определенные аминокислоты из цитоплазмы в растущий полипептид.Молекулы тРНК должны быть способны распознавать кодоны на мРНК и сопоставлять их с правильной аминокислотой. ТРНК модифицируется для этой функции. На одном конце его структуры находится сайт связывания определенной аминокислоты. На другом конце находится последовательность оснований, которая соответствует кодону, определяющему его конкретную аминокислоту. Эта последовательность из трех оснований в молекуле тРНК называется антикодоном. Например, тРНК, отвечающая за перемещение аминокислоты глицина, содержит сайт связывания глицина на одном конце.С другой стороны, он содержит антикодон, который дополняет кодон глицина (GGA является кодоном для глицина, и поэтому антикодон тРНК будет читать CCU). Оборудованная своим конкретным грузом и подходящим антикодоном, молекула тРНК может считывать свой распознанный кодон мРНК и переносить соответствующую аминокислоту в растущую цепь ((рисунок)).
Перевод с РНК на белок
Во время трансляции транскрипт мРНК «читается» функциональным комплексом, состоящим из молекул рибосомы и тРНК.тРНК приводят соответствующие аминокислоты в последовательность к растущей полипептидной цепи путем сопоставления их антикодонов с кодонами на цепи мРНК.
Подобно процессам репликации и транскрипции ДНК, трансляция состоит из трех основных стадий: инициации, элонгации и терминации. Инициирование происходит при связывании рибосомы с транскриптом мРНК. Стадия элонгации включает распознавание антикодона тРНК следующим кодоном мРНК в последовательности.Как только последовательности антикодона и кодона связаны (помните, что они являются комплементарными парами оснований), тРНК представляет свой аминокислотный груз, и растущая полипептидная цепь присоединяется к этой следующей аминокислоте. Это прикрепление происходит с помощью различных ферментов и требует энергии. Затем молекула тРНК высвобождает цепь мРНК, цепь мРНК сдвигает один кодон в рибосоме, и следующая подходящая тРНК прибывает с соответствующим ей антикодоном. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут последний кодон на мРНК, который обеспечивает сообщение «стоп», сигнализирующее о прекращении трансляции и запускающее высвобождение полного, вновь синтезированного белка.Таким образом, ген в молекуле ДНК транскрибируется в мРНК, которая затем транслируется в белковый продукт ((рисунок)).
От ДНК к белку: транскрипция через трансляцию
Транскрипция в ядре клетки производит молекулу мРНК, которая модифицируется и затем отправляется в цитоплазму для трансляции. Транскрипт расшифровывается в белок с помощью молекул рибосомы и тРНК.
Обычно транскрипция мРНК транслируется одновременно несколькими соседними рибосомами.Это увеличивает эффективность синтеза белка. Одна рибосома может транслировать молекулу мРНК примерно за одну минуту; таким образом, несколько рибосом на борту одного транскрипта могут производить в несколько раз больше одного и того же белка за одну минуту. Полирибосома — это цепочка рибосом, транслирующая одну нить мРНК.
Посмотрите это видео, чтобы узнать о рибосомах. Рибосома связывается с молекулой мРНК, чтобы начать трансляцию своего кода в белок. Что происходит с малыми и большими субъединицами рибосом в конце трансляции?
Обзор главы
ДНК хранит информацию, необходимую для того, чтобы дать клетке команду выполнять все свои функции.Клетки используют генетический код, хранящийся в ДНК, для создания белков, которые в конечном итоге определяют структуру и функцию клетки. Этот генетический код заключается в особой последовательности нуклеотидов, составляющих каждый ген в молекуле ДНК. Чтобы «прочитать» этот код, ячейка должна выполнить два последовательных шага. На первом этапе транскрипции код ДНК преобразуется в код РНК. Молекула информационной РНК, комплементарная конкретному гену, синтезируется в процессе, аналогичном репликации ДНК.Молекула мРНК обеспечивает код для синтеза белка. В процессе трансляции мРНК прикрепляется к рибосоме. Затем молекулы тРНК перемещают соответствующие аминокислоты к рибосоме, одну за другой, кодируемые последовательными триплетными кодонами на мРНК, до тех пор, пока белок не будет полностью синтезирован. По завершении мРНК отделяется от рибосомы, и белок высвобождается. Как правило, несколько рибосом присоединяются к одной молекуле мРНК одновременно, так что из мРНК можно производить несколько белков одновременно.
Вопросы по интерактивной ссылке
Посмотрите это видео, чтобы узнать о рибосомах. Рибосома связывается с молекулой мРНК, чтобы начать трансляцию своего кода в белок. Что происходит с малыми и большими субъединицами рибосом в конце трансляции?
Они разделяются и перемещаются и могут свободно присоединяться к трансляции других сегментов мРНК.
Обзорные вопросы
Что из следующего не разница между ДНК и РНК?
ДНК содержит тимин, тогда как РНК содержит урацил
ДНК содержит дезоксирибозу, а РНК содержит рибозу
ДНК содержит чередующиеся молекулы сахара-фосфата, тогда как РНК не содержит сахаров
РНК одноцепочечная, а ДНК двухцепочечная
Транскрипция и перевод выполняются в ________ и ________, соответственно.
,
ядро; цитоплазма
ядрышко; ядро
ядрышко; цитоплазма
цитоплазма; ядро
Сколько «букв» в последовательности молекулы РНК необходимо, чтобы обеспечить код отдельной аминокислоты?
1
2
3
4
Что из следующего не состоит из РНК?
носители, которые перетасовывают аминокислоты в растущую полипептидную цепь
рибосома
молекула-мессенджер, обеспечивающая код для синтеза белка
интрон
Вопросы о критическом мышлении
Кратко объясните сходство между транскрипцией и репликацией ДНК.
Транскрипция и репликация ДНК включают синтез нуклеиновых кислот. Эти процессы имеют много общих черт, в частности, схожие процессы инициирования, удлинения и завершения. В обоих случаях молекула ДНК должна быть раскручена и разделена, а кодирующая (то есть смысловая) цепь будет использоваться в качестве матрицы. Кроме того, полимеразы служат для добавления нуклеотидов к растущей цепи ДНК или мРНК. Оба процесса получают сигнал о завершении по завершении.
Контрастная транскрипция и перевод.Назовите хотя бы три различия между двумя процессами.
Транскрипция — это на самом деле процесс «копирования», а трансляция — это процесс «интерпретации», потому что транскрипция включает копирование сообщения ДНК в очень похожее сообщение РНК, тогда как трансляция включает преобразование сообщения РНК в совершенно другое аминокислотное сообщение. Эти два процесса также различаются по своему расположению: транскрипция происходит в ядре, а трансляция — в цитоплазме. Механизмы, с помощью которых выполняются эти два процесса, также полностью различны: транскрипция использует ферменты полимеразы для создания мРНК, тогда как трансляция использует различные виды РНК для создания белка.
Глоссарий
антикодон
последовательная последовательность из трех нуклеотидов в молекуле тРНК, которая комплементарна определенному кодону в молекуле мРНК
кодон
последовательная последовательность из трех нуклеотидов на молекуле мРНК, которая соответствует определенной аминокислоте
экзон
одна из кодирующих областей молекулы мРНК, остающихся после сплайсинга
ген
Функциональная длина ДНК
, обеспечивающая генетическую информацию, необходимую для построения белка
экспрессия гена
активная интерпретация информации, закодированной в гене, для производства функционального генного продукта
интрон
некодирующих областей транскрипта пре-мРНК, которые могут быть удалены во время сплайсинга
матричная РНК (мРНК)
Молекула нуклеотида
, которая служит промежуточным звеном в генетическом коде между ДНК и белком
полипептид
цепь аминокислот, связанных пептидными связями
полирибосома
одновременная трансляция одного транскрипта мРНК множеством рибосом
промоутер
область ДНК, которая сигнализирует о начале транскрипции в этом сайте в пределах гена
протеом
Полный набор белков, продуцируемых клеткой (определяется экспрессией генов, специфичных для данной клетки)
рибосомная РНК (рРНК)
РНК, составляющая субъединицы рибосомы
РНК-полимераза
Фермент
, который раскручивает ДНК, а затем добавляет новые нуклеотиды к растущей цепи РНК для фазы транскрипции синтеза белка
сплайсосома
Комплекс ферментов, который служит для расщепления интронов транскрипта пре-мРНК
соединение
процесс модификации транскрипта пре-мРНК путем удаления определенных, обычно некодирующих, областей
транскрипция
процесс производства молекулы мРНК, комплементарной определенному гену ДНК
транспортная РНК (тРНК)
молекул РНК, которые служат для доставки аминокислот к растущей полипептидной цепи и правильного размещения их в последовательности
перевод
процесс получения белка из кода нуклеотидной последовательности транскрипта мРНК
тройня
последовательная последовательность из трех нуклеотидов в молекуле ДНК, которая при транскрибировании в кодон мРНК соответствует определенной аминокислоте
протеин_биосинтез

Биосинтез (синтез) белков — это процесс, при котором клетки строят белки.Этот термин иногда используется только для обозначения трансляции белков, но чаще он относится к многоступенчатому процессу, начиная с синтеза и транскрипции аминокислот, которые затем используются для трансляции. Биосинтез белков, хотя и очень похож, у прокариот и эукариот отличается.
Рекомендуемые дополнительные знания
Синтез аминокислот
Основная статья: Синтез аминокислот
Аминокислоты — это мономеры, которые полимеризуются с образованием белков.Синтез аминокислот — это набор биохимических процессов (метаболических путей), которые создают аминокислоты из источников углерода, таких как глюкоза. Не все аминокислоты могут быть синтезированы каждым организмом, например, взрослые люди должны получать 9 из 20 аминокислот из своего рациона.
Затем аминокислоты загружаются в поезда тРНК для использования в процессе путешествия в мир за его пределами.
Транскрипция
Основная статья: Транскрипция (генетика)
Транскрипция — это процесс, с помощью которого матрица мРНК, кодирующая последовательность белка в форме тринуклеотидного кода, транскрибируется из генома для обеспечения матрицы для трансляции.Транскрипция копирует матрицу из одной цепи двойной спирали ДНК, называемой цепочкой матрицы.
Транскрипцию можно разделить на 3 стадии: инициация, элонгация и терминация, каждая из которых регулируется большим количеством белков, таких как факторы транскрипции и коактиваторы, которые обеспечивают транскрипцию правильного гена в ответ на соответствующие сигналы.
Нить ДНК считывается в направлении от 3 ‘до 5’, и мРНК транскрибируется в направлении от 5 ‘до 3’ с помощью РНК-полимеразы.
Перевод
Основная статья: Перевод (биология)
Трансляция белка включает передачу информации от мРНК в пептид, состоящий из аминокислот. Этот процесс опосредуется рибосомой с адаптацией последовательности РНК в аминокислоты, опосредованной транспортной РНК. Многочисленные факторы инициации и удлинения также играют роль.
Трансляция требует большого количества энергии, с гидролизом примерно 4 NTP → NDP на добавленную аминокислоту.(Это включает аминоацилирование тРНК. Таким образом, экспрессия генов строго регулируется, чтобы гарантировать, что транслируются только необходимые белки.
Трансляция включает 3 процесса: инициирование, удлинение и завершение.
Инициирование прокариот
Инициирование трансляции белка включает сборку рибосомы и добавление первой аминокислоты, метионина.
Рибосомная субъединица 30S прикрепляется к мРНК посредством IF-1 и IF-3 (факторов инициации).Рибосома 30S несет с собой сайты P и A, но сайт A блокируется IF-1, чтобы предотвратить связывание тРНК. Он соответствует последовательности Шайна-Дальгарно, которая позиционирует первый кодон (AUG) в P-сайте.
Затем специфическая аминоацил-тРНК для N -формилметионина (F-Met) переносится в сайт P с помощью IF-2. Антикодон этой тРНК будет связываться с кодоном AUG на мРНК. Примечание: это единственная тРНК, внесенная в сайт P; все последующие аминоацил-тРНК будут доставлены в сайт А для удлинения пептида.
Затем вводится 50S субъединица рибосомы для завершения рибосомы, и вместе с ней IF-1, IF-2 и IF-3 выходят из комплекса. Сайт A и P завершен, а субъединица 50S также приносит сайт E (выход) .zz
Инициирование у эукариот
Инициирование трансляции белка у эукариот схоже с таковым у прокариот с некоторыми модификациями.
Комплекс белков будет соединять 5′-конец и 3’PolyA-хвост, и этот комплекс будет рекрутировать субъединицы рибосомы.
У эукариот нет последовательности Шайна-Далгарно. Вместо этого рибосома сканирует мРНК на первый кодон метионина. Точно так же в эукариотических клетках нет N-формилметионина, а также он включает в себя большинство клеток млекопитающих, чем другие типы отряда в царстве животных.
Удлинение
Удлинение биосинтеза белка довольно похоже у прокариот и эукариот. Ниже приводится описание удлинения прокариот.
Элонгация происходит после инициации со связыванием аминоацил-тРНК с сайтом A, который является следующим кодоном в мРНК.Аминоацил-тРНК доставляется на рибосому через серию взаимодействий с EF-Tu (фактором элонгации). Этот этап включает гидролиз GTP: EF-Tu-GTP → EF-Tu-GDP (гидролизованный GDP переключается на GTP через другую серию реакций с EF-Ts.)
Следующая аминоацил-тРНК связывается с кодоном, и С-конец F-Met подвергается нуклеофильной атаке со стороны N-конца второй аминокислоты. F-Met теперь связан со второй аминокислотой через пептидную связь.
Первая тРНК (для F-Met) теперь не заряжена. Весь рибосомный комплекс движется вдоль мРНК под действием другого фактора удлинения (EF-G) и гидролиза GTP → GDP.
Первая тРНК теперь находится в E-сайте и отходит от рибосомы, а вторая тРНК с растущей пептидной цепью находится в P-сайте. Шаги 1-4 будут повторяться по мере добавления следующих друг за другом аминокислот.
Прекращение действия
Прекращение биосинтеза белка происходит, когда рибосома встречает стоп-кодон, для которого нет тРНК.На этом этапе биосинтез белка останавливается, и один из трех факторов высвобождения связывается со стоп-кодоном. (Примечание: у эукариот есть только один фактор высвобождения, который будет связываться со всеми тремя стоп-кодонами.) Это вызывает нуклеофильную атаку воды на С-конец растущего пептида — этот гидролиз высвобождает пептид из рибосомы. Затем рибосома, фактор высвобождения и незаряженная тРНК диссоциируют, и трансляция завершается.
События после трансляции белка
События, следующие за биосинтезом, включают посттрансляционную модификацию и сворачивание белка.Во время и после синтеза полипептидные цепи часто складываются, принимая так называемые нативные вторичные и третичные структуры. Это известно как сворачивание белка .
Многие белки подвергаются посттрансляционной модификации . Это может включать образование дисульфидных мостиков или присоединение любой из ряда биохимических функциональных групп, таких как ацетат, фосфат, различные липиды и углеводы.

Author: alexxlab
Навигация по записям
← Егэ по обществу фипи: Открытый банк заданий ЕГЭ
Сжатое изложение аудиозапись по уши в огэ 30 аудиозаписей: Аудиозаписи изложений ОГЭ 2022 ФИПИ скачать →
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Search for:
Рубрики
Биология
География
Гиа
Егэ
Информатика
История
Математика
Обществознание
Огэ
Подготовка к ГИА
Подготовка к ЕГЭ
Подготовка к ОГЭ
Подготовка Фипи
Разное
Русский
Советы по обучению
Уроки биологии
Уроки географии
Уроки информатики
Уроки истории
Уроки математики
Уроки обществознания
Уроки русского
Уроки физики
Уроки химии
Физика
Фипи
Химия
2019 © Все права защищены. Карта сайта