Матричний синтез білка (стр. 1 из 3)
Міністерство освіти та науки України
Житомирський державний технологічний університет
Кафедра природничих наук
Контрольна робота
з предмету:
«Біологія»
Виконав:
Перевірив:
Житомир
2010
Чому синтез білка називають матричним
Біосинтез білка – складний процес, який регулюється великою кількістю ферментів. Він потребує енергії та участі іонів-активаторів. Ми розглянемо лише деякі ключові моменти. Процес біосинтезу білка умовно можна поділити на такі етапи:
· Вихід зрілої мРНК з ядра у цитоплазму.
· Активація амінокислот.
· Утворення ініціюючого комплексу за участю мРНК і рибосоми та ініціація поліпептидного ланцюга.
· Елонгація – побудова поліпептидної послідовності.
· Термінація – закінчення синтезу поліпептидного ланцюга у вигляді первинної структури.
· Процесинг – утворення вторинної і третинної структур білка.
- Активація амінокислот – це приєднання карбоксильної групи амінокислоти до 3´-кінця відповідної тРНК.
Амінокислота приєднується до такої тРНК, антикодон якої комплементарний генетичному коду. Цей процес проходить з використанням енергії. Сумарна реакція активації:
Амінокислота + АТФ + тРНК + Н2О ⇄
Аміноацил-тРНК + АМФ + 2Фн
Цю реакцію каталізує група ферментів – аміноацилсинтетази. Для кожної амінокислоти є свій фермент. Сполуку, яка утворюється, називають за назвою відповідної амінокислоти з закінченням –ил (-іл). Наприклад, комплекс між амінокислотою метіоніном і метіоніновою тРНК називають метіоніл-тРНК, комплекс між лізином і лізиновою тРНК – лізил-тРНК тощо.
Ініціюючий комплекс – це система, яка забезпечує початок синтезу білка. У еукаріотів він утворюється у цитоплазмі або на поверхні шорсткого ендоплазматичного ретикулуму, шляхом з’єднання у єдину систему мРНК, рибосоми і аміноацил-тРНК. У прокаріотів утворення ініціюючого комплексу проходить лише у цитоплазмі.
- Ініціюючий комплекс складається зі стартової аміноацил-тРНК, рибосоми і зрілої мРНК.
Перша (стартова) аміноацил-тРНК, з якої починається утворення пептидного ланцюга, приєднується до стартового кодону мРНК. Як у прокаріотів, так і у еукаріотів стартовий кодон однаковий – AUG. Таблиця генетичного коду (табл. 1.24) показує, що такий кодон відповідає амінокислоті метіоніну. Але метіоніл-тРНК стартова аміноацил-тРНК лише у еукаріотів. У прокаріотів стартовою аміноацил-тРНК є особлива формілметіоніл-тРНК. Вона утворена нестандартною амінокислотою – формілметіоніном (рис. 1.41).
Рис. 1. Стартові аміноацил-тРНК
Рибосоми – це клітинні структури, які утворені з двох субодиниць (великої та малої). Вони не мають оболонок і складаються з рРНК і білка. Рибосоми прокаріотів і еукаріотів близькі за будовою (рис. 1.42). Кожна з них має дві спеціальні ділянки, які називають Р-ділянка (пептидильна) і А-ділянка (аміноацильна).
Рис. 2. Будова рибосом прокаріотів та еукаріотів
Розглянемо формування ініціюючого комплексу на прикладі прокаріотичної клітини. Воно поділяється на ряд послідовних дій:
· Спочатку формілМет-тРНК до Р-ділянки малої субодиниці рибосоми.
· Далі до Р-ділянки малої субодиниці рибосоми приєднується ініціююча частина мРНК, яка розташована на 5´-кінці, на відстані не менше 25 нуклеотидів від початку молекули.
· Наступний заключний етап – приєднання великої субодиниці.
- Після утворення ініціюючого комплексу розпочинається синтез поліпептидного ланцюга, який має назву елонгації.
Наступна аміноацил-тРНК визначається за принципом комплементарності між кодоном і антикодоном. Вона приєднується до А-ділянки рибосоми.
- Під дією ферменту пептидилтрансферази між аміногрупою першої амінокислоти та карбоксильною групою другої амінокислоти утворюється пептидний зв’язок.
Важливою особливістю пептидилтрансферази є те, що цей фермент фіксований на рибосомі. Він постійно “прикріплений до місця роботи“. Після правильного приєднання аміноацил-тРНК і утворення пептидного зв’язку між амінокислотами відбувається транслокація.
- Транслокація – це зсув ініціюючого комплексу на три нуклеотиди вздовж молекули мРНК
Відомо, що різні білки починаються з різних амінокислот. Це вступає у протиріччя з тим фактом, що початковою аміноацил-тРНК завжди є формілметіонінова або метіонінова. Розв’язується ця проблема досить просто – ініціююча аміноацил-тРНК (формілметіонінова) не утворює пептидного зв’язку з наступною амінокислотою. Тобто, перша транслокація рибосоми відбувається не за правилами. Це, начебто, “холостий хід”.
- Інформація з мРНК зчитується у напрямку 5´→ 3´, а поліпептидний ланцюг росте у напрямку N → C.
Закінчення процесу біосинтезу називають термінацією. Воно відбувається тоді, коли на мРНК зустрічається один з трьох стоп-кодонів: UАА, UАG, UGА.
Дозрівання поліпептидного ланцюга називається процесингом. Він полягає в утворенні третинної конформації молекули. Під час процесингу можливі вилучення деяких амінокислотних послідовностей. У складних білках процесинг включає приєднання небілкових груп тощо.
Процес біосинтезу білка – один з найскладніших у клітині. Не всі його нюанси на сьогодні відомі. Найбільш детально досліджений біосинтез білка прокаріотичного організму E. coli. Але навіть тут є ще деякі нез’ясовані моменти. Ми розглянули біосинтез білка лише схематично.
Роль мембран у формуванні клітинних компартментнів
Плазматичні мембрани і мембранний транспорт
Однією з найважливіших характеристик клітин є характеристика її оболонок або мембран. Саме завдяки цим структурам живі істоти відділяються від навколишнього середовища, створюючи якісно нову форму існування хімічних елементів у природі – живу речовину. Але еволюція еукаріотичних клітин не зупинилася лише на відділенні організму від середовища, а пішла далі. Еукаріоти мають не тільки зовнішню, але і внутрішні мембранні структури.
- Виникнення спеціальних оболонок всередині клітини було одним з вирішальних етапів у розвитку життя взагалі.
У еволюційній теорії такі зміни мають спеціальну назву – ароморфози.
- Ароморфоз – це такі еволюційні зміни, які ведуть до загального підвищення організації, збільшують інтенсивність життєдіяльності, але не є вузькими пристосуваннями до різко обмежених умов існування.
- Ідіоадаптація – це дрібніші еволюційні зміни організмів, які сприяють пристосуванню до певних умов життєвого середовища.
Ароморфоз завжди приводить до біологічного прогресу. Ці зміни не мають прямого пристосувального значення. Але ароморфози, підвищуючи інтенсивність життєдіяльності організмів, забезпечують відносну незалежність живих систем від довкілля.
Вивчення особливостей будови і функцій клітини закономірно розпочати з особливостей будови зовнішньої плазматичної мембрани.
- Плазматичною (або цитоплазматичною) називають мембрану, яка відділяє клітину від зовнішнього середовища.
Іноді зовнішню мембрану, на відміну від внутрішньої, називають плазмолемою (грец. рlasma – форма, lemma – оболонка). Плазматична мембрана характерна як для еукаріотів, так і для прокаріотів. У сучасних живих організмів вона виконує такі функції:
· забезпечує збереження відмінностей між клітинним вмістом і навколишнім середовищем. Це своєрідний бар’єр, який уможливив раннім формам життя відмежуватися від навколишнього середовища;
· визначає величину і форму клітин;
· це місце протікання енергетичних та синтетичних процесів;
· активний фільтр, який регулює обмін речовин між клітиною та довкіллям.
Як показали спеціальні дослідження, принципи побудови зовнішньої і внутрішніх мембран практично однакові. Всі наявні відмінності пов’язані виключно з функціональними особливостями конкретної мембранної структури.
Мембрани, які знаходяться всередині клітини і обмежують її компартменти, називають внутрішніми мембранами. Внутрішні мембрани за своєю будовою принципово подібні до плазмолеми. Їм властива здатність до самозбирання і самопідтримування цілісності, латеральна дифузія і асиметричність.
- Асиметричність плазматичної і внутрішніх мембран клітини приводить до того, що внутрішні порожнини ендоплазматичного ретикулуму, апарату Гольджі, порожнини мікротілець і лізосом топографічно відповідають зовнішній поверхні плазматичної мембрани клітини.
Внутрішні мембрани властиві лише еукаріотичним клітинам. Клітини прокаріотів мають лише одну плазматичну мембрану. Виникнення внутрішніх мембран – це один з важливих ароморфозів. Виникнення внутрішніх мембран пов’язане з розв’язанням проблеми співвідношення між об’ємом і площею поверхні у клітині, що важливо. Зростання площі поверхні значно відстає від зростання об’єму. Площа розраховується у квадратних (м2), а об’єм – у кубічних одиницях (м3). Площа поверхні клітини забезпечує обмін клітини з навколишнім середовищем, а об’єм клітини відповідає внутрішньому середовищу. Е. coli у 10 разів менша за найменшу еукаріотичну клітину. В середньому еукаріотичні клітини у 1000 разів більші за прокаріотичні. Це дає можливість прокаріотам обходитися однією плазматичною мембраною, яка іноді утворює випинання (мезосоми). Еукаріотам необхідні внутрішні мембрани. У еукаріотів площа внутрішніх мембран перевищує розміри плазмолеми. Наприклад, поверхня ендоплазматичного ретикулуму у гепатоцитах перевищує площу плазмолеми у 25 разів, а в ендокринних клітинах підшлункової залози ця різниця становить 12 разів.
Функції внутрішніх мембран подібні до функцій плазмолеми, але є і певні особливості. Внутрішня мембрана: