Биосинтез белков

Биосинтез (или просто синтез) белков - процесс, с помощью которого клетки строят белки. Срок иногда используется для ссылки исключительно на процесс трансляции, но чаще означает многошаговый процесс, включающий биосинтез аминокислот, транскрипцию, процессинг (включая сплайсинг), трансляцию и посттрансляционной модификации белков. Биосинтез белков, хотя и очень похож, несколько отличается между представителями трех доменов жизни - эукариотами, археями и бактериями.

При транскрипции происходит считывание генетической информации, зашифрованной в молекулах ДНК, и запись этой информации в молекулы мРНК. При ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, ненужные в последующих стадиях ( сплайсинг), и происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После транспортировки зрелой молекулы мРНК с ядра в рибосом происходит собственно синтез белковых молекул путем присоединения отдельных аминокислотных остатков в полипептидной цепочки, растет. На последней стадии посттрансляционной модификации происходят изменения новосинтезированного белка добавлением небелковых молекул к белку и ковалентными модификациями его аминокислот.


1. Транскрипция

Транскрипцией называется процесс считывания генетического кода с молекулы ДНК. При этом на одной из цепей ДНК синтезируется одноцепочечная молекула информационной или матричной РНК (мРНК) согласно принципу комплементарности. Последовательность из трех нуклеотидов в мРНК, соответствующая последовательности ДНК, кодирующей определенную аминокислоту, называется кодоном. Основную роль в транскрипции играет фермент РНК-полимераза.


2. Процессинг

Между транскрипцией и трансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных изменений, которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтеза полипротеиновых цепочки. С появлением процессинга в эукариотической клетке стало возможно комбинирование экзонов и изъятия интронов гена для получения большего разнообразия белков, кодируемых единственной последовательностью ДНК.

2.1. Кепування

При кепуванни происходит присоединение к транскрипта 7 метилгуанозину через трифосфатных мостик, соединяющий их в необычной позиции 5'-5 ', а также метилирования рибоза двух первых нуклеотидов. Процесс кепування начинается еще до окончания транскрипции молекулы пре-мРНК. Функции кэп-группы состоят в регулировании экспорта мРНК с ядра, защиты 5'-конца транскрипта от экзонуклеаза и связывания мРНК с рибосомой в процессе инициации трансляции.


2.2. Полиаденилирования

Полиаденилирования заключается в присоединении к 3'-конца транскрипта от 100 до 200 остатков адениловой кислоты, осуществляется специальным ферментом поле (A)-полимеразой.

2.3. Сплайсинг

После полиаденилирования мРНК подвергается удалению интронов. Процесс катализируется сплайсосомою и называется сплайсингом.

3. Транспорт мРНК

Тогда как в прокариот ( бактерий и архей) синтез и процессинг мРНК происходит в цитоплазме, в эукариот от происходит в клеточном ядре, после чего зрелая мРНК должна транспортироваться в цитоплазму, где находятся рибосомы. Этот процесс с помощью присоединения к мРНК вспомогательным белков, експортинив, которые проходят через ядерные поры и высвобождают мРНК в цитоплазме.


4. Трансляция

Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепочки согласно информации, закодированной в матричной РНК. Аминокислотная последовательность шифруется с помощью транспортных РНК (тРНК), которые образуют с аминокислотами комплексы - аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствующий антикодон, "соответствующий" в кодона мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепочка. Энергией биосинотез белка обеспечивается за счет АТФ.

Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Тогда как цитоплазматические белки в движение диффузии и молекулярных моторов, мембранные белки, белки органелл и белки обозначены для секреции синтезируются на мембранах клетки (в случае эукариот на мембранах эндоплазматического ретикулума), сразу проходят встроюються мембрану и направляются в соответствующую органеллы или секретируются согласно сигнальнох последовательности в составе белка (которая обычно удаляется после этого с помощью протеолитических ферментов).


5. Посттрансляционная модификация

Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации. Эти модификации способны значительно расширить разнообразие возможных белков, предоставляя им новые свойства. Примерами пост-трансляционных модификаций служит присоединение различных функциональных групп, присоединение липидов и углеводородов, изменение стандартных аминокислот на нестандартные (например, образование цитруллина), структурные изменения (например, образование дисульфидных мостиков между цистеин), удаление части белка как в начале (сигнальная последовательность, старт-кодон), так и в отдельных случаях в середине.