Механизм регуляции синтеза белка у прокариот

Механизм регуляции синтеза белка у прокариот

Биосинтез белка

Вся информация о жизнедеятельности клетки находится в молекуле ДНК. Специфичность каждой клетки определяется имеющимся в ней набором белков. Информация о первичной структуре белка записана в виде нуклеотидной последовательности ДНК и находится в ядре. Центральным вопросом молекулярной биологии в 50-х годах 20 столетия стал вопрос о том, как клетка осуществляет перевод последовательности нуклеотидов ДНК в последовательность АМК в молекуле белка.

В молекулах ДНК находятся гены. В генах закодирована информация о строении и свойствах каждой клетки и организма в целом.

Ген – это участок молекулы ДНК, несущий информацию о первичной структуре молекулы одного белка и ответственный за ее синтез.

Многочисленная наследственная информация записана в ДНК в виде линейной последовательности четырех типов нуклеотидов – А, Т, Г, Ц.

Систему перевода последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте в аминокислотную последовательность белка называют генетическим кодом. Была расшифрована в 60-х годах 20 столетия.

Каждая АМК кодируется тремя нуклеотидами. Последовательность из трех нуклеотидов называют кодоном или триплетом. Количество кодонов (триплетов) 43=64, хватает с избытком для 20 АМК. Следовательно, одна АМК кодируется не одним, а, несколькими кодонами.

Генетический код обладает следующими свойствами:

1. код триплетен – каждой АМК соответствует сочетание из трех нуклеотидов; всего таких сочетаний – 64; из них 61 кодон смысловой, т. е. соответствует 20 АМК, а три кодона – стоп-кодоны, или «нонсенс-кодоны», которые не соответствуют АМК, заполняют промежутки между генами и сигнализируют об окончании одного гена;
2. код однозначен – каждый кодон соответствует только одной АМК;
3. код вырожден (избыточен) – АМК кодируют более чем одним кодоном; например, глицин кодируется четырьмя кодонами: ГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГ; чаще АМК кодируются 2-3 кодонами;
4. код универсален – все организмы, живущие на земле имеют один и тот же генетический код, т. е. одинаковые АМК кодируются у разных организмов одними и теми же кодонами;
5. код непрерывен – между кодонами нет промежутков;
6. код неперекрываем – конечный нуклеотид одного кодона не может служить началом другого.

Собственно синтез белка происходит в цитоплазме клетки на рибосомах, а информация о структуре белка хранится в виде ДНК в ядре. Следовательно, необходим посредник для переноса генетической информации от ДНК к месту синтеза белка. Таким посредником является информационная или матричная РНК(иРНК).

Синтез белка состоит из двух этапов –транскрипция и трансляции.

ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипция– процесс биосинтеза РНК на ДНК (протекает в ядре). ДНК служит матрицей для синтеза всех нуклеиновых кислот. Эти процессы носят название реакций матричного синтеза (в клетках протекают три типа таких реакций: синтез РНК, синтез белка, репликация ДНК). Синтезируется 20 разновидностей тРНК, иРНК, рРНК. Затем иРНК и тРНК выходят в цитоплазму, рРНК встраивается в субъединицы рибосом, которые также выходят в цитоплазму.

Процесс транскрипции протекает в три этапа:

1) Инициация - начало реакции. Синтез РНК-копий катализируется ферментом РНК-полимеразой. Фермент соединяется с определенной зоной на ДНК, которая называется промотором. Эта зона содержит определенный набор нуклеотидов, который является старт-сигналом. С них начинается синтез РНК. Под действием специальных белков раскручивается участок спирали ДНК, при этом разрушаются водородные связи между двумя ее цепями. Одна из них служит матрицей для синтеза РНК.

2) Элонгация – основная часть реакции. Фермент РНК-полимераза, продвигаясь по цепи ДНК в направлении 3I – 5I , по принципу комплементарности синтезирует РНК-копию. Процесс удлинения РНК продолжается до стоп-сигнала – одного из трех стоп-кодонов, который прекращает движение фермента и синтез РНК.