Найважливіші функції організму: обмін речовин, ріст, розвиток, передача спадковості, рух і інші здійснюються в результаті безлічі хімічних реакцій за участю білків, нуклеїнових кислот та інших біологічно активних речовин.
Для хімічних реакцій, що протікають в клітинах, характерні організованість і впорядкованість: кожна реакція протікає в строго визначеному місці, по строго певним закономірностям.
Обмін речовин і енергії в клітині називають метаболізмом. Метаболізм складається з катаболічних і анаболічних процесів.
Синтез речовин, що йде в клітці (асиміляція), ще називають біосинтезу. Сукупність реакцій біосинтезу, що представляють собою анаболічні процеси, називають пластичним обміном. Сукупність реакцій розщеплення (дисиміляція, або катаболізм), що забезпечують клітину енергією, називають енергетичним обміном.
Одна з найважливіших форм пластичного обміну - біосинтез білка.
біосинтез білка
Біосинтез білка - ланцюг синтетичних реакцій, що протікають за принципом матричного синтезу, тобто в точній відповідності з планом, закладеним в ДНК.
У синтезі білка беруть участь:
- ДНК - зберігає і передає інформацію про структуру молекули білка (послідовність амінокислот);
- і-РНК - кодує спадкову інформацію з ділянки молекули ДНК - гена і переносить її до місця збірки білкової молекули;
- т-РНК - приєднує амінокислоти і переносить в рибосому.
- р-РНК - входить до складу рибосоми (структурна основа рибосоми);
- рибосоми - органели, в яких відбувається біосинтез білка. Об'єднуються в полірібосоми;
- ферменти - біокаталізатори, беруть участь в синтезі ДНК, РНК, в утворенні первинної структури молекули білка;
- АТФ - енергія ЛТФ витрачається при синтезі ДНК, при перенесенні РНК, амінокислот в процесі побудови молекули білка;
- амінокислоти - мономери білка;
- амінокислоти - мономери білка;
- ЕРС (ендоплазматична сітка) - на гранулярних ЕРС, що несе рибосоми; здійснюється синтез молекули білка. Усередині каналів ЕРС формуються вторинна, третинна і четвертинна структури молекул білка.
Біосинтез білка йде в кожній живій клітині.
Основна роль у визначенні структури білків належить ДНК. Відрізок ДНК, що містить інформацію про структуру одного білка, називають геном. їх водної молекулі ДНК міститься кілька сотень. У молекулі ДНК записаний код про послідовність амінокислот у білку у вигляді виразно поєднуються нуклеотидів.
Сутність коду ДНК полягає в тому, що кожній амінокислоті відповідає ділянка ланцюга ДНК з трьох поруч стоять нуклеотидів - триплет. Наприклад, А-Ц-А - відповідає амінокислоті цистину, А-А-Ц - лейцину, Т-Т-Т - лізину і т. Д.
Амінокислот 20, число можливих поєднань з 4 нуклеотидів по 3 дорівнює 64. триплетів вистачає з надлишком для кодування всіх амінокислот.
Біосинтез білка йде в кілька етапів.
Перший етап біосинтезу білка
Синтез і-РНК (відбувається в ядрі). Інформація, що міститься в гені ДНК, листується на і-РНК. Цей процес називають транскрипцією (від лат. «Траіскріптіс» - переписування). При цьому проти кожного нуклеотиду одному з ланцюжків ДНК встає комплементарний йому нуклеотид і-РНК. Молекули і-РНК індивідуальні, кожна з них несе інформацію одного гена.
Другий етап біосинтезу білка
З'єднання амінокислот з молекулами т-РНК (відбувається в цитоплазмі). Спочатку амінокислоти в цитоплазмі активуються за допомогою ферментів і з'єднуються зі специфічними для них транспортними РНК (т-РНК), тобто для кожної з 20 амінокислот існує своя т-РНК. Далі т-РНК переносить з'єднану з нею амінокислоту на рибосому. Кожна т-РНК має послідовність з трьох нуклеотидів - антикодон, за допомогою якого визначає тільки свій триплет (кодон) на і-РНК.
Третій етап біосинтезу білка
«Збірка» білка (відбувається в рибосомах). До рибосомам направляються з ядра і-РНК. При цьому на одній молекулі і-РНК одночасно розташовується кілька рибосом З цитоплазми т-РНК з «навішали» на них амінокислотами підходить до рибосоми і своїм кодовим кінцем доторкається до триплетів і-РНК, що проходить в даний момент через функціональний центр рибосоми. В цей час протилежний кінець т-РНК з амінокислотою потрапляє в місце «збирання» білка, і якщо кодовий триплет т-РНК виявиться комплементарним триплети і-РНК, що знаходиться в даний момент в функціональному центрі рибосоми, амінокислота відділяється від т-РНК і потрапляє в склад білка, а рибосома робить «крок» на один триплет по і-РНК вправо. Віддавши амінокислоту, т-РНК покидає рибосому, їй на зміну приходить інша, з іншої амінокислотою, що становить наступна ланка в споруджуваної білкової молекулі.
Схема синтезу білка в рибосоми:
А - рибосома, Б - і-РНК, В - фермент (білок сінтстаза), Г - т-РНК, що несуть амінокислоти в рибосому, Д - білок
Так ланка за ланкою збирається поліпептидний ланцюг білка, а інформація про структуру білка, записана в і-РНК у вигляді послідовності нуклеотидів, відтворюється на ноліпептідной ланцюга білка у вигляді послідовності амінокислот. Цей процес називається трансляцією (від лат. «Трансляція» - перенесення).
У генетичному коді існують три триплета, що виконують функцію знаків пунктуації, позначаючи припинення синтезу однієї білкової ланцюга. Кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном (кодоном) від 2 до 6.
Кодують триплети - кодони