Биосинтез білка та її регуляція

Биосинтез білка та її регуляция

Работу виконала студентка Самойлова Р. Н., Л-212 б групи II курса.

Башкирский державний медичний университет Кафедра Біологічною хімії з курсом органічної химии Уфа 2004.

Введение

Биосинтез белка

Одной із завдань сучасної біології і його новітніх розділів — молекулярної біології, біоорганічної хімії, фізико-хімічної біології - є розшифрування механізмів синтезу молекули білка, що містить сотні, котрий іноді тисячі залишків амінокислот. Механізм синтезу повинен мати точної яка кодує системою, яка автоматично програмує включення кожного аминокислотного залишку в певне місце полипептидной ланцюга Кодирующая система визначає первинну структуру, а вторинна і третинна структури білкової молекули визначаються фізико-хімічними властивостями і хімічним будовою аминокислот.

Первоначальные уявлення, за якими синтез білка можуть каталізувати самі протеолитические ферменти, як і викликають його гідроліз, але шляхом оборотності хімічної реакції, не підтвердилися. Виявилося, що синтетичні і катаболические реакції протікають як різними шляхами, а й у різних субклеточных фракціях. Не підтвердилася як і гіпотеза — про попередньому синтезі коротких пептидів з наступним об'єднанням на єдину полипептидную ланцюг. Більше правильним виявилося припущення, що з синтезу білка потрібні джерела, наявність активованих вільних амінокислот і три «види нуклеїнових кислот.

В сучасні ставлення до механізмі синтезу білка значний внесок внесли радянські біохіміки. Так було в лабораторії А. Є. Браунштейна було зазначено щодо участі АТФ в синтезі квазипептидных зв’язків. У. М. Ореховичем ще 50-ті роки засвідчили, що перенесення аминоцильных чи пептидильных угруповань на NH2 групу амінокислот може здійснюватися лише з амидной чи пептидной, але з сложноэфирной зв’язку. Як показано нижче, саме такий механізм є основою реакції транспептидирования в 50S рибосоме на стадії елонгації синтезу белка.

Значительно пізніше отримано докази, що у синтезі білка, протекающем переважно в цитоплазмі, на вирішальній ролі грають нуклеїнові кислоти, зокрема ДНК. Після того як було встановлено, що ДНК є носієм і зберігачем спадкової інформації, було порушене питання у тому, як ця генетична інформація, записанная (зашифрованная) у хімічній структурі ДНК, трансформується на фенотипічні ознаки і функціональні властивості живих організмів, що передаються у спадок. Нині можна надати однозначну відповідь це питання: генетична інформація програмує синтез специфічних білків, визначальних своєю чергою специфічність структури та функції клітин, органів прокуратури та цілісного організму. У природі, як відомо, існують два типу биополимерных макромолекул, звані неінформативні біополімери і інформативні біополімери, які мають первинну генетичну інформації і вторинну генетичну, точніше фенотипическую інформацію. Ці загальні уявлення можуть бути виражені наступній послідовністю событий (поток информации):

ДНК®РНК®Белок®Клетка®Организм Биосинтез білка, хоча безпосередньо і регулюється рибонуклеиновыми кислотами, опосередковано пов’язані з контролюючим впливом ДНК ядра І що РНК спочатку синтезується в ядрі, потім вступає у цитоплазму, де виконує роль матриці в синтезі білка. Отримані значно пізніше експериментальні дані підтвердили гіпотезу у тому, що його функцією нуклеїнових кислот є як зберігання генетичної інформації, а й реалізація цієї інформації шляхом програмованого синтезу специфічних белков.

Однако у цій послідовності ДНК®РНК®Белок бракувало відомостей про те, як відбуваються розшифровка спадкової інформації та синтезу специфічних білків, що визначають розмаїття ознак живих істот. Нині з’ясовані основні процеси, з яких здійснюється передача спадкової інформації: вони містять репликацию, т. е. Синтез ДНК на матриці ДНК, транскрипцію, т. е. Переклад мови та типу будівлі ДНК на молекулу РНК, і трансляцію — процес, у якому генетична інформація, у молекулі мРНК, спрямовує синтез відповідної амінокислотною послідовності в білці. Багато тонкі механізми транскрипції остаточно не выяснены.

Получены експериментальні докази наявності ДНК й у мітохондріях. Вона не гомологичная і комплементарна ядерної ДНК. Передбачається, що мітохондріальна ДНК кодує синтез частини структурних білків самих мітохондрій.

Значительный внесок у сучасні ставлення до місці, факторів та інтересів механізмі синтезу білка внесли дослідження Т. Касперсона, П. Берга, П. Замечника, З. Очоа, А. А. Баєва, А. З. Спирина і др.

Генетический код та її свойства

Необходимость кодування структури білків лінійної послідовності нуклеотидів мРНК і ДНК продиктовані тим, що у ході трансляції:

Нет відповідності між числом номерів у матриці мРНК і продукті - синтезируемом белке;

Отсутствует структурне подібність між мономерами РНК і белка.

Это виключає комплементарне взаємодія між матрицею і продуктом — принцип, яким здійснюється побудова нових молекул ДНК і РНК, під час реплікації і транскрипции.

Отсюда можна зрозуміти, що має існувати «словник», дозволяє з’ясувати, яка послідовність нуклеотидів мРНК забезпечує включення до білок амінокислот в заданої послідовності. Цей «словник» отримав назву генетичного, біологічного, нуклеотидного чи аминокислотного коду. Він дає змогу шифрувати амінокислоти, що входять до склад білків, з допомогою певної послідовності нуклеотидів в ДНК і мРНК. Йому притаманна певні властивості.

Триплетность.Одним з основних питань при з’ясуванні властивостей коду було питання числі нуклеотидів, які мають визначати включення до білок однієї амінокислоти. По всьому було зрозуміло, що їх кількість може бути рівним 1 чи 2, позаяк у цьому випадку кількість які кодують елементів буде замало шифрування 20 амінокислот в білках. Кількість які кодують послідовностей з чотирьох нуклеотидів по три одно 43=64, що більш ніж 3 разу перевищує мінімум, що слід для кодування 20 амінокислот. Згодом було встановлено, що кодирующими елементами в шифруванні амінокислотною послідовності справді є трійки нуклеотидів чи триплеты, які дістали назву «кодоны».

Смысл кодонов

Смысл кодонов став зрозумілий в 60-х р. XX століття, коли, використовуючи безклеточную систему синтезу білків і синтетичні полирибонуклеотиды і заданої послідовністю нуклеотидів як матриці, М. Ниренберг і Р. Маттей синтезували поліпептиди певного будівлі. Так, на матриці поли-У, яка перебуває тільки з залишків УМФ, було отримано полифенилаланин, але в матриці поли-Ц -полипролин. З цього випливало, що триплет — UUU кодує Фен, а триплетСБС — Про.

В наступних експериментах використовували змішані синтетичні полирибонуклеотиды з певним складом. У результаті роботи вдалося встановити, що з 64 кодонов включення амінокислот в синтезирующуюся полипептидную ланцюг шифрує 61 триплет, а 3 інших UAA, UAG, UGA не кодують включення до білок амінокислот і спочатку було названо безглуздими, чи нонсенкодоном. Проте засвідчили, що це триплеты сигналізують про завершення трансляції, і тому їх почали називати терминируюшими, чи стоп-кодонами.

Кодоны мРНК і триплеты нуклеотидів в яка кодує нитки ДНК з одночасним спрямуванням від 5¢ до 3¢ - кінцю мають однакову послідовність азотистих підстав, крім те, що в ДНК замість урацила (U), властивого мРНК, стоїть тимин (Т).

Специфичность

Каждому кодону відповідає лише одне певна амінокислота. У цьому сенсі генетичного коду суворо однозначний.

Выраженность В мРНК і ДНК можна буде 61 триплет, кожен із яких кодує включення до білок жодну з 20 амінокислот. З цього випливає, що у інформаційних молекулах включення до білок одному й тому ж амінокислот визначає кілька кодонов. Це властивість біологічного коду одержало назву вырожденности.

У людини одним кодоном зашифровані лише 2 амінокислоти — Мет і Три, тоді як Лляй, Сер і Арг — шістьма кодонами, а Ала, Вал, Гли, Про, Тре — чотирма кодонами.

Избыточность які кодують послідовностей — найцінніше властивість коли, оскільки він підвищує стійкість інформаційного потоку до несприятливих генотоксичних впливів зовнішньої й внутрішнього середовища. При визначенні природи амінокислоти, що має бути криється у білок, третій нуклеотид в кодоне немає такого важливого значення, як перші двоє. Багатьом амінокислот заміна нуклеотида третьої позиції кодона позначається з його смысле.

Линейность записи информации

В ході трансляції кодоны мРНК «читаються» з фіксованою стартовою точки послідовно і перекриваються. У записи інформації відсутні сигнали, що вказують наприкінці одного кодона та початок следующего.

Кодон AUG є який ініціює і прочитується лише на початку, і у інших ділянках мРНК як Мет. Наступні його триплеты читаються послідовно без жодних перепусток до стоп-кодона, у якому синтез полипептидной ланцюга завершается.

Универсальность До останнього часу вважалося, що код абсолютно універсальний, т. е. сенс кодових слів однаковий всім вивчених організмів: вірусів, бактерій, рослин, земноводних, ссавців, включаючи людини. Однак пізніше став відомий одне виняток, здавалося, що мітохондріальна МРНК містить 4 триплета, мають інше значення, ніж у мРНК ядерного походження. Так було в мРНК мітохондрій триплет UGA кодує Три, AUA -Мет, а AGA і AGG причитываются як додаткові стоп-кодоны.

Колинеарность гена і продукта У прокариотов виявлено лінійне відповідність послідовності кодонов гена і послідовності амінокислот в білковому продукті, чи, кажуть, існує колинеарность гена і продукту.

У эукариотов послідовності підстав в гені, колинеарные амінокислотною послідовності в білці, перериваються интронами. Тож у эукариотических клітинах аминокислотная послідовність білка колинеарна послідовності экзонов в гені чи зрілої МРНК після постранскрипционного видалення интронов.

Основные компоненти белоксинтезирующей системы

Для синтезу полипептидной ланцюга потрібне неабияке кількість компонентів, спільне і узгоджене взаємодія призводить до утворення белка.

Аминокислоты

Все 20 амінокислот, входять до структури білків організму людини, повинні бути присутнім на достатню кількість. Це вимога передусім входить до незамінним (т. е. не синтезирующимся в організмі) аминокислотам, оскільки недостатнє постачання клітини хоча б однієї незамінною амінокислотою наводить до їх зниження, котрий іноді загрожує цілковитою зупинкою синтезу білка на кодоне, потребує включення цієї амінокислоти в белок.

Транспортная РНК

В лабораторії Хогланда з’ясовано, що з інкубації 14С -амінокислоти з розчинній фракцією цитоплазми у присутності АТФ і додаванням трихлоруксусной кислоти в нинішньому білковому осаді мітка не відкривається. Було зроблено висновок, що мічена амінокислота не входить у білкову молекулу. Мітка виявилася пов’язаної ковалентно з РНК, котра міститься в білковому фильтрате. Показано, що РНК, до котрої я приєднується мічена амінокислота, має невелику молекулярну масу чуток і зосереджена розчинній фракції, тому її спочатку назвали розчинній, та адаптерной чи транспортної РНК. Перед тРНК припадає близько 10−15% загальної кількості клітинної РНК. На цей час відкрито більш 60 різних тРНК. Для кожної амінокислоти у клітині є по крайнього заходу одна специфічна РНК (для низки амінокислот відкрито більше, зокрема на серина — 5 різних тРНК, для лізину і глицина — по 4 різних тРНК, хоча у цьому випадку кожна тРНК пов’язана зі специфічним аминоацил-тРНК-синтетазой). Молекулярна маса більшості тРНК коштує від 24 000 до 29 000 Так. Вони містять від 75 до 85 нуклеотидів. Амінокислоти приєднуються до вільної 3¢-ОН-группе концевого мононуклеотида, репрезентованого у всіх тРНК АМФ, шляхом освіти ефірної зв’язку. Цікаво, що всі тРНК мають як індивідуально подібними функціями, а й дуже схожою тривимірної структурой.

Установлена первинна структура майже всіх 60 відкритих тРНК; знання послідовності нуклеотидів і, отже, складу тРНК дало до рук дослідників багато цінних даних про біологічної ролі окремих компонентів тРНК. Загальною для тРНК виявилася також нативная конформація, встановлена методом рентгеноструктурного аналізу та названа спочатку названа конформацией конюшинового аркуша; насправді ця конформація має неправильне, Г-образную, форму.

Определение структури тРНК дозволило виявити ряд відмітних ділянок; так, 3¢-гидроксильном кінці розташовується однакова всім тРНК послідовність триплета ЦЦА -ВІН, до котрої я приєднується у вигляді ефірної зв’язку специфічна амінокислота. Зв’язування переважно відбувається після 3¢-ОН-группу концевого аденилового нуклеотида, хоча отримані докази можливості приєднання амінокислоти і крізь 2¢-ОН-группу. Тимидин-псевдоуридин-цитидиловая петля, очевидно, забезпечує зв’язування аминоацил-тРНК з поверхнею рибосоми. Є ще, додаткова петля, склад якої варіює в різних типів молекул тРНК; її призначення невідомо. Дигидроуридиловая петля, з іншого боку, виявилася необхідної як сайт (місце) для впізнавання специфічним ферментом -аминоацил-тРНК-синтетазой. Є також антикодоновая петля, несуча триплет, під назвою антикодоном, і розташована протилежному не стоїть осторонь того кінця, куди приєднується амінокислота. Антикодон є антипараллельными у своїй комплементарности.

Тщательный аналіз нуклеотидної послідовності різних тРНК показав, що вони містять однаковий 5¢-концевой нуклеотид — ГМФ з вільною 5¢-фосфатнойгрупою. Адапторная функція молекул тРНК залежить від зв’язуванні кожної молекули тРНК зі своїми специфічної функціональної амінокислотою. Але бо між нуклеїнової кислотою і специфічної функціональної групою амінокислоти немає відповідники спорідненості, цю функцію впізнавання виконає білкова молекула, яка дізнається як молекулу специфічної тРНК, і специфічної аминокислоты.

Матричная РНК

Выше було зазначено вимушені участі предобразованной молекули РНК для правильної розстановки амінокислот в полипептидной ланцюга. Прозвучало думка, що предобразованная РНК, необхідна зміни типу синтезованого білка, повинна мати високої швидкістю відновлення свого складу, т. е. молекула такий РНК повинна синтезуватися і розпадатися із швидкістю, щоб забезпечити швидку оновлюваність нуклеотидного складу. Але фактично рРНК позначилася метаболически дуже стабільно, тому ставала очевидним, що вона може бути як матриці.

В ряді лабораторій отримано дані про існування у клітинах у поєднанні з рибосомами короткоживущей РНК, названої інформаційної РНК; нині вона позначається як матрична РНК, оскільки її роль залежить від перенесення інформації від ДНК в ядрі до цитоплазми, де сполучається з рибосомами і служить матрицею, де відбувається синтез білка.

Эти досліди відкрили прямий шлях для експериментальної розшифровки коду, з допомогою якого інформація від РНК передається на синтезируемый білок. Послідовність нуклеотидів РНК реалізується у специфічної послідовності амінокислот синтезируемой полипептидной ланцюга. Досліди Ниренберга свідчать і у тому, що ні рибосома і рРНК є матрицею, де синтезуються специфічні білки, а цією роллю виконують зовнішні матричні РНК. Отже, ДНК зраджує інформацію на РНК, яка синтезується в ядрі і далі вступає у цитоплазму. Тут РНК виконує матричну функцію для синтезу специфічної білкової молекули. Матрична гіпотеза синтезу білка, як та інших полімерних молекул ДНК і РНК, отримало час повне підтвердження. Її правильність було доведено в експериментах, що забезпечували точне відтворення первинної структури полімерних молекул; причому цей синтез на відміну від безладного хімічного синтезу вирізнявся як високої швидкістю і специфічністю, а й спрямованістю самого процесу, згідно з програмою, записаній в лінійної послідовності молекули матрицы.

Аминоацил -тРНК синтетазы

В цитозоле клітин 20 різних амінокислот приєднуються a-карбоксильной групою до 3¢-гидрофильному акцепторному кінцю відповідних тРНК із заснуванням сложноэфирной зв’язку. Ці реакції каталізує сімейство ферментів, носящее назва аминоацил -тРНК синтетаз. Кожен із членів цього сімейства дізнається тільки один певну амінокислоту й ті тРНК, які можуть зв’язуватися з цим амінокислотою. З цього треба, що до групи тРНК синтетаз входить 20 різних ферментів. Вони здійснюють активацію амінокислот у два стадії: на першої стадії амінокислота приєднується до ферменту реагує з АТФ із заснуванням багатого енергією проміжного сполуки -аминоацил АМФ. У другий стадії аминоацильный залишок аминоациладенилата, залишаючись що з ферментом, взаємодіє зі молекулою відповідної тРНК із заснуванням аминоацил тРНК.

Для кожної амінокислоти є своя фермент — своя аминоацил тРНК синтетаза: для глутамата — глутамил-тРНК синтетаза, гистидина — гистидил-тРНК синтетаза і т.д.

Аминокислоты приєднуються до 3 «- чи 2 «-ВІН групам рибозы на З «-кінці тРНК, де всі тРНК мають загальну нуклеотидну послідовністьССА.

Энергия, заключённая в макроэргической сложноэфирной зв’язку аминоацил-тPHK, згодом використовується на освіту пептидной зв’язку під час синтезу белка.

Пирофосфат, вирізняється під час цієї реакції, гидролитически розщеплюється із заснуванням двох молекул ортофосфата і виділенням енергії, що робить реакцію активації амінокислот необратимой.

Чрезвычайно висока специфічність аа-тРНК синтетаз в зв’язуванні амінокислоти з відповідними тРНК є основою точності трансляції генетичної інформації. У активному центрі цих ферментів є 4 специфічних ділянки для впізнавання: амінокислоти, тРНК, АТФ і четвертий — приєднання молекули Н20, яка бере участь у гідролізі неправильних аминоациладенилатов. За рахунок існування в активному центрі цих ферментів коригувального механізму, забезпечує негайне видалення помилково присоединённого аминокислотного залишку, досягається разюче висока точність роботи: на 1300 що з тРНК амінокислот трапляється тільки одна ошибка.

Аминокислота, приєднуючись до тРНК, надалі не визначає специфічних властивостей аа-тРНК, оскільки її структуру не довідається ні рибосома, ні мРНК. Участь синтезі білка залежить від структури тРНК, а точніше, від комплиментарного взаємодії антикодона аминоацил-тРНК з кодоном мРНК.

Антикодон лежить у центральної (антикодоновой) зашморгу тРНК. Упізнавання тРНК аа-тРНК синтетазами який завжди іде за рахунок антикодоновой зашморгу. Активний центр деяких ферментів виявляє комплементарне відповідність іншим ділянкам просторової структури тРНК.

Рибосомы

Рибосомы є рибонуклеопротеиновые освіти — своєрідні «фабрики», у яких йде складання амінокислот в білки. Эукариотические рибосоми мають константу седиментации 80S і полягає з 40S (малої) і 60S (великий) субодиниць. Кожна субъединица включає рРНК і білки. У 40S субъединицу входить рРНК з константою седиментации 18S і майже 30—40 білків. У 60S субъединице виявлено 3 виду рРНК: 5S, 5,8S і 28S і майже 50 різних белков.

Белки входять до складу субодиниць рибосоми у кількості однієї копії виконують структурну функцію, забезпечуючи взаємодія між мРНК і тРНК, пов’язані з амінокислотою чи пептидом.

В присутності мРНК 40S і 60S субодиниць об'єднуються із заснуванням повної рибосоми, маса якої приблизно 650 разів більше маси молекули гемоглобіну.

В рибосоме є 2 центру для приєднань молекул тРНК: аминоацильный (А) і пептидильный (Р) центри, освіти яким беруть участь обидві субъединицы. Разом центри Проте й Р включають ділянку мРНК, рівний 2 кодонам. У результаті трансляції центр, А пов’язуємо аа-тРНК, будова якої визначає кодон, що у області цього центру. У струкЯ турі цього кодона зашифровано природа амінокислоти, яка включено до дедалі більшу полипептидную ланцюг. Центр Р займає пептидил-тРНК, тобто. тРНК, що з пептидной ланцюжком, що вже синтезирована.

У эукариотов розрізняють рибосоми 2 типом «вільні», виявлені в цитоплазма клітин, і з эндоплазматическим ретикулумом (ЕР). Рибосоми, ассоциированнье з ЕР, відповідальні за синтез білків «експорту», які виходять у плазму крові й беруть участь у відновленні білків ЕР; мембрани aаппарата Гольджи, мітохондрій чи лизосом.

Митохондрии містять свій набір рибосом. Мітохондріальні рибосоми дрібніший від, ніж рибосоми эукариотов, прокариотов і мають константу седиментации 55S. Вони також полягавши з цих двох субодиниць, але від эукаририотических рибосом кількістю і складом РНК і белков.

Белковые факторы

В кожної стадії білкового синтезу на рибосоме: ініціації, елонгації і терминации бере участь різний набір внерибосомных білковий чинників. Ці білки пов’язуються з рибосомой чи її субъединицами на певних стадіях процесу стабілізують чи полегшують функціонування белоксинтезирующей машины.

АТФ і ГТФ як джерела энергии

На включення однієї амінокислоти в дедалі більшу полипептидную ланцюг клітина витрачає 4 макроэргические зв’язку: 2 з АТФ під час реакції, катализируемой аа-тРНК синтетазой (у процесі активації амінокислот АТФ розщеплюється на АМФ і пірофосфат), і 2 молекули ГТФ: одна використовується на зв’язування аа-тРНК в А-центре рибосоми, а друга витрачається на стадію транслокации. До цього |слід додати використання ще двох макроэргических зв’язків молекул: АТФ і ГТФ на ініціацію і терминацию синтезу полипептидной цепи.

Этапы синтезу полипептидной цепи

Синтез білка є циклічний багатоступінчастий энергозависимый процес, у якому вільні амінокислоти полимеризуется в генетично детерміновану послідовність із заснуванням полипептидов. Система білкового синтезу, точніше система трансляції, що використовує генетичну інформацію, транскрибированную в мРНК, для синтезу полипептидной ланцюга з певною первинної структурою, включає близько 200 типів макромолекул — білків і нуклеїнових кислот. У тому числі близько 100 макромолекул, що у активировании амінокислот та його перенесення на рибосоми, більш 60 макромолекул, входять до складу 70S чи 80S рибосом, і майже 10S макромолекул, приймаючих особиста участь у системі трансляції. Не розбираючи природу інших важливих для синтезу чинників, розглянемо докладно механізм індивідуальних шляхів синтезу білкової молекули в штучної синтезуючої системі. Насамперед за допомогою ізотопного методу з’ясовано, що синтез білка починається з N-конца і завершується C-концом, тобто. процес відбувається у напрямі: NH2®COOH.

Белковый синтез, чи процес трансляції, то, можливо умовно розділений на 2 етапу: активування амінокислот та власне процес трансляции.

Второй етап матричного синтезу білка, власне трансляцію, протікаючим в рибосоме, умовно ділять втричі стадії: ініціації, елонгації і терминации.

Активирование аминокислот

Необходимым умовою синтезу білка, що у кінцевому підсумку зводиться до полімеризації амінокислот, є наявністю у системі не вільних, а про активованих амінокислот, які мають своїм внутрішнім запасом енергії. Активація вільних аминоксилот здійснюється за допомогою специфічних ферментів аминоацил -тРНК-синтетаз у присутності АТФ. Цей процес відбувається відбувається у 2 стадии:

Обе стадії катализируются у тому ж ферментом. У першій стадії амінокислота реагує з АТФ й утворюється пірофосфат і проміжний продукт, який другий стадії реагує із відповідною 3¢-ОН-тРНК, в результаті чого утворюється аминоацил -тРНК і звільняється АМФ. Аминоацил-тРНК має необхідним запасом энергии.

Аминокислота приєднується до концевому 3¢-ОН-гидроксилу АМФ, що з двома залишками ЦМФ утворює кінцевий триплет ЦЦА, є однаковим всім транспортних РНК.

Процессы трансляции

Инициация Инициация трансляції є подія, під час якої відбувається образованиe комплексу, що включає Мет-тРНКiмет, мРНК і рибосому, где—тРНКiмет ініціююча метиониновая тРНКВ цьому процесі беруть участь щонайменше 10 чинників ініціації, що означують як elF (від анг. eukaryotic initiation factors) вказавши номер та букви. Спочатку 40S субъединица рибосоми сполучається з чинником ініціації, який перешкоджає її зв’язування з 60S субъединицей, але стимулює об'єднання з потрійним комплексом, які мають Мет-тРНКiмет, eIF-2 і ГТФ. Далі ця сьогодні вже більш складний комплекс нижченаведених пов’язують із 5 «-кінцем мРНК з участю кількох elF. Одне з чинників ініціації (elF-4F) довідається і приєднується до ділянці «кэп» на молекулі мРНК, й тому він отримав назву кэпсвязывающего білка. Прикрепившись до мРНК, 40S субъединица починає сковзати по некодирующей частини мРНК до того часу, доки досягне ініціюючого кодона AUG яка кодує нуклеотидної послідовності. Ковзання 40S субъединицы по мРНК супроводжується гидролизом АТФ, енергія якого витрачається подолання ділянок спирализации в нетранслируемой частини мРНК. У эукариотических клеках некодирующие ділянки мРНК мають різну довжину, але від 40 до 80 нуклеотидів, хоча зустрічаються області з завдовжки понад 700 кримінальних нуклеотидов.

Достигнув початку яка кодує послідовності мРНК, 40S субъединица зупиняється і пов’язують із іншими чинниками ініціації, які прискорюють приєднання 60S субъединицы й освіту 80S рибосоми рахунок гідролізу ГТФ до ГДФ й неорганічного фосфату. У цьому формуються Аі Р-центры рибосоми, причому у Р-центре виявляється AUG-кодон мРНК з присоединённым щодо нього Мет-тРНКiмет.

В клітинах є 2 різняться структурою тРНК, узнающие кодон AUG. Який Ініціює кодон довідається тРНКiмет, а триплеты мРНК, які кодують включення метіоніну у внутрішні ділянки білка, прочитуються інший тРНКiмет Элонгация По завершенні ініціації рибосома розташований мРНК в такий спосіб, що у Р-центре перебуває який ініціює кодон AUG з присоединённой щодо нього Мет-тРНКiмет., а А-центре — триплет, який кодує включення першої амінокислоти синтезованого білка. Далі починається найтриваліший етап білкового синтезу — элонгация, під час якого рибосома з допомогою аа-тРНК послідовно «читає» мРНК як триплетов нуклеотидів, наступних за який ініціює кодоном в напрямі від 5 «до З «-кінцю, нарощуючи полипептидную ланцюжок рахунок послідовного приєднання аминокислот.

Включение кожної амінокислоти на білок відбувається у 3 стадії, під час которых:

• аа-тРНК кожної що входить у білок амінокислоти пов’язують із А-центром рибосомы;

• пептид від пептидил-тРНК, що у Р-центре, приєднується до a-NH2-группe аминоацильного залишку аа-тРНК А-центра із заснуванням нової пептидной связи;

• удлинённая однією амінокислотний залишок пептидил-тРНК переміщається з А-центра в Р-центр внаслідок транслокации рибосомы.

Связывание аминоацил-тРНК в А-центре. Кодон мРНК, располагающийся в А-центре поруч із який ініціює кодоном, визначаємо природу аа¢-тРНКаа¢, яка включено до А-центр. аа¢-тРНКаа¢ взаємодіє зі рибосомой як потрійного комплексу, що складається з чинника елонгації EF-1, аа¢-тРНКаа¢, і ГТФ Комплекс ефективно взаємодіє зі рибосомой лише тому випадку, якщо антикодон аа¢-тРНКаа¢, компліментарний і антипараллелен кодону мРНК в А-центре. Включення аа¢-тРНКаа¢, в рибосому відбувається поза рахунок енергії гідролізу ГТФ до ГДФ й неорганічного фосфату.

.

Образование пептидной зв’язку відбувається відразу після відщіплення комплексу EF-1 і ГДФ від рибосоми. Ця стадія процесу отримав назву реакції транспептидации.

В ході цієї реакції залишок метіоніну аа¢-тРНКаа¢, пов’язують із a-аминогруппой першої амінокислоти, присоединённой до тРНКаа¢, і pacположенной в А-центре, утворюється перша пептидная зв’язок. Встановлено, що пептидилтранс|феразная активність великий субъединици рибосоми належить 28S рРНК. На цей час виявлено цілу групу РНК, що має властивостями ферментів. Ці каталитически активні РНК отримали назва рибозимов Вважають, що рибозимы вважатимуться «реліктами» раннього періоду революції, коли білки не придбали такого значення, як і наступні періоди.

Транслокация — третя стадія елонгації. До рибосоме приєднується чинник елонгації EF-2 і поза рахунок енергії ГТФ просуває рибосому по мРНК однією кодон до З «-кінцю. Через війну дипептидил-тРНК, яка змінює свого становища щодо мРНК, з А-центра переміщається в Р-центр. Вільна від метіоніну тРНКаа¢, залишає рибосому, а область А-центра потрапляє наступний кодон.

По завершенні третьої стадії елонгації рибосома в Р-центре має дипептидил-тРНК, а А-центр потрапляє триплет, який кодує включення до полипептидную ланцюг другий амінокислоти. Починається наступний цикл стадії елонгації, під час якого на рибосоме знову проходять вищеописані події. Повторення таких циклів за кількістю значеннєвих кодонов мРНК завершує весь етап элонгации.

Терминация Терминация трансляції настає у разі, як у А-центр рибосоми потрапляє одне із стоп-кодонов: UAG, UAA чи UGA. Для стоп-кодонов немає відповідних тРНК. Натомість до рибосоме приєднуються 2 білкових высвобождающих чинника RF (від анг, releasing/actor) чи чинника терминации. Одне з їх із допомогою пептидилтрансферазного центру каталізує гидролитическое відщеплення синтезованого пептида від тРНК. Інший рахунок енергії гідролізу ГТФ викликає дисоціацію рибосоми на субъединицы.

Интересно відзначити, що чинники трансляції, реалізують ефекти рахунок гідролізу ГТФ, належать до суперсемейства G-белков, до якого входять G-белки, що у трансдукції сигналів гормонів та інших біологічно активних речовин, і Ras-белки, функціонуючі як чинники зростання. Усі G-белки пов’язують і гидролизуют ГТФ. Коли вони пов’язані з ГТФ, то активні і у відповідних метаболічних процесах, а як у активному центрі внаслідок гідролізу ГТФ перетворюється на ГДФ, ці білки набувають неактивную конформацию.

Таким чином, матрична природа процесу трансляції в тому, що послідовність надходження аминоацил-тРНК рибосому для синтезу білка суворо детермінована мРНК, тобто. порядок розташування кодонов вздовж ланцюга мРНК однозначно задає структуру синтезованого білка. Рибосома сканує ланцюг мРНК як триплетов і послідовно відбирає із довкілля «потрібні» аа-тРНК, звільняючи під час элонгаци деацилированные тРНК.

Малая і велика субъединицы рибосоми: процесі трансляції виконують різні функції: мала субъединица приєднує мРНК декодує інформацію з допомогою тРНК механізму транслокации, а велика субъеданица відповідальна що за утворення пептидних связей.

Полирибосомы

В процесі синтезу білка рибосома приєднується до 5 «-кінцю мРНК і переміщається в напрямі З «-кінця. У цьому 5 «-кінець мРНК звільняється, і до нього приєднатися нова рибосома, де починається poст ще однієї полипептидной ланцюга. Як правило багато рибосом одночасно бере участь у синтезі білка в одній й тієї мРНК, створюючи комплекс, яку називають полирибосомой, чи полисомой.

Каждая рибосома займає на мРНК ділянку завдовжки близько 80 нуклеотидів, тому рибрсомы розташовуються на мРНК з інтервалом приблизно 100 нуклеотидів. Чим довші полипептидная ланцюжок синтезованого білка, то більше вписувалося рибосом може одночасно здійснювати синтез цього білка, значно увеличиваая таким чином, ефективність використання матрицы.

Каждая рибосома здатна каталізувати освіту близько 100 пептидних зв’язків в хвилину. Полирибосомы можуть існувати як частинок, плаваючих в цитоплазмі клітин, чи може бути пов’язані з ЕР. Вільні цитоплазматические полирибосомные частки відповідальні за синтез білків, виконують внутрішньоклітинні функції. Полирибосомы, асоційовані з ЕР, під електронним мікроскопом мають вигляд «шорсткуватій» поверхні. Бєлки, синтезовані «шорсткуватим» ЕР, повинні транспортуватися через мембрану у тому, що вони досягли місця остаточної локалізації. Їх характерно присутність на N-конце лидерной, чи сигнальною, послідовності довжиною від 15 до 30 амінокислотних залишків, що містить багато амінокислот з гидрофобными радикалами і відданість забезпечує проходження білка через ліпідний бислой мембран. Деякі з цих білків для подальшого транспорту упаковуються апаратом Гольджи в секреторні гранулы.

Транспорт синтезованих білків через мембраны.

Помимо використання білків потреб самої клітини, багато звані експортовані білки, що функціонують поза клітини, піддадуться переносу через клітинну мембрану з допомогою особливих низькомолекулярних пептидів (від 15 до 30 амінокислот), що дістали назву лідируючих, чи сигнальних, пептидів. Особливістю їх складу є переважне зміст гидрофобных радикалів, що дозволяє йому легко проникати через бислойную липидную мембрану чи вбудовуватися в мембрану. Ці сигнальні послідовності в рибосомах утворюються першими і з N-конца при синтезі білка за програмою сигнальних кодонов, розташованих відразу після инициаторного кодона, і легко впізнаються рецепторными ділянками мембрани эндоплазматической мережі. У цьому утворюється комплекс між мРНК, рибосомой і мембранными рецепторными білками, формуючи своєрідний канал в мембрані, через який сигнальний пептид проникає всередину цистерни эндоплазматической мережі, захоплюючи і протягуючи у себе синтезируемую і дедалі більшу молекулу секреторного білка. У процесі проходження або ж після проникнення полипептида в цистерни N-концевая сигнальна послідовність відщепляється під впливом особливої лідируючої (сигнальній) пептидазы, а зрілий білок через плаский комплекс (апарат Гольджи) може залишати клітину у вигляді секреторного пляшечки. Треба зазначити до можливості активної участі у сфері транспорту білків та інших полімерних молекул через мембрани, крім сигнальних пептидів, також особливих білків, отримали найменування поринов; хімічну природу і механізм їхні діяння з’ясовані поки недостаточно.

Синтез мітохондріальних белков

В мітохондріях клітин вищих організмів міститься до 2% клітинної ДНК, відрізнялася від ДНК ядра. Мітохондрії містять весь апарат, включаючи рибосоми, тРНК і мРН До, необхідний синтезу певних білків. Синтезовані в мітохондріях білки переважно ставляться до нерастворимым білкам, бере участі у організації структури цих органел, тоді як джерелом синтезу розчинних мітохондріальних білків є рибосоми цитоплазми, звідки вони потім транспортуються в мітохондрії. Рибосоми в мітохондріях мають менший розмір ніж 80S рибосоми в цитоплазмі. Цікаво зазначити, що на посаді яка ініціює амінокислоти при синтезі білка в мітохондріях эукариот може брати участь N-формилметионин, а чи не вільний метіонін, як і цитоплазмі. Ця обставина свідчить про тому, що митохондриальный синтез білка зі свого механізму, очевидно, близький до синтезу білка у прокариот.

Посттрансляционные модифікації полипептидной цепи Полипептидные ланцюга можуть піддаватися структурним модифікаціям, або будучи ще пов’язані з рибосомами, або після завершення синтезу. Ці конформаційні і структурні зміни полипептидных ланцюгів дістали назву посттрансляционных змін. Вони включають видалення частини полипептидной ланцюга, ковалентное приєднання однієї чи кількох низькомолекулярних лигандов, придбання білком нативной конформации.

Многие модифікації здійснюються у ЕР. Тут відбуваються фолдинг полипептидных ланцюгів і формування унікальної третинної чи четвертичной структури білків. До того ж для підтримки нативной конформації молекул важливого значення має правильне формування дисульфидных связей.

Частичный протеолиз

Многие білки, секретируемые з клітин, спочатку синтезуються як молекул-предшественников, функціонально неактивних. Видалення частини полипептидной ланцюга специфічними эндопротеазами призводить до утворення активних молекул. Деякі белки-предшественники розщеплюються в ЕР чи апараті; Гольджи. інші — після секреції. Так, неактивні попередники секретируемых ферментів — зимогены — утворюють активний фермент після розщеплення по певним ділянкам молекули: зимоген панкреатической залози трипсиноген перетворюється на активний трипсин після секреції на тоненький кишечник.

Наглядным прикладом послідовного двухстадийного протеолізу служить освіту активних форм пептидних гормонів (наприклад, інсуліну чи глюкагону) з препрогормонов. Спочатку N-концевой сигнальний пептид молекулы-предшественника видаляється в ЕР процесі синтезу білка й утворюється неактивний прогормон. Потім прогормон в секреторных гранулах, цих в апараті Гольджи піддається дії ендоі/або экзопротеаз і перетворюється на активний гормон.

Ковалентные модификации

Структурные білки, й ферменти можуть акгивироваться чи инактивироваться внаслідок приєднання різних хімічних груп фосфатних, ацильных. метальных, олигосахаридных та деякі других.

Фосфорилирование білків здійснюється за гидроксильным групам серина, треоніну і, рідше, тирозина ферментами із групи протеинкиназ, тоді як дефосфорилирование катализируют гидролитические ферменти фосфопротеинфосфатазы.

Гликозилирование. Бєлки, що входять до склад плазматичних мембран чи секретирующиеся з клітин, піддаються гликозидированию. Вуглеводні ланцюга приєднуються по гидроксильным групам серина чи треоніну (О-гликозилирование) або аспарагина (N-гликозилирование). Послідовне нарощування вуглеводного фрагмента відбувається у ЕР і апараті Гольджи.

Многочисленным модифікаціям піддаються бічні радикали деяких амінокислот: в тиреоглобулине йодируются залишки тирозина; в чинниках згортання крові карбоксилируются залишки глутамата; в ЕР фібробластів гидроксилируился залишки пролина і лізину на ланцюгах тропоколлагена.

Регуляция синтезу белка

Основным умовою існування будь-яких живих організмів служить наявність тонкої, гнучкою, узгоджено діючої системи регулювання, коли всі елементи тісно пов’язані один з одним. У білковому синтезі як кількісний і якісний склад білків, а й час синтезу причетний безпосередньо до багатьох проявам життя. Зокрема, від цього пристосування мікроорганізмів до місцевих умов оточуючої живильне середовище як біологічної необхідності чи пристосування складного багатоклітинного організму до фізіологічним потребам за зміни внутрішніх та зовнішніх условий.

Клетки живих організмів у змозі синтезувати дуже багато різноманітних білків. Але вони будь-коли синтезують всі білки. Кількість і розмаїтість білків, зокрема ферментів, визначаються мірою їхнього участі у метаболізмі. Понад те, інтенсивність обміну регулюється швидкістю синтезу білка і відомства паралельно контролюється аллостерическим шляхом. Отже, синтез білка регулюється зовнішніми і внутрішніми умовами, які диктують клітині синтез такої кількості білка і такі білків, що необхідні виконання фізіологічних функцій. Усе свідчить про вельми складному, тонкому і слушному механізмі регуляції синтезу білка в клетке.

Общую теорію регуляції синтезу білка розробили Ф. Жакоб і Ж. Моно. Сутність теорії зводиться до «вимиканню» чи «включенню» генів як функціонуючих одиниць, до можливості або неможливості прояву їх спроможність передавати закодовану в структурних генах ДНК генетичну інформацію для синтезу специфічних білків. Ця теорія, доведена в дослідах на бактерії, отримала широке визнання, хоча у эукариотических клітинах механізм регуляції синтезу білка мабуть складніший. У бактерій доведено індукція ферментів (т. е. синтез ферментів de novo) при додаванні в сприятливе середовище субстратів цих ферментів. Додавання кінцевих продуктів реакції, освіту яких каталізується цими самими ферментами, навпаки, викликає зменшення кількості синтезованих ферментів. Ця остання явище одержало назву репресії синтезу ферментів. Обидва явища — індукція і репресія — взаимосвязаны.

Согласно теорії Жакоба і Моно в біосинтезі білка у бактерій беруть участь по крайнього заходу три типу генів: структурні гени, ген-регулятор і ген-оператор. Структурні гени визначають первинну структуру синтезованого білка. Саме це гени в ланцюга ДНК є підвалинами біосинтезу мРНК, які потім вступає у рибосому як було зазначено вище, служить матрицею для біосинтезу білка.

Синтез мРНК на структурних генах молекули ДНК безпосередньо контролюється певним ділянкою, званим геном-оператором. Він служить хіба що пусковим механізмом для функціонування структурних генів. Ген-оператор локалізований на крайньому відрізку структурного гена чи структурних генів, регульованих їм. «Зчитування» генетичного коду, т. е. формування мРНК, починається спромотора— ділянки ДНК, що є точкою ініціації для синтезу мРНК, і далі поширюється послідовно вздовж оператора і структурних генів. Органічний одним оператором одиночний ген чи група структурних генів утворює оперон.

В своє чергу діяльність оперона перебуває під контролюючим впливом іншого ділянки ланцюга ДНК, названих гена-регулятора. Оскільки структурні гени і ген-регулятор перебувають у різних дільницях ланцюга ДНК, зв’язок з-поміж них, як їх планують Ф. Жакоб і Ж. Моно, здійснюється за допомогою вещества-посредника, що опинилося білком і названого репрессором. Освіта репрессора відбувається в рибосомах ядра на матриці специфічної мРНК, синтезованою на гене-регуляторе. Репрессор має спорідненість до гену-оператору і можна зупинити сполучається з ним саме в комплекс. Освіта такого комплексу призводить до блокування синтезу мРНК і, отже, синтезу білка, тобто. функція гена-регулятора полягає, у цьому, аби за белок-репрессор припиняти діяльність структурних генів, синтезують мРНК. Репрессор, ще, має здатністю суворо специфічно зв’язуватися з деякими низкомолекулярными речовинами, званими индукторами, чи эффекторами. Коли таку індуктор сполучається з репрессором, останній втрачає здатність зв’язуватися з геном-оператором, який в такий спосіб виходить з-під контролю гена-регулятора, і розпочинається синтез мРНК.

Это типовий приклад негативною форми контролю, коли індуктор, з'єднуючись з белком-репрессором, викликає його третинної структури настільки, що репрессор втрачає здатність зв’язуватися з геном-оператором. Цей процес відбувається аналогічний взаємовідносинам аллостерического центру ферменту з эффектором, під впливом якого змінюється третинна структура ферменту і він втрачає здатність зв’язуватися зі своїми субстратом.

Механизм описаної регуляції синтезу білка та «взаємини репрессора зі структурними генами було доведено в дослідах на Є. coli, з прикладу синтезу Р-галактозидазы (лактази) — ферменту, гидролизующего молочый цукор на глюкозу і галактозу. Дикий штам Є. coli, зазвичай зростаючий на глюкозі, неспроможна зростати, якщо замість глюкози в сприятливе середовище додати лактозу (новий джерело енергії та вуглецю) до того часу, коли будуть синтезовано відповідні ферменти (адаптивний синтез). По прибутті в клітину лактози (індуктора) молекули її пов’язуються з белком-репрессором і блокують зв’язок між репрессором і геном-оператором. У цьому ген-оператор і структурні гени починають знову функціонувати і синтезувати необхідну мРНК, яка «дає команду» рибосомам синтезувати р-галактозидазу. Одночасно ген-регулятор продовжує виробляти репрессор, але блокується новими молекулами лактози, тому синтез ферменту триває. Щойно молекули лактози буде цілком розщеплені, репрессор звільняється і, вступивши в ДНК, пов’язує ген-оператор і блокує синтез мРНК, отже, синтез Р-галактозидазы в рибосомах.

Таким чином, біосинтез мРНК, контролюючий синтез білка в рибосомах, залежить від функціонального стану репрессора. Якщо репрессор, що робить собою білок, побудований з 4 субодиниць із загальною молекулярної масою близько 150 000 Так, перебуває у активному стані, не пов’язані з індуктором, він блокує ген-оператор і синтез мРНК немає. По прибутті метаболита-индуктора у клітину молекули його пов’язують репрессор, перетворюючи їх у неактивную форму (чи, можливо, знижуючи його спорідненість до гену-оператору). Структурні гени виходять з-під який забороняє контролю та починають синтезувати потрібну мРНК.

Выше було зазначено, що концентрація низки ферментів у клітинах різко знижується при збільшенні концентрації віддалених кінцевих продуктів, які виникають у ланцюзі послідовних ферментативних реакцій. Такий ефект, який отримав назву репресії ферментів, часто спостерігається при реакціях біосинтезу. У таких випадках виявилося, що молекули репрессора, також які утворюються в рибосомах ядра по «команді» гена-регулятора, є неактивними і держава сама не мають здатністю придушувати діяльність гена-оператора і, отже, всього оперона, але набувають таку здатність після освіти комплексу з кінцевим чи однією з кінцевих продуктів биосинтетического процесса.

Конечный продукт виступає, в такий спосіб, як корепрессора. Є дані, що дають, що на посаді корепрессоров в синтезі ферментів обміну амінокислот виступає не вільна амінокислота як кінцевий продукт биосинтетической реакції, а комплекс її з тРНК — аа-тРНК.

В регуляції експресії структурних генів специфічне участь приймає особливий білок, який отримав назву катаболитный ген-активирующий білок (від анг, catabolite gene activation protein, скорочено обозначаемый САР); цього білка взаємодіє зі цАМФ, створюючи комплекс, сприяє прикреплению РНК-полімерази до промоторному ділянці геному. У присутність комплексу САР-цАМФ фермент може, розпочати транскрипцію оперона, включаючи структурні гени, т. е. у клітинах є іще одна, додатковий САР-цАМФ регулятор, діючий швидше за все як позитивного регулятора, оскільки його необхідне початку експресії гена. Отже, концепції Жакоба і Моно про механізм прояви активності генів визнана однією з блискучих досягнень молекулярної біології. Вона стала логічним розвитком численних досліджень, проведених генетиками і биохимиками у попередні десятилетия.

В висновок слід коротенько розглянути питання регуляції процесів диференціювання клітин вищих організмів. ДНК, що є в всіх соматичних клітинах, найімовірніше, має однакову первинну структуру у даного організму, що відповідно має інформацію для синтезу будь-яких чи всіх білків тіла. Проте клітини печінки, наприклад, синтезують сывороточные білки, а клітини молочної залози — білки молока. Немає сумніву в тому, що у диференційованих клітинах, очевидно, існує тонкий механізм контролю діяльності ДНК у різних тканинах, який би синтез різноманіття белков.

Механизмы, які у основі цієї регуляції, поки що невідомі. Для пояснення їх є низка гіпотез. Передбачається, контроль складає рівні транскрипції по аналогії з індукцією ферментів у бактерій і у цьому випадку у клітинах тварин повинні функціонувати аналогічні репрессоры. Бо з молекулою ДНК у зукариот пов’язані гистоны, вважається, що вони виконують роль репрессоров. Проте прямим доказам їхньої ролі як репрессоров відсутні, як і точні дані про існування й природі будь-яких репрессоров у клітинах эукариот. Висловлено припущення, що у ядрі синтезується гігантська молекула мРНК, яка містить інформацію для синтезу широкого розмаїття білків, але у цитоплазму, як було зазначено показано вище, потрапляє лише дещиця зрілої мРНК, а переважна більшість розпадається. Незрозумілі, проте, біологічний зміст і призначення цього механізму виборчого розпаду і, витрати величезної частини молекули мРНК.

Существует ще ще одна здогадка, що у ДНК клітини синтезуються всіх можливих мРНК, які у цитоплазму, та інформаційний процес трансляції регулюється шляхом специфічного й затвердження виборчого взаємодії з деякими молекулами мРНК.

Ингибиторы синтезу белка

Одним із шляхів з’ясування механізмів синтезу нуклеїнових кислот і білків у клітинах є використання таких лікарських засобів, які б вибірково гальмувати ці процеси у бактерій, не надаючи впливу організм людини. Деякі препарати справді мають таким дією, проте чимало їх виявляються токсичними й у людини. Нині в медичній практиці застосовуються багато антибіотики, частина яких буде розглянута нижче з єдиною метою з’ясування механізму їхні діяння на ключові хімічні реакції синтезу білка і нуклеїнових кислот.

Одним із найпотужніших інгібіторів білкового синтезу є пуромицин. Через війну структурного подібності з концевым залишком АМФ в аминоацил-тРНК «він легко взаємодіє зі А-участком пептидил-тРНК із заснуванням пептидил-пуро-мицина.

.

Поскольку пептидил-пуромицин несе у собі триплета антикодона, він цим гальмує элонгацию пептидной ланцюга, викликаючи обрив реакції. З допомогою пуромицина було доведено, наприклад, що гормональний ефект часом залежить від синтезу білка de novo. Зазначимо також, що пуромицин гальмує синтез білка як в прокариот, і у эукариот.

Белковый синтез гальмується актиномицином D, які мають противоопухолевым ефектом, що утворюється внаслідок високої токсичності застосовується рідко. Він надає гальмує впливом геть синтез всіх типів клітинної РНК, особливо мРНК. Це властивість викликано який гальмує впливом актиномицина D на ДНК-зависимую РНК-полимеразу, оскільки вона пов’язують із залишками дезоксигуанозина ланцюга ДНК, вимикаючи матричну функцію останньої. Можна вважати, що актиноміцин D ингибирует транскрипцію ДНК.

Другим антибіотиком, також який гальмує синтез клітинної РНК, є використовуваний при лікування туберкульозу рифамицин. Цей препарат гальмує ДНК-зависимую РНК-полимеразу шляхом зв’язування з ферментом. Найбільш вразлива щодо нього бактеріальна РНК-полимераза. На організм тваринах цей антибіотик надає незначне вплив. По механізму дії він різко відрізняється від актиномицина t). Треба зазначити на недавно відкрите противовирусное дію рифамицина, в частковості, він успішно використовується під час лікування трахоми, яка викликається ДНК-содержащим вірусом. Очевидно, цей антибіотик ввійде у практику в лікуванні пухлин, що викликаються вирусами.

Выяснены механізми дії інших антибіотиків, застосовуваних під час лікування тифозних інфекцій. Так, хлорамфеникол надає ингибирующее впливом геть пептидилтрансферазную реакцію (на стадії елонгації) синтезу білка в 70S рибосоме бактерій. Саме це процес у 80S рибосоме не діє. Протилежне гальмує дію на синтез білка в 80S (без поразки процесу у 70S рибосоме) надає циклогексимид, є ингибитором транслоказы.

Весьма цікавий молекулярний механізм дії дифтерійного токсину. Ця людина виявилась наділений здатністю каталізувати реакцію АДФ-рибозилирования чинника елонгації (трансляционный фактор-2, TF-2). вимикаючи цим його з участі у синтезі білка. Резистентність багатьох тварин до дифтерийному токсину обумовлена труднощами проникнення токсину через мембрану клеток.

Противотуберкулезные і антибактеріальні антибіотики, зокрема стрептоміцин і неоміцин, діють на белоксинтезирующий апарат чутливих до нихштамів бактерій. Висловлено припущення, що це антибіотики викликають помилки у трансляції мРНК, що призводять спричиняє порушення відповідності між кодонами і включаемыми амінокислотами; наприклад, кодон УУУ замість фенілаланіну починає кодувати лейцин — внаслідок утворюється аномальний білок, що зумовлює загибелі бактерий.

Широко застосовувані в клініці тетрацикліни також інгібіторами синтезу білка в 70S рибосоме (менше гальмується синтез в 80S рибосоме). Вони легко проникають через клітинну мембрану. Вважається, що тетрацикліни гальмують зв’язування аминоацил-тРНК з аминоацильным центром в 50S субчастице рибосоми. Можливо, що тетрацикліни хімічно пов’язуються з цим центром, вимикаючи цим з провідних стадій процесу трансляции.

Пенициллины є істинними інгібіторами синтезу білка, проте їх антибактеріальний ефект пов’язані з гальмуванням синтезу гексапептидов, входять до складу клітинної стінки. Механізм їх синтезу відрізняється від рибосомального механізму синтезу білка. Еритроміцин і олеандомицин гальмують активність транслоказы у процесі трансляції, подібно циклогексимиду, тільки у 80S рибосомах, т. е. гальмують синтез білка у клітинах животных.

Полученные на сьогодні дані про механізму дії антибіотиків на синтез білка з урахуванням стадії і топографії процесу трансляції підсумовані в табл. 13.2 (по Харперу).

Следует вкотре підкреслити, що порушення закону чи випадання будь-якої гілки, що у синтезі білка, майже завжди призводить до розвитку патології, причому клінічні прояви хвороби визначатимуться природою, і функцією білка, синтез якого виявляється порушеним (структурний чи функціональний білок). Іноді синтезуються звані аномальні білки як наслідок дії мутагенних факторів, і, відповідно, зміни генетичного коду (наприклад, гемоглобін при серповидно-клеточной анемії). Наслідки цих порушень можуть виражатися в розвитку найрізноманітніших синдромів чи закінчуватися летально. Слід відзначити, що має потужними механізмами захисту: подібні зміни генетичного апарату швидко розпізнаються специфічними ферментами — рестриктазами, змінені послідовності вирізаються і знову заміщуються відповідними нуклеотидами з участю полимераз і лигаз.

Список литературы

Березов Т. Т., Коровкін Б. Ф. Біологічна химия//Учебная література для студентів медичного інституту, 1990.

А. З. Спирин Вісник Російської Академії Наук, тому 71,2001.

Кнорре Д.Г., Мызина С. Д Біологічна хімія: Учебник/.-3-е, испр. изд.-М.: Высш.шк., 2000.

В.И.Агол; Ред. А.С.Спирин-М Молекулярна біологія: Структура і біосинтез нуклеїнових кислот: Учеб. для биол. спец. вузів/ Высш.шк., 1990.