Baltymai vaidina labai svarbų vaidmenį organizmų gyvenime, atlieka apsaugines, struktūrines, hormonines, energetines funkcijas. Užtikrina raumenų ir kaulinio audinio augimą. Baltymai informuoja apie ląstelės sandarą, apie jos funkcijas ir biochemines savybes, yra vertingųjų medžiagų dalis, naudingas organizmui maistas (kiaušiniai, pieno produktai, žuvis, riešutai, ankštiniai augalai, rugiai ir kviečiai). Tokio maisto virškinamumas paaiškinamas biologine verte. Turint vienodą baltymų kiekio rodiklį, bus lengviau virškinti produktą, kurio vertė didesnė. Sugedę polimerai turi būti pašalinti iš korpuso ir pakeisti naujais. Šis procesas vyksta baltymų sintezės ląstelėse metu.

Kas yra baltymai

Medžiagos, kurios susideda tik iš aminorūgščių liekanų, vadinamos paprastais baltymais (baltymais). Prireikus panaudojama jų energetinė savybė, todėl žmonės vadovauja sveika gyvensena gyvenimo, dažnai reikia papildomai vartoti baltymų. Sudėtingi baltymai, proteidai, susideda iš paprasto baltymo ir nebaltyminės dalies. Dešimt baltyme esančių aminorūgščių yra nepakeičiamos, vadinasi, organizmas negali jų susintetinti pats, jos gaunamos su maistu, o kitos dešimt yra neesminės, tai yra gali būti sukurtos iš kitų aminorūgščių. Taip prasideda procesas, gyvybiškai svarbus visiems organizmams.

Pagrindiniai biosintezės etapai: iš kur atsiranda baltymai

Naujos molekulės paimamos dėl biosintezės - cheminės junginio reakcijos. Ląstelėje vyksta du pagrindiniai baltymų sintezės etapai. Tai yra transkripcija ir vertimas. Transkripcija vyksta branduolyje. Tai skaitymas iš DNR (dezoksiribonukleino rūgšties), pernešančios informaciją apie būsimą baltymą, į RNR (ribonukleino rūgštį), kuri perduoda šią informaciją iš DNR į citoplazmą. Taip nutinka dėl to, kad DNR tiesiogiai nedalyvauja biosintezėje, tik neša informaciją, negalėdama patekti į citoplazmą, kurioje sintetinamas baltymas, ir atlikdama tik genetinės informacijos nešėjos funkciją. Kita vertus, transkripcija leidžia nuskaityti duomenis iš DNR šablono į RNR pagal komplementarumo principą.

RNR ir DNR vaidmuo procese

Taigi, jis pradeda baltymų sintezę ląstelėse DNR grandinėje, kuri neša informaciją apie tam tikrą baltymą ir yra vadinama genu. Transkripcijos metu DNR grandinė išsivynioja, tai yra, jos spiralė pradeda irti į linijinę molekulę. Iš DNR informacija turi būti paversta RNR. Šiame procese adeninas turėtų tapti priešingu timinu. Citozinas turi guanino porą, kaip ir DNR. Priešingai adeninui, RNR tampa uracilu, nes RNR tokio nukleotido kaip timinas neegzistuoja, jis tiesiog pakeičiamas uracilo nukleotidu. Citozinas yra šalia guanino. Priešais adeniną yra uracilas, o suporuotas su timinu yra adeninas. Šios RNR molekulės, esančios priešais, vadinamos pasiuntinio RNR (mRNR). Jie gali išeiti iš branduolio per poras į citoplazmą ir ribosomas, kurios iš tikrųjų atlieka baltymų sintezės ląstelėse funkciją.

Apie kompleksą paprastais žodžiais

Dabar vyksta baltymų polipeptidinės grandinės aminorūgščių sekos surinkimas. Transkripcija gali būti vadinama informacijos apie būsimą baltymą skaitymu iš DNR šablono į RNR. Tai galima apibūdinti kaip pirmąjį etapą. Po to, kai RNR palieka branduolį, ji turi pasiekti ribosomas, kur įvyksta antrasis etapas, vadinamas vertimu.

Vertimas jau yra RNR perėjimas, tai yra informacijos perkėlimas iš nukleotidų į baltymo molekulę, kai RNR nurodo, kokia aminorūgščių seka turi būti medžiagoje. Tokia tvarka pasiuntinio RNR patenka į citoplazmą į ribosomas, kurios ląstelėje sintetina baltymus: A (adeninas) - G (guaninas) - U (uracilas) - C (citozinas) - U (uracilas) - A (adeninas).

Kodėl reikalingos ribosomos?

Kad įvyktų vertimas ir susidarytų baltymas, reikalingi komponentai, tokie kaip pati pasiuntinio RNR, pernešimo RNR, taip pat ribosomos kaip „gamykla“, kurioje gaminamas baltymas. Šiuo atveju veikia dviejų tipų RNR: informacinė, kuri susidarė branduolyje su DNR, ir transportinė. Antroji rūgšties molekulė atrodo kaip dobilas. Šis „dobilas“ pririša prie savęs aminorūgštį ir perneša ją į ribosomas. Tai yra, jis vykdo transportavimą organiniai junginiai tiesiai į savo išsilavinimo „gamyklą“.

Kaip veikia rRNR

Taip pat yra ribosomų RNR, kurios yra pačios ribosomos dalis ir atlieka baltymų sintezę ląstelėje. Pasirodo, ribosomos yra nemembraninės struktūros, jos neturi apvalkalų, tokių kaip branduolys ar endoplazminis tinklas, o tiesiog susideda iš baltymų ir ribosominės RNR. Kas atsitinka, kai nukleotidų seka, ty pasiuntinio RNR, patenka į ribosomas?

Pernešimo RNR, esanti citoplazmoje, traukia aminorūgštis į save. Iš kur atsirado aminorūgštys ląstelėje? O jie susidaro dėl su maistu gaunamų baltymų irimo. Šie junginiai kraujo srove pernešami į ląsteles, kur gaminami organizmui reikalingi baltymai.

Paskutinis baltymų sintezės ląstelėse etapas

Aminorūgštys plaukia citoplazmoje taip pat, kaip ir pernešančios RNR, o kai polipeptidinės grandinės surinkimas vyksta tiesiogiai, šios pernešančios RNR pradeda su jomis prisijungti. Tačiau ne jokia seka ir ne jokia perdavimo RNR gali susijungti su visų tipų aminorūgštimis. Yra tam tikra vieta, prie kurios prijungiama reikiama aminorūgštis. Antrasis perdavimo RNR segmentas vadinamas antikodonu. Šis elementas susideda iš trijų nukleotidų, kurie papildo nukleotidų seką pasiuntinio RNR. Vienai aminorūgščiai reikia trijų nukleotidų. Pavyzdžiui, bet koks sąlyginis baltymas, kad būtų paprasčiau, susideda tik iš dviejų aminorūgščių. Akivaizdu, kad dauguma baltymų turi labai ilgą struktūrą, susidedančią iš daugybės aminorūgščių. Grandinė A - G - U vadinama tripletu arba kodonu, ji bus sujungta pernešančia RNR dobilo pavidalu, kurios gale bus tam tikra aminorūgštis. Kitas C-U-A tripletas bus prijungtas prie kitos tRNR, kurioje bus visiškai kitokia aminorūgštis, papildanti šią seką. Tokia tvarka vyks tolesnis polipeptidinės grandinės surinkimas.

Biologinė sintezės reikšmė

Tarp dviejų aminorūgščių, esančių kiekvieno tripleto „dobilų“ galuose, susidaro peptidinė jungtis. Šiame etape perdavimo RNR patenka į citoplazmą. Tada kita transportavimo RNR su kita aminorūgštimi prisijungia prie tripletų, kurie sudaro polipeptidinę grandinę su ankstesnėmis dviem. Šis procesas kartojamas tol, kol pasiekiama reikiama aminorūgščių seka. Taigi ląstelėje vyksta baltymų sintezė, susidaro fermentai, hormonai, kraujo medžiagos ir kt.. Ne kiekviena ląstelė gamina kokį nors baltymą. Kiekviena ląstelė gali sudaryti specifinį baltymą. Pavyzdžiui, eritrocituose susidarys hemoglobinas, o hormonus ir įvairius fermentus sintetins kasos ląstelės, skaidančios į organizmą patenkantį maistą.

Baltymai aktinas ir miozinas susidarys raumenyse. Kaip matyti, baltymų sintezės procesas ląstelėse yra daugiapakopis ir sudėtingas, o tai rodo jo svarbą ir būtinumą visoms gyvoms būtybėms.

Baltymų biosintezė ląstelėse – tai matricinio tipo reakcijų seka, kurios metu nuosekliai perduodant paveldimą informaciją iš vieno tipo molekulių į kitą, susidaro genetiškai nulemtos struktūros polipeptidai.

Baltymų biosintezė yra pradinis genetinės informacijos realizavimo arba išraiškos etapas. Pagrindiniai baltymų biosintezę užtikrinantys matricos procesai yra DNR transkripcija ir mRNR transliacija. DNR transkripciją sudaro informacijos perrašymas iš DNR į mRNR (pasiuntinio arba pasiuntinio RNR). MRNR vertimas yra informacijos perkėlimas iš mRNR į polipeptidą. Matricos reakcijų seka baltymų biosintezėje gali būti pavaizduota diagrama.

netranskribuota DNR grandinė

transkribuota DNR grandinė

DNR transkripcija

mRNR kodonai

mRNR vertimas

tRNR antikodonai

baltymų amino rūgštys

metioninas

Diagrama rodo, kad genetinė informacija apie baltymo struktūrą yra saugoma kaip DNR tripletų seka. Šiuo atveju tik viena iš DNR grandinių tarnauja kaip transkripcijos šablonas (tokia grandinė vadinama transkribuota). Antroji grandinė papildo transkribuotą grandinę ir nedalyvauja mRNR sintezėje.

MRNR molekulė tarnauja kaip šablonas polipeptidų sintezei ribosomose. MRNR tripletai, koduojantys konkrečią aminorūgštį, vadinami kodonais. Vertimą atlieka tRNR molekulės. Kiekvienoje tRNR molekulėje yra antikodonas, atpažinimo tripletas, kuriame nukleotidų seka yra komplementari su specifiniu mRNR kodonu. Kiekviena tRNR molekulė gali turėti griežtai apibrėžtą aminorūgštį. tRNR derinys su aminorūgštimi vadinamas aminoacil-tRNR.

tRNR molekulė pagal bendrą konformaciją primena dobilo lapą ant lapkočio. „Lapo viršuje“ yra antikodonas. Yra 61 tRNR tipas su skirtingais antikodonais. Prie „lapo lapkočio“ pritvirtinama aminorūgštis (ribosomų polipeptido sintezėje dalyvauja 20 aminorūgščių). Kiekviena tRNR molekulė su specifiniu antikodonu atitinka griežtai apibrėžtą aminorūgštį. Tuo pačiu metu tam tikra aminorūgštis paprastai atitinka kelių tipų tRNR su skirtingais antikodonais. Aminorūgštis kovalentiškai prisijungia prie tRNR fermentų – aminoacil-tRNR sintetazių – pagalba. Ši reakcija vadinama tRNR aminoacilinimu.

Ribosomose atitinkamos aminoacil-tRNR molekulės antikodonas yra prijungtas prie specifinio mRNR kodono tam tikro baltymo pagalba. Šis mRNR ir aminoacil-tRNR jungimasis vadinamas priklausomu nuo kodono. Ribosomose aminorūgštys jungiasi viena su kita peptidiniais ryšiais, o išsiskyrusios tRNR molekulės eina ieškoti laisvųjų aminorūgščių.

Leiskite mums išsamiau apsvarstyti pagrindinius baltymų biosintezės etapus.

1 etapas. DNR transkripcija. Transkribuotoje DNR grandinėje, naudojant nuo DNR priklausomą RNR polimerazę, užbaigiama papildoma mRNR grandinė. MRNR molekulė yra tiksli netranskribuotos DNR grandinės kopija, su skirtumu, kad vietoj dezoksiribonukleotidų joje yra ribonukleotidų, kuriuose vietoj timino yra uracilas.

2 etapas. iRNR apdorojimas (brendimas). Susintetinta mRNR molekulė (pirminis nuorašas) patiria papildomų transformacijų. Daugeliu atvejų pradinė mRNR molekulė supjaustoma į atskirus fragmentus. Kai kurie fragmentai – intronai – suskaidomi iki nukleotidų, o kiti – egzonai – susilieja į subrendusią iRNR. Egzonų sujungimo procesas „be mazgų“ vadinamas sujungimas.

Sujungimas būdingas eukariotams ir archebakterijoms, bet kartais pasitaiko ir prokariotams. Yra keletas sujungimo tipų. Alternatyvaus sujungimo esmė ta, kad tos pačios pradinės mRNR sritys gali būti ir intronai, ir egzonai. Tada viena ir ta pati DNR sritis atitinka kelis subrendusios mRNR tipus ir atitinkamai kelias skirtingas to paties baltymo formas. Trans splicingo esmė – skirtingų genų (kartais net iš skirtingų chromosomų) užkoduotų egzonų sujungimas į vieną subrendusią iRNR molekulę.

3 etapas. mRNR vertimas. Vertimas (kaip ir visi matriciniai procesai) apima tris etapus: pradžia (pradžia), pailgėjimas (tęsinys) ir užbaigimas (pabaiga).

Iniciacija. Iniciacijos esmė – peptidinio ryšio tarp pirmųjų dviejų polipeptido aminorūgščių susidarymas.

Iš pradžių susidaro iniciacijos kompleksas, į kurį įeina: mažas ribosomos subvienetas, specifiniai baltymai (iniciacijos faktoriai) ir specialus iniciatorius metionino tRNR su aminorūgštimi metioninu – Met-tRNAMet. Iniciacinis kompleksas atpažįsta mRNR pradžią, prisijungia prie jos ir nuslysta iki baltymų biosintezės pradžios (pradžios): daugeliu atvejų tai yra starto kodonas AUG. Tarp mRNR pradžios kodono ir metionino tRNR antikodono nuo kodono priklausomas jungimasis vyksta susidarant vandenilinėms jungtims. Tada prijungiamas didelis ribosomos subvienetas.

Kai subvienetai sujungiami, susidaro visa ribosoma, kurioje yra du aktyvūs centrai (vietos): A vieta (aminoacilas, skirtas aminoacil-tRNR prijungimui) ir P vieta (peptidiltransferazė, kuri sudaro peptidinį ryšį). tarp aminorūgščių).

Iš pradžių Met-tRNAMet yra A vietoje, bet tada persikelia į P vietą. Atlaisvinta A vieta gauna aminoacil-tRNR su antikodonu, kuris yra komplementarus mRNR kodonui po AUG kodono. Mūsų pavyzdyje tai yra Gly-tRNAGly su antikodonu CCG, kuris papildo GHC kodoną. Dėl nuo kodono priklausomo surišimo tarp mRNR kodono ir aminoacil-tRNR antikodono susidaro vandeniliniai ryšiai. Taigi šalia ribosomos yra dvi aminorūgštys, tarp kurių susidaro peptidinė jungtis. Kovalentinis ryšys tarp pirmosios aminorūgšties (metionino) ir jos tRNR nutrūksta.

Susidarius peptidiniam ryšiui tarp pirmųjų dviejų aminorūgščių, ribosoma pasislenka vienu tripletu. Dėl to inicijuojančio metionino tRNAMet perkėlimas (judėjimas) vyksta už ribosomos ribų. Vandenilio jungtis tarp starto kodono ir iniciatoriaus tRNR antikodono nutrūksta. Dėl to laisvasis tRNAMet yra atskiriamas ir eina ieškoti savo aminorūgšties.

Antroji tRNR kartu su aminorūgštimi (mūsų pavyzdyje Gly-tRNAGly) dėl translokacijos patenka į P vietą ir A vieta išlaisvinama.

Pailgėjimas. Pailgėjimo esmė yra vėlesnių aminorūgščių pridėjimas, tai yra polipeptidinės grandinės pratęsimas. Ribosomos darbo ciklas pailgėjimo metu susideda iš trijų etapų: nuo kodono priklausomas mRNR ir aminoacil-tRNR surišimas A vietoje, peptidinio ryšio tarp aminorūgšties ir augančios polipeptidinės grandinės susidarymas ir perkėlimas atpalaiduojant Svetainė.

Atlaisvinta A vieta gauna aminoacil-tRNR su antikodonu, atitinkančiu kitą mRNR kodoną (mūsų pavyzdyje tai yra Tir-tRNATir su AUA antikodonu, kuris yra komplementarus UAU kodonui).

Ribosomoje dvi aminorūgštys yra viena šalia kitos, tarp kurių susidaro peptidinė jungtis. Ryšys tarp ankstesnės aminorūgšties ir jos tRNR (mūsų pavyzdyje tarp glicino ir tRNAGly) nutrūksta.

Tada ribosoma perkelia dar vieną tripletą, o dėl translokacijos tRNR, kuri buvo P vietoje (mūsų pavyzdyje, tRNAgli), yra už ribosomos ribų ir yra atskirta nuo mRNR. A vieta išlaisvinama ir ribosomų ciklas prasideda iš naujo.

Nutraukimas. Jį sudaro polipeptidinės grandinės sintezės užbaigimas.

Galiausiai ribosoma pasiekia mRNR kodoną, kurio neatitinka jokia tRNR (ir jokia aminorūgštis). Tokie nesąmoningi kodonai yra trys: UAA („ochra“), UAG („gintaras“), UGA („opalas“). Šiuose mRNR kodonuose ribosomos darbo ciklas nutrūksta, polipeptido augimas sustoja. Ribosoma, veikiama tam tikrų baltymų, vėl suskirstoma į subvienetus.

Baltymų modifikavimas. Paprastai susintetintas polipeptidas patiria tolesnių cheminių transformacijų. Pradinė molekulė gali būti supjaustyta į atskirus fragmentus; tada vieni fragmentai susijungia, kiti hidrolizuojasi iki amino rūgščių. Paprasti baltymai gali jungtis su daugybe medžiagų, sudaryti glikoproteinus, lipoproteinus, metaloproteinus, chromoproteinus ir kitus kompleksinius baltymus. Be to, aminorūgštys, jau esančios polipeptido sudėtyje, gali būti cheminės transformacijos. Pavyzdžiui, aminorūgštis prolinas, kuri yra prokolageno baltymo dalis, oksiduojama į hidroksiproliną. Dėl to kolagenas susidaro iš prokolageno – pagrindinio jungiamojo audinio baltyminio komponento.

Baltymų modifikavimo reakcijos nėra matricos tipo reakcijos. Tokios biocheminės reakcijos vadinamos laipsniškomis.

Baltymų biosintezės energija. Baltymų biosintezė yra labai daug energijos reikalaujantis procesas. tRNR aminoacilinimas sunaudoja vienos jungties energiją ATP molekulės, su nuo kodono priklausomu aminoacilo-tRNR surišimu – GTP molekulės vienos jungties energija, ribosomai judant vieną tripletą – kitos GTP molekulės vienos jungties energija. Dėl to aminorūgšties prijungimui prie polipeptidinės grandinės išleidžiama apie 90 kJ / mol. Peptidinės jungties hidrolizė atpalaiduoja tik 2 kJ/mol. Taigi biosintezės metu didžioji dalis energijos negrįžtamai prarandama (išsisklaidoma šilumos pavidalu).

Genetinis kodas, pagrindinės jo savybės

Reakcijų metu matricos sintezė genetinio kodo pagrindu sintetinamas paveldimos struktūros polipeptidas. DNR segmentas, kuriame yra informacijos apie konkretaus polipeptido struktūrą, vadinamas genu.

Tačiau genas - tai ne tik DNR dalis, bet paveldimos informacijos vienetas, kurio nešėja yra nukleorūgštys. Nustatyta, kad genas turi sudėtingą struktūrą.

Daugeliu atvejų koduojančios sritys (egzonai) yra atskiriamos nekoduojančiais regionais (intronais). Tuo pačiu metu dėl alternatyvaus sujungimo DNR segmento padalijimas į koduojantį ir nekoduojantį yra sąlyginis. Kai kurios DNR dalys gali judėti viena kitos atžvilgiu – jos vadinamos mobiliaisiais genetiniais elementais (MGE). Daugelį genų reprezentuoja kelios kopijos – tuomet tą patį baltymą koduoja skirtingos DNR dalys. Dar sunkiau užkoduoti genetinę virusų informaciją. Daugelio jų genai persidengia: tą patį DNR fragmentą galima perrašyti iš skirtingų pradinių taškų.

Genų ekspresijos procesas yra lankstus: vieną DNR gabalėlį gali atitikti keli polipeptidai; vieną polipeptidą gali koduoti skirtingi DNR regionai. Galutinė baltymų modifikacija vyksta naudojant fermentus, kuriuos koduoja skirtingos DNR dalys.

Bendrosios genetinio kodo savybės

Vienų objektų atspindys kitų pagalba vadinamas kodavimu. Baltymų struktūros atspindys DNR tripletų pavidalu vadinamas DNR kodu arba genetiniu kodu. Dėl genetinio kodo nustatomas vienas su vienu atitikimas tarp nukleotidų sekų. nukleino rūgštys ir amino rūgštys, sudarančios baltymus. Genetinis kodas turi šias pagrindines savybes:

1. Genetinis kodas yra tripletas: kiekvieną aminorūgštį koduoja DNR nukleotidų tripletas ir atitinkamas mRNR tripletas. Tuo pačiu kodonai vienas nuo kito niekaip neatskiriami (nėra „kablelių“).

2. Genetinis kodas yra perteklinis (išsigimęs): beveik visos aminorūgštys gali būti koduojamos skirtingais kodonais. Tik dvi aminorūgštys atitinka po vieną kodoną: metioninas (AUG) ir triptofanas (UGG). Tačiau leucinas, serinas ir argininas atitinka 6 skirtingus kodonus.

3. Genetinis kodas yra nepersidengęs: kiekviena nukleotidų pora priklauso tik vienam kodonui (išimčių yra virusuose).

4. Genetinis kodas yra vienodas daugumos biologinių sistemų. Tačiau yra išimčių, pavyzdžiui, blakstienų ir įvairių organizmų mitochondrijose. Todėl genetinis kodas vadinamas kvaziuniversaliu.

Baltymų (polipeptidų) biosintezė yra nepaprastai sudėtingas ir nuostabus procesas. Baltymų biosintezė aktyviai vyksta visuose organuose ir audiniuose, išskyrus eritrocitus. Daugelis ląstelių sintetina baltymus „eksportui“ (kepenų, kasos ląsteles), o šiuo atveju jose yra labai didelis skaičius ribosomos. Gyvūnų ląstelėje ribosomų skaičius siekia 105, ribosomos skersmuo – 20 nm.

Baltymų sintezės procesas vyksta ląstelėse, esančiose ribosomų paviršiuje, kurie yra dviejų subvienetų kompleksai, kurių nusėdimo konstanta yra 60S ir 40S, veikiantys kaip viena visuma. Ribosomoje yra 30-35% baltymų ir 65-70% ribosomų RNR. Ribosoma turi aminoacilo ir peptidilo sritis. Pirmasis skirtas fiksuoti aktyvią aminorūgštį ir tRNR kompleksą, patenkantį į ribosomą, o antrasis fiksuoja polipeptidinę grandinę, susijusią su kita tRNR. Ribosomų subvienetai yra sintetinami DNR šablono branduolio branduolyje.

Baltymų sintezės proceso esmė yra schema:

Baltymus sintezuojančią sistemą sudaro ribosomos, nukleino rūgštys, 20 aminorūgščių rinkinys, įvairūs fermentai, ATP, GTP, magnio jonai ir apie 200 skirtingų nekatalizinių baltymų faktorių.

Baltymų molekulė yra ilga aminorūgščių liekanų grandinė, kurios vidurkis yra nuo 100 iki 500 aminorūgščių. Kiekvieno baltymo sintezės programa yra saugoma dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) molekulėje. DNR molekulė yra polimeras, kurio monomerai yra nukleotidai. Azoto bazių seka DNR molekulėje lemia aminorūgščių seką baltymo molekulėje.

DNR molekulėje yra keturių tipų azotinės bazės: adeninas (A), guaninas (G), citozinas (C) ir timinas (T). Trijų bazių seka (tripletas) sudaro kodoną, atitinkantį vieną konkrečią aminorūgštį.

Nukleino rūgštys – DNR ir RNR – yra esminiai baltymų biosintezės komponentai. DNR yra atsakinga už genetinės informacijos saugojimą, o RNR lemia šios informacijos perdavimą ir įgyvendinimą baltymų molekulių pavidalu. Galima teigti, kad pagrindinė DNR funkcija yra genotipo išsaugojimas, o RNR yra šio genotipo išraiška.

Kiekybine prasme ląstelėje vyrauja ribosominė RNR (rRNR). rRNR turi spiralines dalis ir modifikuotų nukleotidų (pavyzdžiui, 2-metilribozės). rRNR sudaro apie 80 proc viso RNR ląstelėje. Antrasis RNR tipas ląstelėje yra pernešamoji RNR (tRNR), kuri, kaip ir visos kitos RNR rūšys, sintetinama branduolyje. Jis sudaro 10-15% viso RNR kiekio ląstelėje. Nustatyta daugiau nei 60 skirtingų tRNR. Todėl yra keletas skirtingų tRNR, skirtų atskiroms aminorūgštims transportuoti. Kiekvienai aminorūgščiai ląstelėje yra bent viena specifinė tRNR. tRNR molekulės yra palyginti mažos. Jų struktūroje yra 75-93 ribonukleotidai.

Amino rūgštis yra prijungta prie laisvos tRNR mononukleotido 3-OH grupės, kuri visada yra adenilo rūgštis. tRNR turi ir kitą svarbią vietą – antikodoną, kurio pagalba aminorūgščių ir tRNR kompleksas atpažįsta tam tikrą trijų nukleotidų seką pasiuntinėje RNR (kodone). Antikodonas ir kodonas yra vienas kitą papildantys, sujungti vandeniliniais ryšiais.

Jei paveldimos informacijos nešėja ląstelėje yra DNR, kuri koncentruojasi branduolyje, bet baltymų sintezė vyksta citoplazmoje, vadinasi, turi būti tam tikras tarpininkas, kuris šią informaciją perduoda į ląstelės citoplazmą. Šis tarpininkas pasirodė esąs pasiuntinio arba pasiuntinio RNR (mRNR). mRNR sudaro 2% viso RNR kiekio ląstelėje. mRNR molekulės yra ilgiausios (apima iki 5 tūkst. nukleotidų). mRNR taip pat yra keturių tipų azoto bazių. Iš jų trys (A, G, C) yra tokie patys kaip DNR, o ketvirtasis yra uracilas.

iRNR užkoduota informacija reikalinga baltymo molekulės, kuri atsiranda ribosomose, sintezei. iRNR sintezė ląstelės branduolyje yra labai greita, o tai būtina aktyviai baltymų molekulių biosintezei. mRNR susidaro vienoje iš branduolio DNR grandinių. Šiuo atveju dvigrandė DNR struktūra išsiskleidžia ir dalyvaujant nuo DNR priklausomai RNR polimerazei, pagal komplementarumo principą, vyksta mRNR sintezė:

mRNR sintezės schema

Komplementarumo principas reiškia, kad adeninas ant DNR spiralės atitinka uracilo mRNR, timinas – adeniną, o guaninas – citoziną. Todėl mRNR nuskaito informaciją iš DNR.

Taigi DNR -» RNR stadija lemia iRNR molekulės, kurioje nukleotidų seka yra komplementari su specifine DNR sritimi (genu), sintezę. Šis procesas vadinamas transkripcija. Tada mRNR patenka į ribosomą, susijungdama su jos subvienetais. Viena mRNR molekulė vienu metu fiksuojama ant daugelio ribosomų, suformuojant vadinamąsias polisomas. Polisomų buvimas padidina mRNR panaudojimo efektyvumą ir greitį.

Tam tikros sudėties polipeptidinės grandinės sintezė vyksta mRNR šablone. Informacijos perdavimo iš mRNR į baltymą procesas vadinamas vertimu. Žingsnis RNR -> baltymas reiškia baltymų sintezės procesą, kuriam vadovauja mRNR. Taigi informacijos perdavimas visada vyksta DNR -» RNR -» baltymo kryptimi.

Vertimo procesas apima šiuos veiksmus:

• 1) aminorūgščių aktyvinimas ir jų fiksavimas tRNR;
• 2) polipeptidinės grandinės sintezės inicijavimas;
• 3) susintetintos polipeptidinės grandinės pailgėjimas;
• 4) polipeptidinės grandinės pabaiga ir jos atpalaidavimas;
• 5) potransliacinė polipeptidinės grandinės modifikacija.
• 1. Aminorūgščių aktyvavimui reikalingas fermentas aminoacil-tRNR sintetazė ir energijos sąnaudos ATP pavidalu:

Tas pats fermentas dalyvauja fiksuojant anksčiau aktyvuotą aminorūgštį paskutinio tRNR nukleotido ribozės 2 arba 3 padėtyje:

Šio komplekso pavidalu aminorūgštis pernešama į ribosomą, kur sintetinama baltymo molekulė. Aminoacil-tRNR sintetazė yra specifinė, ji gali atpažinti ir aminorūgštis, ir tRNR. Todėl ląstelėje yra mažiausiai 20 skirtingų sintetazių, atsižvelgiant į a-amino rūgščių skaičių.

2. tRNR, susieta esteriniu ryšiu su tam tikra aminorūgštimi, patenka į ribosomą ir sąveikauja su mRNR pagal komplementarumo tipą tarp specifinio mRNR nukleotidų tripleto, vadinamo kodonu, ir jį papildančio specifinio nukleotidų tripleto (antikodono) tRNR, turinčios specifinę aminorūgštį. Taigi kiekvienas mRNR kodonas atitinka specifinį vienos aminorūgšties fiksavimą peptidinėje grandinėje tRNR antikodonu. Ribosoma juda išilgai mRNR molekulės, paeiliui nuskaitydama visus kodonus, taip nustatydama visų į sintezės vietą tiekiamų aminorūgščių tvarką.

Baltymų molekulės sintezė vyksta kryptimi nuo laisvosios amino grupės iki aminorūgšties laisvosios karboksilo grupės. Paprastai pradinė aminorūgštis polipeptidinės grandinės sintezėje yra metioninas, kurio kodonas yra AUG mRNR nukleotidų seka.

Polipeptidų sintezės inicijavimas prasideda, kai prie atitinkamų mRNR kodonų fiksuojami du tRNR antikodonai. Procesui reikalingas energijos šaltinis, kuris yra GTP, taip pat daugelio baltymų inicijavimo faktorių ir peptidiltransferazės dalyvavimas.

Dalyvaujant šiam fermentui, formavimosi greitis kovalentiniai ryšiai pasiekia 1200 aminorūgščių/min/ribosomų.

Polipeptidų sintezės inicijavimo schema

3. Susidarius dipeptidui, „neapkrauta“ tRNR palieka ribosomą ir gali pristatyti naujas aminorūgščių molekules, o mRNR ribosomos (polisomos) atžvilgiu pažengia trimis nukleotidais. Dėl judėjimo (translokacijos) laisvas kodonas užima vietą, skirtą atpažinti kitą tRNR molekulę. Todėl pailgėjimo stadijoje nuoseklus vienos aminorūgšties pridėjimas prie polipeptidinės grandinės vyksta griežtai laikantis mRNR molekulės kodonų tvarkos.

Pailgėjusi polipeptidinė grandinė su viena tRNR molekule yra pritvirtinta prie didelio ribosomos subvieneto. Kiekvienos papildomos aminorūgšties pridėjimas prie polipeptido grandinės atsiranda dėl ryšio tarp aminorūgšties amino grupės komplekse su tRNR ir peptido karboksilo grupės.

4. Nutraukimas arba polipeptido molekulės sintezės užbaigimas apima tam tikrus „beprasmiškus“ terminacijos kodonus ir baltymo pabaigos faktorius. Žinomi trys kodonai (UAG, UGA, UAA), kurie nekoduoja, nesuriša jokios aminorūgšties, nes ląstelėje nėra jiems komplementarių tRNR antikodonų. Teoriškai baltymo molekulės sintezę turėtų sustabdyti tik vienas „beprasmis“ kodonas, kurį atpažįsta polisoma, kai ji praeina 5-3 mRNR kryptimi.

Terminacinio kodono buvimas bet kuriame mRNR regione reiškia baltymų sintezės pabaigą. Dėl to polisoma suyra, nepanaudota iRNR hidrolizuojama polinukleotidinės fosforilazės, o ribosomų subvienetai paruošiami pradėti naujos baltymo molekulės sintezę.

mRNR gali pakartotinai dalyvauti baltymų biosintezės procese. iRNR molekulės veikimo trukmė skirtinguose organizmuose nėra vienoda. Tai gali skirtis nuo kelių minučių iki kelių dienų.

5. DNR užkoduota tik pirminė baltymo struktūra. Todėl ribosomose susintetintos baltymų molekulės dar neturi visiškai užbaigtos būsenos. Jie atstovauja pirminiams polipeptidams, kurie vėliau patiria daugybę modifikacijų (monomerų susiejimas į oligomerus, kofermentų pridėjimas, cheminės transformacijos), kurios keičia baltymų struktūrą, taigi ir jų aktyvumą.

Antrinės ir tretinės struktūros nėra užkoduotos, jas lemia pirminės struktūros savybės, o tai reiškia, kad viena ar kita baltymo molekulės forma priklauso nuo aminorūgščių sekos ir jų tarpusavio sąveikos galimybių. Sintetintų baltymų struktūrinės modifikacijos vyksta ribosomų lygyje arba pasibaigus sintezei, pridedant įvairių funkcines grupes.

Nagrinėjama informacijos perdavimo formoje schema

atskirais atvejais gali keistis. Taigi virusuose, kuriuose nėra DNR, informacija yra įterpta į RNR. Virusui patekus į ląstelę, ši informacija perduodama ląstelės DNR, o pastaroji jau sintetina iRNR, kurios matricoje sintetinami virusiniai baltymai. Toks procesas vadinamas atvirkštine transkripcija, o informacijos perdavimo schema šiuo atveju bus tokia:

Kol išsaugoma DNR nukleotidų seka ir, atitinkamai, mRNR, naujai susintetinto baltymo prigimtis išlieka nepakitusi.

Baltymų sintezei reikalinga genetinė informacija gali būti pavaizduota panašiai kaip žmogaus kalba, kurią sudaro raidžių seka, sudaranti žodžius ir sakinius. Tačiau genetinėje kalboje yra tik keturios raidės – keturios bazės (adeninas, guaninas, uracilas, citozinas).

Genetinis kodas apima trijų raidžių žodžius. Keturios bazės šiuo atveju (43) suteikia 64 variantus (žodžius), kurių daugiau nei pakanka 20 aminorūgščių kodui. Taigi, 64 kodonai sudaro genetinį kodą (3 lentelė).

Genetinio kodo analizė rodo, kad skirtingoms aminorūgštims yra skirtingas kodonų skaičius. Pavyzdžiui, metioninas ir triptofanas turi tik vieną kodoną, o argininas, leucinas ir serinas turi po šešis kodonus. Kelių kodonų buvimas vienai aminorūgščiai atspindi kodo „degeneraciją“. Vadinasi, tą pačią aminorūgštį savo struktūroje gali koduoti keli nukleotidų tripletai. Tuo pačiu metu kiekvienas tripletas atitinka tiksliai apibrėžtą aminorūgštį susintetintoje polipeptidinėje grandinėje.

3 lentelė

Genetinis kodas

nukleotidas	Antrasis nukleotidas				nukleotidas

Genetinis kodas yra universalus ir vienodas visose rūšyse skirtingų lygių vystymasis (žmogus, gyvūnai, augalai, mikroorganizmai). Kodo universalumas rodo, kad visi gyvi organizmai praeityje turėjo vieną protėvį.

Pavyzdžiui, atskiros aminorūgštys (hidroksiprolinas, oksilizinas) neturi kodono ir susidaro naudojant cheminės reakcijos po polipeptidinės grandinės sintezės. Šis procesas vadinamas posttransliacine modifikacija ir yra labai svarbus tinkamam kiekvieno baltymo funkcionavimui.

Beprasmiai kodonai (UAA, UAG, UGA) nekoduoja aminorūgščių, o iš tikrųjų tarnauja kaip signalas apie baltymo molekulės sintezės pabaigą.

Taigi mRNR yra tiesioginis genetinės informacijos nešėjas iš branduolio į citoplazminę ribosomą. Viena ribosoma mRNR užima apie 80 nukleotidų ilgio sritį ir gali katalizuoti maždaug 100 peptidinių jungčių per minutę (Severin E. S. ir kt., 2011).

Susintetintos baltymų molekulės gali patirti struktūrinių modifikacijų ribosomų lygyje arba pasibaigus sintezei dėl įvairių funkcinių grupių pridėjimo. Citoplazmoje mRNR egzistuoja gana trumpai. Dalis mRNR yra sintetinama ir saugoma neaktyvioje formoje, paruošta greitai baltymų sintezei. Kadangi mRNR informacija yra susijusi su linijine nukleotidų seka, šios sekos vientisumas yra nepaprastai svarbus. Bet koks nukleotidų eilės praradimas ar pasikeitimas gali pakeisti baltymų sintezę. Iki šiol yra įdiegta nemažai DNR replikacijos organizmo ląstelėse inhibitorių (antibiotikai, cheminiai nuodai, antivirusiniai vaistai). Purino arba pirimidino bazių sekos pažeidimas gene vadinamas mutacija.

Tik vieno nukleotido pakeitimas kodone (mutacija) lemia vienos aminorūgšties kodavimo pasikeitimą kita. Pavyzdžiui, mutacija, susijusi su glutamo rūgšties pakeitimu valinu hemoglobino molekulėje, sukelia hemoglobino sintezę, kuri sukelia pjautuvinę anemiją. Šiandien žinoma daugiau nei 200 žmogaus hemoglobino molekulės polipeptidinės grandinės mutacijų. Dažnai mutagenai yra medžiagos (pavyzdžiui, nitrozaminai), kurios keičia azoto bazių struktūrą, todėl pasikeičia bazių komplementarumo pobūdis. Ultravioletinis švitinimas sukelia timino likučių kondensaciją ir susidaro timino dimerai. Laimei, gyvūnus nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio saugo atmosferos ozono sluoksnis.

Daugelis veterinarinėje praktikoje naudojamų antibiotikų slopina bakterijų baltymų sintezę (linkomicinas, eritromicinas, chloramfenikolis) net vertimo stadijoje. Tokiu atveju mikrobų ląstelė miršta arba nustoja vystytis. Antibiotikai, tokie kaip tetraciklinai, neturi įtakos ribosomų sintezei aukštesniųjų gyvūnų ląstelėse. Penicilinai nėra tiesioginiai baltymų sintezės inhibitoriai, tačiau jų bakterinis slopinimo poveikis yra susijęs su ląstelės sienelės heksapeptidų sintezės blokavimu. Reikėtų pažymėti, kad baltymų sintezė vyksta ne tik ribosomose, bet ir mitochondrijose. Mitochondrijos turi pilną ir nepriklausomą baltymų sintezės aparatą savo poreikiams, nors šiose organelėse sintetinami ne visi mitochondrijų baltymai. Mitochondrijų RNR sudaro tik 3% visos ląstelių RNR. Mitochondrijų ribosomos yra mažesnės nei citoplazminės. UGA kodonas, kaip baltymų sintezės citoplazmoje terminatorius, yra naudojamas mitochondrijose kartu su UGG kodonu, kad koduotų aminorūgštį.

Baltymai, susintetinti ant ribosomų, dar neturi visiškai užbaigtos būsenos. Jie atstovauja pirminiams polipeptidams, kurie vėliau patiria daugybę modifikacijų (monomerų susiejimas į oligomerus, kofermentų pridėjimas, cheminės transformacijos), kurios keičia baltymo struktūrą, taigi ir jo aktyvumą.

Įvadas

Gyvenimas yra baltymų kūnų egzistavimo būdas. Šis apibrėžimas, kurį pateikė Friedrichas Engelsas, rodo išskirtinį baltymų vaidmenį organizmų funkcionavime. Baltymų biosintezė yra labai sudėtingas ir daug energijos reikalaujantis procesas. Tai yra ląstelių gyvenimo pagrindas.

Baltymų sintezė vyksta ribosomose ir vyksta keliais etapais pagal schemą DNRRNR baltymas. Dvigrandė DNR molekulė yra transkribuojama į viengrandę RNR molekulę, remiantis komplementarumo principu. Rezultatas yra pasiuntinio RNR, kurioje yra informacijos apie baltymo aminorūgščių seką. Toliau mRNR patenka į ribosomą ir, kaip šablonas, per ją sintetinamas baltymas, genetinę informaciją iš nukleotidų sekos kalbos paverčiant aminorūgščių sekos kalba. Žingsnis po žingsnio sukuriama polipeptidinė grandinė, kuri sintezės metu ir po jos paverčiama biologiškai aktyviu baltymu. Sintetinamas baltymas transportuojamas į skirtingas ląstelės dalis, kad atliktų savo funkcijas.

Baltymų aminorūgščių sekos kodavimas atliekamas pagal tam tikras taisykles, vadinamas genetinis kodas. Genetinio kodo iššifravimas yra labai reikšmingas mokslo pasiekimas. Kodas paaiškina baltymų sintezės mechanizmą, mutacijų kilmę ir kitus biologinius reiškinius.

Rentgeno spindulių difrakcinė analizė ir kt šiuolaikiniai metodai tyrimai leido toli pažengti į priekį tiriant baltymų biosintezę ir kitus aspektus molekulinė biologija. Nepaisant to, kai kurių gyvybiškai svarbių makromolekulių erdvinės struktūros dar nebuvo nustatytos. Mokslas turi atsakyti į daugelį klausimų, susijusių su baltymų sinteze.

Bendra schema baltymų biosintezė

Bendra baltymų biosintezės ląstelėje schema: DNRNR baltymas (1 pav.).

1 pav. Bendra baltymų biosintezės ląstelėje schema

Transkripcija. Atskiros dvigrandės DNR sekcijos (genai) yra šablonai, skirti viengrandžių RNR grandinių sintezei ant jų pagal komplementarumo principą. Transkripcija vyksta trimis etapais: iniciacija, pailgėjimas ir pabaiga.

perdirbimas ir transportavimas. Sintezės procese RNR keičiasi, dėl to ji virsta subrendusia molekule, tinkama baltymų sintezei. Tada gauta pasiuntinio RNR (mRNR) patenka į ribosomas kaip programa, kuri nustato aminorūgščių seką sintezuojamame baltyme.

Aminorūgščių aktyvinimas ir priėmimas. Baltymai yra sudaryti iš aminorūgščių, tačiau ribosomos negali tiesiogiai panaudoti laisvųjų ląstelių aminorūgščių. Kiekviena aminorūgštis pirmiausiai aktyvuojama ATP, o po to prijungiama prie specialios RNR molekulės – pernešama (transportuojama) RNR (tRNR) už ribosomos ribų. Gauta aminoacil-tRNR patenka į ribosomą kaip baltymų sintezės substratas.

Transliacija. Informacijos srautas iRNR pavidalu ir medžiagos srautas aminoacil-tRNR pavidalu patenka į ribosomas, kurios genetinę informaciją iš iRNR nukleotidų sekos kalbos paverčia (išverčia) į aminorūgšties kalbą. Kiekviena ribosoma juda išilgai mRNR iš vieno galo į kitą ir atitinkamai iš aplinkos atrenka tas aminoacil-tRNR, kurios atitinka (papildomas) ribosomoje šiuo metu esančius tripletų nukleotidų derinius. Pasirinktos aminoacil-tRNR aminorūgščių liekana kiekvieną kartą kovalentiškai ribosomos prijungiama prie augančios polipeptidinės grandinės, o deacilinta tRNR iš ribosomos išsiskiria į tirpalą. Taip nuosekliai kuriama polipeptidinė grandinė.

Funkcinio baltymo susidarymas. Sintezės metu polipeptidinė grandinė išsiskiria iš ribosomos ir susilanksto į rutuliuką. Baltymų lankstymą ir transportavimą lydi fermentinės modifikacijos (baltymų apdorojimas).

Nepaisant didelio baltymų biosintezės aparato sudėtingumo, jis vyksta itin dideliu greičiu. Tūkstančių skirtingų baltymų sintezė kiekvienoje ląstelėje yra griežtai užsakyta – tam tikromis medžiagų apykaitos sąlygomis susintetinamas tik reikiamas kiekvieno baltymo molekulių skaičius.

Svarbiausios organizmo funkcijos – medžiagų apykaita, augimas, vystymasis, paveldimumo perdavimas, judėjimas ir kt. – atliekamos daugelio cheminių reakcijų, kuriose dalyvauja baltymai, nukleino rūgštys ir kitos biologiškai aktyvios medžiagos, rezultatas. Tuo pačiu metu ląstelėse nuolat sintetinami įvairūs junginiai: statybiniai baltymai, fermentiniai baltymai, hormonai. Keitimosi metu šios medžiagos susidėvi ir sunaikinamos, o jų vietoje susidaro naujos. Kadangi baltymai sukuria materialųjį gyvybės pagrindą ir pagreitina visas medžiagų apykaitos reakcijas, ląstelės ir viso organizmo gyvybinę veiklą lemia ląstelių gebėjimas sintetinti specifinius baltymus. Jų pirminę struktūrą iš anksto nulemia genetinis kodas DNR molekulėje.

Baltymų molekulės susideda iš dešimčių ir šimtų aminorūgščių (tiksliau – iš aminorūgščių liekanų). Pavyzdžiui, hemoglobino molekulėje jų yra apie 600 ir jie pasiskirstę į keturias polipeptidines grandines; ribonukleazės molekulėje yra 124 tokios aminorūgštys ir kt.

Molekulės atlieka pagrindinį vaidmenį nustatant pirminę baltymo struktūrą DNR. Skirtingos jo sekcijos koduoja skirtingų baltymų sintezę, todėl viena DNR molekulė dalyvauja daugelio atskirų baltymų sintezėje. Baltymų savybės priklauso nuo aminorūgščių sekos polipeptidinėje grandinėje. Savo ruožtu aminorūgščių kaitą lemia nukleotidų seka DNR, o kiekviena aminorūgštis atitinka tam tikrą tripletą. Eksperimentiškai įrodyta, kad, pavyzdžiui, DNR sritis su AAC tripletu atitinka aminorūgštį leuciną, ACC tripletą – triptofaną, ACA tripletą – cisteiną ir kt. Padalijus DNR molekulę į tripletus, galima įsivaizduoti, kurios aminorūgštys ir kokia seka išsidės baltymo molekulėje. Trijulių rinkinys sudaro materialųjį genų pagrindą, o kiekviename gene yra informacijos apie konkretaus baltymo struktūrą (genas yra pagrindinis biologinis paveldimumo vienetas; chemiškai genas yra DNR segmentas, apimantis kelis šimtus bazinių porų). .

genetinis kodas - istorinė DNR ir RNR molekulių organizacija, kurioje jose esanti nukleotidų seka neša informaciją apie aminorūgščių seką baltymų molekulėse. Kodo savybės: tripletas (kodonas), nepersidengiantis (kodonai seka vienas kitą), specifiškumas (vienas kodonas gali nustatyti tik vieną aminorūgštį polipeptidinėje grandinėje), universalumas (visuose gyvuose organizmuose tas pats kodonas lemia tos pačios aminorūgšties įtraukimą polipeptidas), perteklius (daugumai aminorūgščių yra keli kodonai). Tripletai, kurie neneša informacijos apie aminorūgštis, yra stop tripletai, rodantys sintezės pradžią i-RNR.(V.B. Zacharovas. Biologija. Pamatinė medžiaga. M., 1997)

Kadangi DNR yra ląstelės branduolyje, o baltymų sintezė vyksta citoplazmoje, yra tarpininkas, kuris perduoda informaciją iš DNR į ribosomas. RNR taip pat tarnauja kaip toks tarpininkas, į kurį perrašoma nukleotidų seka tiksliai pagal DNR seką – pagal komplementarumo principą. Šis procesas buvo pavadintas transkripcijos ir vyksta kaip matricos sintezės reakcija. Ji būdinga tik gyvoms struktūroms ir yra svarbiausia gyvų būtybių savybė – savaiminis dauginimasis. Prieš baltymų biosintezę DNR grandinėse vyksta mRNR šabloninė sintezė. Gauta iRNR iš ląstelės branduolio išeina į citoplazmą, kur ant jo yra suvertos ribosomos, o aminorūgštys čia pristatomos TRJK pagalba.

Baltymų sintezė yra sudėtingas kelių etapų procesas, apimantis DNR, mRNR, tRNR, ribosomas, ATP ir įvairius fermentus. Pirma, aminorūgštys citoplazmoje aktyvinamos fermentų ir prijungiamos prie tRNR (prie vietos, kurioje yra CCA nukleotidas). Kitas žingsnis yra aminorūgščių derinys tokia tvarka, kuria nukleotidų kaitaliojimas iš DNR perkeliamas į mRNR. Šis etapas vadinamas transliacija. iRNR grandinėje išsidėsčiusi ne viena ribosoma, o jų grupė – toks kompleksas vadinamas polisoma (N.E. Kovalev, L.D. Shevchuk, O.I. Shchurenko. Biology for paruošiamiesiems medicinos institutų skyriams).

Schema Baltymų biosintezė

Baltymų sintezė susideda iš dviejų etapų – transkripcijos ir vertimo.

I. Transkripcija (perrašymas) – RNR molekulių biosintezė, atliekama chromosomose ant DNR molekulių pagal matricos sintezės principą. Fermentų pagalba visos RNR rūšys (mRNR, rRNR, tRNR) sintetinamos atitinkamose DNR molekulės dalyse (genuose). Sintetinama 20 tRNR atmainų, nes baltymų biosintezėje dalyvauja 20 aminorūgščių. Tada mRNR ir tRNR išeina į citoplazmą, rRNR integruojasi į ribosomų subvienetus, kurie taip pat išeina į citoplazmą.

II. Transliacija (transmisija) - baltymų polipeptidinių grandinių sintezė, atliekama ribosomose. Jį lydi šie įvykiai:

1. Ribosomos funkcinio centro – FCR, susidedančio iš iRNR ir dviejų ribosomų subvienetų, susidarymas. PGR visada yra du mRNR tripletai (šeši nukleotidai), kurie sudaro du aktyvius centrus: A (aminorūgštis) - aminorūgščių atpažinimo centras ir P (peptidas) - centras, skirtas aminorūgščių prijungimui prie peptidinės grandinės.

2. Prie tRNR prisijungusių aminorūgščių transportavimas iš citoplazmos į PGR. Aktyviame centre A tRNR antikodonas skaitomas kartu su mRNR kodonu; komplementarumo atveju atsiranda ryšys, kuris yra signalas judėti (peršokti) išilgai ribosomos mRNR vienu tripletu. Dėl to kompleksinis „rRNR ir tRNR kodonas su aminorūgštimi“ persikelia į aktyvųjį P centrą, kur aminorūgštis yra prijungta prie peptidinės grandinės (baltymo molekulės). Tada tRNR palieka ribosomą.

3. Peptidinė grandinė pailgėja tol, kol baigiasi transliacija ir ribosoma nušoka nuo mRNR. Vienoje mRNR vienu metu gali tilpti kelios ribosomos (polisomos). Polipeptidinė grandinė yra panardinta į endoplazminio tinklo kanalą ir ten įgauna antrinę, tretinę ar ketvirtinę struktūrą. Vienos baltymo molekulės, susidedančios iš 200-300 aminorūgščių, surinkimo greitis yra 1-2 minutės. Baltymų biosintezės formulė: DNR (transkripcija) --> RNR (vertimas) --> baltymas.

Baigę vieną ciklą, polisomos gali dalyvauti naujų baltymų molekulių sintezėje.

Nuo ribosomos atskirta baltymo molekulė yra biologiškai neaktyvi gijos forma. Ji tampa biologiškai funkcine po to, kai molekulė įgyja antrinę, tretinę ir ketvirtinę struktūrą, t.y., tam tikrą erdviškai specifinę konfigūraciją. Antrinės ir vėlesnės baltymo molekulės struktūros yra iš anksto nustatytos informacijoje, įterptoje į aminorūgščių kaitą, ty pirminėje baltymo struktūroje. Kitaip tariant, globulės formavimo programą, jos unikalią konfigūraciją, lemia pirminė molekulės struktūra, kuri, savo ruožtu, yra sukurta kontroliuojant atitinkamą geną.

Baltymų sintezės greitį lemia daugybė veiksnių: aplinkos temperatūra, vandenilio jonų koncentracija, kiekis galutinis produktas sintezė, laisvųjų aminorūgščių buvimas, magnio jonai, ribosomų būklė ir kt.