Биосинтез белка: этапы транскрипции и трансляции

Биосинтез белка — это многостадийный процесс синтеза белков в живых организмах, в ходе
которого генетическая информация, закодированная в ДНК, реализуется в виде белковых
молекул. Он включает два основных этапа: транскрипцию и трансляцию, а также
дополнительные стадии обработки РНК и посттрансляционные модификации белка.
Строение рибосомы - особенности в животной клетке
Транскрипция — это процесс синтеза информационной (матричной) РНК (иРНК) на
матрице ДНК. Происходит в ядре клетки (у эукариот) или в цитоплазме (у прокариот).
Этапы транскрипции:
Инициация. Фермент РНК-полимераза связывается с промотором — специальным участком
ДНК, который определяет начало гена. После этого двойная спираль ДНК «разматывается».
Элонгация. РНК-полимераза движется вдоль ДНК и строит цепь иРНК, комплементарную
матричной цепи ДНК. В иРНК тимин заменяется на урацил.
Терминация. Процесс завершается, когда РНК-полимераза достигает терминатора —
последовательности, сигнализирующей о конце гена.
После транскрипции иРНК проходит процессинг (созревание), особенно у эукариот. В ходе
сплайсинга из иРНК удаляются неинформативные участки (интроны), а информативные
(экзоны) сшиваются. В результате образуется зрелая мРНК (матричная РНК), которая
выходит в цитоплазму.
Трансляция — это перевод информации, закодированной в мРНК, в последовательность
аминокислот в полипептидной цепи. Происходит на рибосомах в цитоплазме.
Рибосомы — это немембранные органеллы, состоящие из рибосомальной РНК (рРНК) и
белков. Они имеют две субъединицы: малую и большую. Малая субъединица удерживает
мРНК и тРНК, а большая отвечает за образование пептидной связи между аминокислотами.
Этапы трансляции:
Инициация. Малая субъединица рибосомы связывается с мРНК и ищет стартовый кодон
АУГ (метионин). К нему присоединяется первая тРНК с аминокислотой метионином. Затем
присоединяется большая субъединица, формируя активную рибосому.
Элонгация. Молекулы транспортной РНК (тРНК) доставляют аминокислоты к рибосоме.
Антикодон тРНК комплементарен кодону мРНК. Аминокислота, присоединённая к тРНК,
встраивается в растущую полипептидную цепь. Рибосома сдвигается на один кодон, и
процесс повторяется.
тРНК — это молекулы, которые имеют форму «клеверного листа». Они содержат антикодон,
комплементарный кодону мРНК, и акцепторный конец, к которому присоединяется
аминокислота.
Биосинтез белка в клетке.
Терминация. Синтез полипептидной цепи завершается, когда в А-сайт рибосомы попадает
один из стоп-кодонов (UAA, UAG, UGA). Для этих кодонов в клетке нет соответствующих
тРНК. В процесс вступают факторы терминации, которые катализируют отсоединение
полипептидной цепи от мРНК и диссоциацию рибосомы.
Несколько рибосом могут одновременно синтезировать белок на одной мРНК, образуя
полисому (полирибосому).
Цитоплазма и её органоиды - презентация онлайн
Посттрансляционные модификации
После трансляции полипептидная цепь проходит фолдинг — приобретение
пространственной структуры. Могут происходить отщепление некоторых фрагментов,
химические модификации (например, добавление углеводов или липидов). В результате
образуется зрелый белок, который направляется к месту своего функционирования.
Ключевые компоненты
мРНК — матрица, содержащая информацию о последовательности аминокислот.
тРНК — доставляет аминокислоты к рибосоме.
рРНК — входит в состав рибосом и участвует в катализе образования пептидных связей.
Аминокислоты — строительный материал белка.
АТФ и ГТФ — источники энергии для процесса.
Ферменты и факторы (инициации, элонгации, терминации), которые регулируют этапы
синтеза.
Видео, наглядно демонстрирующее процесс биосинтеза белка:
Биосинтез белка — энергозатратный процесс, требующий значительных ресурсов клетки.
Он лежит в основе реализации генетической информации и обеспечивает синтез белков,
необходимых для жизнедеятельности организма.