Біясінтэз бялку ў клетцы

Усе клеткі любых арганізмаў, як аўтатрофныя і гетеротрофных, здольныя ажыццяўляць сінтэз бялкоў — вядучае звяно пластычнага абмену. У складаным і шматступеннай працэсе сінтэзу бялку ў жывой клетцы (гэта значыць біясінтэзу) будзе разгледжаны толькі адзін этап: адукацыя полипептидной ланцуга з асобных амінакіслот, кожная з якіх займае зусім пэўнае месца ў малекуле бялку. У самым абагульненым выглядзе іх можна накласці наступным чынам. У ядры клеткі малекуламі ДНК «запісаны» (закадаваны — ад слова код) парадак амінакіслот ў бялку. Інфармацыя аб гэтым парадку ад ядзернай ДНК перадаецца на синтезирующуюся інфармацыйную РНК. Гэты працэс называецца транскрыпцыяй. Інфармацыйная РНК у цытаплазме ўступае ў злучэнне з рибосомами. Да рибосомам ж з цытаплазмы паступаюць і амінакіслоты. Іх дастаўляе туды транспартная РНК. Інфармацыйная і транспартная РНК разам жорстка вызначаюць паслядоўнасць амінакіслот пры іх сінтэзе ферментамі рыбасомы ў бялковую малекулу. Гэтая перадача кода інфармацыі з РНК на амінакіслоты бялковай малекулы называецца трансляцыяй. Пасля заканчэння сінтэзу бялковая малекула адрываецца ад рыбасомы і сыходзіць праз эндоплазматическую сетку ў глыб клеткі.

Разгледзім цяпер пералічаныя этапы біясінтэзу бялку некалькі больш падрабязна.

У кожнай малекуле ДНК закадаваная паслядоўнасць амінакіслот для многіх дзесяткаў і сотняў розных бялкоў. Спосаб кадавання наступны: паслядоўнасць амінакіслот у бялковай малекуле вызначаецца паслядоўнасцю нуклеатыдаў ў малекуле ДНК. Але так як амінакіслот, якія ўваходзяць у вавёркі, 20, а нуклеатыдаў ўсяго 4, то кожнай аминокислоте адпавядае не адзін нуклеатыд, а пэўнае спалучэнне трох нуклеатыдаў, якое атрымала назву трыплет. Усяго такіх спалучэнняў (з 4 па 3) можа быць 64, то ёсць нават значна больш, чым амінакіслот.
Цяпер ужо расшыфраваныя коды для ўсіх амінакіслот, якія ўваходзяць у склад бялкоў. Так, амінакіслата цистеин кадуецца ў малекуле ДНК такім спалучэннем нуклеатыдаў (триплетом): A—C—A1; амінакіслата валін — триплетом C—A—A; амінакіслата лейцын — триплетом A—A—C; амінакіслата пролин — триплетом G—G—G.

Прынятыя наступныя скарачэння: A — аденин, G — гуанінь, T — тимин, C — цитозин, U — урацил.

Таму, калі ў якой-то часткі малекулы ДНК паслядоўнасць нуклеатыдаў будзе:

C – A – A – A – C – A – A – A – C – G – G – G,

то тым самым гэтай часткай малекулы ДНК, кадуецца наступнае злучэнне амінакіслот у бялковай малекуле:

валін — цистеин — лейцын — пролин.

Паколькі даўжыня малекулы ДНК нашмат перавышае даўжыню малекулы бялку, то ўздоўж адной малекулы ДНК можа быць закадавана паслядоўнасць амінакіслот для многіх малекул бялкоў. Адрэзак малекулы ДНК, які нясе ў сабе інфармацыю аб адной малекуле бялку, завецца геном (больш падрабязна аб гэтым паняцці глядзіце раздзел «Генетыка»). Сукупнасць усіх малекул ДНК клеткі заключае ў сабе інфармацыю аб будове ўсіх бялкоў, якія ў стане сінтэзаваць дадзены выгляд жывёльнага ці расліны. Транскрыпцыя (перапісванне) кода інфармацыі аб сінтэзе бялку з малекул ДНК на малекулы інфармацыйнай РНК адбываецца ў працэсе іх сінтэзу.
Інфармацыйная РНК сінтэзуецца ў ядры. Як і ў выпадку рэплікацыі малекул ДНК, інфармацыйная РНК сінтэзуецца з нуклеатыдаў па прынцыпу камплементарнасці. Матрыцай такога сінтэзу служыць малекула ДНК. Трэба толькі ўлічыць, што ў РНК замест тиминового нуклеатыдаў (T) маецца урациловый (U). Таму пры сінтэзе інфармацыйнай РНК супраць A(ДНК) ўстане U(РНК), супраць T(ДНК) — A(РНК), супраць G(ДНК) — C(РНК) і супраць C(ДНК) — G(РНК) Таму прыведзены ўжо вышэй код для паслядоўнасці чатырох амінакіслот будзе «пераведзены» з мовы ДНК на мову інфармацыйнай РНК наступным чынам:

валін цистеин лейцын пролин —паслядоўнасць амінакіслот
C — A — A — A — C — A — A — A — C — G — G — G код гэтай паслядоўнасці
у адной ланцужку ДНК
G — U — U — U — G — U — U — U — G — C — C — C транскрыпцыя гэтай паслядоўнасці
на малекулу інфармацыйнай РНК

Такім чынам, адна і тая ж амінакіслата (напрыклад, валін) у малекуле ДНК, кадуецца триплетом C—A—A, а пасля транскрыпцыі на малекулы інфармацыйнай РНК кадуецца комплектарным триплетом G—U—U. Гэта заканамерна выцякае з спосабу сінтэзу малекул інфармацыйнай РНК. Завяршыўшы сінтэз, гэтыя малекулы выходзяць з ядра ў цытаплазму і ўступаюць у кантакт з рибосомами. Месцам сінтэзу бялку служаць рыбасомы. Кожная з іх як бы нанизывается на малекулу інфармацыйнай РНК (малюнак 8) і, прасоўваючыся ўздоўж яе, «чытае» план зборкі малекулы бялку, трыплет за триплетом. Ператварэнне гэтага плана ў рэальныя малекулы бялку ажыццяўляецца з удзелам яшчэ адной нуклеінавых кіслаты — транспартнай РНК.

Схема сінтэзу бялку ў рибосоме
Малюнак. 8. Схема сінтэзу бялку ў рибосоме. 1 — рыбасома, 2 — інфармацыйная РНК, 3 — транспартныя РНК з амінакіслотамі, 4 — бялок

Малекулы транспартнай РНК досыць крэйды — гэта кароткія адзінарныя ланцужкі нуклеатыдаў. Кожная малекула транспартнай РНК спецыфічная толькі для нейкай адной амінакіслоты, толькі яе яна можа даставіць з цытаплазмы да месца «зборкі» бялку. Спецыфічнасць малекул транспартнай РНК дасягаецца яе будовай: адзін канец кароткай ланцужкі нясе на сабе трыплет, які адпавядае коду дадзенай амінакіслоты (напрыклад, для валіна — C—A—A), а іншы канец можа хімічна злучацца толькі з гэтай жа самай кіслатой. Менавіта ў такой пары (напрыклад, валиновая транспартная РНК і сам валін) яны і трапляюць на рибосому. Калі ж у гэты момант рыбасома знаходзіцца на «валиновом» триплете інфармацыйнай РНК (G—U—U), то «валиновый» трыплет вольнага канца транспартнай РНК (C—A—A) па прынцыпу камплементарнасці адразу далучаецца да інфармацыйнай РНК. Так, месца амінакіслоты валін фіксуецца як раз там, дзе яно было спачатку закадавана ў малекуле ДНК (триплетом C—A—A), потым — у малекуле інфармацыйнай РНК (триплетом G—U—U) і, нарэшце, дастаўлена транспартнай РНК з триплетом C—A—A. Такім чынам, пакуль рыбасома перамяшчаецца ўздоўж па малекуле інфармацыйнай РНК, розныя транспартныя РНК са сваімі амінакіслотамі далучаюцца да інфармацыйнай РНК. Ферментныя сістэмы рыбасом паслядоўна отщепляют амінакіслоты ад транспартных РНК і злучаюць іх паміж сабой у ланцужок бялковай малекулы. Вызваленыя транспартныя РНК зноў пераходзяць у цытаплазму за наступнымі порцыямі амінакіслот. Так ствараецца спецыфічнасць бялковай малекулы на ўзроўні яе першаснай структуры. Другасная і трацічная структуры бялковай малекулы вызначаюцца як першаснай яе структурай, так і шэрагам іншых умоў. Варта мець на ўвазе, што кожнае з апісаных звёнаў біясінтэзу каталізуе пэўнымі ферментамі і забяспечваецца энергіяй за кошт малекул АТФ.
Нават вельмі схематычна апісаны працэс біясінтэзу здзіўляе сваёй ўпарадкаванасцю. А калі да гэтага дадаць, што ў жывой клетцы сінтэз адной малекулы бялку доўжыцца ўсяго 3-4 з і што адначасова ў розных участках клеткі ажыццяўляюцца синтезы самых розных бялкоў і разам з тым ідзе маса іншых біяхімічных працэсаў, то заканамерны пытанне: якім жа спосабам усё гэта рэгулюецца? Не ўсе канкрэтныя шляхі рэгуляцыі адкрыла яшчэ навука. Але яна адкрыла галоўны прынцып рэгуляцыі ў жывой клетцы — авторегуляцию. Гранічна простым яе выпадкам будзе наступны. Калі які-небудзь бялок сінтэзаваны ў клетцы ў дастатковай колькасці, то яго далейшага сінтэзу перашкаджае сам факт прысутнасці гэтага бялку ў клетцы. Пакуль ён не выведзены з клеткі (або не выдаткаваны якім-небудзь іншым шляхам), ён хімічна дзейнічае на вавёркі-ферменты, якія прымаюць удзел у яго сінтэзе як тормаз. Ферменты часова перастаюць дзейнічаць. Сінтэз прыпынены. Але вось бялок выдаткаваны. Тым самым яго тармозіць дзеянне на ферменты знікла. І сінтэз зноў аднаўляецца.
Лёгка зразумець, наколькі доўгім і многотрудным быў шлях эвалюцыі жывых арганізмаў, перш чым была дасягнута гэтак дасканалая авторегуляция.

This post is also available in Český, Deutsche, English, Español, Suomalainen, Français, Italiano, 日本, Norsk, Polski, Portugues, Русский, Українська and 中國.

Tags:,
Реклама: