Какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка? Описание, процесс и функции
Клетка любого организма представляет собой одну большую фабрику по производству химических веществ. Здесь протекают реакции по биосинтезу липидов, нуклеиновых кислот, углеводов и, конечно же, белков. Протеины играют колоссальную роль в жизнедеятельности клетки, т. к. они выполняют множество функций: ферментативную, сигнальную, структурную, защитную и другие.
Биосинтез белка: описание процесса
Построение молекул протеинов представляет собой сложный многоэтапный процесс, который протекает под действием большого количества ферментов и в присутствии определенных структур.
Синтез любого белка начинается в ядре. Информация о структуре молекулы записана в ДНК клетки, с которой она и считывается. Почти любой ген организма кодирует одну, только ему присущую молекулу белка.
Какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка? Дело в том, что цитоплазма клетки является «бассейном» для мономеров сложных веществ, а также структур, которые отвечают за протекание процесса синтеза белка. Также внутренняя среда клетки имеет постоянную кислотность и содержание ионов, что играет немаловажную роль в биохимических реакциях.
Биосинтез белка проходит в две стадии: это транскрипция и трансляция.
Транскрипция
Этот этап начинается в ядре клетки. Здесь главную роль играют такие нуклеиновые кислоты, как ДНК и РНК (дезокси- и рибонуклеиновая кислоты). У эукариот единицей транскрипции является транскриптон, а у прокариот такая организация ДНК называется опероном. Разница между транскрипцией у прокариот и эукариот заключается в том, что оперон представляет собой участок молекулы ДНК, который кодирует несколько молекул протеинов, когда транскриптон несет информацию только об одном гене белка.
Основной задачей клетки на этапе транскрипции является синтез информационной РНК (иРНК) на матрице ДНК. Для этого в ядро поступает такой фермент, как РНК-полимераза. Она участвует в синтезе новой молекулы иРНК, которая комплементарна участку дезоксирибонуклеиновой кислоты.
Для удачного протекания реакций транскрипции необходимо присутствие факторов транскрипции, которые также обозначаются аббревиатурой TF-1, TF-2, TF-3. Эти сложные белковые структуры участвуют в соединении РНК-полимеразы с промотором на молекуле ДНК.
Синтез иРНК продолжается до тех пор, пока полимераза не достигнет конечной области транскриптона, который называется терминатор.
Оператор, как еще одна функциональная область транскриптона, отвечает за ингибирование транскрипции или, наоборот, за ускорение работы РНК-полимеразы. Отвечают за регулирование работы ферментов транскрипции специальные белки-ингибиторы или белки-активаторы соответственно.
Трансляция
После того как иРНК была синтезирована в ядре клетки, она попадает в цитоплазму. Чтобы ответить на вопрос о том, какая роль цитоплазмы в биосинтезе белка, стоит поподробнее разобрать дальнейшую судьбу молекулы нуклеиновой кислоты на этапе трансляции.
Трансляция протекает в три стадии: инициация, элонгация и терминация.
Сначала иРНК должна прикрепиться к рибосомам. Рибосомы представляют собой мелкие немембранные структуры клетки, которые состоят из двух субъединиц: малой и большой. Сначала рибонуклеиновая кислоты присоединяется к малой субъединице, а затем большая замыкает весь трансляционный комплекс так, чтобы иРНК оказалась внутри рибосомы. Собственно, на этом заканчивается стадия инициации.
Какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка? Прежде всего это источник аминокислот – основных мономеров любого белка. На этапе элонгации происходит постепенное наращивание полипептидной цепи, начиная стартовым кодоном метионином, к которому и прикрепляются остальные аминокислоты. Кодон в данном случае представляет собой триплет нуклеотидов иРНК, который кодирует одну аминокислоту.
На этом этапе к работе подключается другой вид рибонуклеиновых кислот – транспортные РНК, или тРНК. Они отвечают за доставку аминокислот к комплексу рибосом с иРНК путем образования аминоацил-тРНК комплекса. Узнавание тРНК происходит путем комплементарного взаимодействия антикодона этой молекулы с кодоном на иРНК. Таким образом, аминокислота доставляется к рибосоме и прикрепляется к синтезируемой полипептидной цепи.
Терминация процесса трансляции происходит при достижении на иРНК участков стоп-кодонов. Эти кодоны несут информацию об окончании синтеза пептида, после чего комплекс рибосома-РНК разрушается, а первичная структура нового белка выходит в цитоплазму для дальнейших химических преобразований.
В процессе трансляции участвуют специальные белковые факторы инициации IF и факторы элонгации EF. Они бывают различных видов, и их задача заключается в обеспечении правильного соединения РНК с субъединицами рибосом, а также в синтезе самой полипептидной цепи на этапе элонгации.
Какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка: коротко об основных компонентах биосинтеза
После того как иРНК выходит из ядра во внутреннюю среду клетки, молекула должна образовать устойчивый трансляционный комплекс. Какие же компоненты цитоплазмы должны обязательно присутствовать на этапе трансляции?
1. Рибосомы.
2. Аминокислоты.
3. тРНК.
Аминокислоты – мономеры белков
Для синтеза белковой цепочки необходимо наличие в цитоплазме структурных компонентов пептидной молекулы – аминокислот. Эти низкомолекулярные вещества в своем составе имеют аминогруппу NH2 и остаток кислоты COOH. Еще один компонент молекулы – радикал – является отличительной чертой каждой отдельной аминокислоты. Так какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка?
АК встречаются в растворах в виде цвиттер-ионов, который представляют собой те же молекулы, которые отдают или принимают протоны водорода. Таким образом, аминогруппа аминокислот превращается в NH3+, а карбонильная группа – в COO-.
Всего в природе встречается 200 АК, из которых только 20 являются белокобразующими. Среди них выделяют группу незаменимых аминокислот, которые не синтезируются в организме человека и попадают в клетку только с принятой пищей, и заменимых аминокислот, которые организм образует самостоятельно.
Все АК кодируются каким-либо кодоном, который соответствует трем нуклеотидам иРНК, причем одна аминокислота зачастую может кодироваться сразу несколькими такими последовательностями. Кодон метионина у про- и эукариот является стартовым, т.к. с него начинается биосинтез пептидной цепи. К стоп-кодонам относят УАА, УГА и УАГ последовательности нуклеотидов.
Что такое рибосомы?
Каким образом рибосомы отвечают за биосинтез белков в клетке и какова роль этих структур? Прежде всего, это немембранные образования, которые состоят из двух субъединиц: большой и малой. Функция этих субъединиц – удержание молекулы иРНК между ними.
В рибосомах находятся сайты, в которые попадают кодоны иРНК. Всего между малой и большой субъединицей могут поместиться два таких триплета.
Несколько рибосом могут агрегироваться в одну большую полисому, благодаря которой скорость синтеза пептидной цепочки увеличивается, а на выходе можно получить сразу несколько копий белка. Вот какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка.
Виды РНК
Рибонуклеиновые кислоты играют большую роль на всех этапах транскрипции. Выделяют три большие группы РНК: транспортные, рибосомные и информационные.
иРНК участвуют в передаче информации о составе пептидной цепи. тРНК являются посредниками в переносе аминокислот к рибосомам, что достигается образованием аминоацил-тРНК-комплекса. Пристраивание аминокислоты происходит только при комплементарном взаимодействии антикодона транспортной РНК с кодоном на информационной РНК.
рРНК участвуют в образовании рибосом. Их последовательности являются одной из причин, по которой иРНК удерживается между малой и большой субъединицами. Рибосомальные РНК образуются в ядрышках.
Значение белков
Биосинтез белков и его значение для клетки колоссальны: большинство ферментов организма имеют пептидную природу, благодаря протеинам происходит транспорт веществ через мембраны клетки.
Белки выполняют и структурную функцию, когда они входят в состав мышечных, нервных и других тканей. Сигнальная роль заключается в передаче информации о процессах, протекающих, например, при падении света на сетчатку глаза. Защитные белки – иммуноглобулины – являются основой иммунной системы человека.