Пластический обмен.
Биосинтез белка

Все здоровые люди имеют гемоглобин с одинаковой первичной и пространственной структурой. Однако люди, страдающие серповидноклеточной анемией - тяжёлым наследственным заболеванием, имеют эритроциты похожие на серпы:

Такое изменение формы клеток происходит из-за отличия первичной структуры гемоглобина у больных людей. В бетта-глобуле вместо шестой аминокислоты - Глутаминовой (Глу), стоит аминокислота - Валин (Вал). Из 574 АК заменена только одна аминокислота в бетта глобулах, но это приводит к существенному изменению структуры белка, и как следствие, к изменению формы и нарушению функции эритроцита.

Как в любом матричном процессе, в процессе транскрипции выделяют 5 ключевых элементов:

• матрица - одна из цепей ДНК (3' ← 5' );

• растущая, синтезируемая цепь - РНК (5' → 3' );

• Субстраты для синтеза (АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ);

• Источники энергии (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ);

• Фермент РНК-полимераза и другие факторы транскрипции.

Ген - это участок ДНК, несущий информацию о структуре какого-либо белка. Клетки разных тканей одного организма дифференцированы, то есть различны по функциям. Так фермент амилаза, расщепляющий крахмал, образуется как клетками слюнных желёз, так и клетками поджелудочной железы. Только в эритроцитах образуется гемоглобин, и только в клетках гипофиза синтезируются белки гормона роста - соматотропина. В каждой клетке нашего тела одинаковый набор ДНК, однако среди огромного количества генов, среди них есть активные гены их называют транскриптоны и неактивные - заблокированные белком-репрессором.

Так например в мышечной клетке ген о белке-ферменте инсулине или белке гемоглобине будет неактивным, то есть заблокированным. Кроме того, клетка не производит специфичные для себя белки как конвейер, в ней имеется сложный механизм, регулирующий "включение" и "выключение"

Давайте рассмотрим строение активных генов - транскриптонов эукариот:

Так в строении гена выделяют следующие структуры:

Промотор - начало гена, это распознаваемый участок, посадочная площадка для фермента РНК-полимеразы.

Терминатор - окончание гена, участок где заканчивается процесс транскрипции.

Стадии транскрипции:

1. Инициация - ТАТА-бокс промотора обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к участку ДНК. Под действием специальных белков происходит раскручивание частка спирали ДНК, при этом разрушаются водородные связи между двумя цепями, и одна из цепей (транскрибируемая) - выступает матрицей - ДНК (3' ← 5' )

2. Элонгация - собственно синтез РНК по принципу комплементарности (А=У, Т=А, Ц≡Г, Г≡Ц) со скоростью 40-50 нуклеотидов в секунду.

3. Терминация - РНК-полимераза останавливается достигая терминирующих кодонов. Фермент РНК-полимераза и синтезированная молекула РНК отделяются от ДНК, а сама ДНК восстанавливает двойную спираль

В случае транскрипции иРНК, синтезируется незрелая - предшественник, содержащий кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) участки. Соответственно перед тем как иРНК покинет ядро, ей необходимо пройти созревание или процессинг.

Процессинг иРНК включает:

1. Кэпирование 5' конца;

2. Полиаденилирование 3' конца;

3. Сплайсинг - удаление интронов - участков некодирующих белок, и связывание экзонов. Осуществляется с помощью комплекса белков - сплайсосомы.

Стадии трансляции:

1. Инициация - сначала к мРНК присоединяется малая субъединица рибосомы (40S), затем присоединяется первая транспортная РНК (метионил-тРНК) вместе с ГТФ, после всего присоединяется и большая субъединица рибосомы (60S).

2. Элонгация - в большой субъединице имеется три сайта:

• А-сайт - аминоацильный - сюда будут поступать новые и новые тРНК, связываясь с иРНК по принципу кодон-антикодон;

• P-сайт - пептидильный - здесь происходит образование пептидной связи между аминокислотами. При этом происходит переброс группы аминокислот к новой - последующей аминокислоте, при этом разгружается предыдущая тРНК;

• E - сайт - элиминационный - разгруженная тРНК, оказываясь в этом сайте, покидает рибосому.

3. Терминация - трансляция продолжается до тех пор, пока А сайт не достигнет СТОП-кодона, в этот момент в А-сайт вместо тРНК поступает рилизинг фактор. Синтезированный полипептид высвобождается, а весь комплекс распадается.