50)Основные этапы биосинтеза белка и его регуляция.

Различают следующие этапы: 1. Транскрипция (переписывание информации с ДНК на и-РНК). В определенном участке ДНК разрываются водородные связи, получается две одинарных цепочки. На одной из них по принципу комплементарности строится иРНК. Затем она отсоединяется и уходит в цитоплазму, а цепочки ДНК снова соединяются между собой. Рекогниция стадия подготовки аминокислот к процессу трансляции. Она слагается из двух этапов – взаимодействия аминокислот с АТФ и образования аминоациладенилатоф и взаимодействия последних с т-РНК которая завершается образованием аминоацил-тРНК.

Трансляция – синтез полипептида с последовательностью АК, отвечающей последовательности триплетов нуклеотидов в молекуле и-РНК. Субстраты и ферменты: и-РНК, рибосомы, аминоацилтРНК, активированные формы АК, ГТФ, факторы инициации, элонгации, терминации (аминоацил-тРНКсинтетаза, транслоказа, пептидилтрансфераза, рилизинг-ферменты). Этапы трансляции:

1) инициация: перед началом синтеза белка рибосомы диссоциированы к малой субъединицы рибосомы 3’ концом присоединяется и-РНК к первому инициирующему кодону АУГ присоединяетсяаминоацил-тРНК, несущая метионин затем присоединяется к образованному комплексу большая субъединица рибосомы с затратой ГТФ и образованием инициирующего комплекса в рибосоме образуется два центра – аминоацильный и пептидильный

2) элонгация: в свободный А-центр поступает следующая аминоацил-тРНК ® фермент пептидилтрансфераза образует пептидную связь между карбоксигруппой первой АК и аминогруппой второй, дипептид остается в А-центре ® транслоказа перемещает рибосому на 1 кодон и-РНК ® дипептид при этом оказывается в П-центре ® в освободившийся А-центр поступает следующая АК.

3) терминация: наступает, когда в А-центре оказывается один из трех нонсенс-кодонов (стоп-кодонов): УАА, УАГ, УГА. Они не соответствуют ни одной тРНК, распознаются рилизинг-ферментами, которые вызывают отсоединение синтезированного белка и диссоциацию рибосомы.

Регуляция биосинтеза белка

Различают два механизма регуляции биосинтеза белка — 1) на уровне транскрипции; 2) на уровне трансляции.

1)Французские ученые Жакоб и Мано в 1961 году предложили схему регуляции биосинтеза белка на уровне гена-регулятора и транскрипции. Они установили, что в молекуле ДНК есть участки (транскриптоны, или опероны), где закодировано строение специфических РНК – структурные гены (3% от всех генов) и регуляторные участки (97%). Непосредственно перед структурными генами располагаются регуляторные участки — ген-оператор и промотор. С промотором связывается фермент – РНК-полимераза, «запускающий» механизм биосинтеза белка, начиная с транскрипции. Это возможно только в том случае, если ген-оператор и промотор свободны. Большинство этих участков находится в нерабочем состоянии, «репрессированы», т.к. ген-оператор и промотор связаны с белком-репрессором (70-80%). Этот белок синтезируется в ядре. Информация об этом белке заложена в гене-регуляторе. Т.е., белок-репрессор останавливает транскрипцию. Когда необходимо начать синтез определенного белка, на ген-регулятор действуют регуляторные агенты – стероиды и др., они блокируют этот ген и белок-репрессор не образуется, а значит, транскрипция возможна и необходимый белок синтезируется (репрессорный механизм – показать на пленке)..Существует другой механизм регуляции на уровне транскрипции – индукторный. Ряд веществ (циклические нуклеотиды, некоторые метаболиты) могут связывать белок-репрессор, тем самым открывая путь для синтеза белка – показать на пленке. Регуляция на уровне транскрипции также связана с гистонами и другими белками, связанными с ДНК. Комплексы белков с ДНК функционально не активны, большинство генов в ДНК подавлены. Предполагается, что около 20-30% генов может синтезировать мРНК. При этом даже активные гены функционируют периодически, по мере изменения потребности клетки. Уменьшить, снять блокирование, можно ослабив связь гистонов с молекулой ДНК путем фосфорилирования, ацетилирования или метилирования, т.к. эти процессы нейтрализуют заряд на гистоне. 2)Регуляция на уровне трансляции. Важное значение имеет обеспеченность клетки аминокислотами, особенно незаменимыми. При недостатке какой-либо аминокислоты задерживается образование соответствующей аминоацилтРНК, что ведет к торможению трансляции. Известны различные ингибиторы белкового синтеза, действующие либо на сами м-РНК, либо на процессы инициации, элонгации или терминации. Например, антибиотик пуромицин останавливает элонгацию пептидной цепи. Он обладает сходством с аминоацилтРНК и связывается с синтезирующимся пептидом. Но пуромицин не имеет петлю антикодон, вследствии этого не может соединяться с мРНК и взаимодействовать с новойаминоацилтРНК. Образовавшийся пептидилпуромицин отделяется от рибосомы и синтез белка прекращается. На уровне трансляции действуют и другие антибиотики – тетрациклин, левомицетин, стрептомицин и др.Антибиотики могут влиять не только на трансляцию, например, имеются антибиотики, препятствующие разделению цепей ДНК (метамицин); антибиотики, прекращающие транскрипцию (актиномицин, канамицин).