Трансляционный уровень. Трансляцией называется синтез полипептидной цепи из аминокислот согласно кодирующей и-РНК. В ходе трансляции происходит перевод генетической информации в аминокислотную последовательность: ДНК, и-РНК, белок. Трансляция является очень важной частью общего метаболизма клетки. В ней задействованы не менее 20 ферментов (аминоацилсинтетаз), до 60 различных т-РНК, 3—5 молекул р-РНК и макромолекулы и-РНК. Здесь выделяют следующие этапы: инициация, элонгация, терминация.
Инициация – начало трансляции. Фермент аминоацилсинтетаза активирует определенную аминокислоту и вовлекает ее в белковый синтез. Активированная аминокислота соединяется с т-РНК специализированной на данной аминокислоте. Эта т-РНК имеет форму трилистника и содержит три петли. Антикодоновая петля имеет антикодон, то есть триплет нуклеотидов, соответствующий своей аминокислоте. Псевдоуридиновая петля необходима при взаимодействии с рибосомой. Дигидроуридиновая петля служит для соединения с ферментом аминоацил-синтетазой. (Рис. 19). Доставленная к рибосоме и-РНК связывается с рибосомальной РНК. При этом рибосома диссоциирует, ее малая и большая субъединицы несколько раздвигаются, и рибосома насаживается на и-РНК. В начальной части и-РНК имеются стартовые кодоны АУГ и ГУГ. К ним присоединяется т-РНК, несущая соответствующую аминокислоту (рис. 20).
Рис.19. Схема строения т-РНК.
Рис. 20. Схема синтеза белка в рибосоме (трансляция).
Элонгация – продолжение трансляции. Рибосома двигается вдоль молекулы и-РНК. Транспортные РНК связываются с рибосомой и их анти-кодоны избирательно по правилу комплементарности контактируют с кодонами и-РНК. При совмещении кодона и антикодона аминокислота отрывается от т-РНК и включается в полипептидную цепь из аминокислот в большой субъединице рибосомы. При формировании первичной белковой структуры каждая новая аминокислота занимает место за аминокислотой, включенной непосредственно перед ней.
Терминация – окончание синтеза. В и-РНК есть трейлерный участок, содержащий стоп кодоны УАА, УАГ, УГА. Они указывают на завершение синтеза данного белка. Поэтому при контакте с ними сборка аминокислотной цепи заканчивается. Большая и малая субъединицы рибосом смыкаются.
Посттрансляцнонный уровень. Синтезированная белковая молекула начинает усложнять свою первичную структуру под действием ферментов. Происходит ее конформация, изменяется пространственная организация белка, он приобретает вторичную, третичную и четвертичную структуру.
Таким образом, мы узнали центральную догму молекулярной биологии. Она гласит: информация в живых организмах передается по цепи ДНК – РНК – белок. В настоящее время доказано явление обратной транскрипции, когда передача информации происходит от РНК к ДНК. В то же время совершенно невозможен перенос информации от белков обратно к нуклеиновым кислотам.
В соответствии с существующими представлениями синтез белка всегда начинается с работы генов. Работа генов – это способность транскрибировать, то есть направлять синтез и-РНК. Но не всегда работа гена заканчивается сборкой белковой молекулы. Как заметил один американский генетик, для того, чтобы выдать белок, гену нужно пробиться сквозь «клеточные джунгли». Выход конечного белкового продукта – это экспрессия гена. Она совершается в результате деятельности всей клетки с ее многокомпонентными механизмами белкового синтеза.
Энергетический обмен
Энергетическим обменом или диссимиляцией называются процессы ферментативного расщепления органических веществ и образование соединений богатых энергией. Энергетический обмен подразделяется на три этапа.
Первый этап, подготовительный, связан с пищеварением. Он происходит вне клетки. Крупные молекулы биополимеров распадаются на мономеры: белки – на аминокислоты, полисахариды – на простые сахара, жиры – на жирные кислоты и глицерин. При разрыве химических связей выделяется небольшое количество энергии, рассеянной в виде тепла. Мономеры поступают в кровь.
Второй этап – гликолиз, бескислородное расщепление глюкозы. Происходит внутриклеточно в цитоплазме, куда глюкоза поступает из крови. Включает ряд последовательных ферментативных реакций, в результате которых глюкоза распадается на две молекулы пировиноградной кислоты. Реакции протекают с участием фосфорной кислоты, образованием 2 молекул АТФ.
В процессе гликолиза выделяется 200 кДж энергии, из которых только 80 кДж (40%) аккумулируется в АТФ, остальные 120 кДж рассеиваются в виде тепла.
Гликолиз происходит во всех животных клетках, но является мало эффективным с энергетических позиций. Поэтому основные процессы накопления энергии совершаются на третьем этапе.
