Probíhá biosyntéza bílkovin. Hlavní místo biosyntézy bílkovin

Genetická informace o struktuře proteinu je uložena jako sekvence tripletů DNA. V tomto případě pouze jeden z řetězců DNA slouží jako templát pro transkripci.

Biosyntéza proteinů v buňkách je sled reakcí matricového typu, během nichž postupný přenos dědičné informace z jednoho typu molekul na druhý vede ke vzniku polypeptidů s geneticky danou strukturou.

Biosyntéza proteinů je počáteční fází realizace nebo exprese genetické informace. Hlavní matricové procesy, které zajišťují biosyntézu proteinů, jsou transkripce DNA a translace mRNA. Transkripce DNA spočívá v přepisování informace z DNA na mRNA (messenger nebo messenger RNA). Přenos mRNA je přenos informace z mRNA do polypeptidu.

Kopírování mRNA začíná připojením RNA polymerázy k oblasti DNA nazývané promotor. Vzhledem k informacím o možnosti alternativního sestřihu však mohou nastat případy, kdy geny, i ty, které se nacházejí poblíž, budou přepisovány z různých řetězců. K transkripci tak mohou být použity oba řetězce DNA. Při transkripci komplementárních řetězců DNA se používají různé RNA polymerázy a směr jejich pohybu po řetězci je určen sekvencí promotoru.

Vzhledem k tomu, že řetězce DNA jsou vůči sobě převrácené a syntéza mRNA, stejně jako syntéza DNA, probíhá pouze ve směru od 5ꞌ ke konci 3ꞌ, jdou transkripce na DNA také v opačných směrech.

Řetězec DNA, který obsahuje stejné sekvence jako mRNA, se nazývá kódování a řetězec, který zajišťuje syntézu mRNA (na základě komplementárního párování) - antikódování. Antikódovací vlákno je také nazýváno přepsáno.

Kromě mRNA se v buňce tvoří další produkty transkripce DNA. Patří mezi ně molekuly rRNA a tRNA, které jsou rovněž účastníky syntézy polypeptidů. Všechny tyto RNA se nazývají jaderné.

Uvážíme-li procento těchto tří typů RNA v buňce, pak podíl zralé mRNA tvoří asi 5 % z celkového obsahu RNA, podíl tRNA je asi 10 % a většinu až 85 % tvoří rRNA. .

Všechny RNA jsou transkribovány z DNA z ribonukleotidtrifosfátů za uvolnění pyrofosfátu za účasti RNA polymeráz. Prokaryota mají pouze jeden typ RNA polymerázy, která zajišťuje syntézu mRNA, rRNA a tRNA.

V eukaryotických buňkách existují tři typy RNA polymeráz (I, II, III). Každá z těchto RNA polymeráz se váže na promotor na DNA a poskytuje transkripci pro jinou sekvenci DNA. RNA polymeráza I syntetizuje velké rRNA (základní molekuly RNA velkých a malých podjednotek ribozomů). RNA polymeráza II syntetizuje veškerou mRNA a část malých rRNA, RNA polymeráza III syntetizuje tRNA a RNA 5s podjednotky ribozomů.

Pro vazbu RNA polymeráz na promotor jsou zapotřebí speciální proteiny, které působí jako transkripční iniciační faktory (TF I, TF II, TF III pro odpovídající polymerázy).

Vzhledem k těmto pozicím jsou hlavní fáze biosyntézy proteinů následující:

Fáze 1. DNA transkripce. Na transkribovaném řetězci DNA je pomocí DNA-dependentní RNA polymerázy doplněn komplementární řetězec mRNA. Molekula mRNA je přesnou kopií nepřepsaného řetězce DNA s tím rozdílem, že místo deoxyribonukleotidů obsahuje ribonukleotidy, mezi které místo thyminu patří uracil.

Fáze 2 zpracování mRNA (zrání). Syntetizovaná molekula mRNA (primární transkript) prochází dalšími transformacemi. Ve většině případů je původní molekula mRNA rozřezána na samostatné fragmenty. Některé fragmenty - introny - jsou štěpeny na nukleotidy, zatímco jiné - exony - jsou fúzovány do zralé mRNA. Všechny fáze zpracování mRNA probíhají v částicích RNP (ribonukleoproteinové komplexy).

Jak je pro-mRNA syntetizována, okamžitě tvoří komplexy s jadernými proteiny - informofery a tvoří jaderné a cytoplazmatické komplexy (mRNA plus informofery) - informosomy. mRNA tedy není prostá proteinů. mRNA je chráněna před nukleázami během celé své cesty až do dokončení translace. Bílkoviny mu navíc dodávají potřebnou konformaci.

Fáze 3 translace mRNA. Molekula mRNA získaná během transkripce slouží jako templát pro syntézu polypeptidu na ribozomech. Nazývají se triplety mRNA, které kódují konkrétní aminokyselinu kodony. Translace je prováděna molekulami tRNA. Každá molekula tRNA obsahuje antikodon- rozpoznávací triplet, ve kterém je nukleotidová sekvence komplementární ke specifickému kodonu mRNA. Každá molekula tRNA je schopna nést přesně definovanou aminokyselinu.

Molekula tRNA v obecné konformaci připomíná list jetele na řapíku. „Vršek listu“ nese antikodon. Existuje 61 typů tRNA s různými antikodony. Na „listový řapík“ je připojena aminokyselina (na syntéze polypeptidu na ribozomech se podílí 20 aminokyselin). Každá molekula tRNA s určitým antikodonem odpovídá přesně definované aminokyselině. Určitá aminokyselina přitom obvykle odpovídá více typům tRNA s různými antikodony. Aminokyselina se kovalentně váže na tRNA pomocí enzymů - aminoacyl-tRNA syntetáz. Tato reakce se nazývá aminoacylace tRNA. Kombinace tRNA s aminokyselinou se nazývá aminoacyl-tRNA.

Translace (jako všechny procesy matrice) zahrnuje tři fáze: zahájení (začátek), prodloužení (pokračování) a ukončení (konec).

Zahájení. Podstatou iniciace je vytvoření peptidové vazby mezi prvními dvěma aminokyselinami polypeptidu.

Zpočátku se vytvoří iniciační komplex, který zahrnuje: malou podjednotku ribozomu, specifické proteiny (iniciační faktory) a speciální iniciační methionin tRNA s aminokyselinou methionin - Met-tRNAMet. Iniciační komplex rozpozná začátek mRNA, připojí se k ní a posune se k bodu zahájení (začátku) biosyntézy proteinu: ve většině případů je to startovací kodon SRPEN. Mezi start kodonem mRNA a antikodonem methionin tRNA dochází k vazbě závislé na kodonu s tvorbou vodíkových vazeb. Poté je připojena velká podjednotka ribozomu.

Když se podjednotky spojí, vznikne kompletní ribozom, který nese dvě aktivní centra (místa): A-místo (aminoacyl, který slouží k připojení aminoacyl-tRNA) a P-místo (peptidyltransferáza, která slouží k vytvoření peptidové vazby mezi aminokyseliny). Zpočátku je Met-tRNAMet umístěn v A-místě, ale poté se přesune do P-místa. Uvolněné místo A přijímá aminoacyl-tRNA s antikodonem, který je komplementární ke kodonu mRNA po kodonu AUG. Jedná se například o Gly-tRNAGly s antikodonem CCG, který je komplementární ke kodonu GHC. V důsledku kodonově závislé vazby se tvoří vodíkové vazby mezi kodonem mRNA a antikodonem aminoacyl-tRNA. K ribozomu tedy sousedí dvě aminokyseliny, mezi nimiž vzniká peptidová vazba. Kovalentní vazba mezi první aminokyselinou (methioninem) a její tRNA je přerušena.

Po vytvoření peptidové vazby mezi prvními dvěma aminokyselinami se ribozom posune o jeden triplet. V důsledku toho dochází k translokaci (pohybu) iniciačního methioninu tRNAMet mimo ribozom. Vodíková vazba mezi start kodonem a antikodonem iniciační tRNA je přerušena. V důsledku toho je volný tRNAMet odštěpen a hledá svou aminokyselinu.

Zároveň druhá tRNA spolu s aminokyselinou (Gly-tRNAGly) následkem translokace končí v P-místě a A-místo je uvolněno.

Prodloužení. Podstatou elongace je přidání následných aminokyselin, tedy prodloužení polypeptidového řetězce. Pracovní cyklus ribozomu během elongace se skládá ze tří kroků: kodonově závislá vazba mRNA a aminoacyl-tRNA v místě A, tvorba peptidové vazby mezi aminokyselinou a rostoucím polypeptidovým řetězcem a translokace s uvolněním Stránka.

Uvolněné A-místo přijímá aminoacyl-tRNA s antikodonem odpovídajícím dalšímu kodonu mRNA (například je to Tir-tRNKTir s antikodonem AUA, který je komplementární ke kodonu UAU).

Na ribozomu jsou vedle sebe dvě aminokyseliny, mezi kterými vzniká peptidová vazba. Vazba mezi předchozí aminokyselinou a její tRNA (v našem příkladu mezi glycinem a tRNAGly) je přerušena.

Poté se ribozom posune o jeden další triplet a v důsledku translokace je tRNA, která byla v P-místě (v našem příkladu tRNAgli), mimo ribozom a je odštěpena od mRNA. Místo A se uvolní a cyklus ribozomů začíná znovu.

Ukončení. Spočívá v dokončení syntézy polypeptidového řetězce.
Nakonec ribozom dosáhne kodonu mRNA, kterému neodpovídá žádná tRNA (a žádná aminokyselina). Takové jsou tři onsense kodon: UAA ("okrová"), UAG ("jantarová"), UGA ("opál"). V těchto kodonech mRNA je pracovní cyklus ribozomu přerušen a růst polypeptidu se zastaví. Ribozom se vlivem určitých proteinů opět dělí na podjednotky.

Energie biosyntézy bílkovin. Biosyntéza bílkovin je velmi energeticky náročný proces. Při aminoacylaci tRNA se spotřebovává energie jedné vazby molekuly ATP, při kodonově závislé vazbě aminoacyl-tRNA se spotřebovává energie jedné vazby molekuly GTP, když ribozom posune jeden triplet, energie jednoho vazba jiné molekuly GTP je spotřebována. Výsledkem je asi 90 kJ/mol vynaložených na připojení aminokyseliny k polypeptidovému řetězci. Hydrolýzou peptidové vazby se uvolní pouze 2 kJ/mol. Při biosyntéze je tedy většina energie nenávratně ztracena (rozptýlena ve formě tepla).

Nejdůležitější funkce těla - metabolismus, růst, vývoj, přenos dědičnosti, pohyb atd. - se uskutečňují v důsledku mnoha chemických reakcí zahrnujících bílkoviny, nukleové kyseliny a další biologicky aktivní látky. Současně se v buňkách nepřetržitě syntetizují různé sloučeniny: stavební proteiny, enzymové proteiny, hormony. Při výměně se tyto látky opotřebovávají a ničí a na jejich místě se tvoří nové. Protože bílkoviny tvoří materiální základ života a urychlují všechny metabolické reakce, je vitální aktivita buňky a organismu jako celku určena schopností buněk syntetizovat specifické bílkoviny. Jejich primární struktura je předurčena genetickým kódem v molekule DNA.

Molekuly bílkovin se skládají z desítek a stovek aminokyselin (přesněji z aminokyselinových zbytků). Například v molekule hemoglobinu je jich asi 600 a jsou distribuovány do čtyř polypeptidových řetězců; v molekule ribonukleázy je takových aminokyselin 124 atd.

Molekuly hrají hlavní roli při určování primární struktury proteinu DNA. Jeho různé sekce kódují syntézu různých proteinů, proto se jedna molekula DNA podílí na syntéze mnoha jednotlivých proteinů. Vlastnosti proteinů závisí na sekvenci aminokyselin v polypeptidovém řetězci. Střídání aminokyselin je zase určeno sekvencí nukleotidů v DNA a každá aminokyselina odpovídá určitému tripletu. Experimentálně bylo prokázáno, že například oblast DNA s tripletem AAC odpovídá aminokyselině leucin, triplet ACC tryptofanu, triplet ACA cysteinu a tak dále. Rozdělením molekuly DNA na triplety si lze představit, které aminokyseliny a v jakém pořadí se budou nacházet v molekule proteinu. Soubor tripletů tvoří materiální základ genů a každý gen obsahuje informaci o struktuře konkrétního proteinu (gen je základní biologická jednotka dědičnosti; v chemickém pojetí je gen úsek DNA, který obsahuje několik set bází páry).

genetický kód - historicky zavedená organizace molekul DNA a RNA, ve které sekvence nukleotidů v nich nese informaci o sekvenci aminokyselin v molekulách bílkovin. Vlastnosti kódu: triplet (kodon), nepřekrývající se (kodony následují za sebou), specifita (jeden kodon může určovat pouze jednu aminokyselinu v polypeptidovém řetězci), univerzálnost (ve všech živých organismech stejný kodon určuje zařazení stejné aminokyseliny do polypeptid), redundance (pro většinu aminokyselin existuje několik kodonů). Triplety, které nenesou informaci o aminokyselinách, jsou stop triplety, indikující začátek syntézy i-RNA.(V.B. Zakharov. Biologie. Referenční materiály. M., 1997)

Protože se DNA nachází v buněčném jádře a syntéza proteinů probíhá v cytoplazmě, existuje prostředník, který přenáší informace z DNA do ribozomů. Jako takový prostředník slouží i RNA, na kterou se přepisuje nukleotidová sekvence přesně v souladu s tou na DNA - podle principu komplementarity. Tento proces byl pojmenován přepisy a probíhá jako reakce syntézy matrice. Je charakteristická pouze pro živé struktury a je základem nejdůležitější vlastnosti živých věcí - sebereprodukce. Biosyntéze proteinu předchází templátová syntéza mRNA na řetězcích DNA. Výsledná mRNA vystupuje z buněčného jádra do cytoplazmy, kde jsou na ni navlečeny ribozomy a sem jsou pomocí TRJK dodávány aminokyseliny.

Syntéza proteinů je komplexní vícestupňový proces zahrnující DNA, mRNA, tRNA, ribozomy, ATP a různé enzymy. Nejprve jsou aminokyseliny v cytoplazmě aktivovány enzymy a připojeny k tRNA (k místu, kde se nachází nukleotid CCA). Dalším krokem je kombinace aminokyselin v pořadí, ve kterém se střídání nukleotidů z DNA přenese do mRNA. Tato fáze se nazývá přenos. Na vláknu mRNA není umístěn jeden ribozom, ale jejich skupina – takový komplex se nazývá polyzom (N.E. Kovalev, L.D. Shevchuk, O.I. Shchurenko. Biologie pro přípravná oddělení lékařských ústavů).

Systém Biosyntéza bílkovin

Syntéza bílkovin se skládá ze dvou fází – transkripce a translace.

I. Transkripce (přepis) - biosyntéza molekul RNA, prováděná v chromozomech na molekulách DNA podle principu syntézy matrice. Pomocí enzymů jsou na odpovídajících úsecích molekuly DNA (geny) syntetizovány všechny typy RNA (mRNA, rRNA, tRNA). Je syntetizováno 20 druhů tRNA, protože 20 aminokyselin se účastní biosyntézy proteinů. Poté mRNA a tRNA vystupují do cytoplazmy, rRNA je integrována do ribozomových podjednotek, které také vystupují do cytoplazmy.

II. Translace (přenos) - syntéza polypeptidových řetězců proteinů, probíhá v ribozomech. Doprovázejí jej následující akce:

1. Vznik funkčního centra ribozomu - FCR, sestávajícího z mRNA a dvou podjednotek ribozomů. V PCR jsou vždy dva triplety (šest nukleotidů) mRNA, které tvoří dvě aktivní centra: A (aminokyselina) - centrum rozpoznávání aminokyselin a P (peptid) - centrum pro připojení aminokyseliny k peptidovému řetězci.

2. Transport aminokyselin navázaných na tRNA z cytoplazmy do PCR. V aktivním centru A se čte antikodon tRNA s kodonem mRNA, v případě komplementarity dochází k vazbě, která slouží jako signál k postupu (přeskoku) podél mRNA ribozomu o jeden triplet. V důsledku toho se komplex „kodon rRNA a tRNA s aminokyselinou“ přesune do aktivního centra P, kde je aminokyselina připojena k peptidovému řetězci (molekule proteinu). tRNA pak opustí ribozom.

3. Peptidový řetězec se prodlužuje, dokud neskončí translace a ribozom nevyskočí z mRNA. Na jednu mRNA se může ve stejnou dobu vejít několik ribozomů (polysomů). Polypeptidový řetězec je ponořen do kanálu endoplazmatického retikula a zde získává sekundární, terciární nebo kvartérní strukturu. Rychlost sestavení jedné molekuly proteinu, skládající se z 200-300 aminokyselin, je 1-2 minuty. Vzorec biosyntézy proteinu: DNA (transkripce) --> RNA (translace) --> protein.

Po dokončení jednoho cyklu se polysomy mohou podílet na syntéze nových proteinových molekul.

Molekula proteinu oddělená od ribozomu má formu vlákna, které je biologicky neaktivní. Biologicky funkční se stává poté, co molekula získá sekundární, terciární a kvartérní strukturu, tedy určitou prostorově specifickou konfiguraci. Sekundární a následné struktury molekuly proteinu jsou předem určeny v informacích zakotvených ve střídání aminokyselin, tj. v primární struktuře proteinu. Jinými slovy, program pro vytvoření globule, její jedinečná konfigurace, je určena primární strukturou molekuly, která je zase postavena pod kontrolou odpovídajícího genu.

Rychlost syntézy proteinů je dána mnoha faktory: teplotou prostředí, koncentrací vodíkových iontů, množstvím konečného produktu syntézy, přítomností volných aminokyselin, hořečnatých iontů, stavem ribozomů atd.

Každý vědní obor má svého „modrého ptáka“; kybernetici sní o „myslících“ strojích, fyzici – o řízených termonukleárních reakcích, chemici – o syntéze „živé hmoty“ – bílkoviny. Syntéza proteinů je již dlouho námětem sci-fi románů, symbolem nastupující síly chemie. To je vysvětleno jak obrovskou rolí, kterou proteiny hrají v živém světě, tak obtížemi, kterým nevyhnutelně čelil každý odvážlivec, který se odvážil „skládat“ z jednotlivých aminokyselin složitou proteinovou mozaiku. A to ani samotný protein, ale pouze peptidy.

Rozdíl mezi proteiny a peptidy není pouze terminologický, i když molekulární řetězce obou jsou složeny z aminokyselinových zbytků. V určité fázi se kvantita mění v kvalitu: peptidový řetězec - primární struktura - získává schopnost svinout se do spirál a kuliček, které tvoří sekundární a terciární struktury, již charakteristické pro živou hmotu. A pak se z peptidu stane protein. Zde není jasná hranice - není možné umístit demarkační značku na polymerní řetězec: dosud - peptid, odtud - protein. Ale například je známo, že adranokortikotropní hormon, skládající se z 39 aminokyselinových zbytků, je polypeptid a hormon inzulín, skládající se z 51 zbytků ve formě dvou řetězců, je již protein. Nejjednodušší, ale stále protein.

Metodu spojování aminokyselin do peptidů objevil na začátku minulého století německý chemik Emil Fischer. Ale ještě dlouho poté nemohli chemici vážně uvažovat nejen o syntéze proteinů či 39merních peptidů, ale i mnohem kratších řetězců.

Proces syntézy bílkovin

Aby bylo možné spojit dvě aminokyseliny dohromady, musí být překonáno mnoho obtíží. Každá aminokyselina, stejně jako dvoustranný Janus, má dvě chemické strany: skupinu karboxylové kyseliny na jednom konci a aminovou bazickou skupinu na druhém. Pokud je OH skupina odebrána z karboxylu jedné aminokyseliny a atom je odebrán aminové skupině druhé, pak mohou být dva aminokyselinové zbytky vytvořené v tomto případě navzájem spojeny peptidovou vazbou, a v důsledku toho vznikne nejjednodušší z peptidů, dipeptid. A molekula vody se odštěpí. Opakováním této operace lze prodloužit délku peptidu.

Tato zdánlivě jednoduchá operace je však prakticky obtížně realizovatelná: aminokyseliny se velmi nerady vzájemně spojují. Musíme je chemicky aktivovat a „zahřát“ jeden z konců řetězce (nejčastěji karboxyl) a provést reakci za přísného dodržení nezbytných podmínek. Ale to není vše: druhá potíž je v tom, že se mohou vzájemně kombinovat nejen zbytky různých aminokyselin, ale také dvě molekuly stejné kyseliny. V tomto případě se již struktura syntetizovaného peptidu bude lišit od požadované. Navíc každá aminokyselina může mít ne dvě, ale několik "Achillových pat" - vedlejších chemicky aktivních skupin schopných vázat aminokyselinové zbytky.

Aby se reakce nevychýlila z dané dráhy, je nutné tyto falešné cíle zakamuflovat – „utěsnit“ všechny reaktivní skupiny aminokyseliny kromě jedné po dobu trvání reakce přiložením tzv. -nazývají se jim ochranné skupiny. Pokud se tak nestane, pak cíl poroste nejen z obou konců, ale i do stran a aminokyseliny již nelze v dané sekvenci kombinovat. Ale to je přesně smysl každé řízené syntézy.

Ale když se chemici tímto způsobem zbaví jednoho problému, musí čelit dalšímu: po skončení syntézy musí být ochranné skupiny odstraněny. Ve Fischerově době se jako „ochrana“ používaly skupiny, které byly odštěpeny hydrolýzou. Hydrolyzační reakce se však většinou ukázala jako příliš silný „šok“ pro výsledný peptid: jeho obtížně budovatelná „konstrukce“ se rozpadla, jakmile z něj bylo odstraněno „lešení“ – ochranné skupiny. Teprve v roce 1932 našel Fischerův žák M. Bergmann východisko z této situace: navrhl chránit aminoskupinu aminokyseliny karbobenzoxyskupinou, kterou lze odstranit bez poškození peptidového řetězce.

Syntéza bílkovin z aminokyselin

V průběhu let byla navržena řada tzv. měkkých metod pro vzájemné "zesíťování" aminokyselin. Všechny však byly ve skutečnosti pouze variacemi na téma Fisherovy metody. Variace, ve kterých bylo někdy i těžké zachytit původní melodii. Samotný princip ale zůstal stejný. Potíže spojené s ochranou zranitelných skupin však zůstaly stejné. Překonání těchto obtíží muselo být zaplaceno zvýšením počtu reakčních stupňů: jeden elementární akt - spojení dvou aminokyselin - byl rozdělen do čtyř stupňů. A každá další fáze je nevyhnutelnou ztrátou.

I když předpokládáme, že každý stupeň jde s užitečným výtěžkem 80 % (a to je dobrý výtěžek), pak se po čtyřech stupních těchto 80 % „roztaví“ na 40 %. A to se syntézou pouze dipeptidu! Co když existuje 8 aminokyselin? A když 51, jako u inzulínu? Když se k tomu přidají potíže spojené s existencí dvou optických „zrcadlových“ forem molekul aminokyselin, z nichž pouze jedna je pro reakci potřebná, přidají se problémy se separací výsledných peptidů od vedlejších produktů, zejména v případech, kdy jsou stejně rozpustné. Co se stane celkem: Cesta nikam?

A přesto tyto potíže chemiky nezastavily. Pronásledování „modrého ptáčka“ pokračovalo. V roce 1954 byly syntetizovány první biologicky aktivní polypeptidové hormony vasopresin a oxytocin. Měli osm aminokyselin. V roce 1963 byl syntetizován 39-merní ACTH polypeptid, adrenokortikotropní hormon. Nakonec chemici ve Spojených státech, Německu a Číně syntetizovali první protein – hormon inzulín.

Jak to, řekne si čtenář, že obtížná cesta, jak se ukazuje, nevedla nikam a nikam, ale k uskutečnění snu mnoha generací chemiků! Toto je mezník! Vskutku, toto je přelomová událost. Ale zhodnoťme to střízlivě, zřekněme se senzacechtivosti, vykřičníků a přemíry emocí.

Nikdo se nehádá: syntéza inzulínu je pro chemiky obrovským vítězstvím. Toto je kolosální, titánské dílo, hodné veškerého obdivu. Ale zároveň je ego v podstatě stropem staré polypeptidové chemie. To je vítězství na pokraji porážky.

Syntéza bílkovin a inzulín

V inzulínu je 51 aminokyselin. K jejich propojení ve správném pořadí potřebovali chemici provést 223 reakcí. Když byl po třech letech od začátku první z nich dokončen poslední, byl výtěžek produktu menší než jedna setina procenta. Tři roky, 223 etap, setina procenta – musíte uznat, že vítězství je čistě symbolické. O praktické aplikaci této metody je velmi obtížné hovořit: náklady spojené s jejím zavedením jsou příliš vysoké. Ale v konečném důsledku nemluvíme o syntéze vzácných reliktů slávy organické chemie, ale o uvolnění životně důležitého léku, který potřebují tisíce lidí po celém světě. Takže klasická metoda syntézy polypeptidů se vyčerpala na úplně prvním, nejjednodušším proteinu. Takže „modrý ptáček“ se opět vymkl z rukou chemiků?

Nová metoda syntézy bílkovin

Přibližně rok a půl předtím, než se svět dozvěděl o syntéze inzulínu, probleskla tiskem další zpráva, která zprvu nevzbudila velkou pozornost: americký vědec R. Maryfield navrhl novou metodu syntézy peptidů. Vzhledem k tomu, že sám autor metodu zprvu řádně neposoudil a bylo v ní mnoho nedostatků, vypadala v prvním přiblížení ještě hůř než ty stávající. Avšak již na začátku roku 1964, když Maryfield uspěl pomocí své metody k dokončení syntézy 9členného hormonu s užitečným výtěžkem 70 %, byli vědci ohromeni: 70 % po všech fázích je 9 % užitečný výtěžek v každé fázi syntéza.

Hlavní myšlenkou nové metody je, že rostoucí řetězce peptidů, které byly dříve ponechány napospas chaotickému pohybu v roztoku, byly nyní na jednom konci přivázány k pevnému nosiči – byly jakoby nuceny ukotvit v roztoku. Maryfield vzal pevnou pryskyřici a „připojil“ první aminokyselinu sestavenou do peptidu ke svým aktivním skupinám karbonylovým koncem. Reakce probíhaly uvnitř jednotlivých částic pryskyřice. V „labyrintech“ jeho molekul se poprvé objevily první krátké výhonky budoucího peptidu. Poté byla do nádoby zavedena druhá aminokyselina, její karbonylové konce byly spojeny s volnými aminokyselinovými konci „připojené“ aminokyseliny a v částicích vyrostlo další „podlaží“ budoucí „stavby“ peptidu. Postupně se tak postupně vytvořil celý peptidový polymer.

Nová metoda měla nepochybné výhody: v první řadě vyřešila problém oddělování nepotřebných produktů po přidání každé aminokyseliny - tyto produkty se snadno smyly a peptid zůstal připojen k granulím pryskyřice. Současně byl vyloučen problém rozpustnosti rostoucích peptidů, jedna z hlavních pohrom staré metody; dříve se často vysrážely a prakticky se přestaly podílet na procesu růstu. Peptidy „odstraněné“ po dokončení syntézy z pevného nosiče byly získány téměř všechny stejné velikosti a struktury, v každém případě byl rozptyl ve struktuře menší než u klasické metody. A tedy užitečnější výstup. Díky této metodě je syntéza peptidů - pečlivá a časově náročná syntéza - snadno automatizována.

Maryfield postavil jednoduchý stroj, který sám podle daného programu dělal všechny potřebné operace – dodávání činidel, míchání, scezování, mytí, odměřování dávky, přidávání nové porce a tak dále. Pokud podle staré metody trvalo přidání jedné aminokyseliny 2-3 dny, pak Maryfield na svém stroji spojil 5 aminokyselin za den. Rozdíl je 15krát.

Jaké jsou potíže při syntéze bílkovin

Maryfieldova metoda, nazývaná pevná fáze, neboli heterogenní, byla okamžitě přijata chemiky po celém světě. Po krátké době se však ukázalo, že nová metoda má spolu s velkými výhodami také řadu vážných nedostatků.

Jak peptidové řetězce rostou, může se stát, že v některých z nich, řekněme, chybí třetí „patro“ – třetí aminokyselina v řadě: její molekula se nedostane na křižovatku a uvízne někde podél silnice ve strukturálním „divoký“ pevný polymer. A pak, i když se všechny ostatní aminokyseliny, počínaje čtvrtou, seřadí ve správném pořadí, už to situaci nezachrání. Výsledný polypeptid ve svém složení a následně ve svých vlastnostech nebude mít nic společného se získanou látkou. Stane se to samé jako při vytáčení telefonního čísla; vyplatí se přeskočit jednu číslici - a to, že jsme všechny ostatní napsali správně, nám už nepomůže. Je prakticky nemožné oddělit takové falešné řetězce od „skutečných“ a droga se ukáže být ucpaná nečistotami. Navíc se ukazuje, že syntéza nemůže být provedena na žádné pryskyřici - musí být pečlivě vybrána, protože vlastnosti rostoucího peptidu do určité míry závisí na vlastnostech pryskyřice. Proto je třeba ke všem fázím syntézy bílkovin přistupovat co nejpečlivěji.

Syntéza proteinů DNA, video

A na závěr vám dáváme do pozornosti vzdělávací video o tom, jak probíhá syntéza proteinů v molekulách DNA.

Biosyntéza proteinů je jedním z typů výměny plastů, při kterém se dědičná informace zakódovaná v genech DNA realizuje do určité sekvence aminokyselin v molekulách bílkovin.

Etapy biosyntézy jednoho typu proteinu v buňce

■ Nejprve se mRNA syntetizuje v určité oblasti jednoho z řetězců molekuly DNA.

■ mRNA vystupuje přes póry jaderné membrány do cytoplazmy a váže se na malou podjednotku ribozomů.

■ Iniciátorová tRNA je připojena ke stejné podjednotce ribozomu. Jeho antikodon interaguje se startovacím kodonem mRNA, AUG. Poté se z malých a velkých částic vytvoří pracovní ribozom.

■ Když je zahrnuta nová aminokyselina, ribozom se posune o tři nukleotidy dopředu. Ribozom se pohybuje podél mRNA, dokud nedosáhne jednoho z jejích tří stop kodonů – UAA, UAG nebo UGA.

Poté polypeptid opouští ribozom a jde do cytoplazmy. Na jedné molekule mRNA je několik ribozomů, které tvoří polyzom. Právě na polysomech dochází k současné syntéze několika identických polypeptidových řetězců.

■ Každý krok biosyntézy je katalyzován příslušným enzymem a zásobován energií ATP.

■ Biosyntéza probíhá v buňkách obrovskou rychlostí. V těle vyšších živočichů se za minutu vytvoří až 60 tisíc peptidových vazeb.

Přesnost syntézy bílkovin je zajištěna následujícími mechanismy:

a Určitý enzym zajišťuje vazbu přesně definované aminokyseliny na odpovídající molekuly transferové RNA.

■ Transferová RNA, která má připojenou aminokyselinu, se váže svým antikodonem na kodon na messenger RNA v místě připojení ribozomu. Teprve poté, co molekula tRNA rozpozná svůj „vlastní“ kodon, je aminokyselina zahrnuta do rostoucího polypeptidového řetězce.

PŘÍKLADY ÚKOLŮ №9

Uveďte všechny kroky biosyntézy bílkovin. Jak se určuje začátek a konec syntézy mRNA?

2. Jeden triplet DNA obsahuje informace

a) o sekvenci aminokyselin v proteinu;

b) o jednom znaku organismu;

c) přibližně jedna aminokyselina obsažená v proteinovém řetězci;

d) o začátku syntézy a RNA.

3. Kde probíhá proces přepisu?

4. Jaký princip zajišťuje přesnost biosyntézy bílkovin?

ENERGETICKÝ METABOLISMUS V BUŇCE (DISIMILACE)

Energetický metabolismus je souborem chemických reakcí postupného rozkladu organických sloučenin, doprovázených uvolňováním energie, jejíž část se vynakládá na syntézu ATP.

Procesy štěpení organických sloučenin v aerobních organismech probíhají ve třech fázích, z nichž každá je doprovázena několika enzymatickými reakcemi. Účast enzymů snižuje aktivační energii chemických reakcí, díky čemuž se energie neuvolňuje okamžitě (jako při zapálení zápalky), ale postupně.

První etapa je přípravná. V gastrointestinálním traktu mnohobuněčných organismů je prováděna trávicími enzymy. U jednobuněčných organismů - enzymy lysozomů. V první fázi se bílkoviny štěpí na aminokyseliny, tuky na glycerol a mastné kyseliny, polysacharidy na monosacharidy, nukleové kyseliny na nukleotidy.

Tento proces se nazývá trávení.

Druhý stupeň je anoxický (glykolýza). Vyskytuje se v cytoplazmě buněk. Skládá se z devíti po sobě jdoucích reakcí přeměny molekuly glukózy na dvě molekuly kyseliny pyrohroznové (PVA), 2ATP, H 2 0 a NADP * H:

C 6 H 12 0 6 + 2ADP + 2P + 2NAD + -> 2C 3 H 4 0 3 + 2ATP +

2H 2 0+2NADP*H (PVC)

ATP a NADP * H jsou sloučeniny, ve kterých byla uložena část energie uvolněné během glykolýzy.

Zbytek energie se rozptýlí jako teplo.

V kvasinkových a rostlinných buňkách (při nedostatku kyslíku) se kyselina pyrohroznová rozkládá na ethylalkohol a kyslík. Tento proces se nazývá alkoholové kvašení.

Ve svalech zvířat s vysokou zátěží a nedostatkem kyslíku vzniká kyselina mléčná, která se hromadí ve formě laktátu.

Třetím stupněm je kyslík. Končí úplnou oxidací glukózy a meziproduktů na oxid uhličitý a vodu. V tomto případě, když se rozloží jedna molekula glukózy, vznikne 38 molekul ATP. Tento proces se nazývá biologická oxidace. Bylo to možné po nahromadění dostatečného množství molekulárního kyslíku v atmosféře.

K buněčnému dýchání dochází na vnitřních membránách mitochondrií, které jsou vnořenými molekulami – nosiči elektronů. Během této fáze se uvolňuje většina metabolické energie. Molekuly nosiče transportují elektrony k molekulárnímu kyslíku. Část energie se rozptýlí ve formě tepla a část se spotřebuje na tvorbu ATP.

Celková reakce výměny energie: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6C0 2 + 6H 2 0 + 38ATP.

PŘÍKLADY ÚLOH M10

1. Podstatou heterotrofní výživy je

a) při syntéze vlastních organických sloučenin z anorganických;

b) ve spotřebě anorganických sloučenin;

c) ve využití organických sloučenin získaných z potravy ke stavbě vlastního těla;

d) při syntéze ATP.

2. Konečnými produkty oxidace organických látek jsou

a) ATP a voda;

b) kyslík a oxid uhličitý;

c) voda, oxid uhličitý, amoniak;

d) ATP a kyslík.

3. Molekula glukózy v první fázi štěpení

a) se oxiduje na oxid uhličitý a vodu;

b) se nemění;

c) mění se na molekulu ATP;

d) štěpí se na dvě tříuhlíkové molekuly (PVC).

4. Co je univerzálním zdrojem energie v buňce?

5. Co tvoří celkové množství ATP získaného při energetickém metabolismu?

6. Řekněte nám o procesech glykolýzy.

7. Jak se využívá energie uložená v ATP?

VZTAH ENERGIE A PLASTU

METABOLISMUS V BUŇKÁCH ŽIVOČICHŮ A ROSTLIN

Metabolismus (metabolismus) je souborem vzájemně souvisejících procesů syntézy a štěpení, doprovázených vstřebáváním a uvolňováním energie a přeměnou chemických látek v buňce. Někdy se dělí na plastové a energetické výměny, které jsou vzájemně propojeny. Všechny syntetické procesy vyžadují látky a energii dodávanou štěpnými procesy. Procesy štěpení jsou katalyzovány enzymy syntetizovanými v průběhu metabolismu plastů s využitím produktů a energie energetického metabolismu.

Pro jednotlivé procesy probíhající v organismech se používají následující termíny:

Asimilace je syntéza polymerů z monomerů.

Disimilace je rozklad polymerů na monomery.

Anabolismus je syntéza složitějších monomerů z jednodušších.

Katabolismus je rozklad složitějších monomerů na jednodušší.

Živé bytosti využívají světelnou a chemickou energii. Autotrofy využívají jako zdroj uhlíku oxid uhličitý. Heterotrofy využívají zdroje organického uhlíku. Výjimkou jsou někteří protistové, například euglena zelená, schopná autotrofních a heterotrofních typů výživy.

Autotrofy syntetizují organické sloučeniny během fotosyntézy nebo chemosyntézy. Heterotrofové přijímají organickou hmotu spolu s potravou.

U autotrofů dominují procesy metabolismu plastů (asimilace) - fotosyntéza nebo chemosyntéza, u heterotrofů - procesy energetického metabolismu (disimilace) - trávení + biologický rozpad probíhající v buňkách.

PŘÍKLADY ÚKOLŮ №11

1. Co je společné mezi fotosyntézou a procesem oxidace glukózy?

a) oba procesy probíhají v mitochondriích;

b) oba procesy probíhají v chloroplastech;

c) v důsledku těchto procesů vzniká kyslík;

d) v důsledku těchto procesů vzniká ATP.

2. Jaké produkty fotosyntézy se podílejí na energetickém metabolismu savců?

3. Jaká je role sacharidů při tvorbě aminokyselin, mastných kyselin?

ŽIVOTNÍ CYKLUS BUŇKY. CHROMOZOMY

Životní cyklus buňky je období jejího života od dělení k dělení.

Buňky se rozmnožují zdvojnásobením svého obsahu a následným dělením na polovinu.

Dělení buněk je základem růstu, vývoje a regenerace tkání mnohobuněčného organismu.

Buněčný cyklus se dělí na chromozomální a cytoplazmatický. Chromozomální je doprovázeno přesným kopírováním a distribucí genetického materiálu. Cytoplazmatická sestává z buněčného růstu a následné cytokineze – buněčného dělení po zdvojení ostatních buněčných složek.

Trvání buněčných cyklů u různých druhů, v různých tkáních a v různých stádiích se značně liší od jedné hodiny (u embrya) do jednoho roku (u dospělých jaterních buněk).

Fáze buněčného cyklu

Interfáze je období mezi dvěma děleními. Dělí se na presyntetické - 01, syntetické - in, postsyntetické 02.

01-fáze - nejdelší období (od 10 hodin do několika dnů). Spočívá v přípravě buněk pro duplikaci chromozomů. Za doprovodu syntézy proteinů, RNA, počtu ribozomů, mitochondrií se zvyšuje. V této fázi dochází k růstu buněk.

ve fázi (6-10 hodin). Doprovázeno duplikací chromozomů. Některé proteiny jsou syntetizovány.

C2-fáze (3-6 hodin). Doprovázeno kondenzací chromozomů. Jsou syntetizovány proteiny mikrotubulů, které tvoří vřeteno dělení.

Mitóza je forma dělení buněčného jádra. V důsledku mitózy obdrží každé z výsledných dceřiných jader stejnou sadu genů, jakou měla rodičovská buňka. Do mitózy mohou vstoupit jak diploidní, tak haploidní jádra. Během mitózy se získají jádra stejné ploidie jako původní. Pojem „mitóza“ se vztahuje pouze na eukaryota.

Fáze mitózy

■ Profáze - doprovázená tvorbou vřeténka dělení z mikrotubulů cytoplazmatického skeletu buňky a přidružených proteinů. Chromozomy jsou jasně viditelné a skládají se ze dvou chromatid.

■ Prometafáze - doprovázená rozpadem jaderné membrány. Některé vřetenové mikrotubuly se připojují na kinetochory (komplexy protein-centromer).

■ Metafáze – všechny chromozomy se řadí podél rovníku buňky a tvoří metafázovou desku.

■ Anafáze - chromatidy se rozbíhají k pólům buňky stejnou rychlostí. Mikrotubuly se zkracují.

■ Telofáze - dceřiné chromatidy se přibližují k pólům buňky. Mikrotubuly zmizí. Kolem kondenzovaných chromatid se vytvoří jaderná membrána.

■ Cytokineze - proces dělení cytoplazmy. Buněčná membrána ve střední části buňky je vtažena dovnitř. Vznikne štěpná rýha, při jejím prohlubování se buňka rozdvojuje.

■ V důsledku mitózy se vytvoří dvě nová jádra s identickými sadami chromozomů, které přesně kopírují genetickou informaci mateřského jádra.

■ U nádorových buněk je narušen průběh mitózy.

PŘÍKLADY ÚKOLŮ №12

1. Popište rysy každé fáze mitózy.

2. Co jsou chromatidy, centromery, štěpení vřeténka?

3. Jak se somatické buňky liší od buněk zárodečných?

4. Jaký je biologický význam mitózy?

5. Nejdelší v buněčném cyklu je:

a) mezifáze; b) profáze; c) metafáze; d) telofáze.

6. Kolik chromatid obsahuje pár homologních chromozomů v metafázi mitózy?

a) čtyři; b) dva; c) osm d) jedna.

7. Mitóza neposkytuje

a) tvorba buněk lidské kůže; b) udržování konstantního počtu chromozomů pro daný druh; c) genetická rozmanitost druhů; d) nepohlavní rozmnožování.

Meióza je proces dělení buněčných jader, který vede ke snížení počtu chromozomů na polovinu. Meióza se skládá ze dvou po sobě jdoucích dělení (redukční a rovnicové), kterým předchází jediná replikace DNA. Interfáze meiózy je podobná interfázi mitózy.

Redukční dělení

Nejprve dochází ke kondenzaci replikovaných chromozomů.

Poté začíná konjugace homologních chromozomů. Vznikají bivalenty nebo tetrády skládající se ze 4 sesterských chromatid.

Dalším krokem je přechod mezi homologními chromozomy. Konjugované chromozomy se oddělují, bivalentní chromozomy se od sebe vzdalují, ale nadále jsou spojeny v místech, kde došlo ke křížení.

Jaderná membrána a jadérka mizí.

Na konci prvního dělení se tvoří buňky s haploidní sadou chromozomů a dvojnásobným množstvím DNA. Vzniká jaderný obal. Vřeteno se zlomí. Každá buňka obsahuje 2 sesterské chromatidy spojené centromerou.

Dělení rovnic

Biologický význam meiózy spočívá ve vytváření buněk zapojených do sexuální reprodukce, v udržování genetické stálosti druhů. Meióza je základem kombinační variability v organismech. Porušení meiózy u lidí může vést k patologiím, jako je Downova choroba, idiocie atd.

PŘÍKLADY ÚKOLŮ №13

1. Popište rysy každé fáze meiózy.

2. Co je to konjugace, crossover, bivalenty?

3. Jaký je biologický význam meiózy?

4. Mohou se rozmnožovat nepohlavně

a) obojživelníci; b) střevní; c) hmyz; d) korýši.

5. První dělení meiózy končí formací

a) gamety; b) buňky s haploidní sadou chromozomů; c) diploidní buňky; d) buňky různé ploidie.

6. Následkem meiózy vznikají: a) výtrusy kapradin; b) buňky stěn kapradiny antheridium; c) buňky stěn kapradiny archegonium; d) somatické buňky trubčích včel.

Struktura a funkce chromozomů

Chromozomy jsou buněčné struktury, které uchovávají a přenášejí dědičné informace. Chromozom se skládá z DNA a proteinu. Komplex proteinů spojených s DNA tvoří chromatin. Proteiny hrají důležitou roli při balení molekul DNA v jádře.

DNA v chromozomech je zabalena tak, že se vejde do jádra, jehož průměr obvykle nepřesahuje 5 mikronů (5 x 10 ~ 4 cm).

Chromozom je tyčinkovitá struktura a skládá se ze dvou sesterských chromatid, které jsou drženy centromerou v oblasti primární konstrikce. Chromatin se nereplikuje. Replikuje se pouze DNA. Když replikace DNA začne, syntéza RNA se zastaví.

Diploidní sada chromozomů v organismu se nazývá karyotyp. Moderní metody výzkumu umožňují určit každý chromozom v karyotypu. K tomu se bere v úvahu distribuce světlých a tmavých pásů viditelných pod mikroskopem (střídání párů AT a GC) v chromozomech ošetřených speciálními barvivy. Chromozomy zástupců různých druhů mají příčné pruhování. U příbuzných druhů, například u lidí a šimpanzů, je vzor střídání pásů v chromozomech velmi podobný.

Každý druh organismů má konstantní počet, tvar a složení chromozomů. Lidský karyotyp má 46 chromozomů - 44 autozomů a 2 pohlavní chromozomy. Muži jsou heterogametičtí (XY) a ženy jsou homogametické (XX). Chromozom Y se liší od chromozomu X nepřítomností některých alel (například alely srážení krve). Chromozomy jednoho páru se nazývají homologní. Homologní chromozomy na stejných lokusech nesou alelické geny.

PŘÍKLADY ÚKOLŮ №14

1. Co se děje s chromozomy v interfázi mitózy?

2. Které chromozomy se nazývají homologní?

3. Co je to chromatin?

4. Jsou v buňce vždy přítomny všechny chromozomy?

5. Co se můžete dozvědět o organismu, když znáte jeho počet a tvar chromozomů v buňkách?

2.2. příznaky organismů. Dědičnost a variabilita jsou vlastnosti organismů. Jednobuněčné a mnohobuněčné organismy. Tkáně, orgány, orgánové soustavy rostlin a živočichů, identifikace variability organismů. Techniky pěstování a množení rostlin a domácích zvířat, péče o ně

biosyntéza proteinů.

Metabolismus plastů (asimilace nebo anabolismus) je soubor reakcí biologické syntézy. Název tohoto typu výměny odráží jeho podstatu: z látek vstupujících do buňky zvenčí se tvoří látky podobné látkám buňky.

Zvažte jednu z nejdůležitějších forem metabolismu plastů - biosyntézu bílkovin. Biosyntéza proteinů provádí ve všech pro- a eukaryotických buňkách. Informace o primární struktuře (pořadí aminokyselin) molekuly proteinu je zakódována sekvencí nukleotidů v odpovídajícím úseku molekuly DNA – genu.

Gen je úsek molekuly DNA, který určuje pořadí aminokyselin v molekule proteinu. Pořadí aminokyselin v polypeptidu tedy závisí na pořadí nukleotidů v genu, tzn. její primární struktura, na které postupně závisí všechny ostatní struktury, vlastnosti a funkce molekuly proteinu.

Systém záznamu genetické informace v DNA (a - RNA) ve formě specifické sekvence nukleotidů se nazývá genetický kód. Tito. jednotka genetického kódu (kodon) je triplet nukleotidů v DNA nebo RNA, který kóduje jednu aminokyselinu.

Celkem genetický kód zahrnuje 64 kodonů, z toho 61 kódujících a 3 nekódující (terminátorové kodony označující konec translačního procesu).

Terminátorové kodony v a - RNA: UAA, UAG, UGA, v DNA: ATT, ATC, ACT.

Začátek translačního procesu je určen iniciačním kodonem (AUG, v DNA - TAC), kódujícím aminokyselinu methionin. Tento kodon jako první vstupuje do ribozomu. Následně se odštěpí methionin, pokud není poskytnut jako první aminokyselina tohoto proteinu.

Genetický kód má charakteristické vlastnosti.

1. Univerzálnost - kód je stejný pro všechny organismy. Stejný triplet (kodon) v jakémkoli organismu kóduje stejnou aminokyselinu.

2. Specifičnost - každý kodon kóduje pouze jednu aminokyselinu.

3. Degenerace – většina aminokyselin může být kódována několika kodony. Výjimkou jsou 2 aminokyseliny – methionin a tryptofan, které mají každá pouze jednu kodonovou variantu.

4. Mezi geny jsou „interpunkční znaménka“ – tři speciální triplety (UAA, UAG, UGA), z nichž každý označuje ukončení syntézy polypeptidového řetězce.

5. Uvnitř genu nejsou žádná „interpunkční znaménka“.

Aby mohl být protein syntetizován, musí být do ribozomů doručena informace o sekvenci nukleotidů v jeho primární struktuře. Tento proces zahrnuje dvě fáze – transkripci a translaci.

Transkripce(přepis) informace nastává tak, že se na jednom z řetězců molekuly DNA syntetizuje jednořetězcová molekula RNA, jejíž nukleotidová sekvence přesně odpovídá nukleotidové sekvenci matrice - polynukleotidovému řetězci DNA.

Ona (a - RNA) je prostředníkem, který přenáší informace z DNA do místa sestavení molekul proteinu v ribozomu. Syntéza a - RNA (transkripce) probíhá následovně. Enzym (RNA polymeráza) štěpí dvojvlákno DNA a na jednom z jeho vláken (kódování) se podle principu komplementarity seřadí nukleotidy RNA. Takto syntetizovaná molekula i-RNA (matrix syntéza) vstupuje do cytoplazmy a na jeden její konec jsou navlečeny malé podjednotky ribozomů.

Druhým krokem v syntéze bílkovin je přenos- jde o translaci nukleotidové sekvence v molekule a - RNA do aminokyselinové sekvence v polypeptidu. U prokaryot, které nemají formalizované jádro, se ribozomy mohou vázat na nově syntetizovanou molekulu i-RNA ihned po jejím oddělení od DNA nebo dokonce ještě před dokončením její syntézy. U eukaryot musí být u-RNA nejprve dopravena přes jaderný obal do cytoplazmy. Přenos je prováděn speciálními proteiny, které tvoří komplex s molekulou i-RNA. Kromě svých transportních funkcí tyto proteiny chrání i-RNA před škodlivými účinky cytoplazmatických enzymů.

V cytoplazmě vstupuje ribozom na jeden z konců i-RNA (jmenovitě na ten, ze kterého začíná syntéza molekuly v jádře) a začíná syntéza polypeptidu. Jak se ribozom pohybuje podél molekuly RNA, překládá triplet po tripletu a postupně přidává aminokyseliny na rostoucí konec polypeptidového řetězce. Přesnou shodu aminokyseliny s tripletovým kódem a - RNA zajišťuje t - RNA.

Transferové RNA (t - RNA) „přinesou“ aminokyseliny do velké podjednotky ribozomu. Molekula t-RNA má složitou konfiguraci. V některých jejích částech se mezi komplementárními nukleotidy tvoří vodíkové vazby a molekula má tvar jetelového listu. Na jeho vrcholu je triplet volných nukleotidů (antikodon), který odpovídá konkrétní aminokyselině a báze slouží jako místo připojení této aminokyseliny (obr. 1).

Rýže. jeden. Schéma struktury transferové RNA: 1 - vodíkové vazby; 2 - antikodon; 3 - místo připojení aminokyseliny.

Každá t-RNA může nést pouze svou vlastní aminokyselinu. T-RNA je aktivována speciálními enzymy, připojuje svou aminokyselinu a transportuje ji do ribozomu. Uvnitř ribozomu jsou v každém okamžiku pouze dva kodony mRNA. Pokud je antikodon tRNA komplementární ke kodonu mRNA, pak je tRNA s aminokyselinou dočasně připojena k mRNA. K druhému kodonu je připojena druhá t-RNA, která nese svou vlastní aminokyselinu. Aminokyseliny jsou umístěny vedle sebe ve velké podjednotce ribozomu a pomocí enzymů se mezi nimi naváže peptidová vazba. Současně se přeruší vazba mezi první aminokyselinou a její t-RNA a t-RNA opustí ribozom po další aminokyselině. Ribozom se posune o jeden triplet a proces se opakuje. Takto postupně vzniká molekula polypeptidu, ve které jsou aminokyseliny uspořádány přesně podle pořadí jejich kódujících tripletů (matrix syntéza) (obr. 2).

Rýže. 2. Schéma proteinové bisyntetiky: 1 - mRNA; 2 - ribozomové podjednotky; 3 - t-RNA s aminokyselinami; 4 - t-RNA bez aminokyselin; 5 - polypeptid; 6 - kodon i-RNA; 7- tRNA antikodon.

Jeden ribozom je schopen syntetizovat kompletní polypeptidový řetězec. Po jedné molekule mRNA se však často pohybuje několik ribozomů. Takové komplexy se nazývají polyribozomy. Po dokončení syntézy se polypeptidový řetězec oddělí od matrice - molekuly mRNA, stočí se do spirály a získá svou charakteristickou (sekundární, terciární nebo kvartérní) strukturu. Ribozomy fungují velmi efektivně: během 1 s vytvoří bakteriální ribozom polypeptidový řetězec 20 aminokyselin.