Трансляція

Молекула білка є ланцюжок амінокислот. Амінокислотами називаються органічні (карбонові) кислоти, що містять, як правило, одну або дві аміногрупи (~ NH2) і кислотну групу СООН (звідси й назва - амінокислоти). Один від одного амінокислоти відрізняються хімічної групою, званої радикалом (R).

У табл. 4.1 перераховані двадцять амінокислот, які є основним «будівельним матеріалом» при створенні білків. (Головні амінокислоти розпадаються на три класи в залежності від природи групи R: нейтральні (полярні й неполярні), тобто не несушіе заряду в розчині; основні, позитивно заряджені у розчині; і кислотні, негативно заряджені у розчині.)

Білки синтезуються за допомогою ферментів шляхом з'єднання амінокислот так званої пептидного зв'язком: С0 (Ж-група однієї молекули амінокислоти приєднується до ЛТ-групі інший (при цьому виділяється молекула води). Даний процес надзвичайно складний, але його швидкість дивовижна - амінокислоти будуються в ланцюжки поліпептидів (білків) зі швидкістю приблизно 100 амінокислот в секунду. У середньому білки містять 100-1000 амінокислот, і від того, яка послідовність амінокислот в цих довгих ланцюгах, залежать структура і функція даного білка. Будь-яка амінокислота однаково добре сполучається з будь-якої іншої (в тому числі і з такою ж), при цьому взаємодіють між собою однакові в усіх амінокислот групи атомів NH2 і СООН. Завдяки цій здатності амінокислот можуть утворюватися довжелезні ланцюга.

Як же здійснюється синтез білків? Виявляється, що для опису будови конкретного білка достатньо вказати послідовність амінокислот: яка з них займає перше місце, яка - друге, третє і т.д. Наприклад, будова білка інсуліну таке:

аланін - лізин - пролін - лейцин - аланін...

Послідовність нуклеотидів в ДНК, а потім і в мРНК визначає, якою має бути послідовність амінокислот, тобто яким буде будова даного білка. Одна ланцюг ДНК містить інформацію про хімічному будову значного числа різних білків. Таким чином, послідовність підстав мРНК кодує послідовність амінокислот. Відомості про будову білків - це «зерно» інформації, переданої нащадкам з покоління в покоління; кодування амінокислот нуклеотидами і називається кодуванням спадкової інформації.

Всього існує 64 можливих трійки нуклеотидів (43 = 64), що кодують 20 амінокислот. Деякі з нуклеотидних комбінацій грають роль «дорожніх знаків», який регулює синтез білка (наприклад, кодуючи стоп-сигнал - сигнал закінчення транскрибованної послідовності). При цьому зайві комбінації нуклеотидів можуть або взагалі не використовуватися при кодуванні спадкової інформації, або служити додатковими (синонімічними) способами запису тих же самих амінокислот.

«Збірка» молекули білка з амінокислот забезпечується досить складним механізмом, головним чином у рибосомах - особливих органелах клітини, що знаходяться в цитоплазмі. Рибосоми приблизно наполовину складаються з рибонуклеїнової кислоти (звідси і їх назва).

Нагадаємо, що в процесі транскрипції формується мРНК, яка комплементарна певної ділянки ДНК. Під час трансляції нуклеотидна послідовність мРНК виступає як основа, матриця для синтезу білка. «Зчитування» послідовності мРНК відбувається групами по 3 нуклеотиду. Кожна амінокислота відповідає певному поєднанню трьох підстав - так званому триплети (звідси - триплетні код), або кодону.

«Сировина» (амінокислоти), необхідне для синтезу білка, знаходиться в цитоплазмі. Доставка амінокислот до рибосом (рис. 4.4) проводиться за допомогою порівняно невеликих спеціальних молекул транспортної РНК (тРНК). Невеликими ці молекули, що складаються приблизно з сотні нуклеотидів, можна вважати тільки в порівнянні з матричною РНК, що складається з тисяч нуклеотидів. -

Для кожної з двадцяти амінокислот є свій тип молекули тРНК, яка забезпечує доставку даної амінокислоти в рібосомуСінтез білка відбувається при русі рибосоми уздовж ланцюжка мРНК. При цьому молекули тРНК, що несуть амінокислоти, шикуються, відповідно до коду молекул мРНК, в ланцюжок, паралельну матричної РНК. На рис. 4.4 показано, що молекула мРНК початку синтез білка, що включає, зокрема, послідовність амінокислот... «метіонін-лейцин-валін-тирозин»... Валін був тільки що доданий до білкової ланцюжку, до якої перед цим були приєднані метіонін і лейцин. Кодон мРНК, що представляє собою триплет GUA, з'єднується з молекулою тРНК, що несе амінокислоту валін. Молекула тРНК доставляє цю амінокислоту до кінця зростаючої білкової ланцюжка і приєднує валін до лейцин. Наступний кодон мРНК, UAC, привертає молекулу тРНК, що несе амінокислоту тирозин. Процеси транскрипції і трансляції можна описати, використавши метафору французького вченого проф. К. Елена. На «фабриці» (у клітці) креслення зберігаються в «бібліотеці» (у ядрі), а для «випуску продукції» (білків) використовуються не самі «креслення» (ДНК), а їх «фотокопії» (мРНК). «Копіювальна машина» (РНК - полімераза) випускає або по одній «сторінці фотокопії» (ген), або відразу цілу «главу» (набір генів з близькими функціями). Виготовлені «копії» видаються через спеціальні «віконця» (пори ядерної мембрани). Потім їх використовують на «монтажних лініях» (рибосоми) з «дешифратором» (генетичний код) для отримання з «заготовок» (амінокислот) остаточної «продукції» (білка).