Механизм образования пептидной связи на рибосоме.

Забавно, что такие сложные молекулы получаются
в результате таких простых реакций ☺!

«Естественный отбор – это, конечно, правильно, но вот рибосома настолько сложна, что я не понимаю, как она могла эволюционировать. Если она, конечно, не возникла сразу, по готовому плану» А. С. Спирин

Биосинтез белков на рибосомах называется трансляцией. Рибосома – большой и очень сложный макромолекулярный комплекс, состоящий из нескольких рибосомных рибонуклеиновых кислот (рРНК) и около 50 белков. Рибосома осуществляет очень важную функцию – образование пептидной связи. Другие биомолекулы, принимающие участие в этом процессе – это матричная РНК (мРНК), в которой закодирована информация о последовательности аминокислот и транспортная РНК (тРНК), которая приносит аминокислоты в рибосому.

Поскольку природа не любит прямых реакций синтеза, предпочитая менее энергоёмкие реакции обмена, процесс образования пептидной связи при биосинтезе белка может быть записан в виде следующей схемы превращений:

А + АТР ^{фермент 1} Б + H₂P₂O₇^2– (1)

H₂P₂O₇^{2– фермент 2} Х (1а)

Б + тРНК ^{фермент 1} В + AMP (2)

В + В1 ^{рибосома} Б^–В1 + тРНК (3)

А – класс природных соединений, различающихся строением бокового радикала, который не участвует в этих превращениях. Его можно получить, например, по реакции:

R^–CH(Hal)–COOH ^{NH3 + H2O} A (4)

ATP – аденозинтрифосфат, «сложное органическое соединение, состоящее из трёх частей: азотистого гетероциклического основания аденина (не участвует в этих превращениях), 5-атомного сахара рибозы и трифосфорной кислоты».

AMP – аденозинмонофосфат.

Вещество Х при реакции с молибдатом аммония образует окрашенные в жёлтый цвет кристаллы.

1. Что такое Х? Напишите схему реакции Х с молибденовой жидкостью.

2. К какому классу соединений относится А? Напишите общую формулу этого класса соединений в незаряженном виде и водном растворе при нейтральных значениях рН. Подробно изобразите схему реакции (4).

Известно, что РНК состоят из четырёх типов рибонуклеозидмонофосфатов: AMP, GMP, UMP, CMP, (различающихся строением гетероциклического основания, не участвующего в этих превращениях), которые связаны между собой фосфодиэфирными связями между остатками рибозы (см. рисунок справа). Также известно, что в превращениях (1–3) участвует только последний нуклеотид тРНК, и что В1 получается из А1 по схеме, аналогичной получению В из А.

В процессе биосинтеза участвуют сложные молекулы, содержащие большое число разных функциональных групп. Тем не менее, природа устроена таким образом, что все процессы идут практически со 100 % выходом и без побочных реакций.

3. Какие функциональные группы соединения А, молекулы тРНК и соединения В участвуют в превращениях (1–3), соответственно?

4. а) Схематично изобразите происходящие превращения, используя структурные формулы веществ (обозначьте буквой R те части молекул, которые не участвуют в перечисленных превращениях), и указывая реагирующие группы. б) Какой класс органических соединений образуется из реагирующих групп на каждой стадии превращений? Выберите из списка: алканы, алкены, альдегиды, амиды, аминокислоты, амины, ангидриды, арены, диены, кетоны, кислоты, нитросоединения, пиримидины, простые эфиры, пурины, сахара, сложные эфиры, спирты, фенолы. Также как и у аминокислот, у белков есть два конца, N-конец, и С-конец. Какой из них удлиняется в процессе биосинтеза белка?

5. В условии сказано, что гетероциклические основания тРНК не участвуют в перечисленных превращениях. Какую роль они играют в биосинтезе белка?

6. Молекулярная масса белка пепсиноген составляет 40400 г/моль. Какова длина его мРНК, если средняя молекулярная масса одной аминокислоты 110 г/моль, а средняя длина одного нуклеотида 0, 34 нм? Сколько времени требуется клетке на биосинтез этого белка, учитывая, что рибосома прочитывает 20 нуклеотидов в секунду?

Ферменты делятся на 6 классов: оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные реакции), трансферазы (перенос химических групп с молекулы одного вещества на молекулу другого вещества), гидролазы (гидролиз, разрыв химических связей с участием молекулы воды), лиазы (отщепление небольших молекул, например воды или аммиака, с образованием двойных связей), синтазы (образование новой связи с использованием энергии ATP), изомеразы (изомеризация).

7. К какому классу ферментов относятся фермент 1 и фермент 2? В качестве фермента какого класса выступает в данном случае рибосома?