Живий організм характеризується вищим ступенем впорядкованості складових його інгредієнтів і унікальною структурною організацією, що забезпечує як його фенотипічні ознаки, так і різноманіття біологічних функцій. У цьому структурно-функціональному єдність організмів, що становить суть життя, білки (білкові тіла) відіграють найважливішу роль, не замінює іншими органічними сполуками.

Білки - високомолекулярні азотвмісні органічні речовини, молекули яких побудовані із залишків амінокислот. Назва протеїни (від грец. Protos - перший, найважливіший), мабуть, більш точно відображає першорядне біологічне значення цього класу речовин. Прийняті у вітчизняній літературі назви білки та білкові речовини пов'язані з виявленням в тканинах тварин і рослин речовин, що мають схожість з білком курячого яйця.

У наш час, коли абсолютно достовірно встановлено, що спадкова інформація зосереджена в молекулі ДНК клітин будь-яких живих організмів, не викликає сумніву, що тільки білки є тими молекулярними інструментами, за допомогою яких генетична інформація реалізується. Без білків, зокрема ферментів, ДНК не може реплікуватись, не може відтворювати себе, тобто позбавлена здатності передавати генетичну інформацію.

Жива природа характеризується рядом властивостей, що відрізняють її від неживої природи, і майже всі ці властивості пов'язані з білками. Перш за все для живих організмів характерні широка різноманітність білкових структур і їх висока впорядкованість; остання існує в часі і в просторі. Дивовижна здатність живих організмів до відтворення собі подібних також пов'язана з білками. Скорочення, рух - неодмінні атрибути живих систем - мають пряме відношення до білкових структур м'язового апарату. Нарешті, життя немислима без обміну речовин, постійного оновлення складових частин живого організму, тобто без процесів анаболізму і катаболізму (цього дивного єдності протилежностей живого), в основі яких лежить діяльність каталітично активних білків - ферментів.

Таким чином, білки (білкові речовини) становлять основу та структури і функції живих організмів. За образним висловом одного з основоположників молекулярної біології Ф. Крику, білки важливі насамперед тому, що вони можуть виконувати найрізноманітніші функції, причому з надзвичайною легкістю і вишуканістю. Підраховано, що в природі зустрічається приблизно 1010 - 1012 різних білків, що забезпечують існування близько 106 видів живих організмів різної складності організації, починаючи від вірусів і кінчаючи людиною. З цього величезної кількості природних білків відомі точне будова і структура нікчемно малої частини - не більше 2500. Кожен організм характеризується унікальним набором білків. Фенотипічні ознаки і різноманіття функцій обумовлені специфічністю об'єднання цих білків, у багатьох випадках у вигляді надмолекулярних і мультімолекулярних структур, в свою чергу визначають ультраструктури клітин та їх органел.

У клітці Е. соli міститься близько 3000 різних білків, а в організмі людини налічується понад 50000 різноманітних білків. Дивно те, що всі природні білки складаються з великої кількості порівняно простих структурних блоків, представлених мономірні молекулами - амінокислотами, пов'язаними один з одним у поліпептидні ланцюга. Природні білки побудовані з 20 різних амінокінокіслот. Оскільки ці амінокислоти можуть об'єднуватися в самій різній послідовності, то вони можуть утворити величезну кількість різноманітних білків. Число ізомерів, яку можна отримати за всіх можливих перестановки вказаного числа амінокислот у поліпептиди обчислюється величезними величинами. Так, якщо з двох амінокислот можливе утворення тільки двох ізомерів, то вже з чотирьох амінокислот теоретично можливе утворення 24 ізомерів, а з 20 амінокислот - 2,4 (1018 різноманітних білків.

Неважко передбачити, що при збільшенні числа повторюваних амінокислотних залишків у білкової молекулі число можливих ізомерів зростає до астрономічних величин. Ясно, що природа не може дозволити випадкових поєднань амінокислотних послідовностей, і для кожного виду характерний свій специфічний набір білків, що визначається, як тепер відомо, спадковою інформацією, закодованою молекулі ДНК живих організмів. Саме інформація, що міститься у лінійній послідовності нуклеотидів ДНК, визначає лінійну послідовність амінокислот у поліпептидного ланцюга, що утворилася лінійна Поліпептидна ланцюг сама тепер виявляється наділеної функціональної інформацією, відповідно до якої вона мимоволі перетворюється на певну стабільну тривимірну структуру. Таким чином, лабільність Поліпептидна ланцюг складається, скручується в просторову структуру білкової молекули, причому не хаотично, а в суворій відповідності з інформацією, що міститься в амінокислотної послідовності.

З огляду на найважливішу роль білків у живій природі, а також те, що білки складають майже половину сухої маси живого організму і наділені рядом унікальних функцій, а в пізнанні структури і функцій білків лежить вирішення багатьох важливих проблем біології і медицини.

Опції білка

Білки виконують безліч найрізноманітніших функцій, характерних для живих організмів. Тут же будуть перераховані головні і в певному сенсі унікальні біологічні функції білків, не властиві або лише частково властиві інших класів біополімерів.

Каталітична функція. Усі відомі в даний час біологічні каталізатори - ферменти - є білками. У 1988 р. було ідентифіковано більше 2100 ферментів. Ця функція білків є унікальною, що визначає швидкість хімічних реакцій у біологічних системах.

Поживна (резервна) функція. Цю функцію осуществляюттак звані резервні білки, які є джерелами живлення для розвитку плоду, наприклад білки яйця (овальбуміни). Основний білок молока (казеїн) також виконує головним чином живильну функцію. Ряд інших білків безсумнівно використовується в організмі як джерело амінокислот, які у свою чергу є попередниками біологічно активних речовин, що регулюють процеси обміну речовин.

Транспортна функція. Дихальна функція крові, зокрема перенесення кисню, здійснюється молекулами гемоглобіну - білка еритроцитів. У транспорті ліпідів беруть участь альбуміни сироватки крові. Ряд інших сироваткових білків утворює комплекси з жирами, міддю, залізом, тироксином, вітаміном А і іншими сполуками, забезпечуючи їх доставку у відповідні органи-мішені.

Захисна функція. Основну функцію захисту в організмі виконує імунна система, яка забезпечує синтез специфічних захисних білків-антитіл у відповідь на надходження в організм бактерій, токсинів або вірусів. Висока специфічність взаємодії антитіл з антигенами (чужорідними речовинами) за типом білок-білок сприяє впізнавання і нейтралізації біологіческог дії антигенів. Захисна функція білків проявляється і в здатності ряду білків крові до згортання. Згортання білка плазми крові фібриногену призводить до утворення згустку крові, що оберігає від втрати крові при пораненнях.

Скорочувальна функція. В акті м'язового скорочення і розслаблення бере участь безліч білкових речовин. Проте головну роль у цих життєво важливих процесах відіграють актин і міозин - специфічні білки м'язової тканини. Скорочувальна функція властива не тільки м'язових білків, але і білків цитоскелету, що забезпечує найтонші процеси життєдіяльності клітин (розбіжність хромосом у процесі мітозу).

Структурна функція. Білки, що виконують структурні функції, займають за кількістю перше місце серед інших білків тіла. Серед них найважливішу роль відіграє колаген в сполучної тканини, кератин у волоссі, нігтях, шкірі, еластін в судинній стінці та ін Велике значення мають комплекси білків з вуглеводами у формуванні низки секретів - мукоїдів, муцину і т. д. У комплексі з ліпідами ( зокрема, фосфоліпідами) білки беруть участь в утворенні біомембран клітин.

Гормональна функція. Обмін речовин в організмі регулюється різноманітними механізмами. У цій регуляції важливе місце займають гормони, що виробляються в залозах внутрішньої секреції. Ряд гормонів представлений білками або поліпептидами, наприклад гормони гіпофізу, підшлункової залози та ін

Можна назвати ще деякі життєво важливі функції білків, зокрема здатність зберігати онкотичного тиск у клітинах і крові, буферні властивості, що підтримують фізіологічне значення рН внутрішнього середовища, та ін

Таким чином, з цього далеко не повного переліку основних функцій білків видно, що зазначеним біополімерах належить виняткова і різнобічна роль у живому організмі. Якщо спробувати виокремити головне, вирішальне властивостями, які забезпечують багатогранність біологічних функцій білків, то слід було б назвати здатність білків строго вибірково, специфічно з'єднуватися з широким колом різноманітних речовин. Зокрема, ця висока специфічність білків забезпечує взаємодію ферментів з субстратами, антитіл з антигенами, транспортних білків крові з стерпним молекулами інших речовин і т. д. У випадку ферментів це взаємодія базується на принципі біоспеціфіческого впізнавання, що завершується зв'язуванням ферменту з відповідною молекулою, що сприяє протікання хімічної реакції. Високої специфічністю дії наділені також білки, які складають молекулярну основу таких процесів, як диференціювання і ділення клітин, розвиток живих організмів, що забезпечує їх біологічну індивідуальність.

Умови та етапи біосинтезу білка

Трансляція і загальні вимоги до синтезу білка в безклітинних системі

Пряме відношення до механізмів передачі спадкової інформації має процес трансляції, що означає переклад "чотирибуквене мови нуклеїнових кислот на двадцатібуквеннуб мова білків". Іншими словами, трансляція зводиться до синтезу білка в рибосомах; в цьому синтезі послідовність розташування нуклеотидів в мРНК визначає первинну структуру білка, тобто строго впорядковану послідовність розташування окремих амінокислот у молекулі синтезованого білка.

В класичних дослідженнях П. Замечніка при використанні мічених амінокислот було вперше точно встановлено, що місцем синтезу білка є рибосоми. При визначенні радіоактивності білків у різних субклітинних фракціях печінки, отриманих методом диференціального центрифугування через різні проміжки часу, було показано, що радіоактивна мітка в першу чергу з'являється у фракції мікросом і лише потім в інших субклітинних утвореннях. Після встановлення місця включення радіоактивної мітки було з'ясовано участь інших субклітинних фракцій і низькомолекулярних клітинних компонентів у синтезі білка. При інкубації мікросом печінки щурів з 14 С-лізином включення радіоактивної мітки у білки рибосом спостерігалося при наявності в системі, крім фракції мікросом, ще деяких розчинних компонентів цитоплазми, джерела енергії у формі АТФ або АТФ-генеруючої системи, а також ГТФ. Подальші дослідження були спрямовані на пошук інших компонентів белоксінтезірующей системи.

Белоксінтезірующая система включає: набір всіх 20 амінокислот, що входять до складу білкових молекул; мінімум 20 різних тРНК, що володіють специфічністю до певного ферменту і амінокислоті; набір мінімум 20 різних ферментів - аміноацил-тРНК-синтетаз, які також володіють подвійний специфічністю до будь-якої певної амінокислоті і однієї тРНК; рибосоми (точніше полісоми: складаються з 4-12 монорібосом з приєднаною до них матричної мРНК); АТФ і АТФ-генеруючу систему ферментів; ГТФ, що приймає специфічне участь в ініціації і елонгації синтезу білка в рибосомах; іони Mg2 + в концентрації 0,005 -0,008 М; мРНК в якості головного компоненту системи, що несе інформацію про структуру білка, що синтезується в рибосомі; нарешті, білкові фактори, які беруть участь у синтезі на різному рівні трансляції.

Розглянемо більш докладно структуру і функцію головних компонентів белоксінтезірующей системи.

Рибосоми

Живі організми, як відомо, в залежності від структури клітин діляться на дві групи: прокаріоти і еукаріоти. Перші не містять обмеженого мембраною ядра і мітохондрій або хлоропластів; вони представлені головним чином мікроорганізмами. Клітини еукаріотів тварин і рослин, включаючи гриби, навпаки, містять ядра з мембранами, а також мітохондрії (і в ряді випадків хлоропласти).

Обидва типи клітин містять рибосоми, причому рибосоми еукаріот (клітини тварин) приблизно в два рази більше рибосом прокаріотів (бактерії). Зазвичай рибосоми характеризують по швидкості їх седиментації в центріфужном поле, яка кількісно виражається константою седиментації s, виражається в одиницях Сведберга S.

Величина s залежить не тільки від розміру частинок, а й від форми і щільності, так що вона не пропорційна розміру. Число рибосом мікробної в клітці приблизно дорівнює 104, а еукаріотів - близько 105.

Хімічно рибосоми представляють собою нуклеопротеїнів, що складаються тільки з РНК і білка, причому 80S рибосоми еукаріот містять приблизно рівну їх кількість, а у 70S рибосом прокаріотів співвідношення РНК і білка становить 2:1. РНК рибосом прийнято називати рибосомна і позначати рРНК. Як 80S, так і 70S рибосоми складаються з двох субчастіц; це можна за допомогою електронної мікроскопії або шляхом обробки рибосом розчинами, що містять низькі концентрації іонів Mg2 +. За цих умов рибосоми дисоціюють на субчастіци; останні можуть бути відокремлені один від одного методом ультрацентріфугірованія. Одна з субчастіц за розмірами в 2 рази перевищує розмір другого; так, у 70S рибосом величини S для субчастіц рівні 50S і 30S, у 80S рибосом, відповідно 60S і 40S. Субчастіци рибосом клітин еукаріотів влаштовані більш складно: більш ніж 70 різних білків в обох субчастіцах, при цьому велика субчастіца містить 28S, 5,8 S і 5S рРНК, а мала містить 18S рРНК (До теперішнього часу повністю розшифровано первинна структура всіх рРНК в 70S і 80S рибосомах і амінокислотна послідовність всіх 55 білків 70S рибосом і частково білків 80S рибосом.).

Для з'ясування тонких молекулярних механізмів синтезу білка в рибосомах необхідні відомості про структуру і функції рибосом. Останнім часом отримано дані, що свідчать про ймовірну просторової тривимірної структурі як цілих рибосом, так і їх субчастіц. Зокрема, з'ясовано, що форму і розміри 30S і 40S рибосом зумовлюється не білкові молекули цих частинок, а третинна структура входять до їх складу 16S і 18S рРНК. Більш того, за даними акад. А.С. Спіріна, для збереження просторової морфологічної моделі всієї 30S субчастіци виявилося достатнім наявність лише двох білків, що містяться в певних топографічних ділянках молекули 16S рРНК.

Щодо походження рибосом відомо, що рРНК пр?? виходить із загального попередника всіх клітинних РНК, у свою чергу синтезуються на матриці ДНК в ядрі; Рибосомна білки мають цитоплазматичне походження, потім вони транспортуються в ядерця, де і відбувається спонтанне освіта рибосомна субчастіц шляхом об'єднання білків з відповідними рРНК. Об'єднані субчастіци разом чи нарізно транспортуються через пори ядерної мембрани назад в цитоплазму, де ряд рибосом разом з мРНК утворюють полісоми або полірібосоми.

Аміноацил-тРНК-синтетази.

Експериментально доведено існування в будь-яких клітинах живого організму специфічних ферментів, що каталізують активація амінокислот і зв'язування останніх з певними тРНК. Всі ці ферменти виділені в чистому вигляді з E. coli.

Молекулярна маса майже всіх синтетаз дорівнює 100 000 Так, за винятком фенілаланін-тРНК-синтетази (180 000 Так). Всі вони виявилися чутливими до реагентів на SH-групи та вимагають присутності іонів Mg2 +. Ферменти володіють абсолютною специфічністю дії, оскільки вони дізнаються тільки одну яку-небудь L-амінокислоту або одну тРНК; ця обставина надзвичайно важливо, оскільки в подальшому в білковому синтезі "впізнавання" аміноацил-тРНК засноване не на природі амінокислоти, а на хімічній природі Антикодон тРНК . Вважається, що в молекулі кожної аміноацил-тРНК-синтетази є принаймні три центри зв'язування: для амінокислоти, тРНК і АТФ; ферменти дуже чутливі також до аналогам амінокислот, які інгібують активацію відповідних амінокислот. Деякі ферменти складаються з однієї поліпептидного ланцюга, ще з двох або чотирьох гомологічних або гетерогенних субодиниць.

Аміноацил-тРНК-синтетази в активному центрі містять гістидин, імідазольного кільце якого бере участь у зв'язуванні АТФ за допомогою іонів Mg2 +. Найбільшим спорідненістю ці ферменти, як було зазначено, мають по відношенню до молекул специфічних тРНК, хоча конкретний механізм, за допомогою якого ферменти дізнаються відповідну РНК, поки не ясний. У той же час ці ферменти відрізняються низькою молярній активністю (число оборотів не перевищує кількох сотень каталітичних актів у хвилину).

Транспортні РНК

У лабораторії М. Хогланда було з'ясовано, що при інкубації 14 С-амінокислоти з розчинної з розчинної фракцією цитоплазми в присутності АТФ і наступним додаванням трихлороцтової кислоти в утворився білковому осаді метка не відкривається. Було зроблено висновок, що мічена амінокислота не включається до білкову молекулу. Мітка виявилася пов'язаної ковалентно з РНК, що міститься в безбілкової фільтраті. Показано, що РНК, до якої приєднується мічена амінокислота, має невелику молекулярну масу і зосереджена в розчинної фракції, тому її спочатку назвали розчинної, а потім адапторной або транспортної РНК (тРНК). На частку тРНК припадає приблизно 10 - 15% загальної кількості клітинної РНК. Так, відкрито більше 60 різних тРНК. Для кожної амінокислоти в клітці є принаймні одна специфічна РНК (для ряду амінокислот відкрито більше однієї, зокрема, для серину - 5 різних тРНК, для лізину і гліцину - по 4 різних тРНК, хоча і в цьому випадку кожна тРНК пов'язана з специфічною аміноацил-тРНК-синтетазою). Молекулярна маса більшості тРНК коливається від 24 000 до 29 000 Так. Вони містять від 75 до 85 нуклеотидів. Амінокислоти приєднуються до вільної 3'-OH-групі кінцевого мононуклеотид, представленого в усіх тРНК АМФ, шляхом утворення ефірного зв'язку. Цікаво, сто все тРНК володіють не тільки дивно схожими функціями, але й дуже схожою тривимірною структурою.

Встановлено первинна структура майже всіх 60 відкритих тРНК; знання послідовності, а отже, складу тРНК дало в руки дослідників багато цінних відомостей про біологічну роль окремих компонентів тРНК. Спільною для тРНК виявилася також нативних конформація, встановлена методом рентгеноструктурного аналізу і названа спочатку конформацією конюшини; насправді ця конформація має неправильну, Г-подібну форму.

Визначення структури тРНК дозволило виявити ряд відмінних ділянок; так, на 3'-гідроксильної кінці розташовується однакова для всіх тРНК послідовність триплету ЦЦа-ОН, до якої приєднується за допомогою ефірного зв'язку специфічна амінокислота. Зв'язування в основному відбувається через 3'-ОН-групу кінцевого аденілового нуклеотиду, хоча отримані докази можливості приєднання амінокислоти через 2'-ОН-групу. Тимін-псевдоурідін-цітіділовая (Т (Ц) петля, мабуть, пов'язує аміноацил-тРНК з поверхнею рибосоми. Є, крім того, додаткова петля, склад якої варіюється у різних типів молекул тРНК; її призначення невідомо. Дігідроуріділовая петля, з іншого боку, виявилася необхідної як сайт (місце) для впізнавання специфічним ферментом - аміноацил-тРНК-синтетазою. Є також антікодоновая петля, що несе триплет, названий Антикодон, і розташована на протилежній стороні від того кінця, куди приєднується амінокислота. Антикодон є специфічним і комплементарним до відповідному кодону мРНК, причому обидва вони є антипаралельних у своїй комплементарності.

Ретельний аналіз нуклеотидних послідовностей різних тРНК показав, що всі вони містять однаковий 5'-кінцевий нуклеотид - ГМФ з вільною 5'-фосфатної групою. Адапторная функція молекул тРНК полягає у зв'язуванні кожної молекули тРНК зі своєю амінокислотою. Але оскільки між нуклеїнової кислотою та специфічної функціональної групою амінокислоти не існує відповідності та спорідненості, цю функцію розпізнавання повинна виконувати білкова молекула, яка дізнається як специфічної молекулу тРНК, так і специфічної амінокислоти.

Природа генетичного коду

Генетична інформація, закодована в первинній структурі ДНК, перекладається ще в ядрі в нуклеотидну послідовність мРНК. Однак питання про те, яким чином ця інформація передається на білкову молекулу, довго не був з'ясований. Перші вказівки на існування прямої функціональної залежності між структурою гена і його продуктом - білком можна знайти у Ч. Яновського, який у серії витончених дослідів із застосуванням методів генетичного картування та сектівірованія показав, що порядок змін у структурі мутантного гена тріптофансітази в E. coli в точності відповідає порядку відповідних змін до амінокислотної послідовності молекули білка-ферменту.

Раніше було відомо, що молекули мРНК не володіють спорідненістю до амінокислот, тому для перекладу нуклеотидної послідовності мРНК на послідовність амінокислотних білків потрібно певний посередник, названий адаптора. Молекула адаптора повинна бути в свою чергу наділена здатністю дізнаватися нуклеотидну послідовність специфічної мРНК і відповідну амінокислоту. Володіючи подібної адапторной молекулою клітина може включати кожну амінокислоту у відповідне місце поліпептидного ланцюга, у суворій відповідності до нуклеотидної послідовністю мРНК. Залишається, таким чином, незмінним положення, що самі по собі функціональні групи амінокислот не мають здатність вступати в контакт з матрицею інформаційної мРНК.

Було показано, що в нуклеотидної послідовності молекули мРНК є кодові слова для кожної амінокислоти - генетичний код. Проблема, однак, зводиться до того, з чого складається цей таємничий код? Найімовірніше, він полягає в певній послідовності розташування нуклеотидів в молекулі ДНК. Питання про те, які нуклеотиди відповідальні за включення певної амінокислоти в білкову молекулу і яка кількість нуклеотидів визначає це включення, залишалося невирішеним до 1961 р. Теоретичний розбір показав, що код не може складатися з одного нуклеотиду, оскільки в цьому випадку тільки 4 амінокислоти можуть кодуватися . Але код не може бути й дуплетним, тобто комбінація з двох нуклеотидів з чотирибуквене алфавіту не може охоплювати всіх амінокислот, тому що подібних комбінацій теоретично можливо тільки 16 (4 ^ 2 = 16), а до складу білка входять 20 амінокислот. Для всіх амінокислот білкової молекули було б достатньо взяти тріплетний код, коли число можливих комбінацій становитиме 64 (4 ^ 3 = 64).

З наведених вище даних М. Ніренбергом стає очевидним, що полі-У, тобто РНК, гіпотетіческісодержащая залишки тільки одного уріділового нуклеотиду, сприяє синтезу білка, побудованого із залишків однієї амінокислоти - фенілаланіну. На цій підставі було зроблено висновок, що кодоном для включення фенілаланіну в білкову молекулу може служити триплет, що складається з 3 уріділових нуклеотидів - УУУ. Незабаром було показано, що синтетична матрична поліцітіділовая кислота (поли - Ц) кодує освіта поліпроліна, а матрична поліаденіловая кислота (полі-А) - полілізіна. Відповідні триплети - ццц і ААА - справді виявилися триплети (названими кодонами) для кодування проліну лізину.

М. Ніренберг, С. Очоа та Х. Корану, користуючись штучно синтезованими мРНК, представили доакзательства не тільки складу, а й послідовності кодонів всіх кодонів, відповідальних за включення кожної з 20 амінокислот білкової молекули.

Генетичний коод для амінокислот є виродженим. Це означає, що переважна кількість амінокислот кодіруетяс кількома кодонами, за винятком метіоніну і триптофану, за существувсе інші амінокислоти мають більше одного специфічного кодону. Виродженністю коду виявляється неоднаковою для різних амінокислот. Так, якщо для серину, аргініну і лейцину є по 6 кодових слів, то ряд інших амінокислот, зокрема глутамінова кислота, гістидин та тирозин, мають по дві кодону, а триптофан - тільки 1. Слід зазначити, що виродженністю частіше за все стосується тільки третій нуклеотиду, у той час як для багатьох амінокислот перші два нуклеотиду є спільними. Цілком допустимо тому припущення, що послідовність перших двох нуклеотидів визначає в основному специфічність кожного кодону, у той час як третій нуклеотид менш суттєво. Останнім часом з'явилися докази гіпотези два з трьох, що означає, що код білкового синтезу, можливо, є кввазі-або псевдодуплетним. Є докази, що виродженністю генетичного коду має безсумнівний біологічний сенс, забезпечуючи організму ряд переваг. Зокрема, вона сприяє "вдосконалення" геному, тому що в процесі мутації можуть виникати різні амінокислотні заміни, найбільш цінні з яких відбираються в процесі еволюції.

Інший відмінною рисою генетичного коду є його безперервність, відсутність розділових знаків, тобто сигналів, які вказують на кінець одного кодону і початок іншого. Іншими словами, код є лінійним, одноанправленним і непреривающімся: АЦГУЦГАЦЦ. Ця властивість генетичного коду забезпечує синтез надзвичайно впорядкованої послідовності молекули білків. У всіх інших випадках послідовність нуклеотидів в кодонах буде порушуватися і приводити до синтезу "безглуздою" поліпептидного ланцюга зі зміненою структурою. Слід вказати на ще одну особливість коду - його універсальність для всіх живих організмів: від Е. соli до людини.

Серед 64 мислимих кодонів сенс має 61, тобто кодує певну амінокислоту. У той же час три кодону, а саме УАГ, УАА, УГА є безглуздими, нонсенс-кодонами, так як вони не кодують жодної з 20 амінокислот. Однак ці кодони не позбавлені сенсу, оскільки виконують важливу функцію в сінетзе білка в рибосомах (функцію закінчення, термінації синтезу).

При дослідженні генетичного коду в дослідах in vivo були також отримані докази універсальності коду. Проте останнім часом з'ясовані деякі відмінності коду в мітохондріях еукаріотів тварин, включаючи людину, що відрізняється чотирма кодонами від генетичного коду цитоплазми, навіть тих же клітин. Зокрема, Ауг, що є зазвичай ініціаторним кодоном, також кодує метіонін в ланцюзі, і УГА, що є нонсенс-кодоном, кодує в мітохондріях триптофан. Крім того, кодони АГА і АГГ є для мітохондрій швидше термінірующімі, а не кодують аргінін. Як результат цих змін, для зчитування генетичного коду мітохондрій потрібно менше різних тРНК, у той час як цитоплазматична система трансляції володіє повним набором тРНК.

Етапи синтезу білка

Синтез білка презентує собою цікліиескій багатоступінчастий енергозалежних процес, у якому вільні амінокислоти полімеризуються в генетично детерменірованную послідовність з утворенням поліпептидів. Система білкового синтезу, точніше, система трансляції, яка використовує генетичну інформацію, транскібірованную в мРНК, для синтезу поліпептидного ланцюга з опрределенной первинної структурою, включає близько 200 типів макромолекул - білків і нуклеїнових кислот. Серед них близько 100 макромолекул, що беруть участь в активації амінокислот і їх перенесення на рибосоми (усі тРНК, аміноацил-тРНК-синтетази), більше 60 макромолекул, що входять до складу 70S або 80S рибосом, і близько 10 макромолекул (званих білковими факторами), які беруть безпосередню участь в системі трансляції. Чи не розбираючи докладно природу інших важливих для синтезу факторів, розглянемо детально механізм індивідуальних шляхів синтезу білкової молекули в штучній синтезує системі. Перш за все, за допомогою ізотопного методу було з'ясовано, що синтез білка починається з N-кінця і завершується З-кінцем, тобто процес протікає в напрямку NH2 (COOH.

Білковий синтез, або процес трансляції, може бути умовно розділений на два етапи: активація амінокислот і власне процес трансляції.

Активація амінокислот

Необхідною умовою синтезу білка, який в кінцевому рахунку зводиться до полімеризації амінокислот, є наявність в системі не вільних, а так званих активованих амінокислот, які мають своїм внутрішнім запасом енергії. Активація вільних амінокислот здійснюється за допомогою специфічних ферментів аміноацил-тРНК-синтетаз у присутності АТФ. Цей процес протікає в дві стадії, причому обидві каталізується одним ферсентом. На першій стадії амінокислота реагує з АТФ і утворюється пірофосфат і проміжний продукт, який на другій стадії реагує з відповідною 3'-ОН-тРНК, в результаті чого утворюється аміноацил-тРНК (аа-тРНК) і звільняється АМФ. Аміноацил-тРНК має у своєму розпорядженні необхідний запас енергії. Необхідно підкреслити, що амінокислота приєднується до кінцевому 3'-ОН-гідроксілу (або 2'-ОН) АМФ, який разом з двома залишками ЦМФ утворює кінцевий ттріплет ЦЦа, що є однаковим для всіх транспортних РНК.

Процеси трансляції.

Другий етап матричного синтезу білка, власне трансляцію, що протікає в рибосомі, умовно ділять на три стадії: ініціацію, елонгації і термінації.

Ініціація трансляції. Стадія ініціації, що є "точкою відліку" почала синтезу білка, вимагає дотримання ряду умов, зокрема наявності в системі крім 70S або 80S рибосом, ініціаторной аміноацил-тРНК, ініціює кодонів у складі мРНК і білкових факторів ініціації. Експериментально доведено, що у бактерій, зокрема в E. Coli, ініціаторной є аа-тРНК, в утворенні якої специфічне участь беруть соответстсвующая тРНК і N10-форм-тетрагідрофоліеая кислота. Таким чином, N-формілметіоніл-тРНК є першою аа-тРНК, яка визначає включення N-кінцевого залишку амінокислоти і тим самим початок трансляції.

Процес формілірованія має важливий хімічний і біологічний сенс, запобігаючи участь NH2-групи амінокислоти в освіті пептидного зв'язку і забезпечуючи тим самим синтез білка в напрямку NH2 (COOH. що утворилася формілметіоніл-тРНК, мабуть, перша зв'язується в певній ділянці з 30S субчастіцей рибосоми і з мРНК. Крім тРНКфМет, у E. Coli є звичайна тРНК, яка акцептує вільний, а не формілірованний метіонін. Вона позначається тРНКМет і забезпечує перенесення метіоніну в процесі складання (елонгації) поліпептдной ланцюга. Необхідною умовою ініціалізації є також наявність ініціюють кодонів, що кодують формілметіонін. У бактерій

цю функцію виконують триплети Ауг і ГУГ мРНК. Однак ці триплети кодують формілметіонін (або початковий метіонін) тільки будучи початковими триплету при зчитуванні матричної мРНК. Якщо ж ці тріплети є звичайними, тобто внутрішніми, то кожен з них кодує свою амінокислоту, зокрема, Ауг-метіонін і ГУГ-валін. Ясно, що ініціаторний 5'-Ауг-кодону передує поліпуріновая послідовність, яка пізнається поліпірімідіновой послідовністю.

Додаткові відомості про амінокислотах і деяких білкових речовинах.

Органічні вещесіва, що містять вуглець, водень, кисень, азот, сірку, іноді фосфор і ін елементи. Грають важливу фізіологічну роль, будучи головною складовою частиною протоплазми. Мають дуже високий молекулярна вага. При нагріванні багато протеїни згортаються; нерозчинні у воді ю набухають. При гідролізі розпадаються, спочатку утворюючи продукти високої молекулярної ваги ю альбумоз і пептони, потім амінокислоти.

Протеїни поділяються на альбуміни, глобуліни, проламіни, складні білки, склеропротеіни. Альбуміни (альбумін яєчний, кров'яний сироватки) розчинні у воді. Глобуліни розчинні лише в розведених розчинах солей, кислот і лугів; містяться в крові, в насінні бобових і олійних рослин. Проламіни розчинні у разбаленном спирті, але не у воді; містяться в насінні злаків.

До числа складних білків відносяться:

фосфопротеін ю казеїн молока; розчинний лише в розчинах підстав і кілот, містить фосфор;

хромопротеїни - гемоглобін крові; містить органічну сполуку заліза - гематін;

неуклеопротеіди - солеобразние з'єднання протеїнів з нуклеїновими кислотами; містять фосфор, пуринові підстави і вуглеводну групу, входять до складу клітинних ядер;

муцини - головна складова частина слизових виділень; містять вуглеводну групу;

склеропротеіни - знаходяться в опорних тканинах тваринного організму; колаген кісток, хрящів і шкіри при нагріванні з водою переходить у розчинну желатину; кератин волосся, рогів, копит, пір'я - стійке речовину, що містить багато сірки.

Протеїни застосовуються для виготовлення пластичних мас, клею.

Далі ми наводимо таблицю з деякими відомостями про амінокислотах і білкових речовинах (на наступній сторінці).

Аміноацил-транспортна РНК

тРНК з аміноацільной групою, приєднаної до 2'-або 3'-гідроксильної групі кінцевого залишку аденозину. Аміноацільная група швидко мігрує між 2 - і 3 - положень, причому кожен ізомер має період полупревращенія близько 1 мс. Рівноважна суміш містить 2 - і 3 - ізомери у співвідношенні 1:2

Білий аморфний порошок. Аміноацил тРНК виходить в рез-ті реакції між амінокислотами, АТР ітРНК, що каталізується аміноацил-тРНК-сінтезатамі (ферментами, що активують амінокислоти). Аміноацил-тРНК зберігають у розчині або ліофілізованнимі при Т <-20 'C.

Ангіотензин II ю найбільш активна форма. Ангіотензин I має набагато більш низькою активністю. Підвищує кров'яний тиск (пресорних ефект), викликаючи скорочення скелетних, брижових і надниркових судин, стимулює секрецію альдостерону надпочечниками. Ангіотензин I утворюється в рез-ті дії реніну (протеолітичної ферменту) на ангиотензиногена в плазмі і перетворюється на ангіот