Cтраница 1
Белоксинтезирующая система включает набор всех 20 аминокислот, входящих в состав белковых молекул; минимум 20 разных тРНК, обладающих специфичностью к определенному ферменту и определенной аминокислоте; набор минимум 20 различных ферментов - аминоацил-т РНК-синтетаз, также обладающих двойной специфичностью к какой-либо определенной аминокислоте и к одной тРНК; рибосомы ( точнее, полисомы, состоящие из 4 - 12 монорибосом с присоединенной к ним мРНК); АТФ и АТФ-генерирующую систему ферментов; ГТФ, принимающий специфическое участие в стадиях инициации и элонгации синтеза белка в рибосомах; ионы Mg2 в концентрации 0 005 - 0 008 М; мРНК в качестве главного компонента системы, несущей информацию о структуре белка, синтезирующегося в рибосоме; наконец, белковые факторы, участвующие в синтезе на разных уровнях трансляции. [1]
Интересно, что белоксинтезирующие системы хлоропластов, митохондрий и цитоплазмы сильно отличаются. Это проявляется уже в том, что для цитоплазмы характерны SOS-рибосомы, а для хлоропластов и митохондрий - 705-рибосомы. Можно избирательно заблокировать синтез белка в цитоплазме с помощью циклогексимида, взаимодействующего с 805-рибосома-ми, и в хлоропластах и митохондриях с помощью хлорамфеникола, который связывается 705-рибосома-ми. [2]
Дальнейшие исследования были направлены на поиск других компонентов белоксинтезирующей системы. [3]
Рассмотрим более подробно структуру и функцию главных компонентов белоксинтезирующей системы. [4]
Совершенно очевидно, что регуляция необходима для обеспечения экономичности работы белоксинтезирующей системы. Синтез ферментов любого метаболического пути включается или выключается в зависимости от того, сколь велика в данный момент потребность клетки в этом пути. Зачем синтезировать белки, если они не нужны. Особенно ярким примером того, как с помощью индукции и репрессии обеспечивается строгий контроль над синтезом определенной группы белков, может служить регуляция образования ферментов, катализирующих распад миндальной кислоты ( точнее ее солей - манделатов) у Pseudomonas. Ниже приведена предполагаемая последовательность реакций распада. [5]
Синтез белков в животной клетке является сложным многоступенчатым процессом и осуществляется белоксинтезирующими системами. Помимо аппарата, трансляции, функционирует аппарат посттрансляционной модификации. [6]
На 5 -конце многих молекул мРНК имеются длинные последовательности, не транслируемые рибосомной белоксинтезирующей системой. [7]
Имеется целый рад белковых токсинов бактериального и растительного происхождения, которые являются мощными ингибиторами эукариотической ( животной) белоксинтезирующей системы. Эти токсины блокируют элонгационную фазу трансляции. Все они обладают каталитическим ( энзиматическим) механизмом действия. [8]
Поли-У - прлиуридиловая кислота, синтетический полирибонуклеотид, использованный в 1961 г. Ниренбергом и Маттеи для расшифровки генетического кода. Если в белоксинтезирующую систему из 20 аминокислот, среди которых каждый раз лишь одна меченая, добавлять в качестве матричной РНК синтетический полимер поли - У, то синтезирующееся белковоподобное вещество будет полифенилаланином. Этоознача - ет, что поли - У направляет включение в полипептидную цепь только фенилаланина. Отсюда следует, что в мРНК фенилаланин закодирован последовательностью нуклеотидов, состоящей только из уридиновых остатков. В результате такого подхода к расшифровке генетического кода получено очень много ценной информации. [9]
Ниренберг и Маттэй внесли полиуридиновую кислоту в систему, содержащую различные аминокислоты, ферменты, рибосомы и другие компоненты, необходимые для синтеза белка. В результате в такой белоксинтезирующей системе образовывался полипептид, состоящий только из одной аминокислоты фенила-ланина. Это означало, что триплет УУУ соответствует фенила-ланину. [10]
Синтез белка представляет собой циклический энергозависимый многоступенчатый процесс, в котором свободные аминокислоты полимеризуются в генетически детерминированную последовательность с образованием полипептидов. В табл. 14.1 обобщены известные к настоящему времени данные о составе белоксинтезирующей системы у про - и эукариот в каждой из 5 стадий синтеза, из которых 3 стадии ( инициация, элонгация и терминация) по аналогии со стадиями синтеза полимерных молекул ДНК и РНК ( см. главу 13) считаются главными и основными, а 2 стадии ( активация аминокислот и постсинтетический процессинг) рассматриваются в качестве дополнительных, вспомогательных стадий синтеза. Более 100 макромолекул участвует в активировании аминокислот и их переносе на рибосомы ( все тРНК, аминоацил-т РНК-синтетазы), более 60 макромолекул входит в состав 70S и 80S рибосом, и около 10 макромолекул, называемых белковыми факторами, принимающих непосредственное участие в системе трансляции. Не разбирая подробно природу других важных для синтеза факторов, рассмотрим механизм индивидуальных путей синтеза белковой молекулы в искусственной синтезирующей системе. [11]
В семенах хлопчатника, по-видимому, масло откладывается в субклеточных частицах, содержащих также белок. Таким образом, здесь наблюдается интересная параллель с тем, что имеет место в белковых телах эндосперма пшеницы, в которых также имеется белоксинтезирующая система. [12]
Смысл затраты такого большого избытка энергии представляет собой одну из загадок и интереснейших проблем молекулярной биологии. Избыток энергии, диссипируемый в теплоту и не используемый для совершения какой бы то ни было накапливаемой полезной работы ( в виде химических связей или небеспорядочного расположения остатков), должен играть какую-то важную роль в функционировании белоксинтезирующей системы. Довольно очевидно, что, во всяком случае, этот избыток энергии необходим для обеспечения высоких скоростей и высокой надежности синтеза белка. [13]
Оба процесса приводят к преобразованию энергии. Для протекания обоих процессов у эукариот необходимы специальные органеллы, а именно митохондрии - для дыхания и хлоропласты - для фотосинтеза; митохондрии и хлоропласты сходны с прокариотическими организмами тем, что обладают кольцевой ДНК и прокариотическим типом белоксинтезирующей системы. [14]
Код, данный на рис. 3, является универсальным для белоксинтези-рующих систем бактерий и цитоплазмы всех эукариот, включая животных, грибы и высшие растения. Однако в живой природе имеются также и исключения. По крайней мере белоксинтезирующие системы митохондрий животных ( млекопитающих) и грибов обнаруживают ряд отклонений от этого универсального кода. Так, в митохондриях изученных эукариотических организмов триптофан кодируется как UGG, так и UGA; соответственно, UGA не является терминирующим кодоном. В митохондриях млекопитающих ( человека) кодоны AGA и AGG - терминирующие и не кодируют аргинин. [15]