Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

 

 

Обмен веществ и преобразование энергии в клетке

Анаболизм, форма пластического обмена — биосинтез белков

 

Смотрите также:

Биология

 

Биографии учёных биологов

 

История медицины

 

Микробиология

 

Физиология человека

 

Общая биология

 

Ботаника

 

Необычные растения

 

Жизнь зелёного растения

 

Лекарственные растения

 

Необычные деревья

 

Мхи

 

Лишайники

 

Древние растения

 

Пособие по биологии

 

Валеология

 

Естествознание

 

История медицины

 

Медицинская библиотека

Постоянный обмен веществ с окружающей средой — одно из основных свойств живых систем. В клетках непрерывно идут процессы биологического синтеза, или биосинтеза. При участии ферментов из простых низкомолекулярных веществ образуются сложные: из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов — сложные углеводы, из азотистых оснований — нуклео- тиды. а из них — нуклеиновые кислоты.

 

Разнообразные жиры и масла возникают путем химических превращений сравнительно простых веществ, источником которых служит остаток уксусной кислоты — ацетат. При этом биосинтетические реакции отличаются видовой и индивидуальной, т. е. свойственной каждому отдельному организму, специфичностью. Например, клетки наружных покровов членистоногих синтезируют хитин — сложный полисахарид, а у наземных позвоночных — пресмыкающихся, птиц, млекопитающих — роговое вещество, основу которого составляет белок кератин. В то же время у каждого организма большинство белков индивидуальны, т. е. обладают не вполне одинаковой структурой.

 

Это определяется тем, что в конечном счете структура синтезируемых крупных органических молекул определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК, т. е. генотипом. Синтезированные вещества используются в процессе роста для построения клеток и их органоидов и для замены израсходованных или разрушенных молекул. Все реакции синтеза идут с поглощением энергии.

 

Наряду с биосинтетическими процессами в клетках происходит распад сложных органических молекул: и синтезированных в клетках, и поступивших извне с пищей. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакции биосинтеза.

 

Пластическим обменом, или ассимиляцией, или анаболизмом, называется совокупность реакций биологического синтеза. Название этого вида обмена отражает его сущность: из веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества, подобные веществам клетки.

 

Рассмотрим одну из важнейших форм пластического обмена — биосинтез белков. Как уже отмечалось, все многообразие свойств белков в конечном счете определяется их первичной структурой, т. е. последовательностью аминокислот. Огромное количество отобранных в процессе эволюции уникальных сочетаний аминокислот воспроизводится путем синтеза нуклеиновых кислот с такой последовательностью азотистых оснований, которая соответствует последовательности аминокислот в белках. Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трех нуклеотидов — триплет. Так, аминокислоте цистеину соответствует триплет АЦА, валину — ЦАА, лизину — ТТТ и т. д. ().

 

Таким образом, определенные сочетания нуклеоти- дов и последовательность их расположения в молекуле ДНК являются кодом, несущим информацию о структуре белка, или генетическим кодом.

 

Генетический код разных организмов обладает некоторыми общими свойствами.

 

1. Избыточность. Код включает всевозможные сочетания трех (из четырех) азотистых оснований. Таких сочетаний может быть 43 = 64, в то время как кодируется только 20 аминокислот. В результате некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами. Например, аминокислоте аргинину могут соответствовать триплеты ГЦА, ГЦГ, ГЦТ, ГЦЦ и т. д. Эта избыточность кода имеет большое значение для повышения надежности передачи генетической информации. Понятно, что случайная замена третьего нуклеотида в этих триплетах никак не отразится на структуре синтезируемого белка.

2.         Специфичность. Нет случаев, когда один и тот же триплет соответствовал бы более чем одной аминокислоте.

3.         Универсальность. Код универсален для всех живых организмов — от бактерий до млекопитающих.

4.         Дискретность. Кодовые триплеты никогда не перекрываются, т. е. транслируются всегда целиком. При считывании информации с молекулы ДНК невозможно использование азотистого основания одного триплета в комбинации с основаниями другого триплета.

5.         В длинной молекуле ДНК, состоящей из миллионов нуклеотидных пар, записана информация о последовательности аминокислот в сотнях различных белков. Понятно, что информация о первичной структуре индивидуальных белков должна как-то разграничиваться. Действительно, существуют триплеты, функцией которых является инициация синтеза полинуклеотидной цепочки иРНК: инициаторы и триплеты, которые прекращают синтез,— терминаторы. Следовательно, указанные триплеты служат «знаками препинания» генетического кода.

 

Для того чтобы синтезировался белок, информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа — транскрипцию и трансляцию.

 

Следующий этап биосинтеза белка — перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислот полипептидной цепочки — трансляция (от лат. «трансляцио» — перенесение). У прокариот (бактерий и синезеленых водорослей), не имеющих оформленного ядра, рибосомы могут связываться с вновь синтезированной молекулой иРНК сразу же после ее отделения от ДНК или даже до полного завершения ее синтеза. У эукариот иРНК сначала должна быть доставлена через ядерную оболочку в цитоплазму. Перенос осуществляется специальными белками, которые образуют комплекс с молекулой иРНК. Кроме функций переноса эти белки защищают иРНК от повреждающего действия цитоплазматических ферментов.

 

В цитоплазме на один из концов иРНК (а именно на тот, с которого начинается синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и начинается синтез полипептида.

 

По мере передвижения по молекуле РНК рибосома транслирует триплет за триплетом, последовательно присоединяя аминокислоты к растущему концу полипептидной цепи. Точное соответствие аминокислоты коду триплета иРНК обеспечивается тРНК. Для каждой аминокислоты существует своя тРНК, один из триплетов которой (антикодон) комплементарен определенному триплету (кодону) иРНК- На другом конце молекулы тРНК расположен триплет, способный связываться с определенной аминокислотой ( 12). Каждой аминокислоте соответствует свой фермент, присоединяющий ее к тРНК. Таким образом, процесс правильного расположения тРНК на иРНК осуществляется рибосомами. Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. Однако нередко по одной молекуле иРНК движется несколько рибосом. Такие комплексы называются полирибосомами ( 13). После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы — молекулы иРНК, сворачивается в спираль и приобретает третичную структуру, свойственную данному белку. Рибосомы работают очень эффективно: в течение 1 с бактериальная рибосома образует полипептидную цепь из 20 аминокислот.

 

 

К содержанию книги: Мамонтов. Биология, пособие

 

Смотрите также:

 

Курс биологии для поступающих в вузы  Биология — наука о живой природе  Общая биология  Молекулярная биология  совокупность наук о живой природе  БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА