Биосинтез белка

Содержание

 

Введение……………………………………………………………..3

Процессинг …………………………………………………………..4

Трансляция…………………………………………………………....5

Биосинтез белка……………………………………………………...6

Список литературы………………………………………………….10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Биосинтез белка можно  разделить на стадии транскрипции, процессинга и трансляции. Во время транскрипции происходит считывание генетической информации, зашифрованной в молекулах ДНК, и запись этой информации в молекулы иРНК. В ходе ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, ненужные в последующих стадиях, и происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После транспортировки кода из ядра к рибосомам происходит собственно синтез белковых молекул, путём присоединения отдельных аминокислотных остатков к растущей полипептидной цепи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процессинг 

 

Между транскрипцией и  трансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных изменений, которые  обеспечивают созревание функционирующей  матрицы для синтеза полипептидной  цепочки. К 5΄-концу присоединяется кэп, а к 3΄-концу поли-А хвост, который увеличивает длительность жизни иРНК. С появлением процессинга в эукариотической клетке стало возможно комбинирование экзонов гена для получения большего разнообразия белков, кодируемым единой последовательностью нуклеотидов ДНК, — альтернативный сплайсинг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трансляция

 

Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в матричной РНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощи транспортных РНК, которые образуют с аминокислотами комплексы — аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствующий антикодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь. Энергией биосинтез белка обеспечивается за счёт АТФ.

Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и  транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биосинтез белков

 

Данилевский в 1891 г. предположил, что основные формы связи аминокислот  в сложной молекуле белка это  амидные связи, образованные карбоксилом  одной молекулы аминокислоты и аминогруппой другой (поликонденсация типа “голова  – хвост”).

Примером может послужить  данная формула:

-H 2 O

H2N-CH2-C=O +HNHCH2COOH--а

\

OH

а H2N-CH2-CO-NH-CH2-COOH

(пептидная связь)

Данная связь и подобные ей называются пептидными связями.

Пептиды или полипептиды  — это низкомолекулярные соединения, в которых аминокислоты соединены  друг с другом пептидными связями.

Пептиды образуются при частичном  гидролизе белков. Э. Фишер и Гофмейстер развили теорию о пептидном строении белка. В данное время эта теория полностью подтверждена.

 

В зависимости от числа  аминокислотных остатков, входящих в  молекулу полипептида, различают дипептиды, трипептиды, тетрапептиды и т. д. . Характерную  для пептидов группировку

 

-CO-NH- называют пептидной.

 

Названия полипептидов производят от названий остатков аминокислот, прореагировавших своими карбоксильными группами, и  от названия аминокислоты, реагирующей  своей аминогруппой и сохраняющей  свободную карбоксильную группу:

 

 

 

H2N-CH2-CO-NH-CH(CH3)-COOH

глицилаланин(H-гли-ала-OH)

NH2-CH(CH3)-CO-NH-NH2-CO-NH-CH2-COOH

Аланилглицилглицин(H-ала-гли-гли-OH)

 

К настоящему времени разработано  много методов превращения а-аминокислот  в пептиды и синтезированы  простейшие природные белки –инсулин, рибонуклеаза, вазопрессин, окситоцин  и др.

 

Для того чтобы соединить  две аминокислоты пептидной связью, необходимо: а) закрыть (защитить) карбоксильную  группу глицина и аминогруппу  аланина, чтобы не произошло нежелательных  реакций по этим группам; б) образовать пептидную связь; в) снять защитные группы. Защитные группы должны надёжно  закрывать аминную и карбоксильную  группы в процессе синтеза и потом  легко сниматься без разрушения пептидной связи.

 

Защита аминогруппы наиболее просто проводится ацилированием:

 

-HCl

R-COCl+H2N-CH-COOH--а R-CO-NH-CH-COOH

| |

CH2 CH3

Карбоксильную группу для  защиты превращают в сложноэфирную:

-HOH

H2N-CH2-COOH+HOR--а H2N-CH2-COOR

 

Для того чтобы образовалась пептидная связь надо активировать карбоксильную группу N-ацилаланина, превращая его в хлорангидрид, или проводят конденсацию в присутствии  сильных водоотнимающих веществ (дициклогексилкарбодиимид, этоксиацетилен):

 

 

-H 2 O

R-CO-NH-CH-COOH+HNHCH2-COOR—а\

|

CH3 гидролиз

а R-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOR----а

|

CH3

а H2N-CH-CO-NH-CH2-COOH

|

CH3

 

Далее необходимо снять защитные группы в таких условиях, чтобы  не затрагивалась пептидная связь. Данным способом можно синтезировать  не только ди-, но и три-, и тетрапептиды и т. д. .

 

В 1960 г. Мерифильд открыл достаточно интересный и перспективный  метод синтеза пептидных связей.

 

В дальнейшем этот метод  получил название твёрдофазного  синтеза пептидов. Первая аминокислота с защищённой аминогруппой присоединяется к твёрдому носителю – ионнообменной  смоле, содержащей первоначально группы –CH2Cl (1-ая стадия), при этом образуется “яркая” связь: (1)-NaCl

 

Смола-CH2Cl+NaOOC-CHR-NHCOR’а Смола- -CH2O-C-CHR-NHCOR’а Смола-CH2O-C-CHR-

 

|| ||

O O

+HOOC-CHR’’-NHOR(3)

-NH2-----------а Смола-CH2O-C-CHR-

||

(4) O

-NHCO-CHR’’-NHCOR’а Смола-CH2O-C-CHR--NHCO-CHR’’-NH2 и т. д. ||

O

Далее наращивают пептидную  цепь, это делается с помощью пропускания  через смолу растворы соответствующих  реагентов. Для этого в начале надо убрать группу, защищающую конечную NH2 – группу (2-ая стадия). Пропуская  через смолу раствор другой аминокислоты с защищённой аминогруппой в присутствии  водоотнимающих реагентов, образуют пептидную  связь между первой и второй аминокислотой (3-я стадия). Если затем убрать защитную группу (4-ая стадия), синтез пептида  можно вести далее.

Далее, после наращивания  пептидной цепи до нужной величины гидролизуют “якорную” сложноэфирную  связь и смывают полипептид со смолы:

HBr

Смола-CH2O-CO-CHR-NH…CO-CHR’NH2---а

а Смола-CH2OH+HOOCCHRNH…COCHR’NH2

Полипептид

Автоматизировать процесс  не составляет не какого труда, ведь метод  Мерифильда прост в техническом  оформлении. Метод Мерифильда позволяет  значительно сократить затраты  труда и времени на синтез белков.

 

Не смотря даже на то что, белки инсулин (51 аминокислота) и  рибонуклеаза (124 аминокислоты) были синтезированы  классическими методами. Мерифильду удалось синтезировать рабонуклеозу менее чем за месяц, не смотря на то, что надо было произвести 369 последовательных реакций.

 

 

 

 

Список  литературы

1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия//Учебная литература для студентов медицинского института, 1990.
2. А. С. Спирин Вестник Российской академии наук, том 71,2001.
3. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д Биологическая химия: Учебник/.-3-е, испр. изд.-М.: Высш.шк., 2000.
4. В.И.Агол; Ред. А.С.Спирин-М Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот: Учеб. для биол. спец. вузов/ Высш.шк., 1990.