ТРАНСЛЯЦИЯ

Молекула белка представляет собой цепочку аминокислот. Ами­нокислотами называются органические (карбоновые) кислоты, со­держащие, как правило, одну или две аминогруппы (-NH2) и кис­лотную группу СООН (отсюда и название — аминокислоты). Друг от друга аминокислоты отличаются химической группой, называемой радикалом (R).

В табл. 4.1 перечислены двадцать аминокислот, являющихся ос­новным «строительным материалом» при создании белков. (Главные аминокислоты распадаются на три класса в зависимости от природы группы R: нейтральные (полярные и неполярные), т.е. не несущие заряда в растворе; основные, положительно заряженные в растворе; и кислотные, отрицательно заряженные в растворе.)

Белки синтезируются с помощью ферментов путем соединения аминокислот так называемой пептидной связью: СООН-группа одной молекулы аминокислоты присоединяется к NH2-группе другой (при этом выделяется молекула воды). Данный процесс чрезвычайно сло­жен, но его скорость удивительна — аминокислоты строятся в цепоч-

Таблица 4.1

Названия аминокислот и их краткое обозначение

ки полипептидов (белков) со скоростью примерно 100 аминокислот в секунду. В среднем белки содержат 100-1000 аминокислот, и от того, какова последовательность аминокислот в этих длинных цепях, зави­сят структура и функция данного белка. Любая аминокислота одина­ково хорошо соединяется с любой другой (в том числе и с такой же); при этом взаимодействуют между собой одинаковые у всех аминокис­лот группы атомов NH2 и СООН. Благодаря этой способности амино­кислот могут образовываться длиннейшие цепи.

Как же осуществляется синтез белков? Оказывается, что для опи­сания строения конкретного белка достаточно указать последователь­ность аминокислот: какая из них занимает первое место, какая — второе, третье и т.д. Например, строение белка инсулина таково:

аланин — лизин — пролин -

- лейцин -

аланин...

Последовательность нуклеотидов в ДНК, а затем и в мРНК опре­деляет, какой должна быть последовательность аминокислот, т.е. ка­ким будет строение данного белка. Одна цепь ДНК содержит инфор­мацию о химическом строении значительного числа различных бел­ков. Таким образом, последовательность оснований мРНК кодирует последовательность аминокислот. Сведения о строении белков — это «зерно» информации, передаваемой потомкам из поколения в поко­ление; кодирование аминокислот нуклеотидами и называется коди­рованием наследственной информации.

Всего существует 64 возможных тройки нуклеотидов (4 = 64), ко­дирующих 20 аминокислот. Некоторые из нуклеотидных комбинаций играют роль «дорожных знаков», регулирующих синтез белка (напри-

7-1432

Рибосомы

-----)Метионии)—] Лейцин

Рис.4.4. Трансляция мРНК (синтез белка).

1-4 — кодоны: метионина, лейцина, валина, тирозина; тРНК: 5 — отделилась от

аминокислоты (лейцина), присоединив ее к белковой цепи; б — молекула тРНК, несущая валин, готова присоединить его к растущей белковой цепи; 7 — молекула

тРНК, несущая тирозин, подходит к мРНК, определяя кодом тирозина, мер, кодируя стоп-сигнал — сигнал окончания транскрибированной последовательности). При этом излишние комбинации нуклеотидов могут либо вообще не использоваться при кодировании наследствен­ной информации, либо служить дополнительными (синонимически­ми) способами записи тех же самых аминокислот.

«Сборка» молекулы белка из аминокислот обеспечивается весьма сложным механизмом, главным образом в рибосомах — особых орга-неллах клетки, находящихся в цитоплазме. Рибосомы примерно напо­ловину состоят из рибонуклеиновой кислоты (отсюда и их название).

Напомним, что в процессе транскрипции формируется мРНК, которая комплементарна определенному участку ДНК. В ходе трансля­ции нуклеотидная последовательность мРНК выступает как основа, матрица для синтеза белка. «Считывание» последовательности мРНК происходит группами по 3 нуклеотида. Каждая аминокислота соответ­ствует определенному сочетанию трех оснований — так называемому триплету (отсюда — триплетный код), или кодону.

«Сырье» (аминокислоты), необходимое для синтеза белка, нахо­дится в цитоплазме. Доставка аминокислот к рибосомам (рис. 4.4) про­изводится с помощью сравнительно небольших специальных молекул транспортной РНК (тРНК). Небольшими эти молекулы, состоящие примерно из сотни нуклеотидов, можно считать только по сравнению с матричной РНК, состоящей из тысяч нуклеотидов.

Для каждой из двадцати аминокислот имеется свой тип молекулы тРНК, которая обеспечивает доставку данной аминокислоты в рибо­сому. Синтез белка происходит при движении рибосомы вдоль цепоч­ки мРНК. При этом молекулы тРНК, несущие аминокислоты, выст­раиваются, согласно коду молекул мРНК, в цепочку, параллельную матричной РНК. На рис. 4.4 показано, что молекула мРНК начала синтез белка, включающего, в частности, последовательность амино­кислот ...«метионин—лейцин—валин—тирозин»... Валин был только что добавлен к белковой цепочке, к которой перед этим были присо­единены метионин и лейцин. Кодон мРНК, представляющий собой триплет GUA, соединяется с молекулой тРНК, несущей аминокисло­ту валин. Молекула тРНК доставляет эту аминокислоту к концу расту­щей белковой цепочки и присоединяет валин к лейцину. Следующий кодон мРНК, UAC, привлекает молекулу тРНК, несущую аминокис­лоту тирозин.

Процессы транскрипции и трансляции можно описать, использо­вав метафору французского ученого проф. К. Эле на. На «фабрике» (в клетке) чертежи хранятся в «библиотеке» (в ядре), а для «выпуска продукции» (белков) используются не сами «чертежи» (ДНК), а их «фотокопии» (мРНК). «Копировальная машина» (РНК — полимера-за) выпускает или по одной «страничке фотокопии» (ген), или сразу целую «главу» (набор генов с близкими функциями). Изготовленные «копии» выдаются через специальные «окошки» (поры ядерной мем­браны). Затем их используют на «монтажных линиях» (рибосомы) с «дешифратором» (генетический код) для получения из «заготовок» (аминокислот) окончательной «продукции» (белка).