Биосинтез Б.
- процесс образования
Б. из аминокислот в клетках живых организмов. Выяснение механизма
этого процесса, имеющего огромное биологии, значение, можно отнести к важнейшим
достижениям науки 20 в. Биосинтез Б. идёт при помощи особых сложных механизмов,
обеспечивающих упорядоченное воспроизведение специфич. Б. уникальной структуры.
Механизмы эти едины или весьма сходны для самых разнообразных клеток и
организмов, в них принимают участие нуклеиновые кислоты, в особенности
рибонуклеиновые к-ты (РНК). Этот процесс идёт с использованием энергии,
накопленной в виде аденозинтрифос-форной к-ты (АТФ) (см. Биоэнергетика).
Биосинтез
Б. происходит на особых рибонуклеопротеидных частицах - ри-босомах,
состоящих
из почти равных количеств рибосомной РНК (р-РНК) и белков. Первичная структура
(последовательность аминокислот) синтезирующихся полипептидных цепочек
обеспечивается соединением с рибосомами особой матричной, или информационной,
рибону-клешювой к-ты (и-РНК, или м-РНК), к-рая содержит информацию о специфич.
строении Б., "закодированную" в виде последовательного расположения нуклео-тидов,
составляющих и-РНК. Эту информацию и-РНК получает от дезоксири-бонуклеиновой
кислоты (ДНК), хранящей и передающей её по наследству. Аминокислоты,
прежде чем попасть в рибосомы, активируются, получая энергию от АТФ и образуя
соединение с аде-ниловой к-той. (Активированные аминокислоты представляют
собой смешанный ангидрид аминокислоты и адениловой к-ты - аминоациладенилат.)
Далее, остаток данной аминокислоты переносится на соответствующую транспортную
рибонуклеиновую к-ту (т-РНК). Оба эти процесса катализируются одним и тем
же ферментом (аминоациладенилатсинтета-зой, или аминоацил-т-РНК-синтетазой),
специфич. для каждой аминокислоты. Определённой аминокислоте соответствуют
одна или несколько специфичных для неё т-РНК. Все т-РНК сравнительно низкополимерны,
содержат около 80 ну-клеотидных остатков. Они построены по общему плану:
в начале цепи находится 5-гуаниловая к-та, а в конце - часто обменивающаяся
группировка из двух остатков цитидиловой к-ты и аденозина, к к-рому и присоединяется
остаток аминокислоты. Остаток аминокислоты, соединённый с т-РНК, далее
переносится на рибосомы, где и происходит образование полипептидной цепочки
Б. (рис. 4). Т. о., рибосомная стадия - центральный этап биосинтеза Б.
В процессе биосинтеза Б. рибосомы соединяются в цепочки при помощи и-РНК,
образуя активные бе-локсинтезирующие структуры - полирибосомы, или полисомы.
и-РНК синтезируется на матрице ДНК. В уникальной
последовательности нуклеотидов ДНК линейно "записана!" генетическая информация
о последовательности аминокислотных остатков в полипептидных цепочках Б.
Рис. 4. Общая схема биосинтеза белков.
В новообразованной и-РНК получается нуклеотидная
последовательность, соответствующая матричной ДНК,- комплементарная последовательность,
к-рая определяет первичную структуру синтезирующейся полипептидной цепочки.
Включение каждой аминокислоты обусловливается (кодируется) определёнными
группами из трёх нукле-отидных остатков (триплетами). Каждой аминокислоте
соответствует несколько триплетов, или кодонов, для к-рых теперь установлены
состав и последовательность нуклеотидов (см. Генетический код).
В полисомах т-РНК, нагруженная аминокислотой,
присоединяется к соответствующим кодонам и-РНК. Это присоединение совершается
внутри рибосомы в силу взаимодействия комплементарных оснований: аденина
с урацилом или тимином и гуанина с цитозином. При этом т-РНК присоединяется
к кодону содержащимся в ней комплементарным триплетом, наз. антикодоном.
По мере продвижения рибосомы по нуклеотидной цепочке и-РНК к соседним кодонам
присоединяются новые молекулы т-РНК, нагруженные аминокислотами. Предыдущая
т-РНК при этом освобождается, присоединяя свою аминокислоту карбоксильным
концом к аминогруппе новой аминокислоты с образованием пептидной связи.
Т. о., полипептидная цепочка растёт по мере продвижения рибосомы по и-РНК
и освобождается по завершении своего синтеза, пройдя соответствующий участок
и-РНК, комплементарный данному структурному гену (цистрону) ДНК.
Процесс биосинтеза Б. не исчерпывается
образованием полипептидных цепочек, т. е. созданием первичной структуры
Б. Далее происходит свёртывание цепочек в спирали, их "укладка" и взаимодействие,
и образование вторичной, третичной и, иногда, четвертичной структуры. Однако
возможно, что приведённая схема не исчерпывает всех путей биосинтеза Б.
Весьма важна проблема регуляции биосинтеза
Б., определяющей включение или выключение синтеза тех или иных Б. под влиянием
внутренних (в т. ч. дифференцировки клеток и тканей) или внешних импульсов
и создающей условия для синтеза Б. в данной дифференцированной клетке.
Теоретич. и экспериментальная разработка
проблемы биосинтеза Б. имеет не только важнейшее теоретическое, но и практич.
значение, поскольку, открывая подходы к воздействию на этот процесс, она
намечает пути лечения ряда заболеваний, а также влияния на продуктивность
многих с.-х. растений и животных. В связи с важным значением Б. разрабатываются
новые методы получения Б. и аминокислот путём промышленного микробиологического
синтеза, т. е. выращиванием микробов (напр., дрожжей и др.) на дешёвом
сырье (напр., нефти, газе и др.). И. Б. Збарский. Лит.: Волькенштейн
М.В., Молекулы и жизнь, М., 1965, гл. 3-5; Гауровиц Ф., Химия и функции
белков, пер. с англ., [2 изд.], М., 1965; Биосинтез белка и нуклеиновых
кислот, под ред. А. С. Спирина. М., 1965; Спсакян Н. М. и Гладилин К. Л.,
Биохимические аспекты синтеза белка, в кн.: Успехи биологической химии,
т. 7, М., 1965, с. 3; Молекулы и клетки. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1966,
с. 7 - 27, 94-106; Шамин А. Н., Развитие химии белка, М., 1966; Введение
в молекулярную биологию, пер. с англ., М., 1967.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я