Биосинтез белка имеет два аспекта: химический и генетический.
Принципиальным моментом является то, что в природе белок строится из
аминокислот не посредством их прямой конденсации с освобождением воды или
одновременной полимеризации на матрице, а путем последовательного
добавления аминокислотных остатков к одному из концов растущей
полипептидной цепи (удлинения) с одновременным сканированием матричного
полинуклеотида (мРНК), задающего порядок добавления различных
аминокислотных остатков. Три последовательные химические реакции приводят к
включению (добавлению) аминокислоты в полипептидную цепь строящегося белка:
Первая реакция -
активация аминокислоты
за счет образования ангидридной связи между ее карбоксилом и фосфатом
адениловой кислоты - и вторая реакция -
акцептирование аминоацильного остатка молекулой тРНК
с образованием сложноэфирной связи между карбоксилом аминокислоты и
гидроксилом концевого рибозного остатка тРНК - происходят вне
рибосомы, и обе реакции катализируется ферментом
аминоацил-тРНК-синтетазой
. Третья реакция -
транспептидация
, то есть перенос карбоксильной группы растущего полипептида от гидроксила
рибозного остатка тРНК, принесшей предыдущий аминокислотный остаток в цепь,
на аминогруппу аминокислотного остатка аминоацил-тРНК - осуществляется
врибосоме
и катализируется самой рибосомой, без постороннего фермента. Таким
образом, именно молекулы
аминоацил-тРНК
являются формой поступления аминокислотных остатков в
рибосомы. Генетическая сторона биосинтеза белка определяется тем, что
поступление аминоацил-тРНК в рибосому строго детерминировано матричной РНК
(
мРНК
), являющейся копией гена, и порядок чередования кодирующих триплетов
(кодонов) вдоль цепи мРНК однозначно задает структуру синтезируемого белка.
Для этого
рибосома сканирует цепь мРНК по триплетам и последовательно выбирает
из раствора аминоацил-тРНК с соответствующими аминокислотными остатками,
выбрасывая отработанные, деацилированные тРНК. Итак, в процессе биосинтеза
белкарибосома:
а)-принимает кодированную генетическую информацию от ДНК в виде мРНК и
расшифровывает ее,
б) катализирует образование пептидных связей в реакции транспептидации
в) передвигает цепь мРНК и молекулы тРНК.
Таким образом, рибосома - сложная белоксинтезирующая частица, обладающая
одновременно генетической (декодирующее устройство), энзиматической
(рибосома как фермент пептидилтрансфераза) и механической (молекулярная
машина) функциями. Очевидно, что эти функции базируются на специфической
структуре рибосомы
как рибонуклеопротеидной частицы.
Эта статья - попытка сформулировать принципы функционирования
рибосомы на основании наших знаний о структурных особенностях
рибосомы и ее функциональных проявлениях.