Етапи та механізми трансляції (біосинтезу білка) в рибосомах

Синтез білка виступає одним із складних біосинтетичних процесів, що вимагає великої кількості ферментів та інших специфічних макромолекул. У клітинах еукаріот в білковому синтезі приймає участь більше 70 різних білків рибосом, не менше 20 ферментів, необхідних для активації амінокислот, особливих факторів ініціації, елонгації і термінації синтезу та приблизно 100 додаткових ферментів, що беруть участь у процесінгу (дозріванні) білків. Якщо врахувати, що для цього процесу необхідно більше 70 видів транспортних і рибосомних РНК, то стане зрозумілим, що синтез поліпептидів вимагає дії майже 300 різних макромолекул.

Одним із глобальних досягнень молекулярної біології являється з’ясування молекулярних основ і тонких механізмів синтезу білка, що містить сотні, а іноді тисячі залишків амінокислот. Механізм синтезу повинен володіти тонкою і точною системою кодування, яка автоматично програмує включення кожного амінокислотного залишку в певне місце поліпептидного ланцюга. Встановлено, що система кодування однозначно визначає первинну структуру, тоді як вторинна і третинна структури білкової молекули визначаються фізико-хімічними властивостями і хімічною структурою радикалів амінокислот у поліпептиді.

У з’ясування молекулярних механізмів синтезу білка певний внесок зробили біохіміки. Так, в лабораторії А. Е. Браунштейна було вперше вказано на участь АТФ в синтезі квазіпептидних зв’язків (на прикладах гіпурової кислоти, глутаміну, глутатіону і ацетаніліду). В. М. Орехович встановив, що перенесення аміноацильних або пептидильних залишків на NH₂-групу амінокислот може здійснюватися не тільки з амідного або пептидного, але й із складноефірного зв’язку. Саме цей механізм лежить в основі реакції транспептидилювання в 50S рибосомі у стадії елонгації синтезу білка.

У синтезі білка, що протікає в основному в цитоплазмі, вирішальну роль відіграють нуклеїнові кислоти, зокрема ДНК. Після того, як було встановлено, що ДНК переносить і зберігає спадкову інформацію, було поставлено питання про те, яким чином ця генетична інформація, записана (зашифрована) в хімічній структурі ДНК, трансформується у фенотипні ознаки і функціональні властивості живих організмів, які передаються по спадковості. В даний час можна дати однозначну відповідь на це питання: генетична інформація програмує синтез специфічних білків, що визначають у свою чергу специфічність структури та функції клітин, органів і цілого організму (рис. 8.20).

У природі, як відомо, існує два типи біополімерних макромолекул: так звані неінформативні біополімери (вони представлені мономерами, що повторюються, і/або розгалуженими структурами, наприклад полісахариди, полі-АДФ-рибоза, пептидоглікани, глікопротеїни) та інформативні біополімери, що несуть первинну генетичну інформацію (нуклеїнові кислоти) і вторинну генетичну, точніше фенотипну, інформацію (білки). Ці загальні уявлення можуть бути виражені наступною послідовністю (потік інформації):