Одна из важнейших функций живых клеток - производить белки, необходимые для выживания организма. Белки придают форму и структуру организму и, как ферменты, регулируют биологическую активность. Для производства белков клетке необходимо считывать и интерпретировать генетическую информацию, хранящуюся в ее дезоксирибонуклеиновой кислоте или ДНК. Сайтами клеточного синтеза белка являются рибосомы, которые могут быть свободными или связанными. Важность свободной рибосомы заключается в том, что там начинается синтез белка.
ДНК и РНК
ДНК - это длинная молекулярная цепь, состоящая из чередующихся сахарных и фосфатных групп. Одно из четырех возможных азотсодержащих нуклеотидных оснований - A, C, T и G - свешивается на каждом сахаре. Последовательность оснований вдоль цепи ДНК определяет последовательность аминокислот, образующих белки. Рибонуклеиновая кислота или РНК передает комплементарную копию части молекулы ДНК - гена - рибосомам, которые представляют собой крошечные гранулы, состоящие из РНК и белка. РНК похожа на ДНК, за исключением того, что ее сахарные группы содержат дополнительный атом кислорода, и она заменяет основание нуклеотида U на основание Т ДНК. Рибосомы создают белки в соответствии с информацией, хранящейся в информационной РНК или мРНК.
Дополнительное кодирование
Правила транскрибирования ДНК в РНК определяют соответствие между основаниями гена и основаниями мРНК. Например, основание A в гене определяет основание U в цепи мРНК. Точно так же основания T, C и G гена определяют основания A, G и C соответственно в мРНК. Генетическая информация, содержащаяся в мРНК, принимает форму триплетов нуклеотидных оснований, называемых кодонами. Например, триплет ДНК TAA создает триплет РНК UTT. Следовательно, нити ДНК и РНК содержат комплементарную, но уникальную информацию, закодированную в последовательности нуклеотидных оснований. Почти каждый триплет кодирует определенную аминокислоту, хотя несколько триплетов определяют конец гена. Несколько разных триплетов могут кодировать одну и ту же аминокислоту.
Рибосомы
Клетка производит рибосомы непосредственно из рибосомной РНК или рРНК, кодируемой специфическими генами ДНК. РРНК соединяется с белками с образованием больших и малых субъединиц. Две субъединицы соединяются только во время синтеза белка. В прокариотической клетке, то есть клетке без организованного ядра, субъединицы рибосомы свободно плавают в клеточной жидкости или цитозоле. У эукариот ферменты в ядре клетки создают субъединицы рибосомы. Затем ядро экспортирует субъединицы в цитозоль. Некоторые из рибосом могут временно связываться с клеточной органеллой, называемой эндоплазматическим ретикулумом, или ER, при построении белков, в то время как другие рибосомы остаются свободными, поскольку они синтезируют белки.
Перевод
Меньшая субъединица свободной рибосомы захватывает цепь мРНК, чтобы начать синтез белка. Затем более крупная субъединица цепляется и начинает транслировать каждый кодон мРНК. Это влечет за собой раскрытие и позиционирование каждого кодона мРНК, чтобы ферменты могли идентифицировать и присоединять аминокислоту, соответствующую текущему кодону. Молекула транспортной РНК или тРНК с дополнительным антикодоном блокируется в более крупной субъединице, а вместе с ней и назначенной ей аминокислоте. Затем ферменты переносят аминокислоту в растущую белковую цепь, вытесняют потраченную тРНК для повторного использования и выставляют следующий кодон мРНК. По завершении рибосома высвобождает новый белок, и две субъединицы диссоциируют.