Функции белков

Белки выполняют важнейшие биологические функции в организме. В ДНК хранится наследственная информация о свойствах клеток и всего организма, различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информа­ции через синтез белка.

Структура белковой молекулы, состав ее аминокислот определяется последовательностью нуклеотидов в соответ­ствующем участке молекулы ДНК. Принцип реализации на­следственной информации — экспрессинг от ДНК через РНК к белку является основой центральной догмы молекулярной биологии (рис. 4.9):

Трансляция.РНК —--------- ^ Белок

Транскрипция
ДНК---------------

Репликация

I \

ДНК ДНК

Рис. 4.9. Основные направления внутриклеточного переноса генетиче­ской информации (центральная догма молекулярной биологии)

Расшифровка генетической информации, заключенной в молекуле ДНК, осуществляется в соответствии с централь­ной молекулярно-генетической догмой.

При размножении любых форм жизни происходит уве­личение числа молекул ДНК. Из одной клетки, образовав­шейся в результате слияния гамет, получаются тысячи, мил­лионы клеток тела. Каждая исходная молекула ДНК дает начало огромному числу новых молекул ДНК с сохранени­ем в неизменном виде всех особенностей, присущих ДНК.

Это происходит в процессе репликации, при которой инфор­мация, закодированная в последовательности оснований молекулы родительской ДНК, передается с максимальной точностью дочерней ДНК (рис. 4.10).

Новая цепь 'Старая цепь /iX/ \Ж/' ^⁴v_ ^-w V Новая цепь Старая цепь*- J Д\/ Новая цепь Новая цепь

Новая цепь

тарая цепь

Репликация ДНК— единственно возможный способ уве­личения числа молекул ДНК, который подсказывает сама структура этих молекул. С помощью фермента ДНК-поли-меразы разрываются слабые водородные связи между дву­мя цепями ДНК, образуются одноцепочечные цепи, кото­рые могут раскручиваться и разделяться, после чего каждая из них служит матрицей для синтеза комплементарной (до­черней) нити — две двухцепочечные молекулы ДНК.

Новая цепь _жг Старая цепь

6 Новая цепь
Родительская ДНК Дочерняя ДНК Дочерняя ДНК

первого поколения второго поколения

Рис. 4.10. Репликация ДНК

Таким образом, из каждой исходной молекулы ДНК по­лучаются две копии с идентичной структурой. Уникальная структура каждой белковой молекулы, ее аминокислотный состав определяется особым процессом синтеза белка, в ре­зультате которого реализуется информация о последователь­ности аминокислот, записанная в ДНК.

Синтез новых нитей ДНК протекает всегда в направле­нии от 5' атома углерода сахара к 3' атому. Репликация име­ет полуконсервативный характер — в каждой вновь образуе­мой молекуле ДНК одна нить происходит от родительской молекулы, а вторая синтезируется заново. Как известно, в состав ДНК входит последовательность из 4 нуклеотидов, белковые молекулы включают 20 аминокислот. Наследствен­ная информация, закодированная с помощью нуклеотидов, переносится в первичную структуру — полипептидную цепь.

Процесс репликации нуклеиновых кислот целиком за­висит от работы ряда ферментов. Установлено, что в этом процессе участвуют минимум четыре группы ферментов: ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, эндонуклеазы и ДНК-лигазы:

1. Впервые ДНК-полимераза была получена в очищенном виде А. Корнбергом из Е. coli в 1958 г. В клетках содер­жатся три различные формы ДНК-полимераз, все они обладают синтезирующей активностью и способны уд­линять цепи ДНК в направлении 5'—3', последователь­но прибавляя по одному нуклеотиду к З'-ОН — концу цепи. Репликацию ДНК осуществляет ДНК-полимера­за, а репарацию (исправление) поврежденных участков ДНК осуществляют ДНК-полимеразы I, П.

2. РНК-полимераза — фермент, осуществляющий транс­крипцию РНК.

3. Эндонуклеазы — ферменты, разрезающие двухнитевую молекулу ДНК в местах, соответствующих последова­тельностям из 4—12 нуклеотидов.

4. ДНК-лигазы — ферменты, катализирующие образование фосфодиэфирной связи между 3'- и 5'-концами фрагмен­тов ДНК.

Репликация ДНК начинается с разрыва в одной из двух цепей ДНК под действием эндонуклеазы. Затем к этому месту присоединяется ДНК-полимераза и начинается непре­рывный синтез нового олигонуклеотида на одной из двух родительских цепей в направлении 5'—3'. Из второй цепи родительской ДНК идет прерывистый синтез, сопровожда­ющийся образованием фрагментов ДНК, также в направле­нии 5'—3' с последующим объединением фрагментов ДНК при участии ДНК-лигаз в единую полинуклеотидную моле­кулу.

Инициация биосинтеза дочерних цепей ДНК требует предварительного синтеза на материнской ДНК затравочно­го олигонуклеотидного праймера со свободной гидроксиль-ной группой. Этот олигонуклеотид, содержащий около 50 нук-леотидных остатков, синтезируется комплементарно на мат­рице ДНК при участии РНК-полимеразы.

Таким образом, репликация ДНК обеспечивает высочай­шую точность воспроизведения генетической информации в поколениях клеток и организмов в целом, т.е. реализует одну из основных функций нуклеиновых кислот (ДНК) — сохра­нение генетической информации.

Белки-ферменты выполняют очень важную роль в обме­не веществ в организме. Они являются катализаторами хи­мических реакций, обеспечивая их в условиях гомеостаза. Ферменты — это белковые молекулы, синтезируемые жи­выми клетками. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многочислен­ные химические реакции в организме.

Но кроме этого белковые молекулы выполняют и дру­гие задачи. Например, они являются структурной основой как клеток, так и органов. Регуляторные белки регулируют основные процессы в клетке и в организме в целом. Сокра­тительные белки обеспечивают движение клеток и орга­низма. Транспортные белки переносят различные химичес­кие вещества из одного органа в другой. Защитные белки обеспечивают устойчивость организма к различным воздей­ствиям.

Дата добавления: 2015-10-02