Лекарственные растения и травы

Меню сайта

Биосинтез белка в клетке — кратко и понятно. Биосинтез белка в растениях


Синтез и распад белков в растении

Характерной особенностью растений является способность к синтезу всех входящих в состав белков аминокислот непосредственно за счет неорганических азотистых соединений - аммиака и нитратов.

Свободный аммиак ядовит для растений, поэтому растения сразу используют его на синтез аминокислот. Нитраты же могут накапливаться в тканях растений и в довольно больших количествах. Нитраты, прежде, чем вступить во взаимодействие с углеводами, подвергаются восстановлению до нитритов, а затем до аммиака. Промежуточным продуктом при этом является гидроксиламин.

Возможные пути превращений аминокислот

Схема восстановления нитратов до аммиака:

НNO3 ® НNO2 ® (НNO2) 2 ® Nh3OH ® Nh4

Этот процесс имеет универсальное значение.

Аммиак, либо образовавшийся из нитритов, либо поглощенный, немедленно вступает в реакцию с кетокислотами, образуя аминокислоты. Прямое аминирование кетокислотаммиаком - общий способ построения аминокислот. Это основной путь синтеза аминокислот. Протекание этих реакций - процесс обратимый, так как разложение амсинокислот (например при прорастании семян) или дезаминирование, протекающее по окислительному типу, заканчивается образованием кетокислоты и аммиака.

Процесс идет в две стадии:

Образование иминокислоты: 

Nh4 + Ch4COCOOH Û Ch4C=NHCOOH + h3O

Образование аминокислоты:

Ch4C=NHCOOH + 2Н+ Û СН3СНNН2СООН

НАД. Н2 аланин

Образование аминокислот может также происходить в результате ферментативного превращения одной аминокислоты в другую, например:

орнитин Û пролин Û глютаминовая кислота

Биосинтез белка - один из сложнейших процессов в клетке. Он осуществляется в рибосомах, важным компонентом которых является магний, который составляет до 2,5% от сухого веса и поддерживает активную структуру рибосом. В биосинтезе белка задействована информационная система - ядерная ДНК ® информационная РНК® рибосомальная (матричная) РНК - и большое количество АТФ, так как это процесс эндэрготический, при котором потребляется большое количество энергии.

Аминокислоты, синтезирующиеся в клетке, активируются своими специфическими ферментами и с помощью транспортных РНК переносятся к рибосоме, где собственно и происходит процесс построения первичной цепочки любого пептида. Транспортная РНК имеет антикодон, который должен соответствовать кодону матричной РНК для того, чтобы аминокислота отсоединилась от т-РНК и встроилась в пептид.

Диссимиляция белка начинается с его гидролитического расщепления, происходящего под воздействием протеолитических ферментов и сопровождающегося образованием свободных аминокислот. Этот процесс активно происходит при прорастании семян, при этом образующиеся аминокислоты идут на построение тканей проростка. Важнейшим этапом диссимиляции аминокислот является их дезаминирование с образованием свободного аммиака.

Окислительное дезаминирование (с образованием кетокислоты и аммиака) является процессом, обратным синтезу аминокислот, и происходит через образование иминокислоты. Именно этот процесс происходит при брожении, в частности, при спиртовом брожении, когда используются натуральные продукты (зерно, сахарная свекла), имеющие в своем составе белки. При брожении из белков образуются в результате дезаминирования кетокислоты, которые и придают специфический неприятный запах и вкус бродильной жидкости и называются " сивушными маслами".

Разложение белков может также проходить по механизмам восстановительного дезаминирования и гидролитического дезаминирования.

Восстановительное дезаминирование является путем, соединяющим метаболизм белков и липидов:

RCHNh3COOH + 2H+ Û RCh3COOH + Nh4

Гидролитическое дезаминирование является путем, соединяющим метаболизм белков и углеводов:

СООНСН2СНNh3COOH + HOH (h3O) Û COOHCOCh3COOH + Nh4 + 2H+

Водород, отнятый у аминокислоты дегидрогеназой, передается хинону, который превращается в полифенол, а затем опять окисляется до воды и хинона:

2Н+ + хинон Û полифенол + О Û Н2О + хинон

Дезаминирование аминокислот является основным способом превращения азотистых веществ в безазотистые соединения, которые могут быть затем использованы для дальнейшей переработки в углеводы и жиры.

Аммиак либо вступает в реакцию аминирования и образует с кетокислотами новые аминокислоты, либо связывается с органическими кислотами, образуя аммиачные соли (особенно у кислых растений - щавеля, ревеня). У большинства растений обезвреживание аммиака происходит путем образования амидов - аспарагина и глютамина (т. е. амидов аспарагиновой и глютаминовой аминокислот).

Физиологическая роль амидов заключается в:

  • обезвреживании ( связывании) аммиака,
  • создании резерва диаминодикарбоновых аминокислот, необходимых для ферментативного переаминирования,
  • предохранении от окисления дикарбоновых аминокислот.

Синтез амидов проходит по схеме:

Синтез аспарагиновой или глютаминовой кислот,

Амидирование аспарагиновой или глютаминовой кислот в следующем порядке:

а). АТФ + глютаминсинтетаза ® глютаминсинтетазафосфат + АДФ,

б). глютаминсинтетазафосфат + Н ООС-СН2СН2СНNh3СООН Û

Р ООС-СН2СН2СНNh3СООН + глютаминсинтетаза

в). Р ООС-СН2СН2СНNh3СООН + Nh4 Û Nh3 -CO-СН2СН2СНNh3СООН + Н3РО4

Кроме дезаминирования при диссимиляции аминокислот важную роль играет и процесс декарбоксилирования, сопровождающийся образованием углекислого газа и аминов. Амины либо вступают в реакции синтеза новых аминокислот, либо появляются при гнилостных распадах белков и входят в круговорот веществ уже в качестве питания для других организмов. Ферменты, определяющие этот процесс, называются декарбоксилазами.

Особенно легко амины используются растением для синтеза алкалоидов. Алкалоиды образуются из аминов путем выделения аммиака и образования соответствующего азотистого гетероцикла. Кроме того, амины могут подвергаться дальнейшему окислению, образуя аммиак и альдегид. При этом альдегид снова вступает во взаимодействие другими аминами и карбонильными соединениями, образуя алкалоиды.

Кроме образования алкалоидов одним из путей дальнейшего превращения аминов является их метилирование, проходящее с помощью метилтрансфераз. С помощью этого процесса происходит, например, образование никотина в табаке, холина, который играет важную роль в метаболизме клетки, являясь частью фосфатидов, или встречается в свободном виде.

Метилированию могут подвергаться не только амины, но и аминокислоты, в результате образуются бетаины, которые затрудняют кристаллизацию сахара.

Белковый и аминокислотный обмен тесно связан с обменом витаминов, так как некоторые из них являются составной частью активных групп ферментов, катализирующих превращения аминокислот. Кроме того, некоторые витамины образуются из аминокислот, например, никотиновая кислота из триптофана. Из ряда аминокислот образуются также гормоны роста типа ауксина, b-индолилуксусной кислоты.

В растении метаболизм азота начинается процессом гидролитического и окислительного распада белков, образованием аминокислот и амидов, которые поступают из эндосперма или семядолей в росток и служат в нем исходным материалом для синтеза белков протоплазмы. Когда росток начинает ассимилировать углекислый газ, главными местами новообразования белков становятся лист и корень. По мере развития растения начинается перетекание аминокислот и белков из листьев к соцветиям и плодам, а, следовательно, к семенам.



biofile.ru

Биосинтез белка

Биосинтез белка.

Пластический обмен (ассимиляция или анаболизм) – совокупность реакций биологического синтеза. Название этого вида обмена отражает его сущность: из веществ, поступающих в клетку из вне, образуются вещества, подобные веществам клетки.

Рассмотрим одну из важнейших форм пластического обмена – биосинтез белков. Биосинтез белков осуществляется во всех клетках про -и эукариот. Информация о первичной структуре (порядке аминокислот) белковой молекулы закодирована последовательностью нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК — гене.

Ген— это участок молекулы ДНК, определяющий порядок аминокислот в молекуле белка. Следовательно, от порядка нуклеотидов в гене зависит порядок аминокислот в полипептиде, т.е. его первичная структура, от которой в свою очередь зависят все другие структуры, свойства и функции белковой молекулы.

Система записи генетической информации в ДНК (и - РНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом. Т.е. единица генетического кода (кодон) — это триплет нуклеотидов в ДНК или РНК, кодирующий одну аминокислоту.

Всего генетический код включает 64 кодона, из них 61 кодирующий и 3 некодирующих (кодоны-терминаторы, свидетельствующие об окончании процесса трансляции).

Кодоны-терминаторы в и - РНК: УАА, УАГ, УГА, в ДНК: АТТ, АТЦ, АЦТ.

Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК — ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется.

Генетический код обладает характерными свойствами.

1.      Универсальность — код одинаков для всех организмов. Один и тот же триплет (кодон) в любом организме кодирует одну и ту же аминокислоту.

2.      Специфичность — каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.

3.      Вырожденность — большинство аминокислот могут кодироваться несколькими кодонами. Исключение составляют 2 аминокислоты — метионин и триптофан, имеющие лишь по одному варианту кодона.

4.      Между генами имеются «знаки препинания» — три специальных триплета (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых обозначает прекращение синтеза полипептидной цепи.

5.      Внутри гена «знаков препинания» нет.

Для того, чтобы синтезировался белок, информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа – транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (переписывание) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует последовательности нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК.

Она (и - РНК) является посредником, передающим информацию от ДНК к месту сборки молекул белка в рибосоме. Синтез и - РНК (транскрипция) происходит следующим образом. Фермент (РНК - полимераза) расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей (кодирующей) по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК. Синтезированная таким образом (матричный синтез) молекула и - РНК выходит в цитоплазму, и на один ее конец нанизываются малые субъединицы рибосом.

Второй этап в биосинтезе белка — трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле и - РНК в последовательность аминокислот в полипептиде. У прокариот, не имеющих оформленного ядра, рибосомы могут связываться с вновь синтезированной молекулой и - РНК сразу же после ее отделения от ДНК или даже до полного завершения ее синтеза. У эукариот и - РНК сначала должна быть доставлена через ядерную оболочку в цитоплазму. Перенос осуществляется специальными белками, которые образуют комплекс с молекулой и - РНК. Кроме функций переноса эти белки защищают и - РНК от повреждающего действия цитоплазматических ферментов.

В цитоплазме на один из концов и - РНК (а именно на тот, с которого начинается синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и начинается синтез полипептида. По мере продвижения по молекуле РНК рибосома транслирует триплет за триплетом, последовательно присоединяя аминокислоты к растущему концу полипептидной цепи. Точное соответствие аминокислоты коду триплета и - РНК обеспечивается т - РНК.

Транспортные РНК (т - РНК) «приносят» аминокислоты в большую субъединицу рибосомы. Молекула т - РНК имеет сложную конфигурацию. На некоторых участках ее между комплементарными нуклеотидами образуются водородные связи, и молекула по форме напоминает лист клевера. На ее верхушке расположен триплет свободных нуклеотидов (антикодон), который соответствует определенной аминокислоте, а основание служит местом прикрепления этой аминокислоты (рис. 1).

Рис. 1. Схема строения транспортной РНК: 1 — водородные связи; 2 — антикодон; 3 —место прикрепления аминокислоты.

Каждая т - РНК может переносить только свою аминокислоту. Т-РНК активируется специальными ферментами, присоединяет свою аминокислоту и транспортирует ее в рибосому. Внутри рибосомы в каждый данный момент находится всего два кодона и-РНК. Если антикодон т-РНК является комплементарным кодону и-РНК, то происходит временное присоединение т-РНК с аминокислотой к и-РНК. Ко второму кодону присоединяется вторая т-РНК, несущая свою аминокислоту. Аминокислоты располагаются рядом в большой субъединице рибосомы, и с помощью ферментов между ними устанавливается пептидная связь. Одновременно разрушается связь между первой аминокислотой и ее т-РНК, и т-РНК уходит из рибосомы за следующей аминокислотой. Рибосома перемещается на один триплет, и процесс повторяется. Так постепенно наращивается молекула полипептида, в которой аминокислоты располагаются в строгом соответствии с порядком кодирующих их триплетов (матричный синтез) (рис. 2).

Рис. 2. Схема бисинтеза белка: 1 — и-РНК; 2 - субъединицы рибосомы; 3 — т-РНК с аминокислотами; 4 — т-РНК без аминокислот; 5 — полипептид; 6 — кодон и-РНК; 7- антикодон т-РНК.

Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. Однако, нередко по одной молекуле и-РНК движется несколько рибосом. Такие комплексы называются полирибосомами. После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы и-РНК, сворачивается в спираль и приобретает свойственную ей (вторичную, третичную или четвертичную) структуру. Рибосомы работают очень эффективно: в течение 1с бактериальная рибосома образует полипептидную цепь из 20 аминокислот.

Источник: Н. С. Курбатова, Е. А. Козлова "Конспект лекций по общей биологии"

Р.Г. Заяц "Биология для абитуриентов. Вопросы, ответы, тесты, задачи"

 

xn--90aeobapscbe.xn--p1ai

17.Биосинтез белков в клетках.

Биосинтез белков идет в каждой живой клетке. Наиболее активен он в молодых растущих клетках, где синтезируются белки на построение их органоидов, а также в секреторных клетках, где синтезируются белки-ферменты и белки-гормоны.

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном. Молекула ДНК содержит несколько сотен генов. В молекуле ДНК записан код о последовательности аминокислот в белке в виде определенно сочетающихся нуклеотидов. Код ДНК удалось расшифровать почти полностью. Сущность его состоит в следующем. Каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов.

Например, участок Т—Т—Т соответствует аминокислоте лизину, отрезок А—Ц—А — цистину, Ц—А—А — валину н т. д. Разных аминокислот — 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Следовательно, триплетов с избытком хватает для кодирования всех аминокислот.

Синтез белка — сложный многоступенчатый процесс, представляющий цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза.

Поскольку ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в цитоплазме, существует посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Таким посредником является и-РНК. :

В биосинтезе белка определяют следующие этапы, идущие в разных частях клетки:

1. Первый этап — синтез и-РНК происходит в ядре, в процессе которого информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (от лат. «транскриптик» — переписывание).

2. На втором этапе происходит соединение аминокислот с молекулами т-РНК, которые последовательно состоят из трех нуклеотидов — антикодонов, с помощью которых определяется свой триплет-кодон.

3. Третий этап — это процесс непосредственного синтеза полипептидных связей, называемый трансляцией. Он происходит в рибосомах.

4. На четвертом этапе происходит образование вторичной и третичной структуры белка, то есть формирование окончательной структуры белка.

Таким образом, в процессе биосинтеза белка образуются новые молекулы белка в соответствии с точной информацией, заложенной в ДНК. Этот процесс обеспечивает обновление белков, процессы обмена веществ, рост и развитие клеток, то есть все процессы жизнедеятельности клетки.

18.Энергетический обмен в клетках.

Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Растения аккумулируют солнечную энергию в органических веществах при фотосинтезе. В процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и энергия химических связей освобождается. Частично она рассеивается в виде тепла, а частично запасается в молекулах АТФ. У животных энергетический обмен протекает в три этапа.

Первый этап — подготовительный. Пища поступает в организм животных и человека в виде сложных высокомолекулярных соединений. Прежде чем поступить в клетки и ткани, эти вещества должны разрушиться до низкомолекулярных, более доступных для клеточного усвоения веществ.

На первом этапе происходит гидролитическое расщепление органических веществ, идущее при участии воды. Оно протекает под действием ферментов в пищеварительном тракте многоклеточных животных, в пищеварительных вакуолях одноклеточных, а на клеточном уровне — в лизосомах.

Реакции подготовительного этапа:

белки + Н20 -> аминокислоты + Q;

жиры + Н20 -> глицерин + высшие жирные кислоты + Q;

полисахариды -> глюкоза + Q.

У млекопитающих и человека белки расщепляются до аминокислот в желудке и в двенадцатиперстной кишке под действием ферментов — пептидгидролаз (пепсина, трипсина, хемотрипсина). Расщепление полисахаридов начинается в ротовой полости под действием фермента птиалина, а далее продолжается в двенадцатиперстной кишке под действием амилазы. Там же расщепляются и жиры под действием липазы. Вся энергия, выделяющаяся при этом, рассеивается в виде тепла.

Образующиеся низкомолекулярные вещества поступают в кровь и доставляются ко всем органам и клеткам. В клетках они поступают в лизосому или непосредственно в цитоплазму. Если расщепление происходит на клеточном уровне в лизосомах, то вещество сразу же поступает в цитоплазму. На этом этапе происходит подготовка веществ к внутриклеточному расщеплению.

Второй этап — бескислородное окисление. Второй этап осуществляется на клеточном уровне при отсутствии кислорода. Он протекает в цитоплазме клетки. Рассмотрим расщепление глюкозы, как одного из ключевых веществ обмена в клетке. Все остальные органические вещества (жирные кислоты, глицерин, аминокислоты) на разных этапах втягиваются в процессы ее превращения.

Бескислородное расщепление глюкозы называется гликолизом. Глюкоза претерпевает ряд последовательных превращений (рис. 16). Вначале она преобразуется во фруктозу, фосфорилируется — активируется двумя молекулами АТФ и превращается во фруктозо-дифосфат. Далее молекула шестиатомного углевода распадается на два трехуглеродных соединения — две молекулы глицерофосфата (триозы). После ряда реакций они окисляются, теряя по два атома водорода, и превращаются в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). В результате этих реакций синтезируются четыре молекулы АТФ. Так как первоначально на активацию глюкозы было затрачено две молекулы АТФ, то общий итог составляет 2АТФ. Таким образом, выделяющаяся при расщеплении глюкозы энергия частично запасается в двух молекулах АТФ, а частично расходуется в виде тепла. Четыре атома водорода, которые были сняты при окислении глицерофосфата, соединяются с переносчиком водорода НАД+ (никотинамид-динуклеотидфосфат). Это такой же переносчик водорода, как и НАДФ+, но участвует в реакциях энергетического обмена.

Третий этап — биологическое окисление, или дыхание. Этот этап протекает только в присутствии кислорода и иначе называется кислородным. Он протекает в митохондриях.

Пировиноградная кислота из цитоплазмы поступает в митохондрии, где теряет молекулу углекислого газа и превращается в уксусную кислоту, соединяясь с активатором и переносчиком коэнзимом-А (рис. 17). Образующийся ацетил-КоА далее вступает в серию циклических реакций. Продукты бескислородного расщепления — молочная кислота, этиловый спирт — также далее претерпевают изменения и подвергаются окислению кислородом. В пировиноградную кислоту превращается молочная кислота, если она образовалась при недостатке кислорода в тканях животных. Этиловый спирт окисляется до уксусной кислоты и связывается с КоА.

Циклические реакции, в которых происходит преобразование уксусной кислоты, носят название цикла ди- и трикарбоновых кислот, или цикла Кребса, по имени ученого, впервые описавшего эти реакции. В результате ряда последовательных реакций происходит декарбоксилирование — отщепление углекислого газа и окисление — снятие водорода с образующихся веществ. Углекислый газ, образующийся при декарбоксилировании ПВК и в цикле Кребса, выделяется из митохондрий, а далее из клетки и организма в процессе дыхания. Таким образом, углекислый газ образуется непосредственно в процессе декарбоксилирования органических веществ. Весь водород, который снимается с промежуточных веществ, соединяется с переносчиком НАД+, и образуется НАД•2Н. При фотосинтезе углекислый газ соединяется с промежуточными веществами и восстанавливается водородом. Здесь идет обратный процесс.

Проследим теперь путь молекул НАД•2Н. Они поступают на кристы митохондрий, где расположена дыхательная цепь ферментов. На этой цепи происходит отщепление водорода от переносчика с одновременным снятием электронов. Каждая молекула восстановленного НАД•2Н отдает два водорода и два электрона. Энергия снятых электронов очень велика. Они поступают на дыхательную цепь ферментов, которая состоит из белков — цитохромов. Перемещаясь по этой системе каскадно, электрон теряет энергию. За счет этой энергии в присутствии фермента АТФ-азы синтезируются молекулы АТФ. Одновременно с этими процессами происходит перекачивание ионов водорода через мембрану на наружную ее сторону. В процессе окисления 12 молекул НАД-2Н, которые образовались при гликолизе (2 молекулы) и в результате реакций в цикле Кребса (10 молекул), синтезируются 36 молекул АТФ. Синтез молекул АТФ, сопряженный с процессом окисления водорода, называется окислительным фосфорилированием. Этот процесс был впервые описан русским ученым В. А. Энгельгардтом в 1931 г. Конечным акцептором электронов является молекула кислорода, поступающая в митохондрии при дыхании. Атомы кислорода на наружной стороне мембраны принимают электроны и заряжаются отрицательно. Положительные ионы водорода соединяются с отрицательно заряженным кислородом, и образуются молекулы воды. Вспомним, что кислород атмосферы образуется в результате фотосинтеза при фотолизе молекул воды, а водород идет на восстановление углекислого газа. В процессе энергетического обмена водород и кислород вновь соединяются и превращаются в воду.

studfiles.net

Биосинтез белков

Реализация наследственной информации, заключенной в генотипе организма, происходит в результате синтеза белка. Синтез белка носит матричный характер. Сами по себе аминокислоты соединиться в полипептидную цепочку не могут, для этого необходим шаблон — матрица. Матрица определяет возможность создания полипептидной цепочки, а также ее специфичность (последовательность аминокислот). Матрицей для синтеза белка служит нуклеиновая кислота. Вся эта цепь событий ДНК —> про-мРНК (предшественник мРНК) —> мРНК —> белок носит название экспрессии генов и включает: транскрипцию — синтез про-мРНК с последовательностью оснований, комплементарных (соответственных) ДНК; посттранскрипционные изменения, при которых про-мРНК перерабатывается в мРНК и переносится в цитоплазму на рибосомы; трансляцию — процесс синтеза белка с определенной последовательностью аминокислот. Рассмотрим эти процессы подробнее. План построения белка зашифрован в ДНК и находится в ядре. Между тем синтез белка осуществляется на рибосомах, которые в основном расположены в цитоплазме. Молекулы ДНК слишком велики и через поры ядра выйти не могут. Передача информации от ДНК осуществляется с помощью информационной или матричной РНК (мРНК). Этот процесс носит название транскрипции (переписывания). В клетках прокариот транскрипция начинается с того, что фермент РНК-полимераза узнает определенную последовательность нуклеотидов ДНК (промотор). Для успешного взаимодействия РНК-полимеразы с ДНК-матрицей не­обходима белковая субъединица сигма. Показано, что у бактерий имеется несколько генов, кодирующих разные сигма-субъединицы. Связываясь с промотором, фермент расплетает в этом участке двойную спираль ДНК. После этого ДНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК и на одной из нитей (значащей), Как на матрице, строится и-РНК. Процесс транскрипции происходит в определенные моменты жизни клетки — именно в период между делениями (интерфаза). Транскрипция на каждом этапе жизни клетки и организма происходит лишь на части (примерно 10%) так называемых активных генов. В результате процесса транскрипции образуется РНК комплементарная, т. е. соответственная той цепочке ДНК, на которой она строится. Так, если в молекуле ДНК имеется азотистое основание гуанин, то в РНК — цитозин, и наоборот. В ДНК комплементарной парой является аденин — тимин. Однако в составе РНК тимин заменяется урацилом. Поэтому если в молекуле ДНК имеется аденин, то в молекуле РНК напротив аденина будет урацил.

Регуляция транскрипции у эукариот отличается от таковой прокариот тремя важными особенностями. Во-первых, у эукариот функционируют три разных типа РНК-полимераз: I, II, III. Основная часть генов, кодирующих полипептиды, считывается РНК-полимеразой П. PHK-полимераза I катализирует образование части рибосомной РНК (рРНК), а PHK-полимераза III — мелких РНК, например, малых ядерных РНК (мяРНК). РНК-полимеразы выделены из клеток высших растений, в частности из проростков гороха и кукурузы. РНК-полимераза (полное название этого фермента ДНК-зависимая — РНК полимераза) как бы считывает генетическую информацию с ДНК и переводит ее на язык РНК. Во-вторых, PHK-полимераза эукариот не может самостоятельно начать, т. е. инициировать транскрипцию. Для этого необходим транкрипционный фактор, включающий большое число белков, которые для начала транскрипции должны объединиться в комплекс. В-третьих, у эукариот значительно сложнее устроен промотор. И, наконец, ряд особенностей транскрипции связан с молекулярной организацией гена у эукариот. В настоящее время доказано, что ДНК гена, не непрерывна, а как бы разорвана. Сегменты ДНК, несущие информацию,— экзоны разделены неинформативными сегментами — нитронами. Процесс транскрипции у эукариот начинается с того, что транскрипционный фактор образует комплекс и фосфорилирует РНК-полимеразу П. Именно транскрипционный фактор позволяет определить место инициации транскрипции. PHK-полимераза связывается с инициирующим фрагментом ДНК, считывая информацию в направлении 3' —> 5'. После этого транскрипционный фактор высвобождается и может снова соединяться с новой молекулой РНК полимеразы.

 

 

Поскольку ген эукариот имеет прерывистую (экзон-интронную) структуру, то в процессе транскрипции PHK-полимераза считывает информацию со всей цепочки ДНК как с экзонов, так и с интронов. Образуется гигантская молекула РНК — предшественник мРНК (про-мРНК), которая значительно длиннее, чем зрелая мРНК. Молекулы про-мРНК претерпевают созревание—процессию. Здесь же в ядре из про-мНК вырезаются и удаляются участки, считанные с интронов, а фрагменты, которые были считаны с экзонов, соединяются в одну общую последовательность. Происходит сшивка или, как говорят, сплайсинг. В молекулярном механизме сплайсинга важнейшую роль играют так называемые малые ядерные РНК (мяРНК), которые катализируют процесс.

Кроме того, к образовавшейся РНК прикрепляется защитная химическая группировка — кэп (шляпка), которая блокирует 5'-конец мРНК и обеспечивает узнавание молекул РНК рибосомой. Также происходит присоединение к З'-концу последовательности, состоящей из 100—200 остатков адениловой кислоты (поли А). Такая химическая модификация мРНК необходима для стабильности мРНК, а также способствует транспорту зрелой мРНК из ядра. Перенос мРНК в цитоплазму к месту синтеза белка происходит через поры ядра в комплексе с белком. Сплайсинг происходит различными путями. В некоторых случаях экзоны вырезаются и не используются. Благодаря этому экспрессия одного гена приводит к появлению различных полипептидов — альтернативный сплайсинг.

В процессе синтеза белка важную роль выполняет еще одна группа рибонуклеиновых кислот — транспортные РНК (тРНК). Гипотеза об их существовании была высказана в 1955 г. Ф. Криком, который предположил, что в синтезе белка участвуют не сами аминокислоты, а продукты их взаимодействия с определенными веществами. В настоящее время установлено, что тРНК имеет сравнительно низкую молекулярную массу (25—30 тыс.), состоит из 70—80 нуклеотидов. В состав белков входит 20 аминокислот, каждой аминокислоте соответствует своя т-РНК. Благодаря определенному расположению комплиментарных нуклеотидов полинуклеотидная цепочка тРНК свернута определенным образом. В качестве обобщенной вторичной структуры принята структура, получившая название «клеверного листа». Однако для некоторых тРНК обнаружена иная структура, при которой одно «плечо» отсутствует. Рентгеноструктурный анализ позволил установить третичную структуру тРНК. Она оказалась составленной из двух стеблей наподобие буквы L.

 

Структура валиновой тРНК

Кроме отбора аминокислот, связывания их и переноса к месту синтеза белка (акцепторная функция), тРНК способна узнавать триплет мРНК, соответствующий транспортируемой аминокислоте и обеспечивать ее включение в определенный участок на растущей полипептидной цепи (адапторная функция). Поэтому каждая тРНК имеет двойную специфичность. Она несет специфичный триплет (антикодон), ответственный за прикрепление к определенному месту РНК (кодону). Вместе с тем тРНК специфична по отношению к ферментам аминоацил-тРНК-синтетазам, ответственным за их связывание с определенной аминокислотой. В свою очередь аминоацил-тРНК-синтетазы (или кодазы) также имеют двойную специфичность. Каждой аминоацил-тРНК-синтетазе соответствует своя тРНК и своя аминокислота. Для того, чтобы аминокислота вошла в состав полипептидной цепочки белка, нужна энергия. Активация, или обогащение энергией, аминокислоты (АК) происходит за счет ее реакции с АТФ: АК + АТФ = АК - АМФ + 2Фн. Реакция идет при участии фермента аминоацил-тРНК-синтетазы. Образовавшийся аминоациладенилат остается связанным с ферментом и далее вступает в реакцию с тРНК, при этом образуется аминоацил-тРНК:

АК - АМФ + тРНК -> АК - тРНК + АМФ.

Таким образом, аминоацил-тРНК-синтетазы осуществляют оба этапа активации аминокислот: взаимодействие аминокислоты с АТФ, а затем ее перенос на молекулу тРНК. Процесс трансляции, или «перевода» нуклеотидной последовательности молекулы мРНК в последовательность аминокислот белковой молекулы начинается на рибосоме с образования комплекса между мРНК, аминоацил-тРНК и рибосомой. Этот этап — инициация трансляции — заключается в следующем. Одноцепочечная спирализованная молекула мРНК прикрепляется к малой субъединице рибосомы — к тому ее участку, который примыкает к большой субъединице. При этом в каждый момент к рибосоме прикрепляется небольшой участок цепи мРНК, содержащий один кодон. В участке малой субъединицы рибосомы к другому кодону мРНК с помощью антикодона присоединяется аминоацил-ДНК. Этот процесс идет при участии белков (факторы инициации). После того КЯХ инициаторная аминокислота (АК1) со своей тРНК1 вошла в малую субъединицу рибосомы, происходит смыкание последней с большой субъединицей. После смыкания субъединиц тРНК1 вместе с АК1 переносится на большую субъединицу. Одновременно мРНК перемещается на один кодон. В результате в малую субъединицу входит следующий кодон, кодирующий другую аминокислоту) - AK2. К этому кодону с помощью антикодона присоединяется комплекс тРНК1 с АК2. В рибосоме оказываются две аминокислоты, ориентированные друг около друга таким образом, что карбоксильная группа первой аминокислоты оказывается рядом с аминогруппой второй аминокислоты. В результате сближения этих групп карбоксил отщепляется от тРНК1 и реагирует с аминогруппой второй аминокислоты, при этом образуется пептидная связь. Образовавшийся дипептид присоединен к тРНК2; тРНК1 высвобождается и уходит в цитоплазму. В результате дипептид с соответствующей т-PHK2 оказывается связанным с большой субъединицей, а мРНК перемещается еще на один триплет. Присоединение аминокислотных остатков (элонгация) повторяется многократно, пока не образуется полипептидная цепочка (белок).

Окончание образования полипептидной цепочки (терминация) связано с тем, что в малую субъединицу вступает терминальный кодон. Образовавшаяся полипептидная цепочка покидает рибосому. Показано, что каждая мРНК может нести информацию о нескольких молекулах белка. Большое значение имеет объединение рибосомы в цепочки — полисомы. В этом случае одна молекула мРНК может последовательно присоединяться к ним и служить матрицей для синтеза нескольких одинаковых молекул белка. Когда синтез белка закончен, мРНК распадается.

Поскольку синтез белковой молекулы идет с большой скоростью — от нескольких секунд до одной минуты, время жизни мРНК очень невелико. Правда, на определенных фазах развития растений синтезируются так называемые долгоживущие молекулы мРНК. Так, например, они имеются в семенах. При набухании и прорастании семян новообразование белков-ферментов может идти с использованием этой предобразованной мРНК. Таким образом, в жизни клетки важнейшее значение имеет триада ДНК — РНК — белок. Надо сказать, что у некоторых вирусов наследственную информацию несет РНК, а не ДНК. Есть вирусы, у которых имеется обратная последовательность: на молекуле РНК строится ДНК, которая переносит информацию. Процесс носит название обратной транскрипции.

Подводя итоги, можно сказать: из поколения в поколение каждого организма передаются специфические молекулы ДНК, которые несут в себе план построения белковых молекул. План построения белка записан в ДНК с помощью кода, представленного чередованием азотистых оснований. ДНК в процессе эволюции может претерпевать случайные изменения. Среди этих изменений, которые передаются по наследству, могут возникать полезные, дающие организмам преимущество в борьбе за существование. Эти изменения сохраняются естественным отбором. Новые комбинации, новые сочетания генов, новый геном создаются также в процессе скрещивания. В конце 70-х годов были проведены исследования, позволившие вскрыть еще один механизм генетических изменений, играющий важную роль в эволюции. Были открыты подвижные генетические элементы.

 

 

Схема биосинтеза белка (по А.С. Спирину):

1 — связывание формилметионин-тРНК с начальным кодоном матричного полинуклеотида на 30S субъединице рибосомы;

2 — ассоциация субъединиц в полную рибосому;

3 — транслокация формилметионин-тРНК на 50S субъединицу рибосомы;

4 — связывание второй аминоацил-тРНКаа с 30S субъединицей рибосомы;

5 — образование первой пептидной связи — перенос формилметионинового остатка с тРНК ф-мет на аминогруппу аминоацил-тРНКза

Оказалось, что некоторые участки ДНК (гены) способны перемещаться как в пределах одной хромосомы, так и между хромосомами. Эти участки ДНК получили название мобильных или «прыгающих» генов. Перемещение участков может вызывать мутационные (наследственные) изменения, а также регулировать работу (экспрессию) генома. Впервые «мобильные» гены были открыты в растениях кукурузы еще в конце 40-х годов Барбарой Мак-Клинт. Однако только в последние годы было показано, что давно известная мозаичная окраска зерна кукурузы — результат действия «мобильных» генов. В настоящее время показано, что мобильные генетические элементы — широко распространенное явление, и это важный источник изменчивости, т. е. того материала, из которого под действием естественного отбора сохраняется все полезное для вида. Не исключено, что они оказывают влияние и на развертывание генетической программы в процессе индивидуального развития организма.

fizrast.ru

Биосинтез белка в клетке — кратко и понятно

Как объяснить, кратко и понятно, что такое биосинтез белка, и какого его значение?

Если вам интересна эта тема, и вы хотели бы подтянуть школьные знания или же повторить пропуски, то эта статья создана для вас.

Что такое биосинтез белка

Сначала стоит ознакомиться с определением биосинтеза. Биосинтезом называется синтез живыми организмами природных органических соединений.

Если быть проще, то это получение различных веществ с помощью микроорганизмов. Этот процесс занимает важную роль во всех живых клетках. Не забываем и о сложном биохимическом составе.

Транскрипция и трансляция

Это два наиглавнейших шага биосинтеза.

Транскрипция с латинского означает «переписывание» – в качестве матрицы применяется ДНК, поэтому происходит синтезирование трёх видов РНК (матричной/информационной, транспортной, рибосомной рибонуклеиновых кислот). Реакция осуществляется с помощью полимеразы (РНК) и с использованием большого количества аденозинтрифосфата.

Выделают два основных действия:

  1. Обозначение конца и начала трансляции присоединением иРНК.
  2. Событие, осуществляемое благодаря сплайсингу, который в свою очередь удаляет неинформационные последовательности РНК, тем самым происходит уменьшение массы матричной рибонуклеиновой кислоты в 10 раз.

Трансляция с латинского означает «перевод» – используется иРНК в качестве матрицы, синтезируются полипептидные цепочки.

Трансляция включает в себя три этапа, которые можно было представить в виде таблицы:

  1. Первый этап. Инициация — формирование комплекса, который участвует в синтезе полипептидной цепочки.
  2. Второй этап. Элонгация — увеличение размеров этой цепи.
  3. Третий этап. Терминация — заключение выше упомянутого процесса.

Схема биосинтеза белка

По схеме видно, как протекает процесс.

Точкой стыковки этой схемы являются рибосомы, в которых синтезируется белок. В простой форме синтез осуществляется по схеме

ДНК > PHK > белок.

Первым начинается этап транскрипции, в котором молекула изменяется в одноцепочную информационную рибонуклеиновую кислоту (иРНК). В ней содержится информация аминокислотной последовательности белка.

Следующей остановкой иРНК будет рибосома, в которой происходит сам синтез. Происходит это путём трансляции, формирования полипептидной цепочки. После этой заурядной схемы, полученный белок транспортируется в разные места, выполняя определённые задачи.

Последовательность процессоров биосинтеза белка

Биосинтез белка – сложный механизм, который включает в себя два выше упомянутых этапа, а именно транскрипцию и трансляцию. Первым происходит транскрибируемый этап (он разделяется на два события).

После идёт трансляция, в которой участвуют все виды РНК, у каждой есть своя функция:

  1. Информационная – роль матрицы.
  2. Транспортная – добавление аминокислот, определение кодонов.
  3. Рибосомная – образование рибосом, которые поддерживают иРНК.
  4. Транспортная – синтез полипептидной цепи.

Какие компоненты клетки участвуют в биосинтезе белка

Как мы уже говорили, биосинтез разделяют на две стадии. В каждой стадии участвуют свои компоненты. На первой стадии это дезоксирибонуклеиновая кислота, информационная и транспортная РНК, нуклеотиды.

Во второй же стадии участвуют компоненты: иРНК, тРНК, рибосомы, нуклеотиды и пептиды.

Каковы особенности реакций биосинтеза белка в клетке

В список особенностей реакций биосинтеза стоит отнести:

  1. Использование энергии АТФ для химических реакций.
  2. Присутствуют ферменты, задача которых ускорять реакции.
  3. Реакция имеет матричный характер, так как белок синтезируется на иРНК.

Признаки биосинтеза белка в клетке

Для такого сложного процесса, конечно же, характерны различные признаки:

  1. Первый из них заключается в том, что присутствуют ферменты, без которых сам процесс был бы невозможен
  2. Задействованы все три вида РНК, из этого можно сделать вывод, что центральная роль принадлежит РНК.
  3. Образование молекул производится мономерами, а именно аминокислотами.
  4. Стоит обозначить так же, что специфичность того или иного белка ориентируется расположением аминокислот.

Заключение

Многоклеточный организм — аппарат, состоящий из разных клеточных типов, которые дифференцированы – отличаются структурой и функциями. Кроме белков, присутствуют клетки этих типов, которые синтезируют так же себе подобных, в этом заключается различие.

1001student.ru

Биосинтез белка и его этапы

В отличие от фотосинтеза биосинтез белка происходит иначе. В биосинтезе белка активное участие принимают нуклеи­новые кислоты — ДНК и РНК, а в качестве необходимой энергии использует­ся энергия химических связей высокомолекулярных органических соедине­ний, имеющихся в клетке, главным образом — АТФ.

Последовательность нуклеотидов ДНК (т. е. генов), или генетический код, представляет собой систему записи информации о после­довательности расположения аминокислот в белках и фактически является шифром, обеспечивающим биосинтез белка.

Генетическая информация в соответствии с генетическим кодом в какой-то момент переписывается с ДНК, как с матрицы, в нуклеотидную последо­вательность нити информационной РНК (иРНК). Она и определяет затем по­следовательность сборки аминокислот соответствующей белковой молекулы.

Важно отметить, что генетический код является универсальным для всех организмов, существующих на Земле. Это свойство универсальности ко­да позволяет сделать важный мировоззренческий вывод о единстве происхож­дения всех живых организмов — прокариот, эукариот и вирусов.

В настоящее время расшифрованы триплеты для всех 20 аминокислот, входящих 8 состав природных белков. Генетический код был расшифрован в 60-е гг. XX в. Это осуществили учёные-биохимики X. Корана, М. Ниренберг и Р. Холли. За рас­шифровку генетического кода и его роли в синтезе белка названным учёным в 1968 году была присуждена Нобелевская премия.

В биосинтезе активное участие принимают многие структурные компоненты клетки: различные молекулы РНК, рибосомы и моле­кулы разных аминокислот, из которых строится полимерная молекула белка. Хотя план строения белка закодирован в ДНК, сама она участия в синте­зе белковых молекул не принимает, а служит лишь матрицей для синтеза информацион­ной РНК (иРНК). Поэтому процесс синтеза белка складывается из двух этапов: создание иРНК и сборка молекулы белка по информа­ции в этой молекуле иРНК.

Синтез белковых молекул происходит непрерывно. Он идёт с большой скоростью: в 1 минуту образуется от 50 до 60 тысяч пептидных связей. Синтез одной молекулы длится обычно 3-4 сек. Длительность жизни белков в сред­нем составляет около двух суток, хотя отдельные белки не разрушаются в те­чение нескольких месяцев. В результате половина белков тела человека (все­го это около 17 кг белка) обновляется примерно за 80 дней. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Процесс биосинтеза на всех его этапах идёт с участием многих фермен­тов и с непременным потреблением большого количества энергии.

Чёткая последовательность происходящих процессов, их матричная организованность и распределение функций между всеми задействованными компонентами приводят к выводу, что биосинтез белка — это целостная моле­кулярная система выполнения сложных реакций, обеспечивающая создание веществ, необходимых для жизни.

Биосинтез белка — пластическая часть обмена веществ клетки. Характеризуется матричной основой сборки молекул бел­ка. Синтез происходит в рибосомах при непосредственном участии иРНК, тРНК, рРНК и мономеров — аминокислот. В отличие от фотосинтеза биосин­тез белка идёт под строгим контролем генетической информации, списанной иРНК с генетического кода ДНК. Процесс биосинтеза белковой молекулы обусловлен двумя этапами: транскрипцией (списание) и трансляцией (пере­дача).

На этой странице материал по темам:
  • Краткий конспект биосинтез белка

  • Биосинтез белка кратко и лекция

  • Отличие транскрипции от трансляции в рибосомах

  • Биосинтез белка это разделе

  • Биологическое окисление биохимия

Вопросы по этому материалу:
  • Как осуществляется биосинтез белка?

  • Какие условия и компоненты нужны для биосинтеза белка?

  • В чём проявляется системный характер биосинтеза?

  • Охарактеризуйте свойства генетического кода.

  • В чём отличие биосинтеза белка от фотосинтеза?

doklad-referat.ru

Способ регуляции биосинтеза белка в растении

 

Изобретение относится к физиологии растений и к биохимии, в частности к способам ингибирования и стимулирования биосинтеза белка в растени. Сущность изобретения: для ингибирования биосинтеза используют раствор белка, выделенного из экскретов личинок Aphrophora costalis Mats, в концентрации 17-10 2-17. мг/мл. Для стимулирования биосинтеза берут раствор того же белка в концентрации 34-10 4- 34«10 6 мг/мл. 2 ил., 4 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 61 К 35/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 un)2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4770320/13 (22) 26,12.89 (46) 23.05.92. Бюл. N 19 (71) Казанский институт биологии (72) Н.Н,Максютова, Т:Б.Мартынова и С.И.

Панкратова (53) 581.19(088,8) (56) Г.B. Новикова с соавт. Влияние фузикокцина на синтез PHК в листьях ячменя in vivo и in vitro. Физиология растений, 1987, 34, вып, 6, с. 1121 — i127.

Патент CLUA ¹ 4672107, кл. С 07 К 15/00, 1987.

Harley R. Herschman, The role of binding

ligand in toxic hybrid proteins: А comparison

of EGF-ricin, EGF-ricin А-chain, and ricin.

Biochemical and biophysical research

communication, 1984, v. 124, ¹ 2, рр. 551—

557.

Изобретение относится к физиологии растений и к биохимии, а именно к способам регуляции биосинтеза белка в растении.

В настоящее время к вопросам регуляции различных метаболических процессов в растительных клетках, в частности синтезу белка, уделяется большое внимание. Регуляция биосинтеза осуществляется торможением или стимулированием отдельных этапов синтеза белка, поэтому важен поиск новых регуляторов.

Из научной литературы известно физиологически активное соединение интерферон человека, являющийся полипептидом и стимулирующим синтез белка в листьях пшеницы. При увеличении концентрации интерферона происходит снижение эффективности синтеза белков в растении (Влияние интерферона .человека и (2 — 5 ) „„Я2„„1734758 А1 (54) СПОСОБ РЕГУЛЯЦИИ БИОСИНТЕЗА

БЕЛКА В РАСТЕНИИ (57) Изобретение относится к физиологии растений и к биохимии, в частности к способам ингибирования и стимулирования биосинтеза белка в растении. Сущность изобретения: для ингибирования биосинтеза используют раствор белка, выделенного из экскретов личинок Aphrophora costalis

Mats, в концентрации 17 10 — 17 10 мг/мл, Для стимулирования биосинтеза берут раствор того же белка в концентрации 34-10—

34 10 мг/мл. 2 ил., 4 табл. олигоаденилатов на синтез белков в тканях растений. Каплан И.Б„Малышенко С.И. и (А др. ДАН СССР, 1987, т. 297, ¹ 4, стр. 1018), ф

Известен фузикокцин — токсин гриба

Fusicoccum, обладающий стимулирующим действием на синтез РНК и белка (Влияние фузикокцина на синтез PHK в листьях ячменя in vivo u in vitro..Íîâèêîâà Г.В., Д.Г.

Муромцева, Романенко Е.Г„ Селнванкнна

С;Ю„Кулаева О.Н. Физиология растений, 1987, 34, вып. 6, стр. 1121 — 1127.

Известно, что абсцизовая кислота, фитогормон, являющаяся природным ингибитором, в зависимости от физиологического состояния растения наряду с ингибированием может стимулировать синтез белка. (Влияние абсцизовой кислоты на синтез РНК и активность PHK полимераз в листьях ячменя. Романко Е.Г., Селиванкина С,Ю„Курое1734758

10

20

35

50 дов В.А„Овчаров А,К. и др. Физиология растений, 1984, 31, вып. 2, стр. 294-300.

Из патентной документации известны регуляторы биосинтеза белка, например; полипептид, полученный из специфических аллергенов и обладающий иммунодепрессантной активностью (заявка N 2134908 Великобритания (В) МКИ А 61 К 39/36, 39/35, С 07 К 7/00 "Изобретения стран мира", вы и.

60, ч, 1, № 2, 1987), низкомолекулярный полипептид, выделенный из головного мозга млекопитающих и проявляющий ингибирующее свойство на рост клеток (заявка ¹

86/04239 PCT (WO) МКИ А 61 К 37/00, С 07

К 7/00, Q 01 N 33/53 "Изобретения стран мира", вып. 15, ¹ 5, 1987), пептид, обладающий активностью ингибитора пролиновой эндопептидазы (заявка N. 61 — 183297 Япония(Р) МКИ С07 К5/08, А 61 К37/02,37!64, С 12 N 9/99 "Изобретения стран мира, вып.

60, N 1, 1988), пептид, полученный из яда или секретирующего эпителия ядовитых змей, обладающий способностью ингибировать рост клеток (пат, ¹ 4672107, США(И)

МКИ С 07 К 15/00 "Изобретения стран мира", вып. 60, ¹ 7, 1 988), Прототипом предлагаемого изобретения является рицин, белковый токсин из клещевины обыкновенной. Лектины, куда относится рицин, содержатся не только в растениях, они встречаются и в тканях беспозвоночных. У растений и беспозвоночных животных лектины, вероятно, функционируют как защитные белки, предохраняя эти лишенные иммунной системы, а следовательно, и антител организмы от вторжения паразитарных микроорганизмов, Рицин— сильно действующий яд, вызывает 50% ингибирование синтеза белка клеток А 431 при концентрации 1,4 10 М, Большинство известных в настоящее время лектинов токсично для клеток животных in vitro, но их токсичность в 1000-2000 раз ниже токсичности рицина(А, Ленинджер). Основы биохимии, М., "Мир", 1985 r., с. 348; Лектины растений; Предлагаемые функции. Марков

Е.Ю., Хавкин Э.Е. Физиология растений, т, 30, вып. 5, 1983, с, 852). Herley R, Herschman

The role of binding ligand in toxic hybrid

proteins: А comparison cf EGF-ricin, EGFricin А-chain, and rlcin, Biochemical and

biophysical research cornmunic, 1984, v. 124, N 2, с, 551 — 557.

Недостатком выбранного нами в качестве прототипа рицина в силу его токсичности является ограниченность функционал ьн ых возможностей.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в способе регуляции биосинтеза белка в растении в качестве регулятора используют белок, выделенный из пены личинок цикады-пенницы слюнявой Aphrophora costalis Ма .з, этим регулятором ингибируют синтез белка в растении в концентрации 17 10 мгlмл—

17 10 мг/мл, а стимулируют в концентрации 34 10 мг/мл — 34 10 мг/мл, Из научной литературы и патентной документации известны способы регуляции синтеза белка в растении за счет применения регуляторов различной природы. Не известны авторам (за исключением фитогормонов) регуляторы, позволяющие при одних концентрациях стимулировать роцесс биосинтеза, а при других ингибировать; Существенным отличием предлагаемого способа является использование в качестве регулятора синтеза белка растений соединения, выделенного из дешевого природного сырья — экскретов личинок цикады. При этом использование его в разной концентрации позволяет регулировать процесс биосинтеза белка растений.

На фиг. 1 показана гель-фильтрация на колонке с сефадексом-25.

На фиг. 2 показано хроматографическое разделение белка методом 8ЭЖХ

Таблица 1, Характеристика белков — пиков-экскрета, полученных ВЭЖХ.

Таблица 2. Ингибирование синтеза белков зерновок пшеницы.

Таблица 3, Регуляция биосинтеза,белка редиса, Таблица 4, Регуляция биосинтеза белка в листьях пшеницы, Способ регуляции биосинтеза белка в растении заключается в том, что в качестве регулятора биосинтеза используют белок, выделенный из экскретов цикады-пенницы слюнявой Aphrophora costalis Mats. С этой целью к пене добавляют небольшими порциями при постоянном перемешивании сульфат аммония в виде сухой соли до полного насыщения. Сформировавшийся сульфат — аммонийный осадок белка отделяют центрифугированием при 15 000 об,/мин в течение 30 минут при +4 С на центрифуге типа 317 в (Poll and). Осадок растворяют в минимальном обьеме 0,1 М Na-форфатного буфера, рН 6.8, содержащего 0,1 М NaCL

Полученный раствор обессоливают с помощью гель-фильтрации на колонке 1,6х20 см с сефадексом G-25 (Pharmacia), уравновешенной исходным буфером. На колонку наносят по 2 мл белкового раствора и ведут элюцию со скоростью 50 мл/час. По поглощения при 280 нм, регистрируемому увикордом фирмы "LKB". определяют начало

1734758 выхода белка, имеющего максимум погло-. щения в УФ-области при данной длине волны (пик 1 — фиг. 1). Фракции белка собирают по 2 мл. При появлении в элюенте сульфата, аммония (пик 2 — фиг, 1), обнаруживаемого по качественной реакции с BaClz, сбор белка прекращают. Фракции с раствором белка, свободного от сульфата аммония, объединяют и используют для дальнейшей работы (пик 1 — фиг. 1).

Обнаружено, что каллусные ткани, выращиваемые на среде с полученным белком, погибли через 20 часов после начала опыта (наблюдался полный некроз пересаженных кусочков каллусной ткани), в то время как надосадочная жидкость, содержащая все остальные соединения экскрета, не оказала влияния на прирост биомассы каллуса (102% от контроля).

Применение полученного белка приводило к ингибированию синтеза белка различных растений (таблица 3, 4), а именно, корней редиса на 60% листьев редиса на

70%, листьев пшеницы íà 62%.

Для выяснения фракционного состава белков использовалось хроматографическое разделение их методом ВЭЖХ. Было получено пять фракций с молекулярными массами от 800 кД до 1 кД (фиг, 2), Молекулярные массы белков определялись с использованием стандартных маркеров фирмы "Serva" (табл. 1). Концентрации полученных белков определялись хроматографическим методом (табл. 1), Физиологическая активность белков пиков исследовалась на зерновках пшеницы.

Пример 1. Зерновки пшеницы в фазе молочной спелости помещали в чашки Петри. В каждую чашку заливали по 5 мл раствора белков каждого пика и добавляли 50 мл раствора С-лейцина с радиоактивно14 стью 33 яСи/мл. В растворе зерновки находились 1 ч, затем их отмывали несколько раз дистиллированной водой и фиксировали жидким азотом, Образцы лиофильно высушивали. Растворимые белки выделяли из растительного материала (навеска 20 мг) последовательной экстракцией 2% KCI, 75% спиртом, 0,2% Na0H. Объем каждого растворителя был равен 2 мл. Экстракцию проводили при 4 С в течение одного часа. Белки выделяли центрифугированием в течение 15 мин при 10 тыс, об/мин, Для полноты извлечения белков экстракцию с каждым растворителем проводили 4 — 5 раз, В надосадочной жидкости определяли содержание белка по методу Лоури-Фолина и включение С-лейцина в белки на жидкост14 ном сцинтилляционном счетчике Дельта300 (США).

Как видно из данных табл. 1, белки 4 пиков (2 — 5) проявляли физиологическую активность, а именно, ингибировали включение " С-лейцина в белки зерновок, в то

5 время как белок 1 пика не оказывал влияния на синтез растворимых белков.

Пример 2. Действие полученного регулятора синтеза белка проверяли на листьях и корнях редиса. Для этого двух и

10 трех-дневные проростки редиса помещали в чашки Петри на предварительно смоченную фильтровальную бумагу, B каждую чашку Петри раскладывали по 40 растений и заливали 10 мл белка. B растворе белка рас15 тения находились в течение двух часов, затем их отмывали холодной дистиллированной водой. В пробирки с растениями добавляли по 2 мл раствора С -Д, 14

L-лейцина и выдерживали в течение двух

20 часов, Образцы отмывались холодным раствором немеченного лейцина. Растения редиса расчленялись на листья и корни. Пробы фиксировались жидким азотом, лиофильно высушивались, растирались в порошок. Для

25 выделения белка навеску растительного материала по 40 мг растирали в 2 мл 0,1 Naфосфатного буфера, содержащего 0,1 М

NaCI,рН 6,8. Экстракцию проводили при т

+4 С в течение одного часа и затем центри30 фугировали 15 мин при 10000 об/мин. B надосадочной жидкости определяли содержание белка по Лоури и включение С-лей14 цина в него (на жидкостном сцинтилляционном счетчике Дел ьта-300, 35 США), Разведение белка в диапазоне концентраций от 17 10 мг/мл до 17 10 мг/мл

14 приводит к снижению включения С-лейцина в растворимые белки листьев и корней редиса (табл.3), Происходило ингибирова40 ние синтеза белка корней редиса от 60% до

5% и листьев от 70% до 8%. Далее 4оазбавляли белок от концентрации 34 10 мг/Mfl до 34.10 мг/мл 0,1 М Na-фосфатным буфером рН 6,8 содержащим 0,1 М NaCI. Как

45 видно из таблицы 3, у корней редиса стимулирующий эффект наблюдался при концентрации белка от 34-10 мг/мл (110% от контроля) до 34-10 мг/мл (106% от контроля) с максимумом 145% от контроля при

50 концентрации белка 34-10 5 мг/мл, у листьев редиса — при концентрации белка от 34 10 мгlмл (105% от контроля) до 34-10 мг/мл (102% от контроля) с максимумом 164% от контроля при концентрации белка 34-10 5

55 мгlмл.

Пример 3. Действие белка как регулятора синтеза белка проверяли на листьях пшеницы. Для этого листья 4-х дневных растений пшеницы помещали по 20 штук в каждую пробирку и заливали по 2 мл белка.

1734758

Таблица1

Способ регуляции биосинтеза белка в растении

Дальнейшая последовательность обработки растений проводилась, как описано в примере 2. Разведение белка в диапазоне концентраций от 17 10 мгlмл до 17.10 мг/мл приводит к снижению включения Си лейцина в растворимые белки листьев пшеницы (табл. 4). Происходило ингибирование синтеза белка листьев пшеницы от 62% до

6, Действие разбавления белка приводило к стимуляции синтеза белка листьев пшеницы от 148% до 215%, как видно из табл.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что разбавленный белок действует как стимулятор синтеза белка, причем, при уменьшении концентрации белка про-. исходит усиление стимулирующего эффекта.

Дополнительным подтверждением биологической активности белка являются данные, полученные при изучении его влияния на прирост биомассы каллуса эпикотиля сои.

Пример 4. Первичный каллус получали из отрезков стебля асептических выращенных 4-х дневных проростков эпикотиля сои сорта "Волна", Эксплантанты длиной 3 мм помещали на среду следующего состава; минеральные соли по Мурасиге-Скугу, никотиновая кислота (PP) — 0,5 мг/л, пиридоксин-HCI (Вв) — 0,5 мг/мл, тиамин — НС! (В1)—

0,1 мг/л, мезоинозит — 100 мг/л, глицин — 2 мг/л, НУК вЂ” 2 мг/л, БАП вЂ” 1 мг/л, сахароза — 30 г/л, агар — 9 г/л, рН вЂ” 5,6-5 8. Культуру выращивали в темноте при 26 С и пересаживали каждые 3 недели. Разбавленный белок наслаивали на поверхность агаризованной питательной среды (по 2 мл на 1 чашку Петри d — 90 мм), используя мембранные фильтры. В контрольные варианты наслаивали дистиллированную воду или буфер, Интенсивность роста каллуса on5 ределяли через 21 день по весу сырой массы клеток.

Следует подчеркнуть, что каллусные ткани, выращиваемые на среде с добавлением исходного белка (17.10 мг/мл), погиб10 ли через 20 часов после начала опыта (наблюдался полный некроз пересаженных кусочков каллусной ткани).

При разбавлении белка до концентрации 34 10 мг/мл наблюдался максималь15 ный привес каллусной ткани — 14,24 r на грамм внесенного каллуса, что составило

163% от контроля, П редложен н ый способ позволяет удешевить научные исследования по изучению

20 регуляции синтеза белка в растении. Кроме того, новизна регулятора биосинтеза белка в растении в предложенном способе, позволит оптимизировать рост каллусных тканей, (25 Формула изобретения

Способ регуляции биосинтеза белка в растении путем воздействия, на него пептидным соединением природного проис30 хождения, отличающийся тем, что, с целью унификации способа, используют Geлок, выделенный из пены экскретов личинок

Aphrophora costalis Mats, причем для ингибирования биосинтеза раствоу белка берут

35 в концентрации 17 10 — 17 10 мг!мл, а для стимулирования биосинтеза — B концентрации 34 10 — 34 10 мг/мл.

1734758

Способ регуляции биосинтеза белка в растении

10

Таблица2

ТаблицаЗ

Способ регуляции биосинтеэа белка в растении

1734758

Таблица4

1734758

ЗС 69 96 QO t, мжй.

Составитель Л,Столярова

Редактор И.Дербак Техред М,Моргентал Корректор М.Максимишинец

Заказ 1763 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

       

www.findpatent.ru