Синтез белка

- Представь себе строительную площадку, где планируется сконструировать Дом и завезены все необходимые строительные Материалы. Понятно, что для строительства дома нужны Мастера с Инструментами, а еще – Прораб, который будет управлять строителями-Мастерами. А еще – Проект дома, по которому Прораб будет задавать работы своим Мастерам.
- Точно так же развивается и созидается Клетка?
- Именно так. А еще важно знать, что все клеточные функции осуществляются специфическими белками — ферментами. (лат. fermentum, закваска)
- Это Мастера?
- Да. Ферменты, «перенося» и «укладывая» Материал, производят все необходимые внутриклеточные процессы. Регуляция этих внутриклеточных процессов осуществляется двумя способами. Первый способ: через усиление или ослабление синтеза ферментов на генетическом уровне, контролируемом ДНК. Второй: стимулированием или торможением активности уже существующих ферментов.
- ДНК – это Прораб?
- Да, ДНК – это Прораб, у которого на руках Проект (лат. – projectus, брошенный вперед). Сам же Проект – это информация, записанная на ДНК. Материал же для строительства – это питательные вещества, поступающие в клетку. Но есть у Мастеров еще и Инструменты. Это те вещества, которые помогают осуществлять эти процессы – гормоны, медиаторы и иные продукты, создаваемые внутри самой клетки.
- Интересно, как пишется Проект.
- Не спеши. Пока давай разберемся с общей картиной этого процесса. Слушай и думай: Прораб следит за ходом строительства, так и ДНК осуществляет генетический контроль за функционированием Клетки.
- Каким образом?
- ДНК передает генетический код клеткам-потомкам и воспроизводит этот код.
- Управляет синтезом белков в клетке?
- Определяет характер синтезируемых ферментов и структурных белков.
- Как это происходит?
- При митозе две цепи, составляющие молекулу ДНК, расходятся, и каждая из них оказывается матрицей для синтеза новой цепи, подобной первой. Этот процесс называется репликацией. (лат. replicare, обращенный назад, отражение). Итак, репликация – это самовоспроизведение, биосинтез новой цепи ДНК. В результате получаются две двойные спирали. Продолжительность этого процесса – обычно 8-12 часов. Что получаем в результате? – Количество ДНК, представленное в каждой из двух дочерних клеток, равно количеству ДНК в материнской клетке. Это для обычных клеток.
- Обычные клетки — с двойным набором хромосом?
- И их называют диплоидными. Но есть еще и половые клетки. Деление же половых клеток особо! Одна диплоидная клетка после двух быстро следующих друг за другом делений дает начало 4-м клеткам, содержащим по одному набору хромосом. И эти клетки называют гаплоидными. При соединении половых клеток возникает новая клетка, где одна половина ДНК происходит из половой клетки Отца, вторая — из половой клетки Матери.
- Для передачи наследственных признаков?
- Да, чтобы Мастера построили именно такой Дом, какой был заложен в Проекте, что на руках у Прораба. Чтобы родилось такое Дитя, которое возьмет в себя лучшие качества Отца и лучшие качества Матери.
- И все же, как пишется Проект?
- Задача клетки – дать потомство, продолжить себя после собственной смерти. Как это сделать? – передать новой клетке свой внутренний механизм регуляции.
- Проект.
- Где записан Проект? – в структуре ДНК.
- Как копируется этот Проект?..

Сложное

- Что есть генетический код ДНК?
- Последовательность нуклеотидов. В ДНК имеются нуклеотиды всего лишь четырех типов – А, Т, Ц и Г. Это сокращенные обозначения азотистых оснований: аденина, тимина, гуанина и цитозина, входящих в состав соответствующих нуклеотидов. Урацил (У) – одного из оснований РНК, соответствует тимину ДНК. Генетический код представлен последовательностями триплетов оснований нуклеотидов. Каждый триплет кодирует позицию одной аминокислоты и называется кодоном. Кодоны ДНК и РНК соответствуют одним и тем же аминокислотам у всех изученных организмов, от вирусов до человека. Соседние кодоны не перекрываются, каждый нуклеотид входит только в один кодон. В научном мире этот процесс описывается так:
РНК-полимераза “узнает” участок, с которого начинается транскрипция (лат. transcriptio, переписывние), и который назван ПРОМОТОР (лат. – promovere, продвигать). Затем присоединяется к нему, расплетает двойную спираль ДНК и, перемещаясь вдоль одной из ее цепей, образует нить РНК, подобную “списываемому” участку матрицы. Так образуется первый тип РНК — и-РНК, информационная РНК.
Достигнув конца копируемого участка, называемого ТЕРМИНАТОР (лат. – terminare, ограничивать), на котором заканчивается информация о синтезируемом белке, синтез и-РНК прерывается. Она отделяется от матрицы в нуклеоплазму, а двойная спираль ДНК вновь восстанавливается.
Описанный процесс происходит на участке, называемом ОПЕРОН (лат. — operare, трудиться, заниматься).
Обработанная ферментами нуклеоплазмы и-РНК поступает через поры в ядре в цитоплазму и прикрепляется к р-РНК, рибосомальной РНК.
Второй тип РНК — т-РНК, транспортная РНК. В клетке много различных типов т-РНК, но каждый из них комбинируется только с одной из 20 аминокислот, “узнает” кодон соответствующей аминокислоты на и-РНК и транспортирует аминокислоту к этому месту. К полисомам — комплексу рибосом, обьединенных молекулой и-РНК и осуществляющих непосредственно синтез белка.
Притом аминокислоты вступают в синтез определенного белка после активации их молекулой АТФ.
Третий тип РНК — р-РНК, рибосомальная РНК. Ей соответствует 60% массы рибосом. Синтезированная р-РНК накапливается в нуклеоле, где формируются изначальные субъединицы рибосом. Затем из нуклеолы они поступают в цитоплазму, где объединяются, формируя зрелые функционирующие рибосомы. По мере того, как аминокислоты выстраиваются в нужной последовательности, рибосома (молекула РНК + белки) скользит вдоль цепи и-РНК, наращивая полипептидную цепь. Когда рибосома достигает конца цепи и-РНК, она освобождает синтезированный белок и молекулу т-РНК, которая впоследствии вновь используется в трансляции (лат. translatio, передача). Много раз может использоваться и и-РНК.
- Мы можем резюмировать все это в виде следующей схемы:
ДНК (ген, содержащий четырехбуквенный код, находится в хромосоме, т.е. в ядре клетки) ? информационная РНК (с четырехбуквенным кодом; образуется в ядре путем транскрипции генного кода) ? специфический белок (фермент или иной белок, специфичность которого определяется последовательностью аминокислот в его пептидной цепи; эта цепь образует 20-буквенный код и синтезируется из активированных аминокислот на рибосомах).
- Как все сложно…

Простое

- Слушай дальше, объясню тебе все это проще. Включи воображение. Этаж гостиничного комплекса, на котором 12 комнат-номеров. От каждого номера – свой ключ. Это цепь ДНК. Администратор посмотрел, что с 3 по 9 номер отсутствуют запасные ключи. И их нужно сделать. Как поступить?
- Пойти с ключами в мастерскую и сделать копии.
- А как же жильцы? – Их нельзя оставлять без ключей.
- Тогда нужно сделать оттиски и по ним сделать дубликаты.
- Это ближе к решению. Итак, первая комната, с которой начинаем процесс делания оттисков – номер 3. Это Промотор.
- А номер 9 будет Терминатор?
- Так и есть. А все 7 комнат, где будем делать дубликаты — называется Оперон.
- Теперь – делаем оттиски.
- У каждого ключа – три выступа, и они неодинаковы на всех ключах.
- Каждый узор из трех выступов – это кодон?
- Верно мыслишь. А каждый оттиск – это антикодон. Притом есть четыре вида выступов – А,Г,Т и Ц.
- Аденин, Гуанин, Тимин и Цитозин.
- Сделав все оттиски, мы складываем их по порядку размещения комнат, 3-4-5-6-7-8-9. И что это у нас теперь получилось?
- Конечно же – информационная РНК.
- И этот процесс называется транскрипцией.
- А в мастерской, где делаются ключи-дубликаты, происходит трансляция?
- Верно. Человек, который носит слепки-антикодоны (и сами слепки с их четким порядком расположения) в Мастерскую для делания дубликатов – это информационная РНК. А сам процесс изготовления дубликата – трансляция. Сама Мастерская – это Мастер, Заготовки для ключей, а также Инструмент для их изготовления.
- Мастерская – это полисома?
- Верно. Мастер – сам процесс Синтеза, а заготовки – это транспортные РНК с прикрепленными к ним аминокислотами. Притом каждая т-РНК несет только одну из 20 кислот.
- А Инструмент?
- Инструмент – это станочек, который использует электроэнергию для своей работы.
- Ага! Аминокислоты вступают в синтез определенного белка только после активации их молекулой АТФ! Это и есть ток для станка-инструмента…
- И человек выходит с Мастерской, держа в руках ключи-дубликаты от комнат из гостиницы, с 3 по 9-ю…
Так все просто…
- Да, сложное – в простоте изъяснения…

О различиях клеток в Природе

- Мы уже знаем, что все живые организмы состоят из Клеток и из продуктов их жизнедеятельности. А по своей структуре клетки низших и высших растений и животных поразительно схожи.
- Из-за общих корней происхождения?
- Клетки первичные, наиболее древние в своем происхождении, выделены в особую группу прокариотов.
- Предъядерные?
- Это вирусы, бактериофаги и актинофаги, бактерии, актиномицеты и сине-зеленые водоросли. Важнейшим структурным образованием этих клеток является липопротеидная ламеллярная система. У них отсутствуют митохондрии и нет истинных пластид.
- Что такое ламеллярная система?
- О прокариотах будем говорить еще не скоро. Пока предлагаю ограничиться лишь общей информацией об их устройстве. Но уже сейчас важно знать, что их генетический материал свободно находится в цитоплазме, не ограничен ядром, и представлен гигантской, часто кольцевой, молекулой ДНК. Клетки же всех остальных организмов относятся к эукариотам, т.е. ядерным.
- Интересно… А может такое быть, что Прокариот в процессе эволюции окружил себя еще одной оболочкой-мембраной и стал Эукариотом?
- Интересная мысль… Вполне может быть. Но об этом нам проще будет говорить там, в будущем, когда дойдем до изучения Прокариотов. А сейчас нам пора выделить три основных структурных отличия между животной и растительной клеткой.
Первое: животные клетки имеют центриоль.
Второе: растительные клетки содержат в своей цитоплазме пластиды.
Третье: клетки растений обладают жесткой клеточной стенкой из целлюлозы, препятствующей изменению их положения или формы.
- Ага! Значит, животные клетки способны изменять свою форму и двигаться за счет тонкой и пластичной плазматической мембраны. А растения – ограничены в передвижении.
- Тем и отличаются способы общения их с миром внешним. Животные воспринимают внешний мир посредством активного движения и являются хищниками, активными потребителями других организмов себе в пищу. Растения же – воспринимают мир и его внешние факторы иным способом, так как основным источником их энергии является свет плюс впитываемые из внешнего мира вещества.
- И здесь выявляют себя пластиды?
- Да. Пластиды – небольшие тельца в растительных клетках, в которых происходит синтез или накопление органических веществ.
- Первый на планете синтез органических веществ происходил именно в пластидах???
- Возможно. Но давай возвратимся к рассмотрению растительных клеток, в эмбриональных клетках которых имеются пропластиды. Это те первообразования, из которых впоследствии развиваются лейкопласты, которые служат центром накопления крахмала и других веществ.
- Энергетическое запасание?
- Да. А еще образовываются также хромопласты, содержащие различные пигменты (каротиноиды), обуславливающие окраску цветков и в дальнейшем плодов. Но это у более развитых растений. Наиболее же древней формой пластид можно считать хлоропласты, от которых, вероятно, произошли и хромопласты, и лейкопласты как вторичные формы.
- Зеленый пигмент хлорофилл придает растениям зеленую окраску?
- А также играет важнейшую роль в процессе фотосинтеза, улавливая энергию солнечного света и затем аккумулируя ее.
- Как это чудо происходит?
- Пока не спеши. Все это рассмотрим позже. Но кое-что не помешает знать уже сейчас. Хлоропласты – это дисковидные образования диаметром около 5 мкм и толщиной 1 мкм, построены из мембран, плотно уложенных параллельно другу другу. Каждая клетка содержит от 20 до 100 хлоропластов. Хлоропласты могут расти и делиться, образуя новые, дочерние хлоропласты. Как и митохондрии в животной клетке, хлоропласты содержат две мембраны и являются центрами превращения энергии: в процессе фотосинтеза лучистая энергия протонов (свет) преобразуется в химическую энергию ассимилятов.
- Это что такое, ассимиляты?
- Преимущественно углеводы. Превращение энергии осуществляется в мембранах (тилакоидах), тогда как биохимические реакции синтеза веществ (а именно образование углеводов) происходят в межтилакоидном пространстве.
- Между мембранами?
- Да, там, где есть свободный от хлорофилла матрикс. Также тилакоидная мембрана включает в себя функциональные комплексы, квантосомы, в которых локализуется, базируется весь таинственный механизм преобразования энергии…
- Чудо зарождения энергии жизни во Вселенной?
- Да, таинство таинств… Более углубленно об этом будем говорить еще не скоро, Друг мой. Но на сегодня тебе полезно знать еще одну важную деталь: хлоропласты, как и митохондрии, обладают независимой от ядра генетической системой с ДНК, РНК и специфическими рибосомами в матриксе. Более же обстоятельное обсуждение строения и развития пластид будет изложено при рассмотрении процесса фотосинтеза. Еще не скоро…

Смотреть эту главу в YouTube

Слушать всю аудиокнигу и видеть полный материал в Дистанционной школе, (Клуб Физиотерапия Будущего), куда можно записаться, написав письмо мне, Сергею Гриневичу, по адресу didgrin@gmail.com