Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Информационно-управляемым молекулярным наноассемблером, осуществляющим синтез белка, является рибосома. Она осуществляет синтез белка согласно информации, записанной в мРНК. Этот процесс является достаточно сложным, поскольку информационный генокод не сводится к химическому коду.

В процессе транскрипции ДНК в РНК используется именно химический код – каждое нуклеиновое основание ДНК химически соответствует соответствующему нуклеиновому основанию РНК. Всё, что требуется от РНК-полимеразы, это "оголить" ДНК-нить и катализировать присоединение нужного нуклеотида к растущей РНК-цепи всякий раз, когда этот нуклеотид образует правильную уотсон-криковскую пару с нуклеиновым основанием ДНК. Процесс трансляции, напротив, не основан на химическом взаимодействии между РНК и аминокислотами. Вместо этого используется перевод с одного химического языка на другой. Для перевода с одного языка на другой необходимо иметь словарь, в котором собраны соответствия слов одного и другого языков. Во всех клетках таким словарем являются транспортные РНК (тРНК).

L-образные молекулы тРНК имеют один участок на одном конце, который распознает информацию в РНК, и другой участок на другом конце, который химически связан с соответствующей аминокислотой

Схема работы рибосомы: а – связывание тРНК с кодоном мРНК, б – присоединение аминокислоты к растущей белковой цепи, в – транслокация рибосомы на один кодон, сброс "пустой" тРНК и экспонирование следующего кодона. 1 – мРНК; 2 – тРНК; 3 – растущая белковая нить; 4 – каталитический центр рибосомы

В природных системах генетический код является последовательным, непрерывным и триплетным. Кодон из трёх нуклеотидов обозначает одну из 20 аминокислот, несколько кодонов соответствуют командам "старт" и "стоп". Кодоны располагаются непрерывно и последовательно вдоль РНК без "пробелов". Код является вырожденным, поскольку более чем один кодон соответствует аминокислоте. Модификация генетического кода уже сейчас используется для нанотехнологических нужд.

Рибосома является очень сложной бионаномашиной с множеством подвижных частей. Она охватывает нить мРНК и перемещается вдоль РНК шаг за шагом, сдвигаясь при каждом шаге на один кодон. Для каждого кодона она "подбирает" соответствующую ему тРНК.

Молекулярные компоненты белкового синтеза: 1 – растущая белковая нить; 2 – большая субъединица рибосомы; 3 – белковый фактор элонгации G; 4 – белковый фактор элонгации Tu доставляет новую тРНК к рибосоме; 5 – мРНК; 6 – малая субъединица рибосомы

После этого рибосома катализирует образование пептидной связи между аминокислотой, которая находится на противоположном конце "подходящей" тРНК, и растущей белковой цепью. Процесс биосинтеза "обслуживается" десятками белков, которые инициируют её начало, стимулируют элонгацию, и терминируют трансляцию в конце гена.

Рибосомный комплекс является одной из самых сложных природных бионаномашин, всё ещё не до конца изученный, поскольку он состоит главным образом из РНК, а не из белков. Но он обладает всеми свойствами, которые необходимы для биосинтеза белков. Малая субъединица имеет "захват", который закрепляет и позиционирует её на мРНК. РНК проходит сквозь проход между двумя субъединицами, обеспечивая последовательный синтез от начала до конца мРНК. Синтез пептидной связи осуществляется в активном центре, хотя при этом и используются химические группы РНК, а не аминокислот, как в ферментах. Использованные тРНК удаляются из рибосомы факторами элонгации G, которые механически (используя энергию гидролиза АТФ) выталкивают тРНК, сдвигая рибосому на один кодон (в). Для каждой аминокислоты имеется специфический фермент аминоацил-тРНК-синтетаза, который присоединяет эту аминокислоту к соответствующей. Рибосомы осуществляют синтез белков с высокой точностью, хотя и не с такой высокой, как работают полимеразы, перенося информацию между нуклеиновыми кислотами. В бактериях рибосома ошибается 1 раз на 2000 аминокислот, то есть один из четырёх белков средней длиной 500 аминокислот синтезируется с ошибкой. Более опасными являются ошибки трансляции, при которых происходит преждевременная терминация трансляции (нонсенс-ошибки). В бактериях частота таких преждевременных терминаций составляет один на 3000 кодонов, поэтому синтез каждого седьмого белка (средней длины) прерывается до того, как его полипептидная цепь будет синтезирована окончательно. И чем длиннее белок, тем сложнее довести до конца синтез его полипептидной цепи.

Компактность хранения информации в ДНК. Сам по себе перенос информации от ДНК через РНК к белку показывает, что информация может храниться в чрезвычайно компактной форме на наноуровне. Прямой перенос информации посредством химических взаимодействий позволяет реализовать очень компактное хранение и обработку информации. Каждая позиция нуклеотида в ДНК несет два бита информации (поскольку она может быть занята одним из четырёх нуклеотидов). При этом необходимо всего около 30 атомов, чтобы нужным образом расположить в пространстве нуклеиновое основание и обеспечить возможность сохранения, копирования и чтения этих двух битов информации. Это очень высокая плотность хранения информации – 15 атомов на один бит. В принципе ДНК, если её защитить соответствующим образом, может хранить информацию миллионы лет, то есть она может быть использована в качестве долговременной памяти. Например, ДНК, находящаяся в бактериальных спорах, может быть "активирована" и использована спустя многие годы после спорообразования. Однако чтение информации с ДНК является очень сложным и медленным процессом (по сравнению с чтением, например, жёстких дисков современного компьютера). Но, с другой стороны, рассматривая возможность сохранения информации на возможно более длительный промежуток времени, необходимо отметить, что ДНК имеет несомненные преимущества. Современные технологии архивации и хранения информации устаревают и сменяются более новыми каждые 10–20 лет. А ДНК, как сама по себе, так и способы записи и чтения информации, поскольку она связана с живыми системами, останется неизменной и через тысячелетия.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Электронный адрес для связи artemchichkov@gmail.com

^ Наверх