В главе 23 рассматриваются физико-химические основы биосинтеза белка. Биосинтез белка является конечным звеном в цепи направленного переноса биологической информации ДНК - РНК - белок, основанного на матричных синтезах. Изучение этой темы позволяет понять причины возникновения таких молекулярных болезней, как протеинопатии, а также некоторые фармакотерапевтические подходы к лечению отдельных инфекционных и опухолевых заболеваний.
23.1. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
Первый матричный синтез называется репликацией ДНК (от лат. replicare - отражать). Эта стадия необходима для передачи генетической информации от родительского организма к дочернему. В качестве матрицы в этом процессе используется уже существующая молекула ДНК. В ходе репликации двойная спираль ДНК раскручивается и каждая ставшая самостоятельной одноцепочечная ДНК достраивается по принципу комплементарности оснований до исходной молекулы (схема 23.1).
Синтез ДНК из монофосфатов дезоксирибонуклеозидов - эндергонический процесс. Субстратами биосинтеза ДНК являются
Схема 23.1. Механизм репликации ДНК
&hide_Cookie=yes)
не монофосфаты, а трифосфаты соответствующих нуклеозидов (дезоксиаденозинтрифосфат - дАТФ и аналогичные ему дГТФ, дТТФ, дЦТФ). Гидролиз каждого из этих соединений, содержащих макроэргические связи, - экзергонический процесс. Таким образом, биосинтез ДНК является еще одним примером энергетического сопряжения в организме. Синтез новой цепи ДНК осуществляется только с 5'-конца.
Биосинтез ДНК - процесс, для которого необходим большой набор разнообразных ферментов. Включение в растущую цепь ДНК нуклеотидов обеспечивает ДНК-полимераза-α. В ядрах клеток млекопитающих скорость процесса составляет примерно 100 нуклеотидов в секунду. ДНК-полимераза-β обеспечивает процесс репарации ДНК. ДНК-полимераза-γ является митохондриальным ферментом. Соединение двух цепей ДНК проходит в присутствии ДНК-лигазы, раскручивание двойной спирали протекает в присутствии хеликазы. Важным ферментом является топоизомераза, которая разрывает одну из цепей ДНК и тут же ее «зашивает», изменяя характер скручивания спирали. В ретровирусах найдены обратные транскриптазы - ферменты, обеспечивающие синтез ДНК на матрице РНК.