Что называют пластическим обменом в клетке? Как осуществляется биосинтез белка?

Пластический обмен (анаболизм) — это совокупность реакций синтеза в клетке, в ходе которых из простых низкомолекулярных веществ (моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты, азотистые основания и т. п.) строятся более сложные биополимеры и клеточные структуры. Эти процессы требуют поступления энергии (обычно в виде АТФ) и восстановительных эквивалентов (NADPH) и лежат в основе роста, деления, обновления органелл и регенерации тканей. В отличие от энергетического (катаболического) обмена, где вещества распадаются с выделением энергии, при пластическом обмене вещества синтезируются с её затратой.

Биосинтез белка (центральные этапы):

1. Транскрипция (с ДНК на РНК).
   • РНК-полимераза распознаёт промотор гена и синтезирует молекулу иРНК (матричной РНК) комплементарно одной из цепей ДНК.
   • У эукариот первичный транскрипт (пре-мРНК) подвергается процессингу: 5′-кэпирование, сплайсинг (вырезание интронов, сшивание экзонов), 3′-полиаденилирование. Только зрелая мРНК покидает ядро.
   • У прокариот транскрипция и трансляция могут идти одновременно в цитоплазме (нет ядерной оболочки).

2. Активация аминокислот и «зарядка» тРНК.
   • Каждая аминокислота активируется с затратой АТФ и присоединяется к своей специфической транспортной РНК (тРНК) под действием соответствующей аминоацил-тРНК-синтетазы.
   • Антикодон тРНК будет комплементарен кодону мРНК.

3. Трансляция (с мРНК на полипептид) на рибосомах.
   Рибосома считывает кодоны мРНК и по ним собирает цепь аминокислот. Процесс делят на три стадии, он требует главным образом ГТФ:
   • Инициация. Малая субъединица рибосомы связывается с 5′-концом мРНК (у эукариот — по кэпу, у прокариот — по последовательности Шайна—Дальгарно), приходит инициаторная тРНК с метионином (у прокариот — формилметионин), затем присоединяется большая субъединица; формируется инициаторный комплекс, стартовый кодон — AUG.
   • Элонгация. Аминоацил-тРНК поочерёдно заводятся в A-центр рибосомы, образуется пептидная связь между растущей цепью (в P-центре) и новой аминокислотой (в A-центре), затем рибосома смещается по мРНК на один кодон (транслокация), «пустая» тРНК уходит из E-центра. Так повторяется до стоп-сигнала.
   • Терминация. Когда рибосома доходит до стоп-кодона (UAA, UAG, UGA), приходят факторы терминации, полипептид отсоединяется, комплекс диссоциирует.

4. Посттрансляционная обработка и адресация.
   • Сворачивание белка с участием шаперонов, образование дисульфидных мостиков, отщепление сигнальных пептидов, фосфорилирование, гликозилирование и др. модификации.
   • Секреторные и мембранные белки синтезируются на рибосомах шероховатого ЭПР и дальше дозревают в аппарате Гольджи; цитозольные — на свободных рибосомах. Сигнальные последовательности направляют белок в нужную органеллу (митохондрии, ядро и т. д.).

Энергетика и точность:
• На каждую пептидную связь тратится несколько макроэргических связей (АТФ при зарядке тРНК и ГТФ на стадии элонгации/транслокации).
• Высокая специфичность обеспечивается «распознаванием» кодон–антикодон, корректорной активностью аминоацил-тРНК-синтетаз и факторами инициации/элонгации.

В сумме: пластический обмен — это «строительная» часть метаболизма клетки, а биосинтез белка — один из его ключевых маршрутов, реализуемый через транскрипцию ДНК в мРНК и перевод нуклеотидной последовательности мРНК в аминокислотную с помощью тРНК и рибосом с последующей обработкой полученного полипептида.