Эффективность трансляции
Под эффективностью трансляции понимают скорость включения аминокислот в полипептидной цепи. В оптимальных условиях время, необходимое для синтеза п/п цепи, включающей 300-400 а.о., составляет у Е.соli 10-20 сек, 30-40 (15-20) а.о./сек. У эукариот за секунду включается в п/п цепь 10 а.о.
Следовательно, элонгация п/п цепи небольших размеров продолжается менее 10-30 секунд. Скорость синтеза белка в ретикулоцитах составляет около 1 триплета в секунду и около 7-10 триплетов в секунду у Е.соli.
Точность белкового синтеза
В среднем на каждые 104 аминокислот включается одна неправильная АК и, следовательно, одна ошибка приходится на каждые 25 синтезированных белков, имеющих средний размер (примерно 400 АК).
Точность процесса трансляции зависит от надежности двух механизмов.
1). Связывания каждой аминокислоты с соответствующей молекулой тРНК.
2) Спаривание кодонов мРНК с антикодоном тРНК.
Оба механизма нуждаются в затрате энергии.
У аа-тРНК-синтетазы есть 2 центра, один из них отвечает за присоединение аминокислоты к тРНК, второй – гидролитический, отвечающий за удаление неправильной АК, присоединившейся к тРНК. Этот центр распознает неправильно включенную аминокислоту.
Энергетические затраты на трансляцию
На включение одной аминокислоты в растущую п/п цепь затрачивается 4 макроэргические связи: 2 из АТР в ходе активации аминокислоты (реакция, катализируемая аа-тРНК-синтетазой) и 2 молекулы GTP: одна на связывание аа-тРНК в А-сайте рибосомы, вторая - на транслокацию. Кроме того, необходимо учитывать использование еще двух молекул GTP у прокариот, затрачиваемых на стадию инициации и терминации трансляции. У эукариот на стадию инициации (сканирование мРНК) затрачивается еще и молекула АТР.
Посттрансляционные модификации полипептидной цепи
Пептидная цепь, растущая в процессе трансляции, принимает вторичную и третичную структуру в результате сложного многоступенчатого процесса, идущего во времени. Для образования правильной структуры с еще не свернувшейся пептидной цепью связываются специальные белки – шапероны. Шапероны обладают сродством к экспонированным гидрофобным участкам п/п цепи. Связывание с шаперонами препятствует агрегации с другими белками и тем самым создает условия для нормального сворачивания растущего пептида. Взаимодействие с шаперонами – процесс энергозависимый: при освобождении шаперонов гидролизуется АТР (рис. 31.7).
Шапероны принадлежат к трем белковым семействам, т.н. белкам теплового шока – heat shok proteins (hsp60, hsp70, Hsp90). Свое название эти белки получили потому, что их синтез возрастает при повышении температуры и других формах стресса. При этом они выполняют функцию защиты белков клетки от денатурации. Белки – представители семейства hsp70 – связываются на начальной фазе образования растущего пептида. Одни из них контролируют процесс сворачивания белка hsp60 охватывают синтезированный полипептид наподобие бочонка, тем самым обеспечивая условия для принятия правильной конформации.
Рис. 31.7. Роль шаперонов в фолдинге полипептидной цепи
Превращение линейной немодифицированной пептидной цепи в полноценный функциональный белок (созревание) осуществляется в результате многостадийного процесса, который начинается сразу же после начала трансляции и протекает в просвете ЭР (рис. 31.8).
Прежде всего соответствующая пептидаза отщепляет сигнальный пептид (1). Фермент узнает точку расщепления в составе специфической N-концевой последовательности белка. Путем окисления боковых цепей цистеина образуются дисульфидные мостики, правильность положения которых контролируется протеиндисульфид-изомеразой (2). Пептидилпролил-изомераза контролирует цис-транс-изомеризацию Х-Рrо-связей в синтезируемом пептиде (3). Трансгликозидазы переносят олигосахариды в блоке с долихолом (длинноцепочечным изопреноидом) на определенные остатки аспарагиновой кислоты в белке, тем самым осуществляя N-гликозилирование белка (4). Гликозидазы «подстригают» олигосахариды, отщепляя избыточные остатки глюкозы и маннозы (5).
Рис.31.8. Примеры посттрансляционной модификации полипептидной цепи
Для того чтобы растущая полипептидная цепь могла свернуться необходимым образом, с еще линейным участком цепи временно связываются шапероны (6). Эти белки направляют процесс свертывания цепи путем подавления нежелательных побочных взаимодействий. Наиболее важным шапероном, присутствующим в просвете ШЭР. является белок связывания (BiP, от англ. binding protein). Когда вновь образованный белок приобретает правильную вторичную и третичную структуру и остатки глюкозы удалены полностью, он с помощью транспортных везикул перемещается в аппарат Гольджи. В аппарате Гольджи осуществляются следующие ферментативные стадии модификации белка: фосфорилирование (7) и отщепление с последующим переносом (перегруппировка) остатков сахаров с помощью гликозидаз и гликозилтрансфераз (8). Эта модификация имеет целью образование специфической олигосахаридной структуры в гликопротеинах.