![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •У генетической информации – свой код.
- •Трансляция - один из сложнейших механизмов синтеза макромолекул.
- •Активирование аминокислот происходит в два этапа
- •Существуют два пути узнавания инициирующего кодона
- •Диссоциация рибосомы – необходимая предпосылка для инициации.
- •Малая рибосомная субъединица –главный исполнитель в сценарии инициации
- •Ингибиторы синтеза белков
- •Синтезированные на рибосомах белки доставляются к местам их деятельности разными путями.
- •Ограниченный протеолиз - обязательный механизм посттрансляционной модификации белков
- •Присоединение углеводов наиболее популярный способ пострибосомальной ковалентной модификации белков
- •Семейство с высоким содержанием маннозы
- •Углеводы белков клеточных поверхностей ответственны за клеточную специфичность.
- •Ацилирование помогает белкам встраиваться в мембраны
- •Метилирование аминокислотных остатков в белках встречается редко
- •Фосфорилирование белков в большинстве случаев обратимый процесс
- •Сульфатирование белков пример необратимой ковалентной модификации структуры белка.
- •Пренилирование – способ «заякоривания» белка в мембранах
- •Витамин с – кофактор гидроксилирования белков.
- •Витамин к помогает белкам приобрести свойство связывать кальций.
- •Р егуляция экспрессии генов
- •Регуляция на уровне транскрипции требует специфического взаимодействия днк и белков
- •Инициация транскрипции - основное место действия регуляторов на синтез белков у прокариот
- •Для инициации транскрипции у эукариот требуются дополнительные факторы
- •Регулировать экспрессию генов можно и после транскрипции
- •Аттенуация транскрипции один из возможных механизмов регуляции экспрессии генов.
- •Альтернативный сплайсинг рнк -своеобразная форма регуляции экспрессии генов
- •Транспорт рнк из ядра и последующее редактирование рнк могут быть объектом регуляции.
- •Продолжительность «жизни» иРнк можно регулировать .
Малая рибосомная субъединица –главный исполнитель в сценарии инициации
Конкретные генетические функции малой рибосомной субъединицы в ходе инициации трансляции могут быть разделены на три группы процессов с участием - мРНК. Во-первых, малая рибосомная субъединица, связывая мРНК, служит первичным акцептором генетической информации для белоксинтезирующего аппарата. Во-вторых, она с участием факторов инициации обеспечивает узнавание инициирующего участка на иРНК путем непосредственного узнавания его структуры и присоединения [у прокариот], или путем сканирования цепи мРНК [у эукариот]. И, в-третьих, малая рибосомная субъединица обеспечивает кодон-антикодоновое взаимодействие инициирующего кодона иРНК с антикодоном инициирующей тРНК. Малая рибосомная субъединица таким образом, является главным " действующим лицом " всего сценария инициации .
Большая рибосомная субчастица включается в процесс на завершающем этапе процесса инициации и в соответствии с указанным выше " разделением труда " исполняет биохимическую часть функций . Она индуцирует гидролиз ГТФ на факторе инициации IF2, вытесняет все факторы инициации с малой рибосомной субчастицы, надлежащим образом устанавливает субстраты - инициаторную метионил-тРНК и связывающуюся с А-участком аминоацил-тРНК - в своем пептидилтрансферазном центре и, наконец, катализирует реакцию транспептидации между субстратами . Итак, после включения механизма инициация Рис.10-10. Схема реакций фазы терминации в мезанизме трансляции. трансляции, рибосома обеспечивает прочный комплементарный контакт связанных с ней
м
олекул
аминоацил-тРНК – инициирущий метионил-тРНК
в Р-участке рибосомы и аминоацил-тРНК
на А участке с двумя смежными триплетами
(кодонами) иРНК. Это исходное состояние
для начала реакции транспептидации
между этими двумя аминоацил-тРНК, которая
обеспечивает образование дипептидил-тРНК,
связанной с кодоном в А-участке рибосомы.
Для этого аминокислота, связанная с
тРНК на Р участке отделяется от тРНК и
переносится на свободную аминогруппу
аминокислоты, расположенной на А- участке
с образованием пептидной связи. Эта
реакция не требует затраты энергии.
Пептидил трансферазную активность
связывают с23S рРНК, которую
причисляют к числу рибозимов - РНК,
обладающих каталитической активностью.
Затем происходит процесс транслокации,
при котором остаток тРНК связанный с
дипептидом перемещается из А-участка
в Р-участок. Для этого цепь иРНК
протаскивается относительно рибосомы
ровно на один триплет нуклеотидов, и
теперь в А-участке устанавливается
смежный с предыдущим триплет нуклеотидов,
а на Е участке оказывается свободная
тРНК, которая вытесняется с рибосомного
комплекса. В процессе транслокации
участвует фактор элонгации EF-G,
обладающий ГТФазной активностью.
Последующие события элонгации происходят
таким же способом: 1) аминоацил-тРНК,
комплементарная вновь установленному
в А-участке кодону в сопровождении
фактора элонгации с ГТФ, связывается
с этим кодоном в А-участке 2) дипептидил-тРНК
Р-участка реагирует с новой аминоацил-тРНК
на А-участке путем транспептидации,
что приводит к образованию трипептидил-тРНК
в А-участке, и 3) транслокация перебрасывает
остаток тРНК молекулы трипептидил-тРНК
из А-участка на Р-участок. За этим шагом
следует аналогичный ряд событий (1-3),
начинающийся с комплементарного
связывания очередной аминоацил-тРНК с
новым кодоном на А-участке.
Таким образом, благодаря триплет-триплетному связыванию (кодон-антикодоновому взаимодействию) между мРНК и тРНК в рибосоме, транслокация тРНК каждый раз приводит к протягиванию цепи мРНК относительно рибосомы ровно на три нуклеотида. Рибосома перемещает тРНК однонаправленно из А-участка на Р-участок, перемещение цепи иРНК оказывается тоже однонаправленным. В процессе элонгации оно может происходить только в направлении от 5'- к 3'-концу цепи. В целом получается, что при элонгации рибосома работает как лентопротяжный механизм, перемещая с помощью тРНК цепь мРНК относительно себя с шагом по три нуклеотида. Важно отметить, что в процессе этого перемещения рибосома расплетает все попадающиеся на ее пути двуспиральные участки и более сложные элементы вторичной и третичной структуры мРНК. У прокариот (бактерий) ДНК не отделена мембраной от цитоплазмы и рибосом, и трансляция начинается на цепях иРНК во время ее синтеза на ДНК. Следует отметить четкую временную слаженность этих двух процессов. Молекулы РНК-полимеразы синтезируют цепи иРНК, начиная от 5'-конца РНК в направлении к 3'-концу, а рибосомы присоединяются к 5'-концевым участкам иРНК, инициируют трансляцию и двигаются в процессе элонгации по направлению к молекуле полимеразы. Такое явление получило название сопряженной транскрипции-трансляции. В бактериальных клетках скорость синтеза РНК (транскрипции) - около 30-45 нуклеотидов в секунду при 370С, а скорость трансляции - около 10-15 триплетов в секунду, т.е. один триплет нуклеотидов синтезируется приблизительно за то же время, за которое он прочитывается и образуется одна пептидная связь. У эукариот сопряжение транскрипции и трансляции невозможно. ДНК (хромосомы) эукариот отделены от цитоплазмы, содержащей рибосомы, ядерной мембраной. Поэтому иРНК у эукариот синтезируется полностью в клеточном ядре и затем транспортируется в цитозоль, где и встречается с рибосомами. Для инициации трансляции иРНК эукариот требуется не только 5'-конец мРНК, но и готовая 3'-концевая часть, являющаяся "усилителем" инициации. В отличие от бактерий скорость элонгации у эукариот варьирует в широких пределах, обычно от 1 до 10 триплетов в секунду, в зависимости от типа клеток, их физиологического состояния и природы транслируемой мРНК
Постепенно
перемещаясь по иРНК и удлиняя
полипептидную цепь, транслирующая
рибосома доходит до конца кодирующей
последовательности и встречается с
одним из трех триплетов, не кодирующих
аминокислоты и обозначаемых как
терминирующие или стоп-кодоны - УАГ,
УАА или УГА ( их называли также незначащими,
или бессмысленными, кодонами). После
заключительной транслокации пептидил
тРНК на Р-участок рибосомы, на А-участке
устанавливается терминирующий кодон
и в дело вступают специальные белки,
называемые факторами терминации, или
факторами освобождения (release factors, RF).
Один из них, RF1 (или похожий на него RF2),
взаимодействует непосредственно с
кодоном терминации в А-участке, а другой,
RF3, при содействии первого и с участием
ГТФ - с большой субъединицей рибосомы
и, возможно, непосредственно с
пептидилтрансферазным центром.
Результатом связывания этих факторов
с рибосомой является активирование
гидролазной активности пептидилтрансферазного
центра рибосомы, катализирующего
реакцию взаимодействия полипептидил-тРНК
(донорный субстрат) с молекулой воды
(акцепторным субстратом):
Связь между синтезированным полипептидом (его С-концом) и тРНК гидролизуется и полипептид покидает рибосому.
Заключительным актом терминации является выход деацилированной тРНК из Р-участка и диссоциация рибосомы на субчастицы. Диссоциация происходит спонтанно вследствие ослабления связи между двумя рибосомными субчастицами в отсутствие лигандов (пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК), и у бактерий может значительно ускоряться под действием специального белка, называемого фактором освобождения рибосом.
После диссоциации терминировавшей рибосомы на субчастицы малая субчастица не обязательно покидает иРНК: она может задержаться на ней и в случае полицистронных мРНК у прокариот проскользнуть по цепи мРНК до начала следующей кодирующей последовательности и инициировать новую трансляцию (реинициация). Так как малая субчастица до инициации слабо удерживается на иРНК, то, если ей нечего реинициировать на этой же цепи мРНК, она скоро соскочит с нее и окажется среди пула свободных субчастиц цитоплазмы, готовых к инициации трансляции других иРНК.
Во время элонгации происходит и еще одно важное событие, оказывающее существенное влияние на будущую жизнь молекулы. Это формирование пространственной структуры
Поскольку в процессе элонгации новый аминокислотный остаток добавляется к С-концевой аминокислоте пептида, то по мере синтеза N-конец пептида все более отодвигается от пептидилтрансферазного центра рибосомы. На рибосоме может разместиться не более 10-30 аминокислотных остатков растущего полипептида, а полипептидные цепи синтезируемых рибосомой белков состоят из 100-300 аминокилот . Это значит, что через какое-то время после начала трансляции N-концевая часть растущего полипептида оказывается вне рибосомы и затем по мере роста полипептида все большая часть его свешивается с рибосомы в окружающую среду. В ней полипептидная цепь не может оставаться в виде развернутой цепи: ее гидрофобные боковые группы взаимодействуют друг с другом, а гидрофильные - с окружающей водой и ионами. Это создает условия для сворачивания, компактизации и самоорганизации внерибосомной части растущего полипептида в пространственную (вторичную и третичную) структуру. Сворачивание полипептида в компактную структуру происходит, таким образом, полярно, от N-конца к С-концу. Такое постепенное полярное сворачивание растущей полипептидной цепи на рибосоме обозначается как котрансляционное формирование структуры белка. В других случаях белок, синтезируемый рибосомой и используемый в других компартментах клетки необходимо перенести через мембрану либо вне клетки, либо в одну из внутриклеточных органелл. Транспорт такого белка через мембрану требует несвернутого состояния его полипептидной цепи. В этом случае могут быть использованы две альтернативные возможности: 1) рибосомы, синтезирующие белок, предназначенный для транспорта через мембрану, сами сидят на мембране (мембраносвязанные рибосомы), и растущий полипептид в развернутом виде поступает из них непосредственно в мембрану; 2) свободные (не прикрепленные к мембране) рибосомы цитоплазмы синтезируют полипептидную цепь, которая по мере выхода из рибосомы взаимодействует со специальными белками - молекулярными чаперонами . Чапероны препятствуют полному сворачиванию белка в компактную структуру и поддерживают его недосвернутое состояние в растворе. После освобождения из рибосомы эти недосвернутые белки взаимодействуют с мембраной и транспортируются через нее. Поддержание недосвернутого состояния белков чаперонами может требоваться также и для интеграции этих белков в надмолекулярные структуры клетки, для сборки четвертичных структур сложных белков, для вступления в комплексы с некоторыми лигандами и т.п. В этих случаях белки формируют свои пространственные структуры в составе указанных структур и комплексов. Об этом подробнее в следующем разделе.