1.4.3.Обратная транскрипция

Долгое время в биохимии безраздельно господствовала так называемая «центральная догма биологии», утверждавшая, что передача генетической информации возможна лишь в одном направлении: от ДНК к РНК (транскрипция) и от РНК к белку (трансляция). Однако в 1970 г. было показано, что некоторые РНК-содержащие вирусы животных, такие, как вирус саркомы Рауса, имеют уникальный фермент — РНК-зависимую ДНК-полимеразу, часто называемую обратной транскриптазой. Обладающие обратной транскриптазой вирусы называют ретровирусами.

В зараженной клетке этот фермент катализирует синтез ДНК по вирусной РНК, которая играет роль матрицы. В результате образуется ДНК, содержащая гены, обуславливающие рак (онкогены). Эта ДНК часто встраивается в геном эукариотической клетки-хозяина, где она в течении многих поколений может оставаться в скрытом, неэкспрессируемом состоянии, При определенных условиях такие бездействующие вирусные гены могут активироваться и вызвать репликацию вируса. При других условиях они могут способствовать превращению клетки-хозяина в раковую.

Для начала синтеза обратным транскриптазам необходима затравка, синтез они ведут в направлении 53, в качестве субстрата используют дезоксинукдеозидтрифосфаты.

У некоторых бактериофагов хромосома представляет собой не ДНК, а РНК. РНК этих вирусов, которая при синтезе вирусных белков выступает в роли мРНК, реплицируется в клетке-хозяине с помощью РНК-зависимой РНК-полимеразы или РНК-репликазы.

1.5.Трансляция генетической информации

Конечной целью реализации генетической информации в живой клетке является синтез белков, которые и осуществляют все биологические функции клетки, необходимые для ее жизнедеятельности, развития и адаптации к меняющимся внешним условиям. Однако генетическая информация в нуклеиновых кислотах записана последовательностью нуклеотидов. Поэтому ее необходимо перевести на язык аминокислотных остатков. Этот процесс перевода генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот и называется трансляцией генетической информации.

По всей вероятности, синтез белка представляет собой самый сложный из биосинтетических процессов. Он требует очень большого числа ферментов и других специфических макромолекул. В эукариотических клетках в белковом синтезе принимают участие свыше 70 рибосомальных белков, не менее 20 ферментов, необходимых для активации аминокислот-предшественников, более десятка вспомогательных ферментов и особых факторов для собственно белкового синтеза и не менее 100 дополнительных ферментов, участвующих в процессе созревания белков. Кроме того, в синтезе белка участвуют более 70 видов транспортных РНК (тРНК) и рибосомных РНК (рРНК). Многие из этих макромолекул организованы в сложные трехмерные структуры рибосом, в которых по мере синтеза полипептидной цепи происходит перемещение (транслокация) мРНК.

Сегодня мы знаем, что процесс белкового синтеза протекает в пять основных этапов.

Этап 1: активация аминокислот

На этом этапе, который протекает не в рибосоме, а в цитозоле, каждая из 20 аминокислот ковалентно присоединяется к определенной тРНК, используя для этого энергию АТР. Эти реакции катализируются группой требующих присутствия ионов Mg²⁺ активирующих ферментов, каждый из которых является специфическим по отношению к одной из аминокислот и к соответствующей этой аминокислоте тРНК.

Этап 2: инициация полипептидной цепи

На этом этапе мРНК, содержащая информацию о данном полипептиде, связывается с малой субчастицей рибосомы, а затем и с инициирующей аминокислотой, прикрепленной к соответствующей тРНК; в результате образуется инициирующий комплекс. тРНК, несущая инициирующую аминокислоту, взаимодействует по принципу комплементарности с находящимся в составе мРНК особым триплетом, или кодовом, который сигнализирует о начале полипептидной цепи.

Осуществлению этого процесса, который требует участия гуанозинтрифосфата (GTP), способствуют три специфических белка, присутствующие в цитозоле и называемые факторами инициации.

Этап 3: элонгация

Далее полипептидная цепь удлиняется за счет последовательного ковалентного присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определенное положение с помощью соответствующей тРНК, образующей комплементарные пары с отвечающим ей кодоном в мРНК. Элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля, называемых факторами элонгации. Для связывания каждой поступающей аминоацил-тРНК и для перемещения рибосомы вдоль мРНК на один кодон, т. е. для удлинения растущего полипептида на одно звено, затрачивается энергия, получаемая при гидролизе двух молекул GTP.

Этап 4: терминация и высвобождение

После завершения синтеза полипептидной цепи, о котором сигнализирует терминирующий кодон мРНК, происходит высвобождение полипептида из рибосомы при участии особых «рилизинг»-факторов (от англ, release - высвобождать), или факторов терминации.

Этап 5: сворачивание полипептидной цепи и процессинг

Чтобы принять свою нативную биологически активную форму, полипептид должен свернуться, образуя при этом определенную пространственную конфигурацию. До или после сворачивания новосинтезированный полипептид может претерпевать процессинг, осуществляемый ферментами и заключающийся в удалении инициирующих аминокислот, в отщеплении лишних аминокислотных остатков, во введении в определенные аминокислотные остатки фосфатных, метальных, карбоксильных и других групп, а также в присоединении олигосахаридов или простетических групп.

Некоторые особенности протекания этих этапов рассмотрены ниже.