3. Биосинтез полипептидной цепи

В полипептидной цепи происходят расшифровка инфор­мации, закодированной с помощью генетического кода, и построение на матрице мРНК полипептидной цепи опреде­ленного белка. В этом процессе участвуют еще два вида РНК — рибосомальная (рРНК) и транспортная (тРНК). Для обоих видов РНК в геноме имеются многочисленные гены, на матрице которых эти РНК синтезируются. Принципиаль­но транскрипция для рРНК и тРНК ничем не отличается от только что описанной транскрипции мРНК. В то же время рРНК и тРНК являются конечными продуктами. Таким об­разом, в геноме, кроме генов, контролирующих синтез всех белков организма, существуют гены, кодирующие тРНК, рРНК и ряд других типов РНК; тРНК обеспечивает связь между кодонами мРНК и аминокислотами будущей полипеп­тидной цепи. Для каждой из 20 аминокислот существует не менее одной тРНК. Различные тРНК отличаются по нуклео­тидной последовательности и по содержанию некоторых ред­ких нуклеотидов, которые возникают с помощью особой по- сттранскрипционной модификации молекулы тРНК. Все виды тРНК содержат около 80 нуклеотидов и на двухмерном изображении имеют форму клеверного листа. К З’-концу тРНК ковалентно присоединяется ее аминокислота. Внут­ренняя петля (рис. 3.8) содержит 7 неспаренных оснований и

'Структуры, которые осуществляют реакции сплайсинга для получе­ния зрелой мРНК, называют сплайсеосомами. Эти структуры представ­лены двумя типами молекул — малыми ядерными РНК и малыми ядер- ными рибонуклеопротеинами (мяРНП). которые образуются из малых ядерных РНК и белков. Известно 5 типов мяРНП, которые необходимы для нормального осуществления реакций сплайсинга.

Аминокислота

З'-конец

У

5'-конец

У

г-

Г-У

Модифицированные

нуклеотиды

Петля 1

Петля 3

.

ц		f]
ц	-	Г
А		У

Петля 2

Антикодон

Рис. 3.8. Молекула транспортной РНК

Вторичная структура тРНК имеет вид клеверного листа Внутренняя петля (петля 2) содержит 7 неспаренных оснований и антикодон Аминокислота присоединяется к З’-концу тРНК

антикодон — тройку нуклеотидов, комплементарных кодону мРНК. Комплементарность антикодона тРНК кодону мРНК является тем специфическим механизмом, который обеспе­чивает строгую реализацию последовательности кодонов мРНК и соответственно гена, в последовательность амино­кислот кодируемой им полипептидной цепи. Связывание аминокислоты с соответствующей тРНК обеспечивается осо­бым ферментом, который называют аминоацил-тРНК-синте- тазой. Для каждой аминокислоты имеется особая форма это­го фермента. Фермент узнает свою аминокислоту и свою

ДНК

АААЦТЦЦАЦТ-ГЦТ+Ц УУУГАГГУГААГААГ

мРНК

Ядерная

мембрана — ^г У*- ь

i Направление движения рибосомы

Рис. 3.9. Синтез полипептиднои цепи на рибосоме

Показаны также транскрипция мРНК и ее перенос через ядерную мембрану в цитоплазму клетки.

Формирующаяся полипептидная цепь

тРНК и ковалентно связывает их между собой. В результате образуется комплекс, который называют аминоацил-тРНК. Аминоацил-тРНК-синтетаза обеспечивает также контроль за правильностью соединения тРНК со своей аминокислотой и способна исправить ошибку в случае ее возникновения.

Образование полипептидной цепи из последовательно до­ставляемых к мРНК тРНК с соответствующими аминокисло­тами происходит на рибосомах (рис 3.9). Рибосомы представ­ляют собой нуклеопротеидные структуры, в которые входят три вида рРНК и более 50 специфических рибосомных бел­ков. Рибосомы состоят из малой и большой субъединиц Инициация синтеза полипептидной цепи начинается с при­соединения малой субъединицы рибосомы к центру связыва­ния на мРНК и всегда происходит при участии метионино- вой тРНК особого типа, которая связывается с метионино- вым кодоном АУГ и прикрепляется к так называемому Р-уча- стку большой субъединицы рибосомы. Следующий кодон

Рис. 3.10. Синтез полипептидной цепи на рибосоме.

Детализованная схема присоединения к растущей полипептидной цепи но­вой аминокислоты и участие в этом процессе участков А и Р большой субъ­единицы рибосомы. Объяснение в тексте.

мРНК, расположенный вслед за АУГ-инициирующим ко­доном, попадает в A-участок большой субъединицы рибосо­мы, где он «подставляется» для взаимодействия с амино- ацил-тРНК, имеющей соответствующий антикодон. После того как подходящая тРНК связалась с кодоном мРНК, нахо­дящимся в A-участке, происходит образование пептидной связи с помощью пептидилтрансферазы, входящей в состав большой субъединицы рибосомы, и аминоацил-тРНК пре­вращается в пептидил-тРНК. Это заставляет рибосому про­двинуться на один кодон, переместить образованную пепти- дил-тРНК в P-участок и* освободить A-участок, который за­нимает следующий по порядку кодон мРНК, готовый к сое­динению с аминоацил-тРНК, имеющей подходящий антико­дон (рис. 3.10). Происходит рост полипептидной цепи за счет многократного повторения описанного процесса. Рибосома движется вдоль мРНК, высвобождая ее инициирующий учас­ток. На инициирующем участке происходит сборка следую­щего активного рибосомного комплекса и начинается синтез новой полипептидной цепи. Таким образом к одной молеку­ле мРНК может присоединиться несколько активных рибо­сом с образованием полисомы. Синтез полипептида продол­жается до тех пор, пока в A-участке не окажется один из трех стоп-кодонов. Стоп-кодон распознается специализирован­ным белком терминации, который прекращает синтез и спо­собствует отделению полипептидной цепи от рибосомы и от мРНК. Рибосома и мРНК также разъединяются и готовы на­чать новый синтез полипептидной цепи (см. рис. 3.9). Оста­ется только напомнить, что белки — это основные молекулы, обеспечивающие жизнедеятельность клетки и организма. Они и ферменты, обеспечивающие весь сложнейший обмен веществ, и структурные белки, составляющие скелет клетки и образующие межклеточное вещество, и белки-транспортеры многих веществ в организме, как, например, гемоглобин, транспортирующий кислород и белки-каналы, обеспечиваю­щие проникновение в клетку и удаление из нее разнообраз­ных соединений.