Индутный А. В., Высокогорский В. Е. Молекулярные механизмы трансляции и регуляции биосинтеза белка // Методическое пособие для самостоятельной работы студентов

В методическом пособии, составленном в рамках учебной программы по биохимии, систематизированы имеющиеся сведения о молекулярных механизмах трансляции, адресования и регуляции биосинтеза белка в эукариотических клетках.

.

Э 16 тапы и механизм трансляции

Трансляция (лат.: translatio - передача) - процесс преобразования генетического текста мРНК (иРНК) в последовательность аминокислот полипептидной цепи.

Для процесса трансляции (собственно биосинтеза белка) необходимы:

1. Аминокислоты (20 видов).

2. тРНК (в цитоплазме эукариот известно 50 видов). Транспортные РНК выполняют функцию адапторов, т. е опосредуют соответствие между последовательностью кодонов мРНК и последовательностью аминокислот в полипептиде. Адапторная функция тРНК обусловлена их строением (рис.1). В тРНК имеются: акцепторный участок , антикодоновая петля, псевдоуридиловая петля, дигидроуридиловая и добавочная петли.

Рис.1

К

1

акцепторному участку присоединяется аминокислота, соответствующая данной тРНК. Антикодоновая петля имеет триплет нуклеотидов - антикодон, способный узнавать определенный кодон мРНК и присоединяться к нему по принципу комплементарности. В состав антикодона часто входит инозин, который может образовывать комплементарные пары с цитидином, аденозином и уридином. Благодаря этому, антикодон может узнавать не один, а несколько кодонов мРНК, соответствующих одной и той же аминокислоте. Таким образом, устраняется необходимость в 61-ом виде тРНК (по числу значащих кодонов мРНК). Например, три кодона глицина: ГГУ, ГГЦ, ГГА - узнаются одним антикодоном ЦЦИ (И - инозин).

Считается, что псевдоуридиловая петля участвует в связывании тРНК с рибосомой. Дигидроуридиловая петля - требуется для присоединения к тРНК фермента аминоацил-тРНК-синтетазы. Функция добавочной (вариабельной) петли остается не вполне ясной.

3. Аминоацил-тРНК-синтетазы (20 видов). Данные ферменты обеспечивают связывание аминокислоты с акцепторным участком соответствующей ей тРНК.

4. мРНК. Следует отметить, что мРНК у эукариот, в ходе процессинга приобретает т.н. кэп (от англ.: сap - шапка, кепка).

Кэп присоединен со стороны 5` конца мРНК и представлен метил-ГТФ. Кэп имеет большое значение в процессе связывания эукариотической мРНК с рибосомой.

5. Рибосомы (белково-синтетический аппарат клетки). Рибосомы состоят из двух субъединиц - малой и большой, содержащих рибосомальную РНК (рРНК) и около 80 различных белков. Рибосомы прокариот и эукариот отличаются по размерам. Для эукариот характерны более крупные рибосомы - 80S, состоящие из 40S (малой) и 60S (большой) субъединиц. Для прокариот - 70S, включающие 30S и 50S субъединицы.

6. Энергия фосфатных связей АТФ, ГТФ

7. Mg²⁺

8. Белковые факторы (кэп-связывающие белки, факторы инициации трансляции, элонгации, высвобождения)

Этапы биосинтеза белка:

• РЕКОГНИЦИЯ

I Инициация

• ТРАНСЛЯЦИЯ II Элонгация

III Терминация

• ПРОЦЕССИНГ БЕЛКА

3 2 . Регуляция на уровне стабильности и активности мРнк

Как уже отмечалось, повторное использование мРНК для трансляции существенно повышает эффективность биосинтеза белка. Следовательно, чем длительнее мРНК будет существовать в цитоплазме, не подвергаясь разрушению ферментами нуклеазами, тем большее количество белка может быть синтезировано на ее основе. На время жизни, на стабильность мРНК, оказывают влияние различные регуляторы, например, гормональные.

У эукариот мРНК может обратимо соединяться с особыми белками цитоплазмы - информатинами. Образуется рибонуклеопротеин, называемый информосомой . мРНК в составе информосомы не доступна для трансляции (неактивна или консервирована). При необходимости, возможна диссоциация информосомы и активация мРНК. Процесс образования и распада информосом, в ряде случаев, контролируется гормонами. Так, известно участие эстрогенов в формировании информосом.

кэп



╠═..... мРНК

5` 3`

4. Регуляция на уровне трансляции. В настоящее время недостаточно изучена. Известен путь регуляции трансляции с помощью изменения содержания или активности белкового фактора инициации трансляции-2 (ФИ-2). Таким образом может достигаться общая (тотальная) репрессия или активация биосинтеза белка (тотальная регуляция). Некоторые (неизвестные) особенности 5`-конца мРНК могут обусловливать предпочтительную трансляцию именно с данного вида мРНК, а не с других видов матричных полинуклеотидов, находящихся в цитоплазме клетки (избирательная дискриминация мРНК). Например, преимущественная трансляция вирусных РНК в вирусинфицированных клетках объясняется избирательной дискриминацией мРНК клеток хозяина.

На формирование зрелых белков из препробелков и пробелков оказывают влияние факторы, действующие на совокупность процессов модификации того или иного полипептида. Т. е. имеет место регуляция на этапе процессинга белка. Процессинг белка находится в зависимости от уровня обеспеченности энергией; активности ферментов, осуществляющих модификацию полипептида; концентрации метаболитов, микроэлементов, витаминов, гормонов.

Например, гидроксилирование пролина и лизина в проколлагене необходимо для последующего формирования коллагена. Дефицит аскорбиновой кислоты приводит к снижению интенсивности процесса гидроксилирования и, тем самым, ограничивает синтез коллагена.

Следует отметить, что регуляция на этапе процессинга белка контролирует не количество синтезируемых полипептидов (предшественников белков), а количество соответствующих им зрелых белковых молекул .

м

15

еханизму. Например, глюкокортикоиды (гормоны коры надпочечников) поступают в клетку-мишень и образуют комплекс с рецептором. Гормон-рецепторный комплекс взаимодействует с определенным участком ДНК и превращает его в энхансерный элемент. Сформированный таким образом энхансер повышает транскрипцию целого ряда генов, обусловливая метаболические сдвиги, характерные для эффекта глюкокортикоидов.