8.3.1. Стадия инициации
Синтез белка у всех про- и эукариот начинается с одной и той же аминокислоты – метионина, то есть с первого от 5-конца метионинового кодона, которым является триплет АУГ. Однако при этом за два нуклеотида до него обязательно должен находится пурин (А или Г).
На стадии инициации малая рибосомная субчастица связывается с 5-концом цепи мРНК (как правило, кепированным) и скользит слева направо вдоль некодирующей части мРНК до тех пор, пока не натолкнется на инициаторный кодон (триплет АУГ, на рис. 8–7 крайний слева). Инициаторный кодон спарен с комплементарным ему антикодоном УАЦ инициаторной тРНК. Эта пара кодонов определяет точку начала считывания.
Рис. 8–7. Схема матричного процесса трансляции. Образование рибосомой на мРНК полипептидной цепи из аминокислот, приносимых тРНК
Точный выбор стартовой точки определяет не только концевую аминокислоту синтезируемой полипептидной цепи, но и всю последующую разбивку, нуклеотидной последовательности мРНК на триплеты (кодоны), то есть правильную рамку (фазу) считывания информации.
Правильный выбор стартовой точки обеспечивают: инициаторный кодон с предшествующей ему последовательностью нуклеотидов в нетранслируемой области, малая субчастица рибосомы, инициаторная тРНК, около десятка белковых факторов инициации, гуанозинтрифосфат (ГТФ), а также аденозинтрифосфат (АТФ).
Малая рибосомная субчастица связывает на себе часть факторов инициации, в частности, катализирующих гидролиз ГТФ и АТФ, и инициаторную тРНК.
Далее малая рибосомная субчастица присоединят к себе большую рибосомную субчастицу. Присоединение сопровождается гидролизом гуанозинтрифосфата на факторе инициации и уходом с рибосомной частицы этого фактора вместе с образовавшимся в результате гидролиза гуанозиндифосфатом. Теперь на мРНК находится полная рибосома, готовая принимать транспортные РНК с присоединенными к ним аминокислотными остатками, соответствующими последовательности нуклеотидных триплетов в мРНК (рис. 8–7).
Транспортные РНК связываются с определенными аминокислотами в цитоплазме клетки вне рибосомы.
Поступление комплексов тРНК-аминокислоты в рибосому строго детерминировано мРНК.
8.3.2. Стадия элонгации
В стадии элонгации рибосома протягивает через себя цепь мРНК и последовательно выбирает из раствора (цитоплазмы) комплексы тРНК–аминокислота с соответствующим антикодоном: УУЦ, комплементарным кодону 2 мРНК, ЦАГ, комплементарным кодону 3, ААА, комплементарным кодону 4, ЦЦА, комплементарным кодону 5 и т.д. Каждый комплекс несет соответствующий аминокислотный остаток. Синтезируемая белковая полипептидная цепь NH2–метионин–лизин–Валин–фенилаланин и т.д. выходит из рибосомы наружу. Отработанные (с отщепленными аминокислотными остатками) тРНК выбрасываются в цитоплазму.
Рассмотрим этот процесс более подробно. В механизме потриплетного сканирования мРНК при элонгации участвуют молекулы тРНК, которые взаимодействуют с малой рибосомной субчастицей. Малая субчастица имеет два тРНК-связывающих участка А и Р. Кодоны, находящиеся на участках А и Р определяют выбор тРНК. Пусть в какой-то момент времени участок Р связан с тРНК4 (рис. 8–7), имеющей антикодон ААА, комплементарный кодону УУУ мРНК, и несущей фенилаланин, к которому присоединена синтезируемая полипептидная цепь, а участок А вакантен и содержит нуклеотидный триплет (кодон 5 ГГУ) мРНК. При наличии рядом комплекса аминокислота–тРНК5, имеющего антикодон ЦЦА, комплементарный кодону 5 мРНК, происходит первый шаг элементарного элонгационного цикла — связывание кодона 5 мРНК и антикодона тРНК5. В результате в рибосому попадет именно тот аминокислотный остаток, который кодируется кодоном 5 мРНК, связанным с участком А рибосомы.
После этого молекулы тРНК4 и тРНК5, расположенные рядом на участках А и Р, взаимодействуют друг с другом. В результате синтезируемая полипептидная цепь, соединенная с тРНК4 на участке Р, присоединяется к новому аминокислотному остатку, связанному с тРНК5 на участке А. Связь оставшейся без аминокислотного остатка тРНК4 с участком Р ослабляется и он выбрасывается из рибосомы. На его место перемещается новая тРНК5 вместе с кодоном 5 мРНК. Таким образом рибосома протягивает мРНК. Теперь со свободным участком А связывается следующий (новый) кодон 6 мРНК. Повторение таких элементарных циклов и определяет процесс элонгации. Большая субчастица рибосомы выступает в этих процессах, как фермент, в то время как малая удерживает мРНК и считывает информацию.