12 Биосинтез белка. Этапы трансляции. Посттрансляционная модификация белка.

Завершающий этап реализации генетической информации, заключающийся в синтезе полипептидных цепей на матрице мРНК, называется трансляцией. В результате этого процесса генетическая информация с языка последовательности нуклеотидов в мРНК переводится (транслируется) на язык последовательности аминокислот в молекуле белка. Роль своеобразного «словаря» при этом переводе выполняет генетический код. Это свойственная всем живым организмам единая система записи наследственной информации в виде нуклеотидной последовательности, которая определяет порядок включения аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь. Для генетического кода характерны следующие свойства:

• триплетность – каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами;

• универсальность – код одинаков для всех организмов;

• однозначность (специфичность) – каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота;

• вырожденность – возможность кодирования одной и той же аминокислоты несколькими кодонами;

• неперекрываемость – кодоны считываются последовательно, один за другим, не перекрываясь;

• однонаправленность - декодирование мРНК осуществляется в направлении 53;

• колинеарность – соответствие последовательности аминокислот в белке последовательности нуклеотидов в зрелой мРНК;

• существование нескольких типов кодонов – инициирующего (АУГ), смысловых и терминирующих (УАА, УАГ, УГА).

Для осуществления синтеза белка необходимо согласованное взаимодействие большого числа компонентов (Табл. 7.1.).

Компоненты	Функции
1. Аминокислоты	Субстраты для синтеза
2. тРНК	Адапторы, обеспечивающие доставку и включение нужной аминокислоты в белок
3. Аминоацил-тРНК-синтетазы	Обеспечение специфического связывания аминокислоты с соответствующей тРНК
4. мРНК	Матрица для синтеза
5. Рибосомы	Место синтеза белка
6. АТФ, ГТФ	Источники энергии
7. Факторы инициации, элонгации, терминации	Внерибосомные белки, необходимые для соответствующих этапов трансляции
8. Mg2+	Кофактор, стабилизирующий структуру рибосом.

Таблица 7.1.

Компоненты белок-синтезирующей системы

Компоненты Функции

1. Аминокислоты Субстраты для синтеза

2. тРНК Адапторы, обеспечивающие доставку и включение нужной аминокислоты в белок

3. Аминоацил-тРНК-синтетазы Обеспечение специфического связывания аминокислоты с соответствующей тРНК

4. мРНК Матрица для синтеза

5. Рибосомы Место синтеза белка

6. АТФ, ГТФ Источники энергии

7. Факторы инициации, элонгации, терминации Внерибосомные белки, необходимые для соответствующих этапов трансляции

8. Mg2+ Кофактор, стабилизирующий структуру рибосом.

Синтез белка происходит в несколько стадий:

• подготовка к синтезу, заключающаяся в активации аминокислот и образовании аминоацил-тРНК;

• собственно трансляция, состоящая из этапов инициации, элонгации и терминации;

• посттрансляционная модификация белка.

Посттрансляционные изменения белков

Многие белки синтезируются в неактивном виде (предшественники) и после схождения с рибосом подвергаются постсинтетическим структурным модификациям. Эти конформационные и структурные изменения полипептидных цепей получили название посттрансляционных изменений. Они включают удаление части полипептидной цепи (частичный протеолиз), ковалентное присоединение одного или нескольких низкомолекулярных лигандов, связывание между собой субъединиц олигомерного белка, приобретение белком нативной конформации (фолдинг).

При частичном протеолизе, например, неактивные предшественники секретируемых ферментов – зимогены – образуют активный фермент после расщепления по определенным участкам молекулы. Наглядным примером последовательного протеолиза служит и образование активных форм инсулина или глюкагона из препрогормонов.

В ходе ковалентных модификаций структурные белки и ферменты могут активироваться или инактивироваться в результате присоединения различных химических групп: фосфатных, ацильных, метильных, олигосахаридных и др. Многочисленным модификациям подвергаются боковые радикалы некоторых аминокислот: в тиреоглобулине йодируются остатки тирозина, в факторах свертывания крови карбоксилируются остатки глутамата, в цепях тропоколлагена гидроксилируются остатки пролина и лизина.

У некоторых белков на N-конце имеются короткие последовательности гидрофобных аминокислотных остатков, которые называют сигнальными последовательностями. Эти участки играют важную роль в транспорте белков через мембраны. В процессе переноса через мембрану сигнальная последовательность отщепляется сигнальной пептидазой. В итоге белок приобретает функциональную активность, оказавшись в соответствующей органелле или вне клетки.

Существование посттрансляционной модификации расширяет возможности клеток в регуляции метаболизма. Изменения количества или активности ферментов, участвующих в модификации белков, приводят к снижению или увеличению концентрации последних, что отражается на скорости соответствующих процессов.