Глава3 Особенности эукариотической и рнк, стартовый и терминирующие кодоны.

Главное отличие РНК от ДНК состоит в том, что молекулы РНК являются не двух-, а одноцепочечными. Причиной этому служат следующие особенности первичной структуры РНК:

• Пентоза в РНК – не дезоксирибоза, а рибоза, которая содержит дополнительную гидроксигруппу.

• Старт-кодон или инициаторный кодон – первый кодон матричной РНК, c которого начинается трансляция белка в рибосоме. У эукариот и архей старт-кодон всегда кодирует метионин, а у бактерий и прокариот– модифицированный метионин (N-формилметионин). Наиболее распространенным стартовым кодоном является АУГ (т.е. АТГ в соответствующей последовательности ДНК).

• Вместо тимина в репликации РНК участвует урацил.

Триплеты УАГ, УАА и УГА являются кодонами-терминаторами, на которых синтез белка останавливается. Ни для одного из кодонов- терминаторов не найдено соответствующей тРНК . Это исключает возможность механизма терминации с участием специальной тРНК, которая узнает терминатор для прекращения белкового синтеза. Вместо этого существуют сигнальные белковые факторы, которые вступают в действие как раз в тот момент, когда рибосома доходит до кодона-терминатора. Таким образом, терминирующие кодоны являются знаками пунктуации, механизм действия которых отличается от механизма действия кодонов, детерминирующих аминокислоты.

Кодон терминации обязательно присутствует в конце кодирующей части каждой природной мРНК. Вне рамки считывания триплеты УАА, УАГ и УГА в пределах кодирующей последовательности мРНК встречаются часто. Поэтому обычно случайный сдвиг рамки в процессе элонгации не может привести к синтезу очень длинного неправильного полипептида и чаще всего приводит к скорой терминации этой неправильной трансляции. В некодирующих участках мРНК, включая межцистронные участки полицистронных РНК, частота терминирующих триплетов обычно также высока.

Рисунок 3.1 – Молекула РНК, тРНК

Рисунок 3.2 – Стоп-кодон

Глава 4 Этапы биосинтеза белка - инициация, элонгация, терминация.

Трансляция (как и все матричные процессы) включает три стадии: инициацию (начало), элонгацию (продолжение) и терминацию (окончание).

Инициация. Сущность инициации заключается в образовании пептидной связи между двумя первыми аминокислотами полипептида.

Первоначально образуется инициирующий комплекс, в состав которого входят: малая субъединица рибосомы, специфические белки (факторы инициации) и специальная инициаторная метиониновая тРНК с аминокислотой метионином – Мет-тРНКМет.

Инициирующий комплекс находит мРНК и присоединяется к ней в точке инициации (начала) биосинтеза белка: в большинстве случаев это стартовый кодон АУГ. Между стартовым кодоном мРНК и антикодоном метиониновой тРНК происходит кодонзависимое связывание с образованием водородных связей. Затем происходит присоединение большой субъединицы рибосомы. При объединении субъединиц образуется целостная рибосома, которая несет два активных центра (сайта): А-участок (аминоацильный, служит для присоединения аминоацил-тРНК) и Р-участок (пептидилтрансферазный, служит для образования пептидной связи между аминокислотами).

Первоначально Мет-тРНКМет находится на А-участке, но затем перемещается на Р-участок. На освободившийся А-участок поступает аминоацил-тРНК с антикодоном, который комплементарен кодону иРНК, следующему за кодоном АУГ. В нашем примере это Гли-тРНКГли с антикодоном ЦЦГ, который комплементарен кодону ГГЦ. В результате кодонзависимого связывания между кодоном мРНК и антикодоном аминоацил-тРНК образуются водородные связи. Таким образом, на рибосоме рядом оказываются две аминокислоты, между которыми образуется пептидная связь. Ковалентная связь между первой аминокислотой (метионином) и ее тРНК разрывается.

После образования пептидной связи между двумя первыми аминокислотами рибосома сдвигается на один триплет. В результате происходит транслокация (перемещение) инициаторной метиониновой тРНКМет за пределы рибосомы. Водородная связь между 7 стартовым кодоном и антикодоном инициаторной тРНК разрывается. В результате свободная тРНКМет отщепляется и уходит на поиск своей аминокислоты. Вторая тРНК вместе с аминокислотой (в нашем примере ГлитРНКГли) в результате транслокации оказывается на Р-участке, а А-участок освобождается.

Элонгация. Сущность элонгации заключается в присоединении последующих аминокислот, то есть в наращивании полипептидной цепи. Рабочий цикл рибосомы в процессе элонгации состоит из трех шагов: кодонзависимого связывания иРНК и аминоацил-тРНК на А-участке, образования пептидной связи между аминокислотой и растущей полипептидной цепью и транслокации с освобождением А-участка. На освободившийся А-участок поступает аминоацил-тРНК с антикодоном, соответствующим следующему кодону иРНК (в нашем примере это ТиртРНКТир с антикодоном АУА, который комплементарен кодону УАУ). На рибосоме рядом оказываются две аминокислоты, между которыми образуется пептидная связь.

Связь между предыдущей аминокислотой и ее тРНК (в нашем примере между глицином и тРНКГли) разрывается. Затем рибосома смещается еще на один триплет, и в результате транслокации тРНК, которая была на Р-участке (в нашем примере тРНКГли), оказывается за пределами рибосомы и отщепляется от мРНК. А-участок освобождается, и рабочий цикл рибосомы начинается сначала.

Терминация. Сущность терминации заключается в окончании синтеза полипептидной цепи. Рибосома под воздействием определенных белков вновь разделяется на субъединицы. В конце концов, рибосома достигает такого кодона мРНК, которому не соответствует ни одна тРНК (и ни одна аминокислота). Существует три таких нонсенс-кодона: УАА («охра»), УАГ («янтарь»), УГА («опал»). На этих кодонах мРНК рабочий цикл рибосомы прерывается, и наращивание полипептида прекращает.

Рисунок 4.1- схема синтеза белка