37. Составляющие элементы и стадии трансляции.

Ответ. Трансляция – перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислот в полипептидной цепочке. Это второй этап белкового синтеза, на котором отдельные аминокислотные остатки поликонденсируются по направлению от аминоконца полипептидной цепи к карбоксильному концу. Cоставляющие элементы трансляции: аминокислоты; тРНК; мРНК; рибосомы; ферменты для аминоацилирования тРНК; белковые факторы трансляции, представленные белковыми факторами инициации, элонгации, терминации – специфическими внерибосомными белками, обеспечивающими трансляцию; АТФ и ГТФ – источники энергии; ионы магния, стабилизирующие структуру рибосом. В процессе трансляции участвует 20 аминокислот. Для каждой из которых в клетках имеется фермент, осуществляющий синтез соответствующей аминоацил-тРНК (общее название – аминоацил-тРНК-синтетаза). Молекула тРНК имеет вторичную структуру и напоминает листок клевера. Такая конфигурация является следствием установления водородных связей между некоторыми комплементарными нуклеотидами. Размер тРНК примерно 80 нуклеотидов. На концах молекулы расположены два активных центра. Первый активный центр – триплет свободных нуклеотидов, который называется антикодоном. Он соответствует определенной аминокислоте. Второй активный центр (акцепторный стебель) – противоположный антикодону участок, которому прикрепляется аминокислота. На 5'-конце этого центра молекулы тРНК всегда находится гуанин (Г), а на 3'-конце – триплет ЦЦА. Процесс узнавания тРНК своей аминокислоты называется рекогницией. Каждая аминокислота присоединяется к одной из своих специфических тРНК при участии ферментов аминоацил-тРНК-синтетазы и АТФ. В результате активируются аминокислоты и образуется комлекс, включающий аминокислоты и тРНК – аминоацил-тРНК. В данном комплексе энергия связи между концевым нуклеотидом А (в триплете ЦЦА) и аминокислотой достаточно для образования в дальнейшем пептидной связи. Ф. Криком были сформулированы положения, совокупность которых известна под названием гипотезы «качания» (wobble): 3′- основание кодона мРНК имеет нестрогое спаривание с 5′-основанием антикодона тРНК: например, У (мРНК) может взаимодействовать с А и Г (тРНК); некоторые тРНК могут спариваться с более чем одним кодоном. Рибососма − немембранный органоид живой клетки, служащий для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК (мРНК). Этот процесс называется трансляцией. Рибосомы имеют сферическую или слегка эллипсоидную форму и состоят из большой и малой субъединиц. Каждая субъединица построена из рибосомной РНК и белков. Рибосомы и их субъединицы обычно классифицируют не по массам, а в соответствии с коэффициентами седиментации. Коэффициент седиментации полной эукариотической рибосомы составляет около 80 единиц Сведберга (80S), а ее субчастиц − 40S и 60S. Рибосомы прокариот имеют сходную структуру, но они несколько меньше, чем эукариотические (коэффициенты седиментации полной рибосомы – 70S, а субчастиц – 30S и 50S). Стадии трансляции: инициация (начало трансляции) заключается в объединении малой субъединицы рибосомы, инициирующего триплета иРНК (АУГ), расположенного на ее 5'-конце, и определенной последовательности нуклеотидов, отвечающих за связь с рибосомой, аминоацил-тРНК и большой субъединицы рибомомы. У бактерий E.coli на стадии инициации в процессе трансляции участвуют три белковых фактора: IF-3-фактор прикрепляется к 30S-субчастице рибосомы и способствует его взаимодействию с мРНК; F-1-фактор закрывает А-сайт на 30S-субчастице рибосомы, обеспечивая тем самым посадку первой fMet-tRNAfMet на Р-сайт рибосомы и защищая А-сайт от посадки какой-либо другой нагруженой аминокислотой тРНК; IF-2-фактор – небольшой ГТФ связывающий белок, который в форме IF-2-ГТФ прикрепляется к нагруженой метионином fMet-tRNAfMet и помогает ей сесть на рибосому. Следует отметить, что IF-3 помогает tRNAfMet правильно осуществить взаимодействие с инициирующим кодоном АУГ на мРНК. Гидролиз ГТФ происходит в результате приклепления большой субъединиц рибосомы к малой, что приводит к диссоциации IF-2-ГДФ и диссоциации IF-1. Таким образом, большая субъединица рибосомы служит как «ГТФ-аза активирующий белок» для IF-2. В результате слияния двух субъединиц рибосомы мРНК оказывается в канале, который образуется между ними: элонгация (процесс трансляции) включает реакции от образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты к молекуле полипептида. В это время рибосома помещается от первого до последнего кодона на иРНК. Для быстрого протекания элонгации необходимы специальные факторы: ЕF1, EF2 и ГТФ. После инициации первая тРНК с метионином расположена в пептидном центре, аминоацильный центр свободен. В аминоацильный центр поступает вторая тРНК со своей аминокислотой. Таким образом, в каждый данный момент внутри рибосомы находятся два кодона иРНК: один напротив аминоацильного центра, второй напротив пептидильного центра, в которых располагается соответствующие тРНК с аминокислотами. Между первой и второй аминокислотами устанавливается пептидная связь. Рибосома продвигается на один триплет по ходу иРНК. Первая тРНК отсоединяется от иРНК и своей аминокислоты и уходит за следующей аминокислотой, а вторая тРНК со своей аминокислотой попадает в пептидильный центр. В это время в аминоацильный центр поступает третья тРНК с аминокислотой, и цикл повторяется. Таким образом, полипептидная молекула собирается в полном соответствии с информацией, записанной на иРНК. Терминация (конец трансляции) обусловлена наличием терминирующих кодонов (УАА, УАГ, УГА), которые прекращают синтез белка. К аминоацильному центру присоединяется специфический белок – release factor (фактор освобождения). При этом рибосома диссоциирует на две субъединицы, иРНК высвобождается, тРНК отсоединяется от белка. Регуляция синтеза белка у эукариот может осуществляться на уровне транскрипции и трансляции. Регуляторную функцию выполняют ядерные белки (гистоны). Их молекулы заряжены положительно и легко связываются с отрицательно заряженными фосфатами, влияя на транскрипцию определенных генов с помощью ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Модификации гистонов ослабляют их связь с ДНК и облегчают транскрипцию. Кислые негистоновые белки, связываясь с определенными участками ДНК, также облегчают транскрипцию. Регулируют транскрипцию и низкомолекулярные ядерные РНК, которые находятся в комплексе с белками и могут избирательно включать гены. Усиливают синтез белка различные анаболитические стероиды, инсулин, предшественники нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Ингибиторами синтеза белка являются антибиотики, некотрые противоопухолевые препараты, модифицированные азотистые основания и нуклеозиды. Соответствие порядка нуклеотидов в молекуле ДНК порядку в молекуле белка называется колинеарностью.