Глава 3. Инициация роста полипептидной цепи

I На второй стадии процесса биосинтеза белка происходит образование инициаторного комплекса – особой структуры, способной к началу синтеза полипептидной цепи на основе информации, заложенной в структуре матричной РНК. Основу инициаторного комплекса составляет рибосома.

Формирование инициаторного комплекса происходит в три этапа.

(1) Малая субъединица рибосомы (30S subunit) связывается с двумя белковыми факторами инициации (initiation factors) IF-1 и IF-3. Затем к ним присоединяется мРНК. У прокариот стартовый кодон AUG на 5'-конце мРНК устанавливается в правильное положение вследствие комплементарного спаривания последовательности Шайна-Дальгарно с 3'-концевой последовательностью рРНК малой субъединицы рибосомы.

(2) Со старт-кодоном (AUG) мРНК комплементарно связывается антикодон (UAC) инициаторной аминоацил- лированной тРНК (несущей формилметионин (с. 1-13) fMet-тPHKfMet), с которой связан белковый фактор инициации IF-2 и гуанозинтрифосфат (ГТФ).

(3) Происходит гидролиз ГТФ. За счёт освобождающейся при этом энергии, от комплекса отделяются факторы инициации IF-1, IF-2 и IF-3. Присоединение большой субъединицы рибосомы (50S subunit) приводит к образованию инициирующего комплекса.

П оследовательность Шайна-Дальгарно (Shine-Dal- garno sequence, названная в честь открывших её австралийских исследователей John Shine и Lynn Dalgarno) – это видоспецифичный сайт связывания рибосом на молекуле мРНК прокариот, она содержит от 4 до 9 пуринов на расстоянии от 8 до 13 нуклеотидов от 5'-конца мРНК. На рисунке приведены примеры последовательностей Шайна- Дальгарно для нескольких генов E. coli и геномов двух бактериофагов.

К омплементарное спаривание консенсусной (подходящей для всех видов) последовательности Шайна-Дальгарно прокариот с 3'-концевой последовательностью рибосомальной РНК (рРНК) малой субъединицы рибосомы представлено на рисунке.

Рисунок 3 – комплементарное спаривание

Рибосома имеет три сайта связывания тРНК:

1. А – аминоацильный сайт (aminoacyl (A) site);

2. Р – пептидильный сайт (peptidyl (P) site);

3. Е – сайт выхода тРНК (exit (E) site).

Только стартовая тPHKfMet связывается с Р-сайтом, все остальные аминоациллированные тРНК связываются с А-сайтом рибосомы.

Таким образом, в состав инициаторного комплекса входит рибосома, к которой присоединена мРНК со стартовым кодоном в Р-сайте, с которым, в свою очередь, связан аминоацильный комплекс инициирующей аминокислоты (fMet) с тРНК.

В А-сайте (аминоацильном) инициирующего комплекса находится второй по счету кодон м-РНК.

Глава 4. Элонгация

На третьей стадии процесса биосинтеза белка происходит элонгация (удлинение) полипептидной цепи синтезируемого белка, как результат собственно трансляции (перевода).

Основными этапами элонгации являются:

1. присоединение следующей аминоацил-тРНК;

2. конформационное изменение рибосомы;

3. формирование пептидной связи;

4. сдвиг, или транслокация, рибосомы на один кодон вдоль мРНК.

Для элонгации необходим набор специализированных белков – факторов элонгации, EF (elongation factors).

1. Используемые для биосинтеза белка аминоацил-тРНК присоединяют особый белковый фактор элонгации EF-1 (Tu) и ГТФ (GTP). При этом образуется тройной комплекс: аминоацил-тРНК–Tu–ГТФ. Комплекс, в состав которого входит соответствующая аминокислота, присоединяется к кодону мРНК, локализованному в А-сайте рибосомы. Присоединение происходит лишь в том случае, если антикодон т-РНК оказывается комплементарным кодону мРНК.

2. Гидролиз GTP стимулирует конформационное изменение рибосомы, при котором сближаются 3'-концы тРНК с аминокислотами, и высвобождение EF1. Важную роль в обеспечении всех этих превращений на рибосоме играет фактор элонгации Ts (не показан на рисунке), который переносит ГТФ на EF1 (Tu), «заряжая» его.

3. Между аминокислотами, связанными с тРНК, находящимися в А и Р сайтах образуется пептидная связь. Для этого аминокислота из Р-сайта переносится в А-сайт. Эта пептидилтрансферазная реакция катализируется большой рРНК. Каталитическая активность именно большой рРНК была доказана, тем, что она катализировала пептдилтрансферазную реакцию даже в условиях, когда из большой субъединицы рибосомы были удалены все малые белки. Другой аргумент в пользу каталитической активности большой рРНК, был получен из кристаллографических исследований пространственной структуры рибосомы, которые показали, что вблизи места, где происходит синтез пептидной связи, нет рибосомных белков. Аминокислота из Р-сайта, перенесённая в А-сайт, присоединяется к связанной с тРНК аминокислоте и становится N-концевой. Поэтому инициирующая аминокислота в синтезирующемся белке всегда оказывается N-концевой. В результате в А-сайте рибосомы оказывается дипептидил-тРНК, а в Р-сайте – остаётся «пустая» тРНК.

4. На следующем этапе рибосома, связывается со вторым фактором элонгации EF2 (G) (транслоказа), несущим ГТФ, и за счёт энергии гидролиза ГТФ перемещается вдоль мРНК в сторону 3'-конца на расстояние, равное одному кодону. В результате подобной транслокации «пустая» тРНК перемещается из P-сайта в Е-сайт (и затем десорбирует в цитозоль). В Р-сайте при этом оказывается дипептидил-тРНК, а А-сайт освобождается. После освобождения А-сайта рибосомы, появляется возможность для присоединения новой аминоацил-тРНК и последовательность событий, происходящих на этой стадии, повторяется.

В результате повторения этапов (1)–(4) к уже образованной полипептидной цепи последовательно присоединяются остальные остатки аминокислот.

Последовательность присоединения аминокислот, определяется первичной структурой (нуклеотидной последовательностью) мРНК.