31. Современные представления о синтезе белка. Регуляция биосинтеза белка.

Процесс трансляции представляет собой заключительную фазу реализации генетической информации в системе ее переноса в генеральном направлении: ДНК –– РНК –– Белок.

Синтез функционально полноценных белковых молекул включает в себя следующие этапы:

• Подготовка пластического материала для сборки полипептидных цепей на рибосомах — процесс рекогниции (узнавания).

• Сборка полипептидных цепей на рибосомах в соответствии с информацией, поставляемой на рибосомы мРНК — процесс трансляции.

• Преобразование синтезированных на рибосомах полипептидных цепей в функционально полноценные белковые молекулы — посттрансляционный процессинг.

ИНИЦИАЦИЯ Для инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосомы, три белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), метионин и тРНК для метионина. В начале этой стадии формируются два тройных комплекса: первый комплекс – мРНК + малая субъединица + ИФ-3, второй комплекс – метионил-тРНК + ИФ-2 + ГТФ.

Метионил-тРНК связывается с первым кодоном АУГ матричной РНК и располагается в П-центре (пептидильный центр) большой субъединицы. А-центр (аминоацильный центр) остается свободным, он будет задействован на стадии элонгации для связывания аминоацил-тРНК. После присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации.

Фермент пептидилтрансфераза осуществляет перенос метионина с метионил-тРНК (в П-центре) на вторую аминоацил-тРНК( в А-центре) с образованием пептидной связи между метионином и второй аминокислотой.

Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, что первый кодон АУГ оказывается вне рибосомы, второй кодон становится напротив П-центра, напротив А-центра оказывается третий кодон. Для этих реакций необходима затрата энергии ГТФ. Первая тРНК выходит из рибосомы, вторая тРНК с дипептидом помещается в П-центр.

Второе повторение цикла – начинается с присоединения третьей аминоацил-тРНК к третьему кодону мРНК, аминокислота-3 становится в А-центр. Далее трансферазная реакции повторяется и образуется трипептид, занимающий А- центр, после чего он смещается в П-центр в транслоказной реакции. В пустой А-центр входит четвертая аминоацил-тРНК и все повторяется.

Цикл элонгации повторяется столько раз, сколько аминокислот необходимо включить в полипептидную цепь.

ТЕРМИНАЦИЯ Синтез белка продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет на мРНК особых терминирующих кодонов – стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. Данные триплеты не кодируют ни одной из аминокислот, это нонсенс-кодоны. При вхождении этих кодонов внутрь рибосомы происходит активация белковых факторов терминации, которые последовательно катализируют:

1.Гидролитическое отщепление полипептида от конечной тРНК

2.Отделение от П-центра последней, уже пустой тРНК.

3.Диссоциацию рибосомы

Источником энергии для завершения трансляции является ГТФ.

ЛЕКАРСТВЕННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ.

1. Инактивация факторов инициации -интерферон активирует внутриклеточные протеинкиназы, которые фосфорилируют белковый фактор инициации ИФ-2 и подавляют его активность.

2. Нарушение кодон-антикодонового взаимодействия - стрептомицин присоединяется к малой субъединице и вызывает ошибку считывания первого основания кодона.

3. Блокада стадии элонгации

-тетрациклины блокируют А-центр рибосомы и лишают ее способности связываться с аминоацил-тРНК

-левомицетин связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует пептидилтрансферазу

- эритромицин связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует транслоказу (перенос м-РНК вдоль рибосомы)

Регуляция синтеза белка: в эукариотических клетках набор и количество белков могут регулироваться на разных уровнях реализации генетической информации в фенотипическую. На ДНК имеются короткие специфические последовательности, которые обеспечивают регуляцию экспрессии генов, именно к ним и присоединяются регуляторные белки. Индукторами или корепрессорами, стимулирующими присоединение регуляторных белков к ДНК, могут быть гормоны, ионы металлов, субстраты или продукты метаболических путей. У белков-регуляторов имеется 3 важнейших участка:

-участок, по которому белки взаимодействуют с энхансерами или сайленсерами

-участок, к которому присоединяются индукторы или корепрессоры

-участок, взаимодействующий с белками-посредниками или транскрипционными факторами и изменяющий сродство промотора к РНК-полимеразе.

Пример: стероидные гормоны кортизол, альдостерон легко проходят плазматическую мембрану и в цитозоле клеток-мишеней присоединяются к белку-рецептору. Образуется комплекс, который проходит ядерную мембрану и связывается с регуляторным участком определенного гена. При присоединении к к энхансеру, изменение конформаци ДНК вызывает индукцию транскрипции.