7. Элонгация трансляции.
Если рассмотреть рибосому в любой момент синтеза пептида в течение элонгации, то можно видеть, что она прикреплена к мРНК (к ее кодирующей части) и обязательно удерживает молекулу пептидил-тРНК. Эта пептидил-тРНК представляет собой растущий пептид, соединенный своим С-концом с тРНК, принесшей последний (к данному моменту) аминокислотный остаток в рибосому. Такая рибосома способна быть или стать компетентной в том, чтобы связывать молекулу аминоацил-тРНК, соответствующую очередному кодону мРНК. Связывание аминоацил-тРНК приводит к ситуации, когда удерживаемая пептидил-тРНК и новосвязанная аминоацил-тРНК оказываются одновременно на рибосоме. Их расположение бок о бок и каталитическая активность рибосомы приводят к тому, что между ними происходит реакция транспептидации: С-конец пептидильного остатка от своей тРНК переносится на аминогруппу аминоацил-тРНК. В результате на рибосоме образуется новая пептидил-тРНК, где пептид удлинен на один аминокислотный остаток со стороны С-конца, а также деацилированная тРНК. Чтобы рибосома снова могла быть способной связывать следующую аминоацил-тРНК, необходимо произвести некоторые перемещения в рибосоме, в результате которых освободится место для аминоацил-тРНК и установится следующий нуклеотидный триплет (кодон) мРНК; этот шаг называется транслокацией.
Итак, рабочий цикл рибосомы в процессе элонгации состоит из трех шагов — кодонзависимого связывания аминоацил-тРНК, транспептидации и транслокации. Связывание аминоацил-тРНК происходит с участием белка ЕР-Тц, взаимодействующего с рибосомой, и сопровождается гидролизом молекулы ГТФ. Транс пептидация катализируется самой рибосомой. Транслокация происходит с участием другого белка, EF-G, и тоже сопровождается гидролизом ГТФ.
Согласно классической схеме имеются два участка связывания тРНК на рибосоме — так называемые А-участок и Р-участок, На стадии I аминоацил-тРНК в комплексе с EF-Тц и ГТФ связывается с А-участком и расположенным там вакантным триплетом (кодоном) матрицы. Пептидил-тРНК расположена в этот момент в Р-участке. Связывание аминоацил-тРНК завершается гидролизом ГТФ на рибосоме и освобождением комплекса EF-Tu'GDP и ортофосфата в раствор. На стадии II аминоацил-тРНК в А-участке реагирует с пептидил-тРНК в Р-участке, так что осуществляется перенос С-конца пептида на аминоацил-тРНК. Теперь удлиненная пептидил-тРНК (точнее ее остаток тРНК) занимает А-участок, а образовавшаяся деацилированная тРНК — Р-участок. На стадии III рибосома взаимодействует с EF-G и ГТФ, которые катализируют перемещение пептидил-тРНК (ее остатка тРНК) вместе с кодоном матрицы из А-участка в Р-участок и освобождение деацилированной тРНК из Р-участка в раствор. По завершении этого ГТФ гидролизуется, и EF-G, ГДФ и ортофосфат освобождаются из рибосомы. В результате снова достигается состояние, когда пептидил-тРНК находится в Р-участке, а в А-участке установлен следующий кодон матрицы, и он готов воспринять следующую аминоацил-тРНК. Трансляция всей кодирующей последовательности матричного полинуклеотида и элонгация полипептида на рибосоме осуществляются повторением именно таких циклов.
Таким образом, из рассмотрения рабочего цикла видно, что рибосома в процессе трансляции выполняет следующие функции: 1) связывание и удержание мРНК; 2) удержание пептидил-тРНК; 3) связывание аминоацил-тРНК; 4) связывание белковых факторов трансляции; 5) участие в катализе гидролиза ГТФ; 6) катализ транспептидации; 7) комплекс внутририбосомных перемещений, именуемый транслокацией (см. схему 4).
Было установлено, что при определенных условиях в бесклеточных системах транслокация может происходить также и в отсутствии факторов элонгации и ГТФ. Эта "неэнзиматическая" транслокация идет гораздо медленнее, чем EF-G'GTP-катализируемая, но, тем не менее, дает в результате нормальное посттранслокапионное состояние рибосомы, которое способно продолжать элонгацию. Следовательно, процесс транслокации является термодинамически спонтанным. Транслокационный механизм оказывается принципиально присущ самой рибосоме, а не привносится фактором элонгации.
Схема 4.
-tRNA
Схема последовательности событий в фактор-катализируемом злонгационном цикле (пунктиром даны бесфакторные шунты: неэнзиматическое связывание аминоадил-тРНК и неэнзиматическая транслокация)[7].