Генетический код и его характеристики.

Генетический код (биологический код) - способ шифровки в НК информации о первичной структуре.

В биологическом коде кодовое число=3 : тройку нуклеотидных остатков (триплет), кодирующих включение одной аминокислоты, называют кодоном.

Из 64 триплетов 61 используется для кодирования аминокислот, а 3 – УАА, УАГ, УГА – обозначают конец матрицы (терминирующие триплеты) (обрыв цепи).

Каждый триплет кодирует только 1 АК. Это свойство специфичное и однозначность. (с другой стороны, 1 АК может кодировать 2-я или большим числом (до 6) разных триплетов т.е. код вырожденный.

11. Рибосомы, их строение и функции в синтезе белка. Инициация биосинтеза. Элонгация, терминация.

Рибосомы прокариот состоят из двух субчастиц неравного раз­мера - большой с коэффициентом седиментации 50S и малой с коэф­фициентом седиментации 30S (70S -рибосома). В состав 50S-субчастицы входит одна молекула 23S-p-PHK (3200 нуклеотидов), одна молекула 5S-p-PHK (120 нуклеотидов) и 34 белка. Субчастица 30S содержит одну молекулу 16S-p-PHK (1600 нуклеотидов) и 21 бе­лок. Все белки рибосом E.Coli выделены, многие из них секвенированы. Рибосомы эукариот имеют более крупные размеры и сложнее уст­роены (80S рибосомы). Они так же, как и прокариотические рибосомы, состоят из двух субчастиц, размер которых варьируется у разных ви­дов, но в среднем равен 60S и 40S. Всего эукариотические рибосомы содержат свыше 70 белков; рРНК и большинство белков эукариотических рибосом также выделены и охарактеризованы. Две субчастицы рибосомы соединены друг с другом не все время. Каждый раз, когда начинается синтез новой полипептидной цепи, рибосомы должны дис­социировать на субчастицы.

Процесс инициации биосинтеза протекает в три стадии.

На первой стадии 30S -субчастица связывается с фактором IF-3, который препятствует объединению субчастиц. Затем к 30S-субчастице, связанной с фактором 3, присоединяется мРНК таким об­разом, что инициирующий кодон мРНК 5'AUG3' связывается с опре­деленным участком 308-рибосомы. Правильное расположение ини­циирующего кодона AUG на ЗОS-субчастице обеспечивается с помо­щью особого инициирующего сигнала, представляющего собой уча­сток мРНК, расположенной с 5'- стороны от кодона AUG. Этот сигнал состоит из остатков А и G и включает обычно от 6 до 8 нуклеотидов. Он узнается комплементарной последовательностью 16S-pPHK 30S-субчастицы. Это указывает на место, с которым должна связаться формилметионил-тРНК^f-мет. Внутренние кодоны AUG специфичны по отношению к метионил-тРНК _э ^мет и не способны связывать метионил- тРНК^f-мет .

На второй стадии комплекс, состоящий из 30S-IF ₃и мРНК, уве­личивается в результате связывания с IF-1 и IF-2, уже связанными с GTP и с инициирующей N-формилметионил-тРНК ^мет, которая попада­ет на инициирующий кодон AUG.

На третьей стадии инициации этот комплекс взаимодействует с 50S-субчастицей, одновременно GTP, связанная с JF-2, гидролизуется до GDP и фосфата и высвобождается из рибосомы. Факторы инициа­ции тоже покидают рибосому. Теперь имеется функционально актив­ная 70S рибосома, которая называется инициирующим комплексом. Она содержит м-РНК и инициирующую формилметионил-тРНК^f-мет . В рибосоме имеется два участка связывания аминоацил-тРНК: аминоацил-, или А-участок, и пептидил-, или Р-участок. Инициирующая формилметионил-тРНК может связываться только с Р-участком. Все остальные вновь поступающие аминоацил-тРНК присоединяются к А-участку, тогда как Р-участок - это такое место рибосомы, с которого уходят «пустые» тРНК и к которому прикрепляется растущая пептидил-тРНК.

Молекулы тРНК располагаются на рибосоме таким образом, что взаимодействуют с обеими субъединицами, причем на большой субъе­динице в районе пептидилтрансферазного центра сближены их 3'-концевые СРСРА фрагменты, а на малой субъедипице - вблизи их антикодоновой петли.

ЭЛОНГАЦИЯ

Присоединение каждого аминокислотного остатка к растущей цепи происходит в три стадии. Этот цикл повторяется столько раз, сколько остатков следует присоединить. Для элонгации необходимы: а) полученный выше на стадии инициирования инициирующий ком­плекс; б) следующая аминоацил-тРНК, соответствующая следующему триплету РНК в) три растворимых белка цитоплазмы, называемые факторами элонгации - EF-Tu, EF - Ts и EF-G; г) GTP.

На первой стадии цикла элонгации происходит связывание сле­дующей аминоацил-тРНК с комплексом, состоящим из EF-Tu и GTP. Образуется тройной комплекс. Аминоацил-тРНк-Tu-GTP соединяется с инициирующим комплексом. При этом происходит гидролиз GTP, и комплекс Tu-GDP покидает рибосому, после чего с помощью GTP и фактора Ts комплекс Tu-GDP восстанавливается до Tu-GTP. Аминоацил-т-РНК связывается с А-участком рибосомы в результате антипараллелыюго комплементарного взаимодействия антикодона новой амноацил-т-РНК и соответствующего кодона матричной РНК. Точное соответствие проверяется с помощью еще одного контакта внутри А-участка между другой частью молекулы тРНК и pPНK. Следующая стадия элонгации наступает только в том случае, если оба контакта оказываются правильными.

На второй стадии элонгации происходит перенос инициирующе­го N-формилметионинового остатка от несущей его т-РНК к амино­группе новой аминокислоты, которая только что попала на А-участок. Этот перенос катализируется пептидилтрансферазой, особым фермен­том, входящим в состав 50S-субчастицы.

В результате такого переноса образуется пептидная связь. На Р-участке остается «пустая», ненагруженная инициирующая тРНК^f-мет . На третьей стадии цикла элонгации рибосома перемещается вдоль мРНК по направлению к ее 3'-концу на расстояние в один кодон (на триплет). При этом происходит перемещение дипептида на Р-участок, в результате чего свободная тРНК отделяется от Р-участка л уходит в цитозоль, а А-участок рибосомы становится свободным и содержит третий кодон мРИК. Движение рибосомы в 3 '-сторон> мРНК называется транслокацией. На этой стадии необходим фактор элонгации G (транслоказа) и гидролиз еще одной молекулы GTP.

Рибосомы являются точками приложения действия ряда анти­биотиков, в том числе таких широко используемых в медицинской практике, как стрептомицин, хлорамфеникол, тетрациклин. Бактери­цидное действие первых двух связано с их способностью специфична взаимодействовать только с прокаряотическими рибосомами. Стреп­томицин связывается с малой субъединицей, хлорамфеникол - с боль­шой субъединицей вблизи пептидилтрасферазного центра рибосомы, подавляя тем самым биосинтез белков у бактерий и не затрагивая био­синтеза человека или животных. Тетрациклин обладает способностью, взаимодействовать с малыми субъединицами в А-участках как прокариотических, так и эукариотических рибосом. Этим он препятствуем отбору аминоацил-тРНК в А-участке и блокирует белковый синтез Однако клеточные мембраны животных для тетрациклина непрони­цаемы, и при введении его в живой организм избирательно подавляет­ся именно биосинтез бактерий.

Терминация - окончание биосинтеза полипептида - наступает после присоединения рибосомой последней аминокислоты. О терминации сигналцзирует один из трех терминирующих кодонов мРНК (UAA, UAG, UGA). Их называют бессмысленными триплетами (нон­сенс-триплетами). При этом начинают действовать три терминирую­щих фактора (факторы освобождения, рилизинг-факторы) - белки R 1, R2, S. Они вызывают: 1) гидролитическое отщепление полипептида от конечной тРНК и его высвобождение; 2) отделение от Р-участка по­следней, теперь уже пустой тРНК; 3) диссоциацию 70S-рибосомы на 30S- и 50S-субчастицы, готовые к синтезу новой полипептидной цепи. Фактор R, узнает кодоны UAA или UAG. Второй фактор освобожде­ния (R2) узнает UAA или UGA. Связывание одного из факторов осво­бождения с терминирующим кодоном в А-участке активирует пепти­дилтрансферазу, и она гидролизует связь между полипептидом и т-РНК в Р-участке. Происходит изменение специфичности пептидилтрансферазы таким образом, что акцептором активированного пептидильного остатка становится Н20, а не аминогруппа.

Часто рибосомы собраны в группы, состоящие из нескольких десятков рибосом. Это полирибосомы, или полисомы. Они были изу­чены с помощью электронного микроскопа, а также химическим пу­тем.

Под действием рибонуклеазы полисомы разобщаются на от­дельные рибосомы. Это указывает на то, что они удерживаются с по­мощью цепи РНК. Итак, мРНК одновременно транслируется многими рибосомами, расположенными довольно близко друг к другу. Такая одновременная трансляция одной мРНК многими рибосомами значи­тельно увеличивает эффективность использования матрицы .

Процессы транскрипции и трансляции в бактериях очень тесно сопряжены. Рибосомы могут начать транслировать мРНК, когда та еще продолжает синтезироваться ДНК-зависимой РНК-полимеразой .Другая особенность белкового синтеза в бактериях заключа­ется в том, что время жизни молекул мРНК очень мало, всего несколь­ко минут: они быстро разрушаются нуклеазами. Чтобы синтез белка поддерживался на одном уровне, мРНК для данного белка или для группы белков должна синтезироваться постоянно и использоваться с максимальной эффективностью. Короткое время жизни мРНК у про­кариот позволяет быстро выключать синтез белка, который больше не нужен.