Ініціація трансляції
Розпочинатися процес елонгації трансляції має зі стартового кодона мРНК, і в першому елонгаційному циклі, коли немає пептидил-тРНК у Р-сайті, якась стартова – ініціаторна – аа-тРНК має виконувати цю роль. Отже, сутність ініціації полягає в:
1) упізнанні стартового кодону, який задає початок і рамку зчитування інформації;
2) збиранні рибосоми з двох субодиниць на мРНК у зоні стартового кодону;
3) завантаженні ініціаторної аа-тРНК на стартовий кодон і водночас у Р-сайт рибосоми. Стартовим кодоном виступає здебільшого метіоніновий кодон AUG, відповідно, ініціаторною є завжди Met-тРНКіMet (індекс – і – вказує на те, що це – саме ініціаторна метіонінова тРНК, тобто вона відрізняється за своєю структурою від звичайної тРНКMet, яка використовується при елонгації). У прокаріотів, на відміну від еукаріотів, аміногрупа метіоніну ініціаторної тРНК є формільованою (N-формілметіонін, fMet – рис. 26).
Рис. 26. Метіонін і N-формілметіонін.
Механізми ініціації трансляції суттєво відрізняються у про- та еукаріотів. Еукаріотична мРНК після синтезу транспортується з ядра до цитоплазми, де й відбувається ініціація. Кожна молекула мРНК містить тільки одну рамку зчитування (один стартовий кодон), елементи системи ініціації взаємодіють спочатку з кепом на 5′-кінці молекули, після чого відбувається сканування матриці з метою пошуку стартового кодону ініціація відбувається за так званим скануючим механізмом.
Прокаріотична трансляція тісно узгоджена з транскрипцією і відбувається під час синтезу мРНК. При цьому мРНК, що синтезується на оперонах, часто містить кілька послідовних рамок зчитування і кілька стартових кодонів. Ініціація трансляції відбувається окремо на кожному з них усередині мРНК, і впізнання цих стартових кодонів не залежить від їхнього розташування відносно 5′-кінця матриці – внутрішня ініціація.
Ініціація трансляції у прокаріотів
Послідовність подій, що відбуваються при ініціації трансляції у прокаріотів, показано на рис. 27. Рибосома вступає в процес у вигляді двох окремих субодиниць, дисоційований стан яких підтримується завдяки білкового фактору IF3 (IF – Initiation Factor), зв’язаного з маленькою субодиницею. У присутності IF3 з маленькою субодиницею зв’язується також білок IF1, який блокує зону майбутнього А-сайта тРНК. Потрійний комплекс маленька субодиницяIF3-IF1 є субстратом взаємодії з трьома наступними елементами:
• Фактор ініціації IF2 – G-білок, який зв’язується з маленькою субодиницею рибосоми в комплексі з GTP і дещо нагадує за своєю структурою елонгаційний фактор EF2.
• Ініціаторна молекула тРНК – fMetтРНКіMet, антикодонова частина якої взаємодіє з Р-сайтом маленької субодиниці, оскільки А-сайт є заблокованим фактором IF1.
• мРНК, яка взаємодіє з маленькою субодиницею таким чином, що стартовий кодон розміщується в зоні Р-сайта. Загалом з маленькою субодиницею взаємодіє ділянка мРНК довжиною ~30 нуклеотидів. Специфічне розміщення стартового кодона в Р-сайті забезпечується комплементарним упізнанням між ділянкою рРНК 16S (у 3′-кінцевій зоні) і консервативною послідовністю Шайна-Дальгарно (John Shine, Lynn Dalgarno), яка розміщена в мРНК за 5 – 9 нуклеотидів від стартового кодона в напрямку до 5′-кінця. Саме наявність послідовності Шайна-Дальгарно й робить даний кодон AUG стартовим, відрізняючи його від звичайного метіонінового кодона.
Рис. 27. Послідовність основних подій при ініціації трансляції у прокаріотів.
Зв'язування названих трьох елементів, яке приводить до утворення преініціаторного комплексу, відбувається незалежно один від одного і в будь-якому порядку, зокрема ініціаторна тРНК взаємодіє з преініціаторним комплексом незалежно від стартового кодона. Наступним кроком є впізнання кодона антикодоном у Р-сайті, полегшуване факторами IF2 і IF3. Утворення кодон-антикодонової подвійної спіралі індукує конформаційну зміну маленької субодиниці, унаслідок якої відбувається звільнення факторів IF1, IF3і зв'язування великої рибосомної субодиниці. Взаємодія між великою субодиницею та IF2 індукує GTP-азну активність останнього: відбувається гідроліз GTP та дисоціація IF2. У результаті система трансляції є готовою для першого елонгаційного циклу: А-сайт напоготові прийняти аа-тРНК з другою амінокислотою поліпептидного ланцюга, на яку при транспептидації буде перенесено fMet з ініціаторної тРНК.