Роль тРнк в трансляции
В белоксинтезирующей системе тРНК выполняет следующие три важные функции: а) акцепторную (с помощью специфического фермента аминоацил-тРНК-синтетазы присоединяет на одном из концов своей молекулы соответствующую аминокислоту, в результате чего возникает комплекс аминоацил-тРНК); б) транспортную (доставляет аминокислоту в форме аа-тРНК в рибосому для включения ее в растущую полипептидную цепь); в) адапторную (с помощью своего антикодона специфически взаимодействует с комплементарным ему кодоном мРНК и таким образом обеспечивает необходимую последовательность включения аминокислот в синтезируемую полипептидную цепь в соответствии с программой, заданной мРНК). Благодаря адапторной функции, тРНК «дешифрует» генетический код в РНК-матрице и переводит его в аминокислотный код белка.
Белоксинтезирующая система клетки
В состав белоксинтезирующей системы входят следующие компоненты:
1) рибосомные субъединицы 30S и 50S, образующие у прокариот рибосому 70S, или субъединицы 40S и 60S, образующие у эукариот рибосому 80S;
2) мРНК;
3) полный комплект аминоацил-тРНК, для образования которых необходимы аминокислоты, аминоацил-тРНК-синтетазы, тРНК и АТР;
4) инициаторная аа-тРНК. У прокариот – формилметионил-тРНК, у эукариот – метеонил-тРНК;
5) белковые факторы инициации трансляции. У прокариот – IF-1, IF-2, IF-3, у эукариот 9 факторов: еIF-1, еIF-2, eIF-3, eIF-4A, eIF-4B, eIF-4C, eIF-4D, eIF-5, eIF-6. Для инициации трансляции у эукариот абсолютно необходимы еIF-2, eIF-3 и eIF-5, остальные факторы усиливают функции этих трех;
6) белковые факторы элонгации: у прокариот – EF-Tu, EF-Ts, EF-G (Tu, Ts, G), у эукариот – EF-1 (аналог Tu), EF-2 (аналог EF-G);
7) белковые факторы терминации (или освобождения): у прокариот – RF-1 (R1), RF-2 (R2), RF-3 (S), у эукариот – еRF (для проявления активности ему необходим GTP);
8) некоторые другие факторы, еще недостаточно хорошо изученные (факторы диссоциации, ассоциации, высвобождения и др. белки);
9) GTP;
10) неорганические катионы Mg2+ или Са2+ и одновалентные К+ или NH4+ в определенной концентрации.
Инициация трансляции
В эукариотах метионил-тРНК связывается с малой рибосомальной субъединицей. 5’-Кэп мРНК связывается с малой рибосомальной субъединицей и первый кодон АУГ связывается с антикодоном на метионил-тРНКiMet.
Метионин который инициировал синтез белка впоследствии удаляется с N-терминуса при помощи особой пептидазы .
Большая рибосомальная субъединица связывается с предидущим комплексом, завершая образование инициаторного комплекса.
метионил-тРНК связывается с P (пептидным) сайтом комплекса.
А (акцепторный) сайт остается незанятым.
Факторы инициации, АТФ и ГТФ также необходимы для инициации. Высвобождение факторов инициации сопровождается гидролизом ГТФ до ГДФ и Фн.
Элонгация полипептидной цепи
Присоединение каждой аминокислоты к растущей полипептидной цепи включает связывание аминоацил-тРНК с А-сайтом, образование пептидной связи и перемещение пептидил-тРНК к Р-сайту.
АТФ и ГТФ как источники энергии. На включение одной аминокислоты в растущую полипептидную цепь клетка затрачивает 4 макроэргические связи: Две из АТФ в ходе реакции, катализируемой аа-тРНК синтетазой (в процессе активации аминокислот АТФ расщепляется на АМФ и пирофосфат), и 2 молекулы ГТФ: одна используется на связывание аа-тРНК в А-центре рибосомы, а вторая затрачивается на стадию транслокации. К этому следует добавить использование ещё двух мак-роэргических связей молекул: АТФ и ГТФ на инициацию и терминацию синтеза полипептидной цепи.
Кодоном мРНК при А-сайте определяет какая из аа-тРНК будет связываться. Связывание между кодоном и антикодоном осуществляется посредством пар оснований и является антипараллельным. Внутренние метиониновые фрагменты присоединяются в случае АУГ кодона посредством тРНКmMet, другой тРНК специфичной к метионину.
Факторы элонгации EF-Tu у прокариотов и EF-1 у эукариотов также как гидролиз ГТФ необходимы для связывания.
Образование пептидной связи.
Свободная амино группа аминокислоты в аа-тРНК при А-сайте образует пептидную связь с карбоксильной группой аминокислоты присоединеннной к тРНК при Р-сайте. Образование пептидной связи катализируется пептидил трансферазой, роль которой исполняет rРНК.
тРНК при Р-сайте не содержит аминокислоту и является «свободным».
Растущая полипептидная цепь присоединена к тРНК при А-сайте.
Транслокация (перемещение) пептидил-тРНК
Пептидил-тРНК перемещается от А-сайта к Р-сайту и свободная тРНК высвобождается из рибосомы. Факторы элонгации EF-G у прокариотов и EF-2 у эукариотов также как гидролиз ГТФ необходимы для транслокации.
Следующий кодон mРНК теперь у А-сайта.
Элонгация и транслокация продолжаются попеременно до тех пор пока терминирующий кодон не попадет в А-сайт.
Терминация трансляции.
Когда терминирующий кодон (УГА, УАГ, или УАА) занимает А-сайт, факторы терминации высвобождают ново-синтезируемый белок из рибосомы и рибосомальные субъединицы диссоциируют от mРНК.
Полирибосомы
В процессе синтеза белка рибосома присоединяется к 5'-концу мРНК и перемещается в направлении 3'-конца. При этом 5'-конец мРНК освобождается, и к нему может присоединиться новая рибосома, на которой начинается рост ещё одной полипептидной цепи. Как правило, много рибосом одновременно участвует в синтезе белка на одной и той же мРНК, образуя комплекс, который называют полирибосомой, или полисомой
Посттрансляционный процессинг (модификация)
Конформационные и структурные изменения полипептидных цепей получили название посттрансляционных изменений. Они включают удаление части полипептидной цепи, ковалентное присоединение одного или нескольких низкомолекулярных лигандов, приобретение белком нативной конформации.
После завершения синтеза белок может быть модифицирован фосфорилированием, гликозилированием, АДФ-рибозилированим, гидроксилированием и присоединением других функциональных групп.
Частичный протеолиз
Многие белки, секретируемые из клеток, первоначально синтезируются в виде молекул-предшественников, функционально неактивных. Удаление части полипептидной цепи специфическими эндопротеазами приводит к образованию активных молекул. Некоторые белки-предшественники расщепляются в ЭР или аппарате Гольджи, другие - после секреции. Так, неактивные предшественники секретируемых ферментов - зимогены - образуют активный фермент после расщепления по определённым участкам молекулы: зимоген панкреатической железы трипсиноген превращается в активный трипсин после секреции в тонкий кишечник.
Наглядным примером последовательного двухстадийного протеолиза служит образование активных форм пептидных гормонов (например, инсулина или глюкагона) из препрогормонов. Первоначально N-концевой сигнальный пептид молекулы-предшественника удаляется в ЭР в процессе синтеза белка и образуется неактивный прогормон. Затем прогормон в секреторных гранулах, формирующихся в аппарате Гольджи, подвергается действию эндо- и/или экзопротеаз и превращается в активный гормон.