Трансляция

Это процесс считывания молекул мРНК при помощи тРНК, рибосом и ферментов.

Структура тРНК

Молекулы тРНК невелики, их масса составляет 23000 – 30 000 дальтон. Эти молекулы имеют форму трилистника, хотя состоят из одноцепочечной молекулы РНК. В определенных точках молекула тРНК скреплена слабыми водородными связями между отдельными (4-7) комплементарными нуклеиновыми основаниями. Именно они не дают молекуле возможности развернуться.

Функция молекулы тРНК – перенос на рибосому в ходе трансляции определенных аминокислот. Каждая аминокислота переносится соответствующей молекулой ТРНК.

На верхушке клеверного листа находится участок, в котором связываются аминокислота. Этот участок представляет триплет нуклеотидов, который комплиментарно соответствует кодону иРНК. Именно этот триплет отличается у всех 61 разновидностей тРНК и называется антикодоном.

У основания клеверного листа находится участок, в котором связывается аминокислота. Связывание аминокислоты с ТРНК происходит за счет образования связи между карбоксильной группой аминокислоты и ОН-группой осттатка адениловой кислоты, располагающейся в концевой части всех молекул тРНК.

Итог: молекулы тРНК переносят определенные аминокислоты и имеют в своей структуре запись о том, что она переносит именно эту аминокислоту, причем эта запись сделана на языке генетического кода.

Рибосомы способны связываться с иРНК, тРНК и синтезируемой полипептидной цепью.

Меньшая субъединица рибосомы связывает иРНК и тРНК, несущую первую (N-концевую) аминокислоту полипептидной цепи, после чего происходит присоединение большой субъединицы. Теперь такая конструкция способна к сборке полипептидной цепи.

По мере сборки белковой молекулы рибосома передвигается вдоль нитевидной молекулыиРНК. Одновременно на одной молекуле иРНК может находиться несколько рибосом, которые последовательно нанизываются на иРНК и двигаются по ней синтезируя (каждая) свою белковую молекулу. Чем дальше по цепи иРНК продвинулась рибосома, тем больший по длине фрагмент молекулы белка будет ей синтезирован. Когда рибосома достигает конца молекулы иРНК и на А-центр попадает стоп-кодон – синтез белковой молекулы заканчивается, готовая белковая молекула соскальзывает с рибосомы и та моментально распадается на субъединицы.

Движение рибосомы по молекулеиРНК возможно только в одну сторону – слева направо.

Еще в процессе синтеза белковой молекулы ее вновь образованный конец может связаться с особыми белками – шаперонами. Шапероны обеспечивают правильную укладку новой белковой молекулы, переправляют ее внутрь цистерн шЭПС, откуда она попадает в аппарат Гольджи. При помощи аппарата Гольджи синтезированные белковые молекулы попадают в то место, где они будут работать.

Синтез белка осуществляется с очень большой скоростью: пептид, состоящий из 100 аминокислот, синтезируется примерно за одну минуту.

Биосинтез белка представляет собой цепь реакций, протекающих с потреблением энергии. Для связывания одной аминокислоты с тРНК требуется энергия двух макроэргических фосфатных связей молекул АТФ, а на образование одной пептидной связи требуется энергия трех макроэргических связей молекулы АТФ.

Сам этап трансляции протекает в три этапа:

1. Инициация: процесс соединения малой субъединицы рибосомы (на Р-центре) с молекулой мРНК в области старт-кодона и с молекулой тРНК, несущей метионин (кодон AUG = кэп).

2. Элонгация: рост полипептидной цепи в процессе движения рибосомы по молекуле мРНК, с образованием полипептидных связей между молекулами аминокислот.ю

3. Терминация: процесс окончания синтеза молекулы белка, при прохождении терминирующего триплета.

Схема процесса инициации у прокариот

Инициация трансляции у прокариот и эукариот происходит сходно. В начале этого процесса происходит связывание иРНК с малой субъединицей и инициаторной тРНК под действием Ifфакторов. Затем к прединициаторному комплексу присоединяется большая субъединица, Ifфакторы отщепляются и образуется зрелый 70S инициаторный комплекс, готовый к синтезу белка. Однако в самом начале инициации происходит определение места начала синтеза белка на молекуле иРНК. То есть малая субъединица ищет инициирующий кодон (в общем случае это AUG, а у прокариот это даже GUG или AUU, все они связывают формилметионил-тРНК). В структуре любой иРНК последовательность AUG встречается много раз, однако малая субъединица обладает способностью узнавать именно тот кодон, который соответствует первой аминокислоте синтезируемого белка.

У Эукариот, в отличие от прокариот отсутствует последовательность Шайна-Дальгарно. Эукариотические матрицы моноцистронны и содержат на 5¹ конце «кэп» структуру, узнаваемую одним из факторов инициации эукариотической трансляции.

Начало инициации у эукариот описывается гипотезой «сканирования» М козака. Предполагается, что малая субъединица рибосомы садится на 5¹ конец и как бы «едет» по иРНК в направлении 3¹ конца, до тех пор, пока не встретится первый кодон AUG, который и в большинстве случаев и является инициирующим.

Схема процесса элонгации

1 – связывание аминоацил-тРНК с А-участком рибосомы;

2 – пептидилтрансферазная реакция;

3 – транслокация (перемещение рибосомы вдоль цепи иРНК.

Рассмотрим процесс элонгации подробнее: на этой стадии мы имеем в щели между двумя субъединицами на Р-центре первую тРНк, несущую аминокислоту метионин. Затем на А-центр в соответствии с кодоном мРНК находящемся в этом месте садится вторая тРНК несущая аминокислоту. После этого начинается образование полипептидной связи и премещение рибосомы вдоль иРНК. Карбоксильный конец метионина отделяется в Р-центре от тРНк и образует пептидную связь со второй аминокислотой, присоединенной к тРНК,сидящей на А-центре. Эта реакция катализируется ферментом пептидил-трансферазой. Далее, новая пептидил-тРНК переносится на р-центр рибосомы, в то время, как рибосома продвигается вдоль молекулы мРНК ровно на один триплет. На образование связи между аминокислотой и тРНК тратится 2 молекулы ГТФ и еще 2 молекулы тратится на образование петидной связи между аминокислотами. Процесс синтеза белка (на образование одной полипептидной связи идет в потреблением энергии 4 отщепленных остатков фосфорной кислоты от молекул ГТФ) энергоемок.

Таким образом на Р- центре сидит молекула второй т-РНК, к которой присоединены 2 аминокислоты (первая из них метионин). Затем все повторяется циклически: на А-центр всает третья молекула тРНК с соответствующей аминокислотой, с Р-центра отсоединяется двухаминокислотная белковая цепь, которая при помощи полипептидной связи присоединяется к третьей аминокислоте, рибосома делает еще один шаг на три нуклеотида и т.п.

Терминация.

Когда на А-центр попадает терминирующий триплет (UGA, UAG, UAA) то происходит изменение активности пептидил-трансферазы, и она присоединяет к белковой цени на последнее место не аминокислоту (ее нет, как нет и тРНК соответствующей терминирующему триплету), а молекулу воды. То есть в этой ситуации к рибосоме присоединяется один из RF – факторов, в результате чего происходит гидролиз сложноэфирной связи, соединяющей полипептид и тРНК. От пептидильного центра отщепляется готовая белковая молекула, а незаряженная тРНК покидает рибосому. Готовая белковая молекула соскальзывает с рибосомы, попадая либо в гиалоплазму, либо в отсек ЭПС.

Схема терминации белкового синтеза

Дата добавления: 2014-01-03