Тема 3. 5. Трансляция как механизм перевода генетической информации в фенотипические

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 90Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

ПРИЗНАКИ

Синтез белка отличается от других матричных биосинтезов тем, что между матрицей (мРНК) и продуктом-белком нет комплементарного соответствия. Поскольку матрица построена из 4 нуклеотидов, а продукт - полипептидная цепь из 20 аминокислот, то существует определенный закон шифрования аминокислот в нуклеотидной последовательности матрицы, т.е. биологический код.

1. Биологический код - это способ записи информации об аминокислотной последовательности белков с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК. Его характеризуют следующие свойства: триплетность и наличие терминирующих кодонов, специфичность, вырожденность, универсальность, однонаправленность, колинеарность (табл. 3.5).

Таблица 3.5. Свойства биологического кода

2. Основными компонентами синтеза белка являются: аминокислоты, тРНК, аминоацил-тРНК-синтетазы, мРНК, рибосомы, источники энергии, белки - факторы инициации, элонгации и терминации и кофакторы (табл. 3.6).

Таблица 3.6. Основные компоненты белок-синтезирующей системы и их функции в процессе трансляции

Аминоацил-тРНК-синтетазы катализируют синтез аминоацил-тРНК - соединений, которые обеспечивают включение аминокислот в полипептидную цепь. Они обладают абсолютной специфичностью к аминокислоте и относительной к тРНК, так как в связи с вырожденностью кода разных типов тРНК больше, чем аминокислот. Существуют изоакцепторные тРНК, отличающиеся по строению антикодона, но связывающиеся с одной и той же

аминокислотой. Указанием на способность тРНК присоединять определенную аминокислоту служит индекс в верхнем правом углу: тРНК, связывающаяся с глутаматом, обозначается как тРНК^Глу, а с аланином - тРНК^Ала. Название каждой из 20 аминоацил-тРНК-синтетаз отражает название аминокислоты, которая активируется в ходе этой реакции. Так, реакцию активации аспартата катализирует аспарагил-тРНК-синтетаза, которая присоединяет α-СООН-группу аминокислоты к 3'-ОН концу тРНК за счет энергии АТФ (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Реакция активации аспартата, катализируемая аспарагил-тРНК-синтетазой

3. События на рибосоме включают этапы: инициации, элонгации и терминации (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Инициация белкового синтеза.

Комплекс, состоящий из 40S-субъединицы рибосомы, Мет-тРНК^Мет, факторов инициации и молекулы ГТФ, присоединяется к мРНК и перемещается по ней до встречи с инициирующим кодоном AUG. Антикодон Мет-тРНК^Мет связывается с кодоном AUG, это сопровождается присоединением к комплексу 608-субъединицы рибосомы, гидролизом ГТФ и удалением факторов инициации. На рибосоме формируются А- и Р-центры. Мет-тРНК^Метоказывается в Р-центре рибосомы. В процессе инициации участвует более 10 факторов инициации

Инициация начинается с присоединения к мРНК в области «кэпа» малой субъединицы рибосомы 40S, факторов инициации (IF), инициирующей Мет-тРНК^Мет и ГТФ. Когда в результате движения этого комплекса по мРНК антикодон Мет-тРНК^Мет свяжется с инициирующим кодоном АUG, комплекс останавливается. Происходит присоединение 60S-субъединицы рибосомы, сопровождающееся гидролизом ГТФ и отделением факторов инициации. Формируется 80S-рибосома с двумя активными центрами: Р (пептидильным) центром, в котором находится Мет-тРНК^Мет, и А (аминоацильным) центром, в область которого поступает первый смысловой кодон

мРНК.

Этап элонгации включает три последовательные стадии

(рис. 3.17).

Связывание аа-тРНК^аа в А-центре.

' В свободный А-центр присоединяется первая аа₁-тРНК^аа₁ (на рисунке это Вал-тРНК^Вал), у которой антикодон комплементарен кодону мРНК, находящемуся в области этого центра. Эта фаза процесса требует затраты энергии ГТФ и участия фактора элонгации EF1.

Рис. 3.17. Элонгация полипептидной цепи:

1 - связывание аа-тРНК^аа в А-центре требует затраты энергии ГТФ и участия фактора элонгации EF1 (на схеме аа-тРНК^аа - Вал-тРНК^Вал);

2 - образование пептидной связи катализирует пептидилтрансфераза, активный центр которой формируется рРНК, входящей в состав большой субъединицы

рибосомы; 3 - перемещение рибосомы по мРНК на один кодон в направлении от 5'- к 3'-концу идет с использованием энергии ГТФ (транслокация) и при участии фактора EF2

Рис. 3.18. Терминация синтеза белка.

При попадании в А-центр стоп-кодона вновь синтезированный пептид высвобождается из связи с тРНК и рибосомой с участием факторов терминации и энергии ГТФ

Образование пептидной Пептидил-тРНК

связи. На этой стадии происходит пептидилтрансферазная реакция, в ходе которой метионин от Мет-тРНК^Мет, входящей в Р-центр, переносится на α-аминогруппу аминокислоты (валина), находящейся в А-центре в составе аа-тРНК^аа, с образованием дипептидилтРНК. В пептидилтрансферазной реакции ферментативную активность проявляет рРНК большой субъединицы рибосомы.

Транслокация - перемещение рибосомы по мРНК. В ходе этой стадии рибосома сдвигается на один кодон в направлении от 5'- к 3'-концу мРНК за счет энергии ГТФ и при участии фактора элонгации EF2. В результате дипептидил-тРНК (Мет-Вал-тРНК) из А-центра попадает в Р-центр, а в А-центре оказывается следующий кодон. Свободная тРНК^Мет теряет связь с Р-центром и покидает рибосому. Далее процесс продолжается по описанной схеме, повторяя стадии: Η 2 -> 3.

Терминация трансляции происходит после включения в А-центр одного из стоп кодонов: UAG, UGA, UAA (рис. 3.18). Белковые факторы терминации RF1 и RF3, взаимодействуя с этими кодонами, при участии пептидилтрансферазы обеспечивают гидролитическое отщепление синтезированного полипептида от тРНК, а также освобождение тРНК из пептидильного центра и диссоциацию рибосомы на субъединицы с затратой энергии молекулы ГТФ. Название факторов происходит от англ. releasing factor - RF, а цифры указывают на их сходство по строению с RF-факторами 1-го и 3-го прокариотов.

Одновременно несколько рибосом могут участвовать в трансляции одной мРНК. Каждая рибосома занимает участок, равный примерно 80 нуклеотидам мРНК. Таким образом, рибосомы располагаются на мРНК с интервалами около 100 нуклеотидов, образуя комплекс, называемый полисомой.

4. Функционально активные белки образуются в результате посттрансляционных модификаций полипептидных цепей, синтезированных на рибосомах. Они включают:

• частичный протеолиз;

• фолдинг, или формирование пространственной структуры, в котором принимают участие белки-шапероны, обеспечивающие образование функционально активной конформации полипептидной цепи;

• модификации аминокислот: карбоксилирование, фосфорилирование, йодирование, гидроксилирование, ацилирование и гликозилирование;

• образование дисульфидных связей между остатками цистеина, участвующими в формировании трехмерной структуры белка;

• присоединение простетических групп;

• образование олигомерных структур, которое также осуществляется при участии шаперонов.

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров