Билет №13 РЕАЛИЗАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ВКЛЕТКЕ

Трансляцией называют осуществляемый рибосомой синтез белка из аминокислот на матрице информационной (или матричной) РНК (иРНК или мРНК). Для осуществления этого процесса в клетках имеются специальные органеллы — рибосомы. Рибосомы представляют собой комплексы, построенные из 2 субъединиц: большой и малой. Функция рибосом заключается в узнавании трехнуклеотидных кодонов мРНК, сопоставлении им соответствующих антикодонов тРНК, несущих аминокислоты, и присоединении этих аминокислот к растущей белковой цепи. Двигаясь вдоль молекулы мРНК, рибосома синтезирует белок в соответствии с информацией, заложенной в молекуле мРНК.

Для узнавания аминокислот в клетке имеются специальные молекулы тРНК. Эти молекулы, имеющие форму клеверного листа, имеют участок (антикодон), комплементарный кодону мРНК, а также другой участок, к которому присоединяется аминокислота, соответствующая этому кодону. Присоединение аминокислот к тРНК осуществляется в энерго-зависимой реакции ферментами аминоацил-тРНК-синтетазами, а получившаяся молекула называется аминоацил-тРНК. Таким образом, специфичность трансляции определяется взаимодействием между кодоном мРНК и антикодоном тРНК, а также специфичностью аминоацил-тРНК-синтетаз, присоединяющих аминокислоты строго к соответствующим им тРНК (например, кодону GGU будет соответствовать тРНК, содержащая антикодон ACC, а к этой тРНК будет присоединяться только аминокислота глицин).

Процесс трансляции разделяют на

инициацию — узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза.

элонгацию — собственно синтез белка.

терминацию — узнавание терминирующего кодона (стоп-кодона) и отделение продукта.

ИНИЦИАЦИЯ: Синтез белка в большинстве случаев начинается с AUG-кодона, кодирующего метионин. Этот кодон обычно называют стартовым или инициаторным. Инициация трансляции предусматривает узнавание рибосомой этого кодона и привлечение инициаторной аминоацил-тРНК. Для инициации трансляции необходимо также наличие определённых нуклеотидных последовательностей в районе стартового кодона. Немаловажная роль в защите 5'-конца мРНК принадлежит 5'-кэпу. Существование последовательности, отличающей стартовый AUG от внутренних совершенно необходимо, так как в противном случае инициация синтеза белка происходила бы хаотично на всех AUG-кодонах.

Процесс инициации обеспечивается специальными белками — факторами инициации.

Механизмы инициации трансляции у про- и эукариот существенно отличаются. Прокариот:

7. прокариотические рибосомы способны находить стартовый AUG и инициировать синтез на любых участках мРНК, в то время как эукариотические рибосомы обычно присоединяются к мРНК в области кэпа и сканируют её в поисках стартового кодона.

8. Комплекс субчастицы с инициаторными факторами способен узнавать специальные последовательности мРНК, так называемые участки связывания рибосомы. Эти участки содержат, во-первых, инициаторный AUG, и, во-вторых, специальную последовательность Шайна-Дальгарно с которой комплементарно связывается рРНК. Последовательность Шайн-Дальгарно служит для того, чтобы отличать инициаторный AUG от внутренних кодонов, кодирующих метионин.

У эукариот: 1) У эукариот существуют два механизма нахождения рибосомой стартового AUG: кэп-зависимый (сканирующий) и кэп-независимый (внутренняя инициация).

2) возможна реинициация трансляции, когда после окончания трансляции рибосома с белковыми факторами не диссоциирует от мРНК, а перескакивает с 3' на 5' конец мРНК и начинает инициацию ещё раз. Такое возможно благодаря замкнутой кольцевой форме мРНК в цитоплазме.

ЭЛОНГАЦИЯ: В процессе наращивания полипептидной цепи принимают участие два белковых фактора элонгации. Первый переносит заряженную аминокислотой тРНК в А (аминоацил)-сайт рибосомы. Рибосома катализирует образование пептидной связи, происходит перенос растущей цепи пептида с Р-сайтовой тРНК на находящуюся в А-сайте, пептид удлиняется на один аминокислотный остаток. Затем второй белок катализирует так называемую транслокацию. Транслокация — перемещение рибосомы по мРНК на один триплет, в результате которого пептидил-тРНК оказывается вновь в Р-сайте, а «пустая» тРНК из P-сайта переходит в Е-сайт (от слова exit). Цикл элонгации завершается, когда новая тРНК с нужным антикодоном приходит в A-сайт. А —(начало присоединения) аминоацил-тРНК-связывающий участок, Р — (конец присоединения) пептидил-тРНК-связывающий участок, Е — участок отсоединения тРНК от рибосомы.

ТЕРМИНАЦИЯ — окончание синтеза белка, осуществляется, когда в А-сайте рибосомы оказывается один из стоп- кодонов — UAG, UAA, UGA. Из-за отсутствия тРНК, соответствующих этим кодонам, пептидил-тРНК остаётся связанной с Р-сайтом рибосомы. Здесь в действие вступают специфические белки RF1 или RF2, которые катализируют отсоединение полипептидной цепи от мРНК, а также RF3, который вызывает диссоциацию мРНК из рибосомы. RF1 узнаёт в А-участке UAA или UAG; RF-2 — UAA или UGA. С UAA терминация эффективнее, чем с другими стоп-кодонами.

рРНК – в соединении с белком входи в состав рибосом. Синтезируетс\ в ядрушке.

тРНК- находится в цитоплазме. Присоединяет определенные аминокислоты и подводит их к месту синтеза белка – к рибосомам. Каждая тРНК состоит участок для присоединения аминокислоты(антикодон)-служит для узнавания. Антикодон образует водородные связи с кодоном, способствует образованию пептидной связи.

Посттрансляционная модификация белка как основа для их функционирования. Высвобожденный полипептид - Это прямолинейная молекула, не имеет метаболической активности. Синтезированные из аминокислот полипептидные цепи дальнейшем могут поступать в цитоплазму, эндоплазматическая сеть или комплекс Гольджи, где завершается формирование белковой молекулы. В процессе "созревания" она может терять некоторые конечные аминокислоты с помощью фермента экзопептидаза, а впоследствии образовывать вторичную и третичную структуры. Молекулы могут объединяться с другими полипептидами для образования четвертичной структуры сложных белков. Синтезированы молекулы объединяются с углеродными или липидными молекулами, встраиваемые в биомембраны или другие комплексы клетки.

Процессы изменения исходной структуры полипептида и формирование новой называются посттрансляционной модификацией. Вследствие этого белки приобретают специфические свойств и функциональной активности.