Трансляція в прокаріотичних клітинах та мітохондріях.

Геном мітохондрій і хлоропластів - автономний елемент еукаріотичного геному. Циркулярна (як правило) молекула мітохондріальної ДНК містить від6 тис. до2 млн. пар основ і певний набір генів (рРНК, тРНК, деяких білків). Мітохондріальні гени містять нітрони (але не у ссавців). Розмір мітохондріального геному знижується в ході еволюції. Циркулярна ДНК хлоропластів більша за розміром – містить до200 тис. пар основ, хлоропластний геном кодує до ~100 білків.

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-тРНК і Met (індекс «і» вказує на те, що це - саме ініціаторна метіонінова тРНК, тобто вона відрізняється за своєю структурою від звичайної тРНК Met, яка використовується при елонгації). У прокаріотів, на відміну від еукаріотів, аміногрупа метіоніну ініціаторної тРНК є формульованою (N-форміл-метіонін, f-).

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. 8.27. Рибосома вступає в процес у вигляді двох окремих субодиниць, дисоційований стан яких підтримується завдяки білкового фактору IF 3 (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 субодиниця - IF3-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 - f-Met-тРНК і Met, 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.

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, IF3 і зв'язування великої рибосомної субодиниці. Взаємодія між великою субодиницею та IF2 індукує GTPазну 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 f-Met з ініціаторної тРНК.

Термінація трансляції

Термінація білкового синтезу здійснюється за подібною для про- та еукаріотів схемою(рис. 8.30). Коли після чергового елонгаційного циклу (який стане останнім) в А-сайті опиняється один із трьох стоп-кодонів, він упізнається фактором термінації трансляції RF1 або RF2 (RF - Release Factor) - жодна тРНК не містить відповідних антикодонів. Цей фактор рекрутує до рибосоми комплекс RF3·GTP (аналог EF1). Під дією останнього спрацьовує пептидилтрансферазний центр рибосоми, намагаючись здійснити перенесення пептидилу. Оскільки в А-сайті немає звичайного субстрату транспептидації, відбувається перенесення на молекулу води - гідроліз зв'язку С-кінцевої амінокислоти з рибозою у складі пептидил-тРНК. На цьому закінчується власне термінація трансляції - з рибосоми звільняється поліпептид. Наступні події стосуються вже підготовки рибосоми до нового раунду трансляції.

Після гідролізу GTP здійснюється дисоціація факторів термінації та зв'язування замість них фактора відновлення рибосоми RRF (Ribosome Recycling Factor) і фактора елонгації EF2 в комплексі з GTP. Сумісна дія цих факторів у координації з гідролізом GTP спричиняє дисоціацію рибосомних субодиниць. Із маленькою субодиницею замість дисоційованих RRF і EF2 зв'язується фактор ініціації трансляції IF3 (який, таким чином, можна вважати також і фактором термінації).

IF3 сприяє визволенню тРНК і мРНК з маленької субодиниці й запобігає взаємодії між субодиницями. У результаті субодиниці рибосоми знов можуть залучитися до ініціації трансляції

Прокаріотична мРНК має досить невеликий час життя - практично вона існує під час транскрипції та відразу після неї. Регуляція експресії гена у прокаріотів здійснюється переважно на рівні транскрипції.