Диссоциация рибосомы – необходимая предпосылка для инициации.

По окончании синтеза молекулы белка рибосомные субъединицы диссоциируют на составляющие малую и большую субъединиы. Это состояние подерживается специальными белками, которые связываются со свободной малой рибосомной субъединицей [30S у прокариот или 40S у эукариот] и препятствуют ее взаимодействию с большой субъединицей. Эти белки называют факторами инициации или IF [Initiation Factors].Таких белков у прокариот три, а у эукариот их значительно больше. Их принято обозначать как IF1, IF2, IF3 у прокариот, в названии факторов эукариот прибавляется буква е (eIF-1, eIF-2, eIF-3, eIF-4A, eIF-4B, eIF-4C, eIF-4D, eIF-4E, eIF-4F, eIF-5 и т.д.). Функции отдельных факторов приведены в таблицах

 

Факторы трансляции прокариот.
Фактор	Число на 1 рибосому	Связывает ГТФ	Функция
Инициация
IF1	1/7	Нет	Ускоряет диссоциацию 70S рибосомы
IF2	1/7	Да	Способствует связыванию инициирующей тРНК
IF3	1/7	Нет	См IF1
Элонгация
EF-Tu		Да	Переносит тРНК на А участок
EF-Ts		Да	Участвует в обмене ГТФ на EF-Tu
EF-G		Да	Необходим для транслокации
Терминация
RF1	1/20	Нет	Терминирующий фактор (узнает УАА, УАГ)
RF2	1/20	Нет	Терминирующий фактор (узнает УАА, УГА)
RF3	?	Да	ГТФаза, ускоряющая отделение пептида от рибосомы

 

Некоторые факторы трансляции эукариот
Факторы эукариот	Функции
Инициация
еIF1	Участвуют в образовании инициирующего комплекса
eIF2
eIF3, eIF4C
eIF4E	Участвует в связывании кэпа иРНК
eIF4A, eIF4B,eIF4F	Участвуют в поиске первого кодона АУГ
eIF5	Способствуют диссоциации eIF2, eIF3, eIF4C
eIF6	Способствует диссоциации 60S субъединиц
Элонгация
eEF1a	Доставляет аминоацил тРНК к рибосоме
eEF1bg	Участвует в рециклизации eEF1a
eEF2	Фактор транслокации
Терминация
eRF	Завершает синтез полипептидной цепи

 

Наибольшим сродством к малой субъединице рибосомы обладает IF3, котрорый является ведущим белком, поддерживающим эту субъединицу в свободном нативном состоянии. Другой фактор, IF2, является представителем большой группы белков, способных связываться с гуаниловыми нуклеотидами и обладающими ГТФазной активностью. Он вступает в процесс на следующем этапе инициации, который может осуществляться двумя способами

а) нативная малая субъединица вначале взаимодействует с иРНК, и затем к этому комплексу присоединяется инициирующая аминоацил-тРНК связанная с IF2 и ГТФ

б) с малой субъединицей вначале взаимодействует инициирующая аминоацил-тРНК с IF2 и ГТФ, а затем к этому комплексу присоединяется иРНК

Рис..Образование инициирующего комплекса у прокариот.

 

Как видно и тот и другой способы приводят к образованию так называемого инициирующего комплекса, состоящего из малой рибосомной субъединицы, иРНК, инициирующей аминоацил-тРНК и факторов инициации. Образование инициирующего комплекса решает важную задачу точной установки инициирующей аминоацил тРНК в начале кодирующей последовательности иРНК.

Рис. Механизм взаимодействия иРНК и рибосомы у прокариот. Основная роль в этом взаимодействии принадлежит комплементарному связыванию 16S РНК рибосомы и специфической последовательности на иРНК (последовательность Шайне-Дельгарно)

 

У прокариот и у эукариот это происходит по-разному. У прокариот малая рибосомная субъединица с факторами инициации имеет повышенное сродство к специальному внутреннему участку иРНК, который называют инициирующим, или рибосомосвязывающим участком.. Наиболее известной универсальной структурой такого участка является полипуриновая нуклеотидная последовательность Шайне-Дельгарно, отстоящая от инициирующего кодона на несколько (3-10) нуклеотидов к 5'-концу, т.е. предшествующей инициирующему кодону.

Эта последовательность в большей или меньшей степени комплементарна 3'-концевому участку рибосомной 16S РНК, богатому пиримидиновыми нуклеотидными остатками (5'-GAUCACCUCCUUA-3' у E.coli). Комплементарными могут быть от 3 до 9 остатков (обычно около 4-5). Последовательность CCUCC 3'-концевого участка 16S РНК E.coli оказывается наиболее часто комплементарной (хотя, как правило, частично) полипуриновой прединициирующей последовательности иРНК. Считается, что комплементарное спаривание 3'-концевого участка 16S РНК с прединициирующим полипуриновым блоком иРНК и обеспечивает точную установку инициирующего комплекса на начало кодирующей последовательности иРНК.

У эукариот малая рибосомная субъединица с факторами инициации узнает кэп 5'-концевого участка иРНК, и как правило, взаимодействует с ним. У эукариот малая субъединица обычно взаимодействует с инициирующей аминоацил-тРНК до связывания иРНК. Связавшись с 5'-концом иРНК вместе с инициирующей аминоацил-тРНК и факторами инициации, малая рибосомная субъединица начинает двигаться от 5'-конца по направлению к 3'-концу, используя энергию гидролиза АТФ для раскручивания вторичной структуры иРНК. АТФазной и хеликазной активностью обладает специальный эукариотический фактор инициации eIF4. Когда рибосомная частица достигает и узнает инициирующий кодон, антикодон инициирующей аминоацил-тРНК взаимодействует с ним, обеспечивая тем самым узнавание начала кодирующей последовательности иРНК.

Единственным инициирующим кодоном эукариот является триплет АУГ. У прокариот с этого триплета также начинается 90% всех кодирующих последовательностей. Однако некоторая часть прокариотических мРНК инициирует трансляцию на других триплетах - ГУГ, реже УУГ и совсем редко на некоторых других. Очевидно, что у прокариот способность некоторых триплетов быть инициирующими определяется их положением в инициирующем или рибосомосвязывающем участке иРНК. Эти же триплеты, когда они встречаются в кодирующей последовательности в ходе элонгации, кодируют ту или иную аминокислоту АУГ - метионин, ГУГ - валин, УУГ - лейцин.

И у прокариот и у эукариот инициирующей аминоацил-тРНК является метионил-тРНК, у прокариот, как уже отмечалось, ее аминогруппа блокирована формильным остатком -формил-метионил-тРНК. Ее антикодон всегда ЦАУ, так что он полностью комплементарен кодону АУГ и частично комплементарен другим возможным инициаторным кодонам прокариот [например, ГУГ и УУГ].

Структура молекулы тРНК выпонящей роль инициирующей метионил-тРНК несколько отличается от структур других тРНК, в том числе и от структуры метионил-тРНК, используемой в процессе элнгации, что и делает ее функцию в качестве инициатора трансляции уникальной. Инициаторные тРНК имеют консервативный участок ГАУЦ в положении 51-54. Универсальная последовательность в тех же позициях элонгаторных тРНК содержит T вместо A и псевдоуридин вместо У. В инициаторных тРНК дигидроуридиловая петля не содержит дигидроуридина Особенности структуры инициирующей метионил-тРНК обеспечивают ее специфическое комплексирование с белком IF2 при наличии ГТФ [ГТФ, присоединяясь к белку, повышает сродство белка к инициирующей метионил-тРНК]. Универсальность инициации с участием инициирующей метионил-тРНК приводит к тому, что всегда и

Рис..Схема механизма инициации трансляции у эукариот.

 

везде любая полипептидная цепь, синтезируемая на рибосоме, начинается с метионина. Лишь потом, в ходе трансляции или после нее, этот концевой метионин может отщепиться специальной протеазой, что и происходит в большинстве случаев

Итак, после завершения описанных выше процессов возникает инициирующий комплекс, в состав которого входит малая рибосомная субъединица, связанная с иРНК. К инициирующему кодону иРНК комплементарно присоединен антикодон инициирующей метионил-тРНК, с последней связан фактор инициации IF2, который несет на себе молекулу ГТФ.

Рис. Схема реакций механизма элонгации процесса трансляции.

 

На этом этапе в процесс включается свободная большая рибосомная субъединица. Взаимодействуя с малой субчастицей и фактором IF2, большая суъединица активирует ГТФазную активность IF2, в результате чего ГТФ гидролизуется до ГДФ и ортофосфата, что приводит к снижению сродства IF2 к инициирующей метионил-тРНК и IF2 с ГДФ легко вытесняются из рибосомы. На большой субъединице формируется пептидильный участок (Р участок), на котором размещается инициирующая метионил-тРНК. Вытесняются одновременно и все другие факторы инициации, включая IF3. В итоге образуется полная 70S [ у прокариот] или 80S [ у эукариот] рибосома с Р-участком, занятым инициирующей метионил-тРНК, и с вакантными А- и Е участками.

Этот завершающий шаг процесса инициации начинает образование и элонгацию пептида. На вакантный А-участок поступает первая аминоацил-тРНК в комплексе с фактором элонгации EF1(EF-Tu у прокариот) и ГТФ. После гидролиза ГТФ, EF1(EF-Tu) с ГДФ покидают рибосому, а аминоацил-тРНК, связанная на А-участке, получает возможность реагировать с инициирующей метионил-тРНК в реакции транспептидации, катализируемой большой субъединицей рибосомы. Фактор EF1 (EF-Tu) вновь подключается в процесс трансляции после замены ГДФ на ГТФ при участии факторов, стимулирующих этот обмен гуаниловых нуклеотидов. Так начинается элонгация.