Белковые факторы транскрипции

1. Белки типа «спираль-поворот-спираль» (белки-репрессоры). Две альфа-цепи, соединенные петлей.

2. Белки с однотипными доменами, регулирующие развитие организма (эмбриона). Структура аналогична 1 типу. Гомейотический ген.

3. Белки, содержащие домены вида
«цинковые пальцы». Цинковые пальцы проникают в бороздки ДНК.

4. Белки из двух субъединиц, образующих «лейциновую застёжку». Особенность в способе соединения субъединиц олигомера посредством гидрофобных взаимодействий между остатками лейцина.

5. Общие факторы транскрипции называют основным инициаторным комплексом: ТВР-белок (, От 8 и более – TAF-белков.

6. Белки-активаторы генов на примере р53. Оказывают влияние на скорость деления и тормозят превращение в опухолевую клетку.

 

РНК. иРНК

Особенности строения: на 5’ –конце есть «кэп» из 1-4 модифицированных нуклеотидов, первый – 7-метилгуанозин-трифосфат. Следующие нуклеотиды м.б. метилированы. Такая структура защищает конец от внутриклеточных экзонуклеаз.

За кэпом нетранслируемый 5’- участок, важный для первичного связвания с рибосомой. Далее инициаторный кодон – АУГ – метионин. Кодирующая часть, содержит информацию о первичной структуре белка. 60-70% нуклеотидной последовательности. В конце терминирующий кодон – УАА, УАГ, УГА. Далее 3’- некодируемый участок. Далее poly (A) – хвост. Последние два участка отвечают за продолжительность жизни иРНК. Для транспорта к месту синтеза полипептидной цепи и увеличения продолжительности жизни иРНК образуют комплекс с белками с М.м. 52 кДа и 78 кДа. Такие комплексы называют РНП-частицами.

 

ТРНК и рРНК

Гены тРНК организованы в кластеры и расположены в разных хромосомах. Все пре-тРНК содержат последовательности с формой кленового листа. В структуре есть штриховые участки, где нет минорных нуклеотидов и последовательности ЦЦА в акцепторной цепи для присоединения амкт, антикодон не занимает правильное положение. В ходе созревания приобретает свойства: присоединение нуклеотидов ЦЦА к акцепторной ветви, восстановление некоторых остатков уридина, изомеризация некоторых уридинов, метилирование некоторых уридинов. Вторичная структура складывается в третичную: буква Г.

У крупных рРНК во вторичной структуре содержится 4 основных домена: центральный, 3/-главный, 5/- и 3/-минорный. 18 S – РНКобразует комплекс с 30 разными белками, в результате образуется малая субъединица рибосомы. 5,8 – S, 28 S – рРНК комплекс с 60 белками, и формирует большую субъединицу. Ядерные (эукариотические)80 S = 60 S + 40 S. Цитоплазматические и бактериальные (прокариотические)70 S = 50 S + 30 S. 30S-субчастица обладает вытянутой и асимметричной формой с уплощенной областью и с щелью, отделяющей головку от тела. 50S-субчастица имеет весьма компактное тело, из которого выпячиваются протуберанец и тело. Образование 70S-рибосом происходит путём ассоциации между несколькими отдельными участками двух субчастиц

Транскрипция.

Механизм транскрипции: Инициация состоит в связывании РНК-полимеразы с промотором на участке ДНК с определённой последовательностью нуклеотидов (бокс Прибнова) (5’)-TATAAT-(3’). В его узнавании участвует специальный белок сигма-фактор и другие белки. У эукариот – комплекс белков. Связывание РНК-полимеразы приводит к разделению цепей ДНК на примерно 15 нуклеотидных пар и образуется транскрипционный «глазок».Первым в синтезируемую цепь РНК включается пуриновый нуклеотид – АТФ или ГТФ, Затем образуется 5’ 3’-фосфатная связь со вторым нуклеотидом. Отщепляется сигма-фактор.

Элонгация. Далее субъединицы РНК-полимеразы (кор-фермент) перемещаются по ДНК. «Глазок» увеличивается, и РНК образуется со скоростью примерно 30 нуклеотидов в сек. С частотой примерно 1 на 20 тысяч включаются ошибочные нуклеотиды, т.е. точность процесса сравнительно невелика (вспомним, что ошибки при репликации ДНК составляют 10–8 – 10–10).

Учитывая вырожденность генетического кода, примерно две трети ошибок этого рода не имеют значения.

Терминация. Сигналом для окончания транскрипции РНК служат специальные ГЦ-богатые участки в конце каждого гена.

В РНК тоже синтезируется такой участок, который образует «шпильку», облегчающую отсоединение образованной РНК от ДНК-матрицы. У бактерий этому помогает специальный r-фактор.

С одного гена одновременно может синтезироваться несколько РНК. В результате образуются предшественники всех видов РНК, которые образуют так называемую гетерогенную ядерную РНК (гяРНК).

 

Созревание (процессинг) РНК.

рРНК - разделение единого транскрипта на типы РНК, 18, 5,8, 28 – S рРНК, метилирование рибозных остатков. У крупных рРНК во вторичной структуре содержится 4 основных домена: центральный, 3/-главный, 5/- и 3/-минорный. 18 S – РНКобразует комплекс с 30 разными белками, в результате образуется малая субъединица рибосомы. 5,8 – S, 28 S – рРНК комплекс с 60 белками, и формирует большую субъединицу.

тРНК: В ходе созревания приобретает свойства: присоединение нуклеотидов ЦЦА к акцепторной ветви, восстановление некоторых остатков уридина, изомеризация некоторых уридинов, метилирование некоторых уридинов. Вторичная структура складывается в третичную: буква Г.

иРНК: Отщепление «лишних» нуклеотидов с обоих концов цепи РНК.

Разрезание кластерных РНК на отдельные РНК.Вырезание интронов. Два последних процесса обеспечиваются механизмом сплайсинга – точного отрезания и соединения нуклеотидных последовательностей. В этом процессе принимают участие специальные РНП-комплексы – сплайсосомы. Далее происходит присоединение «кэпа» с 5’-конца и poly(A)-хвоста. Все эти процессы происходят в ядре, В результате образуются зрелые РНК.

РАСПАД иРНК: Происходит в цитоплазме. У бактерий РНК могут разрушаться с того же конца, с которого и синтезируются, т.е. с 5’ (5’-РНКазами). У эукариот иРНК разрушаются с 3’-конца 3’-РНКазами и эндонуклеазами. По мере прохождения рибосомы при завершении синтеза белковой цепи она ударяется о конец шпильки и «отламывает» кусочек «хвоста». Следующая рибосома отламывает ещё кусочек. В конце концов водородные связи в петле «хвоста» не выдерживают напряжения, петля разрывается и 3’-конец становится доступным для действия 3’-РНКазы, разрушающей иРНК. Регуляция распада иРНК может осуществляться. Наличием в цитоплазме белков-продуктов синтеза с этой РНК, накоплением метаболитов, ионов и т.д. Время полужизни иРНК составляет от нескольких минут до нескольких суток (если они находятся в составе РНП-частиц и расходуются постепенно).

 

Трансляция.

В рибосоме различают 4 основных центра связывания и протекания реакции:

1.​ Центр связывания иРНК, образованный участком 18S рРНК (малой субъединицы).

2.​ Пептидильный центр (Р), где связывается первая метионил-тРНК и куда перемещается в ходе реакции пептидил-тРНК.

3.​ А-центр – место связывания очередной аминоацил-тРНК.

4.​ Пептидилтрансферазный центр, обеспечивающий перенос пептидильного остатка на аминогруппу очередной аминоацил-тРНК.

ИНИЦИАЦИя

Инициация включает события, предшествующие образованию первой пептидной связи. Для этого необходимо образование комплекса из рибосомы, мРНК и аминоацил-тРНК.

Инициация трансляции начинается со связывания иРНК 5’-нетранслируемым участком с малой субъединицей рибосомы. Инициаторный кодон АУГ оказывается на уровне пептидильного (Р)-участка. Далее связывается инициирующая формил-метионил-тРНК, которая взаимодействует с таким же участком на большой субъединице рибосомы, чем вызывает её присоединение и формирование полной рибосомы.В целом рибосому можно рассматривать как суперфермент, который обеспечивает правильную ориентацию участников процесса и катализирует реакции между ними. В инициации также принимает участие ГТФ и белковые факторы IF-1, IF-2, IF-3, которые обеспечивают правильную сборку всего комплекса. Таким образом формируется активная транслирующая рибосома.У эукариот процесс инициации обеспечивают, по крайней мере, девять белковых факторов.

ЭЛОНГАЦИЯ

Фактор элонгации образует тройной комплекс с ГТФ и аминоацил-тРНК, который связывается с А-участком рибосомы (при соответствии кодона иРНК и антикодона аминоацил-тРНК), после чего ГТФ гидролизуется с образованием ГДФ.

Таким образом, элонгация складывается из следующих стадий:

1.​ Связывания очередной аминоацил-тРНК при участии специальных белков EF-1 и EF-2, а также ГТФ.

2.​ Образование пептидной связи.

3.​ Перемещения иРНК вместе с вновь образованной пептидил-тРНК на один кодон относительно рибосомы (в сторону 3’-конца иРНК). В этом участвует белок EF-2 – транслоказа, поскольку процесс сопряжён с использованием энергии ГТФ.

4.​ В освободившемся А-участке связывается очередная аминоацил-тРНК.

Многократный повтор описанного цикла приводит к синтезу полипептидной цепи.

ТЕРМИНАЦИЯ

Терминация процесса осуществляется при появлении в рибосоме одного из бессмысленных кодонов иРНК – УАА, УАГ, УГА, что приводит к их взаимодействию с белковыми факторами терминации RF (releasing factor), которые стимулируют гидролазную реакцию. Как только при очередном перемещении рибосомы вдоль молекулы иРНК в А-участке появится терминирующий кодон мРНК, к нему присоединяется один из факторов терминации RF1, узнающий кодоны УАА и УАГ, либо RF2, узнающий УГА и УАА. (Фактор RF3 стимулирует действие двух первых). В результате рвётся связь между тРНК и вновь синтезированным пептидом. Пептидная цепь, тРНК и иРНК покидают рибосому, и она диссоциирует на субъединицы.

Терминация белкового синтеза в рибосоме у эукариот осуществляется при участии единственного фактора. В эукариотических системах для этого этапа также необходим ГТФ.

 

Фолдинг белков.

Фолдингом называют сворачивание пептидной цепи в правильную трёхмерную структуру. Для белков, состоящих из нескольких субъединиц, в это понятие включается и формирование четвертичной структуры. Важная роль в фолдинге принадлежит лигандам (напр., ионам металла, хромофорной группе), а также химически модифицированным группам белка (напр., в результате их фосфорилирования).

Для фолдинга крупных белковых молекул необходимы специальные белки – шапероны и ферменты – фолдазы даже, несмотря на то, что определяющую (но не всегда достаточную) роль играет в этом процессе первичная структура сворачиваемого белка.

 

Различают две модели сворачивания белков:

 

1.​ Модель промежуточных состояний включает постепенное возрастание упорядоченности в белковой молекуле, которое протекает в несколько стадий: случайный клубок, клубок, расплавленная глобула, нативный белок.

 

2.​ Модель сворачивания по принципу «всё или ничего». Характерна для маленьких белков, состоящих из менее сотни аминокислотных остатков.

 

Фолдинг небольшой молекулы завершается в течение одной секунды, а у сложных белков он занимает всего несколько минут.

 

При этом фолдинг для ряда белков начинается ещё во время трансляции, а для небольших, по-видимому, он может происходить сразу после трансляции.

В основе сворачивания лежит эффект кооперативности, при которой после образования хотя бы одной правильной связи остальные правильные связи образуются как бы автоматически и с большей скоростью.