Процессинг транскриптов первичных тРНК и рРНК.

Посттранскрипционная модификация транспортных РНК идет при участии РНК-азы. Которая отрезает от 3’-конца по одному нуклеотиду, пока не достигнет последовательности –ССА-, одинаковой для всех тРНК. Для некоторых тРНК, наоборот, идет присоединение этих последовательностей. Пре-тРНК содержит всего один интрон. Его удаление приводит к формированию антикодона, который обеспечивает взаимодействие с мРНК в ходе синтеза белка.

 

 

Процессинг рибосомальной РНК

В клетках человека содержится около сотни гена рРНК. Они локализованы группами на 5 хромосомах Первичные транскрипты имеют в длину около 13000 нуклеотидов. Они подвергаются процессингу и в результате образуется всего несколько субъединиц. Остальные компоненты разрушаются в ядре. Рибосома – это органелла клетки. Участвующая в синтезе белка. Состоит из большой и малой субъединиц. Белки рибосомы выполняют структурную, регуляторную и каталитическую функции.

Биосинтез белков

Перевод информации мРНК в аминокислотную последовательность белка требует кодирования.

Необходимость кодирования продиктована тем, что нет соответствия между числом мономеров в матрице РНК и синтезируемом белке.

Отсутствует структурное сходство между мономерами РНК и белка.

Это исключает комплементарное взаимодействие. Существует словарь, обеспечивающий включение в белок аминокислот в определенной последовательности. Это генетический, или биологический, или нуклеотидный, или аминокислотный код.

Его характерные свойства.

Триплетность. Для шифровки используется тройка нуклеотидов, или триплеты, получившие название кодоны.

Установлено, что из 64 кодонов только 61 шифрует полипептидную цепь, а три сигнализируют о завершении трансляции и названы стоп-кодонами.

Специфичность. Каждому кодону соответствует определенная аминокислота. Генетический код строго однозначен.

Вырожденность. 61 триплет включает по одной аминокислоте, а значит кодирование одной аминокислоты определяют несколько кодонов. Это свойство называется вырожденность. Это повышает устойчивость информационного потока к неблагоприятным воздействиям внешних и внутренних факторов. При определении природы аминокислоты третий нуклеотид в кодоне не имеет важного значения, как первые два. Замена третьего нуклеотида не сказывается на его смысле.

Линейность записи информации. В ходе трансляции кодоны мРНК читаются с фиксированной стартовой точки последовательно и не перекрываются. В записи информации отсутствует сигнал на конец и начало следующего кодона.

Кодон AUG является инициирующим и прочитывается как в начале, так и в других участках. Следующие кодоны читаются последовательно без пропусков вплоть до стоп-кодона. На нем синтез полипептидной цепи заканчивается.

Универсальность. Считается, что код абсолютно универсален для все организмов. Однако, стало известно, что 4 триплета митохондриальной мРНК имеют другое значение, чем в мРНК ядерной.

Колинеарность. Последовательность в гене и продукте.

 

Основные компоненты белок синтезирующей системы.

Аминокислоты. Всего 20 аминокислот входят в структуру белков организма. Они должны присутствовать в достаточном количестве. Особенно это относится к незаменимым аминокислотам, т.к. недостаточное снабжение клетки хотя бы одной из них приводит к остановке синтеза белка.

мРНК. После переноса информации с ДНК на матричную РНК начинается синтез белков. Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной полипептидной цепи. Если клетке необходимы другие белки, то необходимо транскрибировать мРНК с иных участков ДНК.

тРНК. У человека около 60 различных тРНК включают аминокислоты в белок. Так как существует около 60 различных тРНК, то некоторым аминокислотам соответствует по две или более тРНК. Различные тРНК, присоединяющие одну аминокислоту, называют изоакцепторными.

Присоединение аминокислоты к тРНК осуществляется ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой, имеющей специфичность одновременно к двум соединениям: какой-либо аминокислоте и соответствующей ей тРНК. Для реакции требуется две макроэргические связи АТФ. Аминокислота присоединяется к 3'-концу акцепторной петли тРНК через свою α-карбоксильную группу, и связь между аминокислотой и тРНК становится макроэргической. α-аминогруппа остается свободной. Первые два основания кодона и последние два основания антикодона образуют обычные прочные пары и вносят наибольший вклад в специфичность декодирования. Третье основание кодона и первое основание антикодона связываются слабее и поэтому некоторые тРНК могут прочитывать больше, чем один кодон. Это гипотеза качания, т.е. третье основание большинства кодонов имеет определенную степень свободы при образовании пары с соответствующим антикодоном.

Аминоацил-тРНК-синтетазы. Каждая из них узнает только одну определенную аминокислоту и те тРНК, которые способны связываться с этой аминокислотой. Т.е. в цитозоле есть 20 различных ферментов.

Рибосомы -внутриклеточных белоксинтезирующие органеллы.

Состоят из 40S (малой) и 60S (большой) субъединиц.;Каждая субъединица включает рРНК и белки. Белки выполняют структурную функцию, обеспечивая взаимодействие всех структур. Различают рибосомы двух типов. Свободные в цитоплазме и связанные с эндоплазматическим ретикулом (ЭР), последние осуществляют синтез белка на экспорт.

Источник энергии. На включение одной аминокислоты расходуется 4 макроэргических связей: 2 из АТФ и 2 ГТФ. И еще АТФ и ГТФ на инициацию и терминацию полипептидной цепи.

 

Трансляция (синтез белка)

Выделяют три основных стадии трансляции: инициация, элонгация, терминация.

Инициация

Для инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосомы, три белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), метионин и тРНК для метионина.

 

В начале этой стадии формируются два тройных комплекса:

первый комплекс – мРНК + малая субъединица + ИФ-3,

второй комплекс – метионил-тРНК + ИФ-2 + ГТФ.

 

После формирования тройные комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы. В этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации, источником энергии служит ГТФ. После сборки комплекса инициирующая метионил-тРНК связывается с первым кодоном АУГ матричной РНК и располагается в П-центре (пептидильный центр) большой субъединицы. А-центр (аминоацильный центр) остается свободным, он будет задействован на стадии элонгации для связывания аминоацил-тРНК.

 

Гидролиз макроэргов дает энергию для скольжения по некодирующей части мРНК. Формируются две центра рибосом П и А. В П (Р) центре оказывается AUG-кодон мРНК с присоединенной к нему Мет-тРНК_i^мет. В клетках есть две различающиеся по структуре тРНК, узнающие кодон AUG-. Инициирующий кодон узнает тРНК_i^мет, а триплеты мРНК, кодирующие включение метионина во внутренние участки белка, прочитываются другой тРНК^мет. В А-центре находится триплет. Кодирующий включение первой аминокислоты синтезируемого белка.

После присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации.

 

Элонгация

Для этой стадии необходимы все 20 аминокислот, тРНК для всех аминокислот, белковые факторы элонгации, ГТФ. Удлинение цепи происходит со скоростью примерно 20 аминокислот в секунду.

В ходе элонгации рибосома с помощью аа-тРНК последовательно читает мРНК в виде триплетов нуклеотидов, идущих за инициирующим кодоном в направлении от 5’- к 3’-концу, наращивает полипептидную цепочку за счет последовательного присоединения аминокислот.

Элонгация представляет собой циклический процесс. Первый цикл (и следующие циклы) элонгации включает три шага:

Присоединение аминоацил-тРНК (еще второй) к кодону мРНК (еще второму), аминокислота при этом встраивается в А-центр рибосомы. Источником энергии служит ГТФ.

Фермент пептидилтрансфераза осуществляет перенос метионина с метионил-тРНК (в П-центре) на вторую аминоацил-тРНК (в А-центре) с образованием пептидной связи между метионином и второй аминокислотой. При этом уже активированная СООН-группа метионина связывается со свободной NH2-группой второй аминокислоты. Здесь источником энергии служит макроэргическая связь между аминокислотой и тРНК.

Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, что первый кодон АУГ оказывается вне рибосомы, второй кодон (на рисунке) становится напротив П-центра, напротив А-центра оказывается третий кодон (на рисунке). Для этих процессов необходима затрата энергии ГТФ. Так как вместе с мРНК перемещаются закрепленные на ней тРНК, то инициирующая первая тРНК выходит из рибосомы, вторая тРНК с дипептидом помещается в П-центр.