Подготовительная стадия синтеза белка

Необходимо 20 аминокислот, 20 аминоацил-тРНК-синтетаз, более 20 тРНК, АТФ, ионы магния.

Аминокислота взаимодействует с АТФ с образованием аминоациладенилата, затем аминокислота с аминоациладенилата переносится на акцептирующий стебель тРНК:

R–CH(NH₂)–COOH + АТФ ® R–CH(NH₂)–CO~O–АМФ + PP_i

аминоациладенилат

R–CH(NH₂)–CO~O–АМФ + тРНК ® R–CH(NH₂)–CO~O–тРНК + АМФ

Фермент – аминоацил-тРНК-синтетаза. Необходимо присутствие ионов Mg²⁺. Аминоацил-тРНК-синтетазы обладают абсолютной специфичностью: для каждой аминокислоты существует свой фермент.

Транспортная РНК обеспечивает связь между кодонами мРНК и аминокислотами будущей полипептидной цепи. Для каждой из 20 аминокислот существует не менее одной тРНК. Все виды тРНК содержат около 80 нуклеотидов и на двухмерном изображении имеют форму клеверного листа, а в пространстве - L-образную форму (рис. 11).

Рис. 11. Строение т-РНК: Акцепторный стебель – участок связывания аминокислот, содержит последовательность ЦЦА. Псевдоуридиловая петля – обеспечивает связывание аминоацил-тРНК с рибосомой. Дигидроуридиловая петля – сайт для узнавания аминоацил-тРНК-синтетазой. Антикодоновая петля – содержит антикодон, комплементарный кодону в мРНК и состоящий из 3 нуклеотидных остатков. Добавочная петля- назначение неизвестно.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Непосредственный процесс синтеза белка называется трансляцией.

Трансляция - процесс реализации заключенной в мРНК генетической информации в аминокислотную последовательность полипептида.

Трансляция протекает в рибосомах.

Рибосомы состоят из двух субъединиц и являются нуклеопротеинами, состоящими из белка (65% - у прокариот и 50% - у эукариот) и рибосомальной РНК (рРНК). Рибосомы характеризуются по скорости седиментации в центрифужном поле в единицах Сведберга S: прокариоты - 70S, эукариоты - 80S. Соответственно, субъединицы эукариот - 60S и 40S, прокариот - 50S и 30S.

Выделяют 3 стадии трансляции.

Инициация трансляции.

Необходимы: рибосомные субчастицы, мРНК, инициаторная аминоацил-тРНК (метионил-тРНК, формилметионил-тРНК), инициирующий кодон в мРНК (АУГ), белковые факторы инициации, кэп-узнающий фактор, ГТФ, Mg²⁺.

Образуется инициаторный комплекс путем присоединения белковых факторов, формилметионил-тРНК и ГТФ к 30S субчастице, к которой комплементарно антикодону формилметионил-тРНК присоединяется мРНК при участии кодона АУГ. После этого высвобождается белковый фактор и оставшийся комплекс присоединяет 50S субчастицу, образуя активную (транслирующую) 70S рибосому. У данной рибосомы свободен аминоацильный центр, способный реагировать с аминоацил-тРНК, соответствующей кодону мРНК (рис. 12). Группа рибосом вместе с мРНК образуют полирибосому или полисому, что увеличивает скорость синтеза белка.

Рис. 12. Образование транслирующей рибосомы

Элонгация трансляции.

Большая субчастица рибосомы содержит два центра для связывания тРНК: аминоацильный (А) и пептидильный (П) (рис. 13). В элонгации участвуют также белковые факторы.

Рис. 13. Элонгация трансляции

Процесс элонгации делят на 3 этапа:

- узнавание кодона и связывание аминоацил-тРНК;

- образование пептидной связи;

- транслокация.

I этап. В свободный аминоацильный центр рибосомы доставляется аминоацил-тРНК в соответствии с кодоном мРНК. Участвует фактор элонгации. Затраты энергии компенсируются ГТФ. В итоге в транслирующей рибосоме в пептидильном центре находится формилметионил-тРНК, в аминоацильном центре - аминоацил-тРНК (первая аминокислота после метионина).

II этап. Происходит перенос остатка метионина с метионил-тРНК на аминогруппу новой аминоацил-тРНК. Протекает реакция транспептидирования, фермент - пептидилтрансфераза. Образуется пептидная связь. В цитозоль из пептидильного центра высвобождается метионил-тРНК. В аминоацильном центре образуется дипептидил-тРНК, а пептидильный центр освобождается.

III этап. Образовавшаяся дипептидил-тРНК переносится с аминоацильного на пептидильный центр. Для этого рибосома передвигается на один кодон относительно мРНК в направлении 5’ ® 3’ при участии фермента пептидилтранслоказы. Используется энергия ГТФ. Дипептидил-тРНК занимает пептидильный центр, а аминоацильный центр освобождается и принимает новую аминоацил-тРНК, соответствующую кодону мРНК - образуется трипептидил-тРНК и т.д.

При синтезе каждой пептидной связи тратится 2 молекулы АТФ и 2 молекулы ГТФ.

Терминация трансляции.

Необходимы: терминирующие кодоны (УАА, УАГ, УГА), факторы терминации (рилизинг-факторы). Для терминирующих кодонов отсутствуют соответствующие им тРНК. Когда в рибосому поступает терминирующий кодон, к нему присоединяется фактор терминации. Меняется специфичность пептидилтрансферазы, происходит гидролиз связи между синтезированным пептидом и последней тРНК, и освобождается белок. Расходуется энергия ГТФ.