Етапи трансляції - студопедія
підготовчі стадії
трансляція
Трансляція - процес перекладу генетичної інформації з послідовності нуклеотидів мРНК в послідовність амінокислот в молекулі поліпептиду. Трансляція здійснюється згідно з правилами генетичного коду, який має такі особливості:
2. Код - однозначний (специфічний): кожен кодон позначає тільки одну амінокислоту.
3. Код - безперервний. т. е. відсутні сигнали, що показують кінець одного кодону і початок наступного.
4. Код - вироджений. т. е. однієї амінокислоті може відповідати більш ніж один кодон. Тільки дві амінокислоти - метіонін і триптофан - мають по одному кодону. Лейцину і серину відповідає 6 кодонів. гліцину і аланіну - по 4 і т. д. Якщо амінокислота кодується декількома кодонами, то в більшості випадків вони розрізняються по третій букві, т. е. по нуклеотиду на 3'-кінці. Таким чином, специфічність кожного кодону визначається головним чином його першими двома нуклеотидами.
5. Код не перекривається. т. е. один нуклеотид не може одночасно входити в два сусідніх триплета.
6. Генетичний код містить триплети, що позначають початок і закінчення синтезу білка. АУГ - ініціює кодон (кодує метіонін). УАА, УАГ, УГА - терминирующего кодони, які не кодують жодну з відомих амінокислот і сигналізують про закінчення синтезу білка.
Підготовчі стадії трансляції включають:
- приєднання амінокислот до тРНК.
Мал. 35. Зв'язування амінокислоти (фенілаланіну - Phe) з тРНК
В активному центрі ферменту амінокислота зв'язується з АТФ, лише потім переноситься на тРНК. Освіта макроергічним зв'язку між амінокислотою і тРНК називається аміноацилювання, а що утворився комплекс - аміноацил-тРНК (аа-тРНК). Кожна тРНК може переносити до місця синтезу білка тільки одну з амінокислот. Для більшої частини амінокислот є кілька тРНК, які називаються ізоакцепторнимі і позначаються відповідно тРНК1 Phe. тРНК2 Phe і т. д.
Власне процес трансляції включає три фази:
Ініціація трансляції - початок синтезу поліпептидного ланцюга, полягає в збірці белоксинтезирующей системи (активної рибосоми).
Функціональні центри рибосом.
Кожна рибосома складається з двох субчастиц. великої і малої. Форма субчастиц, їх контактуючих поверхонь, досить складна (рис. 36). На контактують поверхнях великої і малої субчастиц в невеликих поглибленнях знаходяться центри зв'язування всіх компонентів белоксинтезирующей системи (мРНК, пептидил-тРНК, чергова аміноацил-тРНК), а також центри, що каталізують утворення пептидного зв'язку і поступове переміщення рибосоми щодо мРНК.
Мал. 36. Модель рибосоми Escherichia coli (Васильєв В.Д. Інститут білка РАН):
зліва - перекриваються проекція: мала (30S) субчастіца звернена до глядача
і закриває собою частину великої (50S) субчастіци; праворуч - бічна проекція:
до глядача звернений бічній палочкообразной виступ великий (50S) субчастіци,
а мала (30S) субчастіца розташована вгорі
Функціональні центри рибосом (рис. 37):
1. Центр зв'язування мРНК (М-центр). Утворений ділянкою 18S-рРНК, який комплементарний протягом 5-9 нуклеотидів 5'-нетрансльовані фрагменту мРНК. Розташований на малій субчастиц рибосоми.
2. пептідільний центр (П-центр). На початку процесу трансляції з пептідільний центром зв'язується ініціює аа-тРНК. На наступних стадіях трансляції в пептідільний центрі знаходиться пептидил-тРНК, що містить вже синтезовану частина пептидного ланцюга.
3. Аміноацільний центр (А-центр) - місце зв'язування черговий аа-тРНК. Аміноацільний і пептідільний центри розташовані як на великий, так і на малій субчастиц рибосоми.
4. Каталітичний (пептидилтрансферазної) центр (К-центр). Каталізує перенесення пептидів зі складу пептидил-тРНК на інформацію, що надійшла в аміно-ацильний центр чергову аа-тРНК. Розташований на великий субчастиц рибосоми.
Ініціація трансляції у прокаріотів починається зі зв'язування мРНК в області 5 - нетрансльовані ділянки з малою субодиницею рибосоми. Ініціює кодон (АУГ) виявляється на рівні пептідільний центру майбутньої рибосоми. Далі за рахунок комплементарного взаємодії з цим кодоном відбувається зв'язування ініціює аа-тРНК. У прокаріотів ініціює аа-тРНК є формілметіоніновая аа-тРНК - fМet-тРНКi fMet
(Рис. 38). Блокування аміногрупи метіоніну формільним залишком перешкоджає включенню такої амінокислоти у внутрішні ділянки ланцюга, але в той же час дозволяє fМet-тРНКi fMet зв'язуватися з ініціював кодоном мРНК (АУГ). Ініціює аа-тРНК, взаємодіючи з пептідільний центром великої субодиниці, викликає зв'язування останньої.
У прокаріотів ініціація здійснюється за участю трьох специфічних білків - чинників ініціації (IF - I nitiation F actors). IF-3, приєднуючись до малої субчастиц рибосоми, перешкоджає передчасному зв'язування великий субчастіци і, з іншого боку, сприяє зв'язуванню мРНК. IF-2 бере участь у зв'язуванні ініціює аа-тРНК. Ймовірно, цей фактор утворює комплекс з аа-тРНК ще поза рибосоми, причому до складу комплексу входить ГТФ. В результаті утворюється так званий инициаторного комплекс. що складається з малої субчастіци рибосоми, мРНК, инициаторной аміноацил-тРНК і факторів ініціації (рис. 39). Велика субчастіца при асоціації з малої субчастиц викликає гідроліз ГТФ (до ГДФ і Фн) і одночасно витісняє всі фактори ініціації, включаючи IF-3. В результаті ініціації трансляції утворюється повна 70S (у прокаріот) рибосома з пептідільнимучастком, зайнятим инициаторной формілметіоніл-тРНК, і з вільним аміноацільнимучастком.
Мал. 39. Ініціація трансляції у прокаріотів
Елонгація трансляції - основний і найтриваліший етап білкового синтезу, в ході якого відбувається подовження поліпептидного ланцюга за рахунок послідовного приєднання амінокислот. Починається з моменту утворення першої пептидного зв'язку і закінчується після включення в поліпептидний ланцюг останньої амінокислоти.
Елонгація у бактерій здійснюється за участю трьох білкових факторів (EF-Tu, EF-Ts, EF-G) і має циклічний характер.
Цикл елонгації включає 3 стадії:
1. Зв'язування аа-тРНК з аміноацільним центром рибосоми. На цій стадії з вільним А-центром рибосоми зв'язується чергова аа-тРНК - та, чий антикодон комплементарен кодону мРНК, що знаходиться в А-центрі. Поступово в А-центр, аа-тРНК закріплюється в ньому в комплексі з білковим фактором EF-Tu (EF - E longation F actor) і ГТФ. За участю фактора EF-Тu здійснюється гідроліз ГТФ до ГДФ і Фн. а виділяється енергія витрачається на зближення двох амінокислотних залишків. Комплекс EF-Tu · ГДФ при цьому залишає рибосому і регенерується за участю фактора EF-Ts, так що фактор EF-Tu знову виявляється пов'язаним з молекулою ГТФ (рис. 40).
Мал. 40. Етап елонгації в синтезі білка у прокаріот
2. Освіта пептидного зв'язку. У рибосомі після першої стадії циклу знаходяться пептидил-тРНК (в П-центрі) і аа-тРНК (в А-центрі). При цьому їх акцепторні петлі і пов'язані з ними амінокислотні залишки розташовуються в каталітичному (К) центрі. Останній і здійснює пептидилтрансферазної реакцію: переносить пептидил (або инициирующую амінокислоту - формілметіонін у прокаріот) на амінокислоту надійшла аа-тРНК. Колишня тРНК пептидів стає вільною (рис. 40).
В ході пептіділтрасферазной реакції карбоксильная група пептидів утворює пептидний зв'язок з аміногрупою черговий амінокислоти (рис. 41). Таким чином, зростання пептидного ланцюга при трансляції відбувається в напрямку від N- до С-кінця.
3. Транслокация - переміщення пептидил-тРНК з А-центру в П-центр в результаті пересування рибосоми по мРНК на один кодон. Вільна тРНК витісняється з рибосоми, і одночасно звільняється А-центр, необхідний для зв'язування наступної аа-тРНК. Транслокация йде за участю білкового фактора EF-G (у бактерій) і супроводжується гідролізом однієї молекули ГТФ.
Таким чином, подовження пептидного ланцюга на один амінокислотний залишок вимагає витрати двох молекул ГТФ (одна йде на зв'язування аа-тРНК, друга - на траслокацію). Багаторазове повторення циклів елонгації призводить до включення в нерухомість, що будується пептидную ланцюг амінокислотних залишків відповідно до послідовності кодонів в мРНК.
Терминация трансляції. Сигналом про закінчення трансляції служить поява в рибосомі одного з терминирующего кодонів мРНК: УАА, УАГ або УГА. З терминирующего кодоном, що знаходяться в А-центрі, взаємодіють особливі білки - фактори термінації, або рилізинг-фактори (від англ. Relеase - звільняти). У бактерій в термінації трансляції беруть участь три білкових фактора: RF-1, RF-2 і RF-3. Фактор RF-1 дізнається кодони УАА та УАГ, а фактор RF-2 - кодони УАА та УГА. Фактор RF-3 виконує допоміжну роль, стимулюючи роботу RF-1 і RF-2. При надходженні в рибосому одного з терминирующего кодонів з ним негайно зв'язується відповідний RF-фактор і тим самим блокує приєднання аа-тРНК. Приєднання факторів термінації стимулює гідролізну активність пептіділтрасферазного (каталітичного) центру, в результаті чого зв'язок поліпептиду з тРНК гідролізується. Синтезований білок відокремлюється від рибосоми, одночасно відокремлюються тРНК і мРНК, а рибосома діссоцірует на субчастіци (рис. 42).
У термінації трансляції бере участь молекула ГТФ, яка, ймовірно, служить аллостерическим регулятором активності білкових факторів термінації.
Мал. 42. Терминация синтезу пептидного ланцюга у бактерій