|
Трансляция — синтез полипептидной цепи с
использованием мРНК в роли матрицы. Как и транскрипция, трансляция —
сложный многостадийный процесс, требующий значительных затрат
энергии и участия большого числа (до 300) вспомогательных молекул. В
трансляции участвуют все три основных типа РНК:
м-, р- и тРНК. мРНК является информационной
матрицей; тРНК “подносят” аминокислоты и узнают кодоны мРНК; рРНК
вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и
белок и осуществляют синтез полипептидной цепи. Процесс трансляции
основывается на том, что каждому триплету мРНК (кодону)
соответствует определенная аминокислота. Генетический код
расшифровывают (реализуют) тРНК. Напомним, что тРНК имеет структуру,
состоящую из четырех петель. К одной из них присоединяется
аминокислота (акцепторная петля), в противоположной
(антикодоновой) находится триплет нуклеоти-дов,
комплементарный кодону мРНК. Этот триплет называют
антикодоном. Так, аминокислоте триптофану соответствует кодон
УГГ в мРНК, триптофановая тРНК имеет антикодон АЦЦ.
Транскрипция состоит из подготовительного и трех
основных этапов. Подготовительный этап. На этом этапе
происходит образование аминоацил-тРНК — присоединение аминокислоты к
соответствующей тРНК. Эти реакции протекают в цитоплазме и
осуществляются ферментами ами-ноацил-тРНК-синтетазами. Именно эти
ферменты контролируют соответствие аминокислоты типу тРНК (ее
антикодону).
1. Инициация. Происходит образование цельной
ри-босомы, присоединение мРНК и установление первой аминокислоты.
Напомним, что каждая рибосома состоит из двух субъединиц — малой и
большой. В нерабочем состоянии они обычно не связаны друг с другом
(говорят, что рибосома диссоциирована). В процессе же трансляции
рибосомы находятся в “собранном” состоянии. В цельной рибосоме
выделяют участок присоединения тРНК, “нагруженной” аминокислотой
(то есть аминоацил-тРНК) — акцепторный (А-сайт) и участок
удержания тРНК с растущей полипептидной цепью — пеп-тидильный
(Р-сайт) (в молекулярной биологии выражение “участок цепи” часто
заменяют термином “сайт”). Непосредственной связи между мРНК и
растущей белковой цепью нет — она осуществляется через тРНК. Во
время инициации (при участии трех вспомогательных белковых
факторов) происходит связывание мРНК с малой субъединицей
рибосомы, затем к первому кодону своим антикодоном присоединяется
“груженая” (несущая аминокислоту) тРНК, а после этого к
образовавшемуся комплексу присоединяется большая субъединица
рибосомы. Интересно, что первой аминокислотой всех белков у
эукариотических организмов всегда является метионин, а у прокариот
— формил-метионин.
2. Элонгация. Ко второму кодону (в А-сайт
рибосомы) присоединяется еще одна аминоацил-тРНК. Между
карбоксильной группой (-СООН) первой аминокислоты и
аминогруппой (-NH,) второй
образуется пеп-тидная связь. После этого первая аминокислота
отсоединяется от своей тРНК и “повисает” на соединенной с ней
аминокислоте второй тРНК. Пустая первая тРНК освобождается из
комплекса с рибосо-мой, и Р-сайт становится незанятым. Рибосома
“делает шаг” вдоль мРНК. При этом тРНК с аминокислотами
перемещается из А-сайта в Р-сайт. “Шаг” рибосомы всегда строго
определен и равен трем нук-леотидам (кодону). Движение рибосомы
вдоль мРНК называется транслокацией. Как репликация и
транскрипция, транслокация всегда осуществляется в 5' — 3'
направлении мРНК.
3. Терминация. Синтез полипептидной цепи
идет до тех пор, пока рибосома не достигнет одного из трех
стоп-кодонов. В этот момент белковая цепь отделяется, а рибосома
диссоциирует на субъединицы. Практически все белки по окончании
своего синтеза подвергаются созреванию или
процессингу — реакциям посттрансляционных модификаций.
После этого они (в основном по “трубопроводу” эндоплазматической
сети) транспортируются к месту своего назначения.
Характерно, что мРНК транслируется не одной, а
одновременно несколькими (до 80) рибосомами. Такие группы рибосом,
осуществляющие синтез белка на одной молекуле мРНК, называют
полисомами. В результате этого резко увеличивается
“производительность” трансляции в единицу времени.
Энергетика трансляции
На включение одной аминокислоты в растущую полипептидную цепь
затрачивается энергия, соответствующая расщеплению 4 молекул АТФ до
АДФ. Однако эффективно (на узнавание аминокислоты и образование
пептидной связи) используется лишь около 10 % выделяющейся энергии,
остальная же ее часть рассеивается в виде тепла. Использование
меньших количеств энергии ведет к тому, что трансляция идет
медленно, с ошибками и ненадежно. Здесь, как и везде,
качество (точность реализации информации) и скорость
“покупаются” за счет количества (избыточная энергия) — за всякое
возрастание упорядоченности приходится платить, об этом гласит
второй закон термодинамики.
|
