Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 106
Текст из файла (страница 106)
Изучение кинетики синтеза ферментов у Е. соН привело к заключению, что контроль образования белков осущеспвляется путем синтеза короткаживущих посредников, скорее веста РНК. В связи с этим посредник не должен накапливаться,в отличие от ДНК, тРНК и рРНК. Позтаму было постулировано кратковременное существование МРНК. Этот тнп РНК может составлять лишь малую долю от общей клеточной РНК, большую часть которой составляют рРНК и тРНК (сы.
ниже). Длина цепочки мРНК зависит от длины волипептидной цепи, которая должна быть синтезирована на этой РНК. Так, при триплетном коде (см. ниже) для палвпептида из 100 амииокислотных остатков (М 11 000) необходимо 300 нуклеатидов в;кодирующей последовательности„а,для 1палипептида с М 110 000 — 3000 нуклеотидав. Кроме тога, МРНК может содержать некодирующую (лидерную) последовательность на 5'-канце; зти последовательности могут быть различной длины. Например, .МРНК, кодирующая ферменты метаболизма,галактозы и биосинтеза триптофаиа, имеют лидерные последовательности длиной 26 в !50 нуклеотидав соответственна.
Обе зтн мРНК кодируют более чем одну палипептидную цепь,и называются полигенными или лалицистраннь~ми МРНК. Полвгенные МРНК содержат некодирующие межгенные области, длина которых тоже меняется в широких пределах. Одной из функций некодирующих лидерных и межтенпых последовательностей может быть правильное размещение, малой рнбосомнай субъеднннцы, чтобы она могла инициировать трансляцию на кадане, соответствующем К~концевому амннакислотному остатку. Как было отмечено ранее, гибридизационные зксперименты по-.казали наличие в ДНК,последавателыностей, комплемэнтарных ко ж Генитичкскиь Аспекты меткволизмл. и всем трем типам РНК, а именно рРНК, тРНК и мРНК. Таким образом, все три типа РНК синтезируются на матрице ДНК. В сущности, роль ДНК как генетического материала сводится к тому, чтобы служить ыатрицей,как для репликации, так и для синтеза всех типов РНК, необходимых для экспрессии гена.
В любой момент времеви мРНК составляет от 3 до 4% общей клеточной РНК Е. со(1, а рРНК и тРНК составляют от 80 до 85% и от 1О до 15% соответственно, Тем не менее только примерно 0,2% нуклеогилов генома Е. со11 используется для синтеза около 60 типов тРНК и 0,5% генома — для синтеза рибосомных РНК. Таким образом, более 99% ДНК служит матрицей для синтеза мРНК.
26.3. Механизм трансляции Выше были рассмотрены три основных компонента белкового синтеза (мРНК с лндерной последовательностью, тРНК и рибосомы), теперь остановимся на том, как протекает этот процесс. Трансляцию ~мРНК в полипептидную последовательность можно представить себе как состоящую из трех последовательных фаз: 1) инициация белковой цепи — высокоспецифический процесс, важность.
которого возрастает из-за того, что многие мРНК полицистронны; 2) элонгацая цепи, т. е. последовательное добавление отдельных аминокислотных остатков (перенос их с аминоацил-тРНК); 3) специфическая гермияация пептидной цепи и удаление ее с рибосомы. 26.3.1. Инициация синтеза полипептндов Существуют две метионннспецифичные тРНК„.одна, обозначаемая тРНКм", акцептирует метиониновые остатки и включает их в полипептид~ные цепи; другая, тРНКм", играет уникальную роль.
в инициации синтеза полипептидов. Обе при взаимодействии с одной и той же амнноацил-тРНК-синтетазой образуют заряженную тРНКм", т. е. ше1-тРНКм". У прокарнот амнногруппа ше1-тРНКм" может быть формилировапа (но не ше1-тРНКм ) с вомошью М'с-формилтетрагидрофолиевой кислоты в присутствии специфической трансформилазы.
При этом образуется М-формнл-гпе1- тРНК;""' (1ше1-тРНКмм), которая и участвует в инициации потипептидной цепи (рис. 26.4). Хотя все полипептиды у прокариот инициируются формилметионином, формильная группа впоследствии удаляется деформилазой; в ряде случаев и метионнновый остаток удаляется с Н-конца полипептцдной цепи под действием аминопептидазы. В допел~некие к 1ше1-тРНКм", мРНК, 305 и 505 рибосомальным субъсдиницам для процесса инициации у прокариот необходимы-. ж гпывтичпскив дспнкты иитдволизмз. и еще три белка, которые не входят обычно в состав рибосом. Они называются факторами инициации (1Г) и обозначаются 1Г1 (М 9000), 1Г2 (М от 65000 до 80000) и 1ГЗ (М 29000). Процесс начцнается с присоединения 1ГЗ к свободной 308-субъединице (рис.
26.4). На второй стадии 1гпе(-тРНКм1е'связывается 1Г2-ОТР- комплексом, который в результате следующей стадии реагирует с агрегатом 1ГЗ-308. Образовавшийся инициаторный комплекс затем связывается с мРНК, вероятно, с помощью 1Г1. Наконец, 508-субъединнца образует комплекс с 308-субъединицей, что сопровождается высвобождением всех трех факторов инициации, а также О1)Р и Рь Комплекс (ще1-тРНКь11е' — мРНК вЂ” 703-рибосома, образующийся в результате этих инициаторных процессов, имеет двз участка связывания тРНК, называемых А-участком (аминокислотный участок) и Р-участком (пептидильный участок). В Р-участке расположена 11пе(-тРНКмге', при этом антикодон 3'-()АС-5', вероятно, связэн с метиониновым кодоном 5'-А()О-3' (см.
ниже). Таким образом, рамка считывания определена в результате специфического взаимодействия рибосомы и 1те(-тРНК,." с мРНК. Определение последовательности 3'-конца 168 РРНК Е. со(1 похавало, что имеется некоторая комплементарность этого участка с лндерной межгенной последовательностью мРНК, которая определяет синтез 1)ОР-галактозоэпнмеразы и 6-галактозидазы (гл. 15); более того, соответствующий бимолекулярпый комплекс был выделен из рибосом Е. соГц Таким образом, 3'-концевая последовательность 165 рРНК может играть роль при выборе инициаторного участка в мРНК, Так как в 53 РНК имеется последовательность, комплементарная ТфС-петле тРНК, 55 РНК может выполнять некоторые функции по связыванию тРНК. У эукариот инициаторнаятРНКдля цитоплазматического синтеза полипептидов также является метиониновой; од~нано соответствующая тпе(-тРНК~" .не формилируется.
Она реагирует также с факторами ин1гпи~ацнп е1Г1, 2 и 3, с 405 рибосомальной субъединицей и мРНК, Последующие реакции идут по той же схеме, что и для нрокариотных рибосом (рпс 26.4). В отличие от этого синтез Рис. 26.4. Инициация белкового синтеза. В ходе первой стздин 30$-субъеднницв рибосом связыввет фактор нницизцин 1РЗ. Нз второй стздни (гпе(-тРНК~~М связывзется с иомплсксом 1Р2 — ОТР, который нз третьей ствдин связывается с ЗОБ-субъелнницей, содержащей 1РЗ.
Обрззовзвпщйся нницизторный комплекс связывзется с мРНК с помощью 1Р! (рез~щия (4) ). Нз пятой стздни 003-субъсдиницз образует комплекс с ЗОБ-субъединнцей, что сопровождается высвобождением ОРР, Р, и трех фзкторов иницнзцни. Комплекс 708-рибосомз — мРНК вЂ” йпе1- тРНК,'1 теперь содержит А- и Р-учзстки связывзния тРНК. ° Мм ЗЗ вЂ” 1Збз ААС . Р- уасзнвн тй ен ААС (з1 + + СОР+ Р; сарававннне яенпнбнсй связи З вЂ” АаияиССССССΠ— З наояай А.унвснак 5' — А А С А и С С С С С и и З' стР стй ЗЗ. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. И 1ОЩ полипептидов в митохондриях и хлоропластах идет так же, как и У пРокаРиот.
А именно инициациЯ идет с помощью (ще1-ТРНКгмы и 305 рибосомальный комплекс реагирует с 50$-субъеднницей. 26.3.2. Элоигация полнпептндиой цепи После того как синтез полипептида был инициирован, продолжение этого процесса требует присоединения аминоацил-тРНК со второй аминокислотой (ааз-тРНКААз), которая определяется следующим кодоном МРНК (мРНК движется в рибосоме 5'-концом вперед).
Эта аминоацил-тРНК (ааз-ТРНКААз) связывается по А-участку комплекса (ще(-ТРНКмег — мРНК вЂ” 705, где, по-видимому, расположен следующий нодон. Эта реакция требует (зТР и фактор роста цепи (элонгации) ЕГ-Т (состоящий из двух субъединиц ЕГь и ЕГИ), как показано на рис. 25.5 (реакции (1) и (2)) для лейцнлТРНКгс". Аналогичный фактор элонгации у эукариот обозначается ЕГ-!. В пептидилтрансферазном центре, расположенном на 505-субьединице рнбосомы, происходит перенос формилметионинового остатка (илн пвптидильного остатка на последующих стадиях) иа аминогруппу ааз-тРНКААз, занимающей Р-участок.
Таким образом, пептидная цепь растет в результате поочередного добавления аминокислотных остатков по карбокснльному концу цепи. На этой стадии растущая цепь, связанная с последней добавленной тРНК, расположена в А-участке. В результате реакции, требующей другого фактора элонгацин— ЕГ-Сг [ЕГ-2 у эукариот) и ОТР, рибосома претерпевает транслокацию на один кодаи (три звена) вдоль,мРНК.
При этом (ще1-аатднпепткдил-тРНКААз передвигается из А- в Р-участок, освобождается незаряженная тРНКм" и АСТР гидролизуется до (з()Р и Рь Цикл вновь повторяется при добавлении следующей аминокислоты (ааз-тРНК""' ) Рис. За.б. Стадии росте пептидкой цепи. Обрззуется тройной комплекс, содержащий ЕР.Т, ПТР и ззряжеввую тРНК (!ец-тРНК' ), чей зятккодоя (ААС) соответствует кодаку, следующему зз ияицизторпым А()Сг. Этот комплекс реагирует с убз-рибосомзльиым кол~плаксам таким образом, чта 1ец-тРНКом связывается с А-учзсткам паследяего, з ВР-Т, ИЗР и Р, высвобождаются.
Пептидилтрзисферззяый центр кзтзлизирует перенос формилметиовивового остатка яз змииогруппу 1еа-тРНКь'", ззвямзюпгей А-учзсток. В реакции, заключающей зту цепь преврзщеиий, кеабходимы ЕР-б и ПТР, мРНК трзислоцируется яз один кодов. В результате (ще1 — 1ец-дипептидил — тРНКом перемещается из А- в Р-учзсток„высвобождается тРНКг и СТР гвдролпзуется до НВР в Рь Зетам цпкл повторяется мег для каждой последующей змииоккслоты. ц!. метлволнзм 1052 26.3.3.Терминацня элонгации Терминация элоигации полнпептилной цепи происходит прн специфических сигналах терминации, которыми являются один илп несколько нз следующих триплетов: НАА, ()АП и ()!зА.
Этн триплеты называются терминаторными (или нонсенс-трцллвтами). Появление этих триплетов в любом месте приводит к терминацив элонгации н освобождению полипептидной цепи, что происходит в результате гидролиза связи между пептидом и тРНК, расположенными в Р-участке. При этом и пептид и тРНК покидают рибосому, которая затем диссоциирует до 303 и 508-субъединиц. У прокариот в термннации участвуют два белка К! и йь К! (М 44 000) промотирует терминацию на НАА- и ()АС!-,колонах, а Кз (М 47 000)— на ()АА и НС!А-колонах. Белковые факторы терминации и те же самые терминаторные триплеты используются также при синтезе белка у эукариот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
