Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 57
Текст из файла (страница 57)
29.4. Амнноацил-тРНК— сиитетазы присоедиияуот к З.РНК соотнетствууоц(ую ей аминокислоту На первом этапе бносннтеза белка, протекаюшем в цнтозоле клетки, двадцать различных аминокислот присоединяются эфирной связью к соответствуюшим тРНК. Эти процессы катализнруются двадцатью различными активируьэшими ферментами, называемыми амнноацил-тРНК -синтетазамн, каждый из которых специфичен по отношению к какой-то одной аминокислоте и к соответствуюшей тРНК.
Почти все аминоацил- тРНК-сннтетазы Е. сой были выделены в чистом виде н многие из ннх были по- 932 члсть РА мнхлнизмы пнрндлчи гнннтичнской информации лучены в кристаллическом виде. Общий иид катализируемой ими реакции может быть выражен уравнением мв- Аминокнслота + тРНК + АТР мв " ю Амниоацил-тРНК + АМР + РР, Процесс активации аминокислот состоит из двух отдельных стадий, осуществляемых в катвлитическом центре фермента. На первой стадии в активном центре фермента в результате взаимодействия АТР и аминокислоты образуется связанное с ферментом промежуточное соединение-аминоациладенилат (рис. 29-7). В ходе реакции карбоксильная группа аминокислоты соединяется ангидридной связью с 5сфосфатной группой АМР, выгесния при этом пирофосфат: Аминокислота + АТР + Е ее Š— [Аминоацилаленилат) + РР, На второй стадии аминоацильный остаток переносится с аминоациладенилвта, связанно~о с ферментом, на соответствующую специфическую тРНК: Е-[Аминоацилаценилат1 + тРНК ю Амииоацил-тРНК + Аденилат + Е На этой последней стадии аминоацильный остаток связывается со свободной 2'- или Зсгидроксильной группой концевого остатка А в молекуле тРНК (рис.
29-8); однако, присоединившись к одной из них, он может свободно «перепрыгивать» на другую гидроксильную ~руину и обратно. Эфирная связь между аминокислотой и тРНК является высокоэнергетической; величина Лба' ее ги- н О" 1 к — с — с — Π— Р=О 1 1 мн,о Аминоацнаыьзя с груши ОН ОН РНС. 2тот.
Обабщсииая СтруКтура аыииааципаценнлвтн, образующегося е активном центре нмнноацнл.тРНК - снн"гетнз. Коня нон Аюв Н в Анжо ржн бу Л ннр- грномнно ооон Ангн он о Рнс. 2оьз. Обобщенная структура аманоацил- тРНК. Аминоацильная группа, присоелнненная в Зцположенни к концевому остатку А (аленнлата!, показана на красном фоне. а означает боковую группу аминокислоты Аминаацильная и руппа мажет перемешаться нз 2-положения рибозы а зьположение н обратна. дролиза составляет приблизительно — 7. ккал7мол. Образующийся в про- цессе активации неорганический пирофосфат гидролизуется пирофоефарлазой до ортофосфата (разд. 14.17).
Таким образом, на активацию каждой аминокислоты затрачиваются в конечном счете две высокоэнергетические фосфатные связи, что делает суммарную реакцию активации аминокислоты практически необратимой: мв. Аминокислота + тРНК + АТР маг* ~ Аминоацил-тРНК + АМР + 2Р, 66 = — 7,0 ккал,'мол Аминоацил-тРНК -синтетазы очень специфичны в отношении как тРНК, так и соответствующей ей аминокислоты. Если к тРНК присоединится неправильная аминокислота и образуется ошибочная аминоацил-тРНК.
то неправильный аминокислотиый остаток включится в полипептидную цепь. Однако некоторые аминоацил-тРНК - сннтетазы— это «хитрые» ферменты; подобно ДНК- полимеразам, они способны находить ГЛ. 29. СИНТЕЗ БЕЛКА И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ 933 и исправлять свои собственные ошибки.
Например, из-за того, что й-группы аминокисдот валина и изолейцина структурно очень похожи друг на друга (единственное различие состоит в том, что й-группа в изолейцине содержит на ойну — СН,-группу больше), можно было бы ожидать, что на место изолейцина в полипептидную цепь будет часто встраиваться валин. Однако оказывается, что частота ошибок при включении изолейцина не больше, чем в случае других аминокислот;около одной на 3000-4000 остатков;это объясняется тем, что изолейцил-тРНК вЂ” синтетаза способна находить и предотвращать такие ошибки. Она распознает образованный неправильный аминоациладенилат и исправляет ошибку, гидролизуя валил- АМР, когда тот находится еще в активном центре: Š— 1налил-АМРЗ + НЗО -~ Валин + АМР + Е Затем изолейцил-тРНК вЂ” синтетаза начинает все сначала и образует правильный интермедиат изолешшл-АМР, который в свою очередь превращается в правильную изолейцил-тРНК ~: Иэолейции + АТР ~ Изолейцил-АМР + + РР~ Š— ЕИзолейцил-АМР1 + тРНК ~ Изслейцвл-тРНКя' + АМР + Е Поскольку й-группа у валина чуть меньше, чем у изолейцина, создается впечатление, что валил-АМР соответствует гидролитическому участку нзолейцил- тРНК-синтетазы, а изолейцил-АМР не соответствует.
По-видимому, у аминоацил-тРНК-.синтетаз есть четыре специфических участка, которые участвуют в узнавании, катализе и исправлении ошибок: один для аминокислоты, второй для тРНК, третий дпя АТР и четвертый для Н,О, необходимой для гидролиэа неправильных аминоациладенилатов. 29.$. ТРНК играет роль адаптора После присоединения к соответствующей тРНК аминокислота уже не участвует в определении специфичности аминоацил-тРНК, ибо сама по себе аминоацильная группа не узнается ни рибосомой, ни мРНК.
Специфичность аминоацил-тРНК обеспечивается исключительно структурой тРНК. Это было окончательно доказано четкими опытами, в которых с помощью ферментов была получена цистеинил-тРНКС"', которую затем выделили и химическим путем превратили в алания-ТРНК™. После этого такую гибридную аминоацил- тРНК, которая несет аленин. но содержит антикодон для цистеина, инкубироваля в бесклеточной белоксинтезирующей системе. При анализе новосинтезированного полипептида было обнаружено, что в положениях, которые должен занимать цистеин,присутствует аланин. Таким образом, этот эксперимент подтвердил адапторную гипотезу Крика.
29.6. Синтез полнпептидной цепы начииаетсп с 1Ч-конца Возникает еще один вопрос. С како~о конца начинается рост полипептидной цепи — с 1ч- или С-конца? Ответ был получен в результате экспериментов с использованием изотопной метки. Ретикулоциты, т.е. незрелые красные кровяные клетки, которые активно синтезируют гемоглобин, инкубировали с радиоактивным лейцином. Эта аминокислота была выбрана потому, что она часто встречается как в оь так и в Р-цепях глобина Через различные промежутки времени после добавления радиоактивного лейцнна из ретикулоцитов выделяли синтезированные п-пепи и определяли распределение в них радиоактивности. В глобиновых цепях, выделенных после 60-минутной инкубации, радиоактивными оказались почти все остатки лейцина „.
если же синтезированные цепи въ|деляли из клеток через несколько минут после добавления радиоактивного лейцина, то радиоактивность обнаруживалась лишь 934 ЧАСТЬ Гр. МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Направление рости шпи С-конец у мии Номер остатка 146 + Мет-тРНКгь™ — ° Тетрапгдрофолат + фМет-тРНК~' Н СОО' ! ! н — с — н — с — н СН, э сн, Риа 29-10. Юфармилметионин - ннипинрую- шая амиаокиалота у всея цракариат. Н-фор- мильная группа показана «рваным цветом. 29.7. Иннцннруннцей аминокислотой у прокариот служит )ч)-формилметноннн, а у эукарнот метнонин Рис. ?9-9.
Доказательство того, что лолипеп.- пгдные спи растут за счет присоелинения на- вык аминокислотнык остатков к С концу. Крас- ным цветом отмечены те части цепей гемо- глобина, которые содержат остатки радиоак- тивного лейлина через разные промежутки вре- мени после добаакения его в инкубационную смесь. Через 4 мин оказались мечеными лишь несколько остатков нв С-конце о-глобниа. При более длительной инкубации с меченым лейцн- иом ме иными становктск все большие и баль.
шие участки полипептндной пепи, причем ме- ченью оататки лсйцина все~да обиаружнваютсв в прилежашей к С-канцу части цепи. Следава- тельна, полипептидные цепи растут в результа- те паслеловательного присоединения амино- кислот к С-канду. в С-концевой части полипептида (рис.
29-9). Иэ, этих наблюдений быд сделан вывод, чтп синтез полипептидных цепей начинается с )Ч-конца, к которому один за другим присоединяются аминокислотные остатки, и полипептидная цепь растет в направлении к С-концу. Посмотрим теперь, как инициируется биосинтез полипептидов. У Е.той н у всех других прокариот начальным, )Ч-концевым аминокислотным остатком всегда оказывается остаток (Ч- формилметпонипа (рис. 29-10).
В процесс биосинтеэа белка он вступает в составе )Ч-формилметионил-тРНК (обозначаемой как фМет-тРНКПгдш), которая образуется в результате двух последовательных реакций. Сначала метионин присоединяется с помощью метионил- тРНК вЂ” синтетазы к особой инициирую- щей метиониновой тРНК-тРНКП"": Метиоиин + тРНК + АТР -ь' Метиоинл-тРНК' + АМР + РР, Во второй реакции формильная группа при помощи специфической трансформилазы переносится от донора Аг-формилтетрадидрофолата (равд.
10.10) к аминогруппе метионинового остатка: )Ч г ~-формидтетрагидрофолат + Трансформилаэа не способна формнлировать свободный метионин. Существуют два нида тРНК, специфичных к метионину,— тРНКМ" и тРНК~ы. Обе эти тРНК мокнут присоединять метионин в реакции активации, но приобретать формильную группу н становиться иннциирующей аминокислотой мегионии способен только в составе метионил-тРНК '1. Другая тРНК-метнонил-тРНК используется для встраивания метионина во внутренние участки полипептидной цепи. Блокирование аминогруппы метионина )Ч-формильным остатком препятствует включению такой аминокислоты во внутренние участки цепи, но в то же время позволяет фМет-тРНК " связываться с особым местом инициации на рибосоме, с которым не может связываться ни Мет-тРНКм", ни любая другая аминоацил-тРНК.
Что касается эукариотических клеток, то все полипептнды, синтезируемые их внемитохондриальными рибосомамн, ГЛ. Ж. СИНТЕЗ БЕЛКА И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ 935 начинаются с остатка метионииа, который поступает туда в составе специальной инициирующей метионил- тРНК. Полипептиды же, синтезируемые в митохондриях и хлоропластах эукариотических клеток так же, как и в бактериях, начинаются с )ч'-формилметионина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
