Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Это и другие похожие свойства белоксинтезируюших аппаратов митохондрий и хлоропластов, с одной стороны, и бактерий-с другой, служат подтвешкдением точки зрения (разд. 2.8 и 17.18), согласно которой митохондрии и хлоропласты произошли от бактерий на ранних этапах эволюции зукарнотнческих клеток. Следует„однако, отметить, что в некоторых других отношениях между механизмами транскрипции и трансляции у бактерий и митохондрий имеются значительные различия. У нас осталась без ответа еще одна загадка.
Поскольку лля метионина известен только один кодон, а именно (5')А()О(3'), возникает вопрос: каким образом этот единственный кодон используется для встраивания и начального Н-формилметионинового остатка (или метионинового, в случае эукариот), и тех метиониновых остаткоц которые предназначены для включения во внутренние участки полипептидных цепей? Ответ на этот вопрос будет дан позже, после рассмотрения этапа инициации белкового синтеза, а пока необходимо остановиться на структуре рибосом. 29.8.
Рнбосомы— зто молекулярные машины, предназначенные для синтеза полипептидных цепей В каждой клетке Е. соб имеется больше 15 000 рибосом, которые составляют почти четверть сухого веса клетки. Прокариотические рибосомы содержат приблизительно 65« рРНК и около 35;~ белка Вес рибосомной частицы 2,8 10«дальтон, диаметр 18 нм, коэффициент седиментацни 708. Прокариотические рибосомы состоят из двух субчастиц неравного размера (рис. 29-11)-большой с коэффициентом седиментации 508 и малой с коэффициен- том седиментации 308; вес большой субчастицы 1,8.
10«дальтон, а малой 1,0 10' дальтон. В состав 508-субчастицы входят одна молекула 23Б-рРНК ( 3200 нуклеотидов1 одна молекула 58-рРНК ( 120 нуклеотидов) и 34 белка. Субчастица ЗОБ содержит одну молекулу 168-рРНК (1600 нуклеотидов) и 21 белок. Белки субчастиц обозначаются номерами: в большой (508) субчастице от Ь1 до Ь34 (Ь от англ. 1.агйе — большая) и в малой (308) субчастице от 81 до Б21 (Б от англ.
Бтай -малая). Все белки рибосом Е. сей выделены и многие из них секвенированы; они заметно отличаются друг от друга. Их молекулярные массы лежат в пределах от 6000 до 75000. Нуклеотидные последовательности одноцепочечных рРНК Е. соб также установлены. Каждая из трех рРНК обладает специфической трехмерной структурой, обусловленной характером внутримолекулярного спаривания оснований.
На рис. Ж-12 показана предполагаемая конформация 58-рРНК, соответствующая максимальному числу спаренных оснований. рРНК, по-видимому, выполняют роль каркасов, на которых в стро~о определенном порядке крепятся полипептидные компоненты. Если 21 полипептид и 168-рРНК 308-субчастицы выделить в чистом виде, а затем смеша~ь в соответствующей последовательности при правильной температуре, то макромолекулы самопроизвольно образуют 308- субчастицы, идентичные по структуре и активности нативным. Аналогичным образом, 508-субчастица может быть самопроизвольно реконструирована из своих 34 полнпептидов и своих 58- и 168-рРНК при условии, что в смеси присутствует также ЗОБ-субчастица Вероятно, каждый из 55 белков прокариотической рибосомы играет специфическую роль в синтезе полипептидов, выполняя функцию либо фермента, либо «помошника» в общем процессе.
Однако в настоящее время эти специфические функции установлены только для нескольких рибосомных белков. Хотя обычно рибосомы изображают в виде симметричной фигуры, в которой 308-субчастица наподобие шапочки ле- 936 ЧАСТЬ )Ц МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 20 — 22 нм 4,0 мли. дальтон 2,6 млн. дальтон Субчастицы Субчастицы 465 (1,3 млн.дальтон) 163 -РРНК + 36 полипептидов 363 (1,0 мха дальтсм) 1 ГОО-рнх 21 пплипептид 665 [2,7 млн дальтон) 53 -рНК + 5,33 -РРНК + 265 -рРНК 4 46 полипептидов 503 [1,6 млн.дальтон) 55-РРНК 233-рРНК 34 полипептилв Рис. 29-11.
Состав прокариотических (А) и зуккриотических (5) рибосом (цитоплазматических). Рибосомм митохоилрий и хлоропластов зукариот напоминают рибосомы прокариотзмеских клеток. Неоперенные основаииа жит на 503-субчаспчце, имеющей форму, близкую к сфере (как это показано на рис. 29-11), в действительности эти субчаспщы расположены не симметрично и имеют совершенно неправильную форму. Ка рис. 29-13 показана трехмерная структура 3(б- и %Б-субчастиц рибосомы Е. со(б построенная на основе данных ренп еносгруктурного анализа и электронной микроскопии. Две замысловатой формы субчастицы пригнаны друг к другу, причем между ними остается щель. Через эту щель проходит молекула мРКК, вдоль которой в процессе транспяцни перемещается рибосома. Из этой щели появляется новосинтезированная полипептидная цепь. Рнс. 29-12.
Схематическое изобрыкение одной из возмояных мслелей вторичной структуры 5$-РРНК проквриот, соответствуюпий максимальному чнслу внутримолекулнрных пар оснований (онл указаны красными черточками) 937 Гл. ю. синтез БелкА и еГО РеГуляция 29.9. Цнтоплазмвтнческие рнбосомы зукирнот имеют более крупные размеры н более сложно устроены Внемнтохоццриальные рибосомы зукариотических клеток существенно крупнее прокариотических рибосом Рис.
39-)3. Рибосомиые субчастилы Е. соа име- ют замысловатую форму, выявлеииую с по- могиью реитгеиоструктуриого анализа и злект- равной микроскопии. 4 Молели 30б- (вверку) и %З- (виизу) субчастип, показанные в разиык рекурсию Б. Собранная 70б-рибосома и лвук рекурсия. 30б.субчастипа свеглагс 5Ы-суб- частипа — темивя. (рис. 29-11). Их диаметр равен приблизительно 21 нм, коэффициент седиментацин 80$, а вес достигает 4.10в дальтон. Они так же, как и прокариотические рибосомы, состоят из двух субчасти)Ь размер которых варьирует у разных видов, но в среднем равен б0$ и 40$.
Малая субчастица содержит 18$-рРНК, а в состав большой субчастицы входит 5$-, 5,8$- и 28$-рРНК. Всего зукариотические рибосомы содержат свыше 70 различных белков. рРНК и большинство белков зукариотических рибосом также выделены и охарактеризованы. Две субчастицы рибосом соединены друг с другом не все время. Как мы увидим ниже, каждый раз, когда начинается синтез новой полипептццной цепи, рибосомы должны диссоциировать на субчастицы.
29.10. Инициации снптезв полнпептнди происходит в несколько стадий Дяя инициации полипептилной цепи в клетках прокариот необходимы: 1) 30$- субчастица, содержащая 1б$-рРНК; 2) мРНК, кодируюшая сннтезнруемый по- липептид; 3) ншшиируюшая )ч)-формнлмстнонил-тРНК~ег„.4) три белка, называемые фа«ягорами и«ициации (1Р-1, 1Р-2 и 1Р-3); 5) ОТР (табл.
29-1). Образование инициируюгцего «омплеаса протекает в три стадии. На первой из них 30$-рибосомная субчастица связывает фактор инициации 3 (1Р-З), который препятствует объединению 30$- и 50$- субчастиц. Затем к 30$-субчастице присоединяется мРНК таким образом, что инициирующий кодаи мРНК (5') АОО(3') связывается с определенным участком 30$-субчастицы (рис 29-14). Правильное расположение иннциирующего кодона А(ЗО на 30$-субчаспще обеспечивается с помощью особого инициируюгцего сигнала, представляющего собой участок мРНК, расположенный с 5'-стороны от кодона А1)О.
Этот сигнал состоит преимущественно из остатков А и О и вклю. чает обычно от б до 8 таких остатков. Он узнается комплементарной последовательностью 16$-рРНК 30$-субчастицы 938 ЧАСТЪ |Е МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСХОЙ ИНФОРМАЦИИ Рис, 29-14. Трн сталин пронина образованна иницинруююего комплекаь протекаиилого ю счет энергии гидролнэа ОТР до ООР и Рь 1Р-1, 1Р-2 и 1Р-3 — Факторы инипиаш~и. Буква- ми Р и л обозначают соответствемю пепти- цильиыц и амнноацильиый участки рибссомы Роль 1Р-! до конца не вывснеиа. ГЛ. 29. СИНТЕЗ БЕЛКА И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ 939 и благодаря этому мРНК фиксируется в нужном для инициации трансляции положении. Поскольку и для инициирующих, и для внутренних остатков метионина существует всего лишь один кодаи, инициирующий сигнал с 5'-стороны от АБО указывает месю, с которым надлежит связаться фМе нтРНКЕ"л'.
Внутренние колоны А1)О специфичны по отношению к Мет-тРНКм" и не способны связывать фМет-тРНК На второй стадии процесса инициации (рис 29-14) размер комплекса, состоящего из 3(б-субчастицы, 1Р-3 и мРНК, увеличивается в результате соединения с фактором инициации 1Р-2, уже связанного с ОТР и с инициирующей Ь-формилметионил-тРНК~", которая попадает точно на инициирующий кодаи. На третьей стадии инициации этот большой комплекс взаимодействует с 50$-рибосомной субчастицей; одновременно молекула ОТР, связанная с 1Р-2, гидролизуется до О13Р и фосфата, которые высвобождаются из комплекса.
Факторы инициации 1Р-3 и 1Р-2 также покидают рибосому. Теперь мы имеем функционально активную 70$-рибосому, которая называется инициируяпцим комплексом; она содержит мРНК и ини~иирующую Х-формилметионил-тРНК Правильное положение Х-формилметионил - тРНК~~ в полном 70В- инициирующем комплексе обеспечивается двумя точками узнавания и связывания. Во-первых, антикодоновый триплет инициирующей аминоацил-тРНК образует комплементарные пары с антипараллельно расположенным кодоновым триплетом АОО в мРНК. Во-вторых, ииициирующая аминоаци т-тРНК присоединяется к пептидильному Р-участку рибосомы. В рибосоме имеется два участка связывания аминоацил-тРНК: аминоацил-, или А-участок и пептилиль или Р-участок. Оба они образованы благодаря специфичесхому сочетанию областей ЗОБ- и 50В-субчастиц.
Инициируюшая фМег-тРНК может связываться только с Р-участком (рис. 29-14), однако зто исхпючение: все остальные вновь поступающие аминоацил-тРНК присаелиняются к А-участку, тогда как Р-участок— это такое место рибосомы, с которого уходят «пустые» (т.е. освободившиеся от аминокислот) тРНК и к которому оказывается прикрепленной растущая пептидил-тРНК. Инициирующий комплекс теперь готов к процессу элонгации. 29.11. Элонпщия полнцептидиай пепизто повторяющийся процесс Присоединение каждого аминокислот- ного остатка к растущей полнпептидной цепи происходит в три стадии.
Этот цикл повторяется столько раз, сколько остатков следует присоединить. Для осуществления элонгации необходимы: 1) описанньщ выше инициирующий комплекс; 2) следующая аминоацил-тРНК, саотвез.- ствующая следующему трнплету мРНК; 3) три растворимых белка цитозоля, называемых 95акеорами элонгации — ЕР-Тп, ЕР-Та и ЕР-О, 4) ОТР. Факторы элонгации часто обозначают.
просто Тп, Та и О. На первой стадии цикла элонгации (рис. 29-15) сначала происходит связывание следующей аминоацил-тРНК с комплексом, состоящим из фактора элонгации Ти и молекулы ОТР. Образующийся тройной комплекс аминоацил- тРНК-Ти-ОТР соединяется с 708-инициируипцим комплексом: Одновременно происходит гндролнз ОТР, и комплекс Ти — ОЮР покидает 70в-рибосому, после чего с помощью ОТР и фактора Тх комплекс Тп-О)ЗР восстанавливается до Тп-ОТР. Далее с А-участком рибосомы связывается новая аминоацил-тРНК. Это происходит за счет антнпараллельного комплементарнога взаимодействия между антикодоном новой аминоацил-тРНК и соответствующим кодоном матричной РНК (структуру различных кодонов и антикодонов мы рассмотрим позже).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
