Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 116
Текст из файла (страница 116)
Посхольху пару оснований с каждым отдельно взятым нодоном может образовать молекула тРНК только одного из многих типов тРНК, находящихся а хлетхе, нодон определяет конкретную аминокислоту, которая будет добавлена х наращиваемой полип ептидной цепи. Представленный на схеме четырехступенчатый ци ил повторяется снова и снова на п ротяжении синтеза белка. На этапе 1 молекула аминоацил-тРНК связывается со свободным А-участном рнбосомы, а использованная молекула тРНК высвобождается иэ Е-участха. На этапе 2 образуется новая пептидная связь. На этапе 3 большая субчастица смещается относительно малой (транслоцируется), в силу чего обе молекулы тРНК охаэываются в гибридных участхаж одна — в Р большой субчастицы и А малой; вторая — в Е большой субчастицы и Р малой.
На этапе 4 малая субчастица транслоцируется па рибосоме, увлекая за собой и связанную с ней мРНК, на расстояние трех нухлеотидов. Данный шаг «переустанавливает» рибосому с пустым А-сайтом в состояние готовности к связыванию следующей молехулы аминоацил-тРНК. Ках обозначено на схеме, мРНК транслируется в направлении 5' -+ 3', и сначала синтезируется Н-хонцевая часть белка, а в каждом последующем цикле одна аминокислота добавляется на С-конец полипептидной цепи. 578 Часть 2. Основные генетические механизмы терпевая при этом конформационные изменения. У бактерий эти факторы названы ЕГ-Тц и ЕГ-О, а у эукариот — ЕГ1 и ЕГ2. В некоторых условиях ш оггго рибосомы могут синтезировать белки в отсутствие этих факторов элонгации и гидролиза ОТР, но такой синтез проходит очень медленно, неэффективно и неточно.
Сопряжение движимых гидролизом ОТР конформационных изменений в факторах элонгации с переходами между различными состояниями в рибосоме чрезвычайно ускоряет синтез белка. Хотя такие состояния рибосомы еще до конца не поняты, они почти наверняка сопряжены со структурными перестройками РНК в рибосомном коре. Циклы связывания с факторами элонгации, гидролиза ОТР и диссоциации гарантируют, что все такие изменения происходят в направлении «вперед», с тем чтобы трансляция могла проходить эффективно (рис.
6.67). Как было показано ранее, ЕГ-Тп одновременно связывает ОТР и молекулы аминоацил-тРНК (см. Рис. 3.74). Кроме помощи по продвижению трансляции вперед, ЕГ-Тц (ЕГ1 у эукариот) увеличивает точность трансляции несколькими способами. Во-первых, когда ЕГ-Тц препровождает подаваемую к рибосоме аминоацил- тРНК, он проверяет, является ли соответствие тРНК вЂ” аминокислота верным. Как именно это происходит, точно не известно. По одной из гипотез, правильные пары тРНК вЂ” аминокислота обладают узкоспецифичным сродством к ЕГ-Тп, что позволяет ЕГ-Тп разбираться, хотя и грубо, во множестве различных комбинаций аминокислота — тРНК и избирательно подхватывать по пути в рибосому только пра вильные связки. Во-вторых, ЕГ-Тп отслеживает первичное взаимодействие между антикодоном подходящей аминоацил-тРНК и кодоном мРНК в А-участке.
Молекулы аминоацил-тРНК «изогнуты», будучи связаны с ОТР-формой ЕГ-Ти; такая изогнутая конформация допускает спаривание кодона, но препятствует включению аминокислоты в наращиваемую полипептидную цепь. Однако, если соответствие кодон — антикодон оказывается верным, то рибосома быстро запускает гидролиз молекулы ОТР, по завершении которого ЕГ-Тц разрывает свою связь с тРНК и отделяется от рибосомы, позволяя тем самым молекуле тРНК пожертвовать свою аминокислоту на синтез белка.
Но как оценивается собственно «правильность» соответствия кодон — антикодон? Столь тонкую задачу выполняет сама рибосома при помощи основанного на РНК механизма. РРНК малой субъединицы рибосомы образует ряд водородных связей с парой кодон — антикодон, что позволяет определить ее правильность (рис. 6.68). По сути, РРНК обертывается вокруг пары кодон-антикодон, и ее окончательное замыкание — которое происходит только тогда, когда там находится верный антикодон, — запускает гидролиз ОТР.
Примечательно, что такой механизм «вынужденного соответствия» способен различать верные и неверные взаимодействия типа кодон — антикодон, несмотря на действие правил «нестрогого спаривания оснований», подытоженных на рис. 6.53. На основании данного примера, равно как и сплайсинга РНК, можно получить представление о в высшей степени сложных формах молекулярного узнавания, которого удается достичь лишь исключительно с привлечением РНК. Только что описанные взаимодействия ЕГ-Ти, тРНК и рибосомы дополняют критически важными корректирующими операциями процесс синтеза белка на начальном этапе выбора тРНК.
Но после того как ОТР гидролизуется, а ЕГ-Тц отделится от рибосомы, у нее есть дополнительная возможность предотвратить попадание неправильной аминокислоты в наращиваемую цепь. Сразу за гидролизом ОТР следует короткая временная пауза — пока аминокислота, принесенная тРНК, занимает свое положение в рибосоме. Эта задержка во времени короче для Р свйт А-свйт в основном отделяются неправильно оперившиеся тРНК ' КОРРбКЦИЯ в основном отдепякпся неправильно Рис.
6 67. Падробнвя скемв цикле трансляции. Кретив я схема тря нсля ции, предств еле ннвя не рис. 6 66, развернута с целью поквзвть роль двух факторов злонгации: ЕЕ-То и Ер-б, — которые ведут трансляцию в прямом направлении. Квк объясняется в тексте, ЕЕ-Ти обеспечивает также две возможности корректировать соответствие кодом-внтикодон. Таким образом, непрввильно спврившиеся тРНК избирательно выбраковываются, и точность трансляции повышается. правильных пар кодон — антикодон, чем для ошибочных. Более того, неправильно сопоставленные тРНК отделяются скорее, чем правильно связанные, потому что взаимодействие первых с кодоном оказывается гораздо слабее. Таким образом, большинство неправильно связанных молекул тРНК (а также и значительное число правильно связанных молекул) покидают рибосому, не будучи востребованными в синтезе белка.
Все эти этапы коррекции вместе взятые, в основном, и отвечают за 99,99'ь ю точность рибосомы при трансляции РНК в белок. Рис. 6.68. Распознавание правильных кодом-внтикодоновых пвр молекулой РРНК малой субчастицы рибосомы. Показано взаимодействие между нуклеотидом РРНК малой субчвстицы и первой парой должным образом спаренных нуклеотидов кодона с внтикодоном; подобные взаимодействия происходят между остальными нуклеотидвми рРНК и второй, в также третьей позициями в паре кодон — знтикодон. Молекуле рРН К малой субчвстицы может образовывать такую сеть водородных связей только с правильно сопряженными парами кодон-внтикодон, Квк поясняется в тексте, такое отслеживание пвр нодон — знтикодон, осуществляемое рРНК малой субчвстицы, повышает точнопь синтеза белка.
13вимствоввно из Ь М. 081е ет в~., 5сгелсе 292: 897-902, 2001. С любезного разрешения издательства ААА5.) кодон антикодон 6.2.9. Рибосома представляет собой рибозим Рибосома — крупный комплекс, состоящий на две трети из РНК и на одну треть из белка. Определение в 2000 г. полной трехмерной конформации ее большой и малой субчастиц — главный успех современной структургюй биологии. Получен ные результаты подтверждают предыдущие данные о том, что именно молекулы РРНК вЂ” а не белки — отвечают за общую структуру рибосомы, за ее способность располагать молекулы тРНК на мРНК и за ее каталитическое действие в отношении образования ковалентных пептидных связей. Рибосомные РНК свернуты в очень компактные, точные трехмерные структуры, которые формируют компактное ядро, или каркас (кор), рибосомы и определяют ее форму в целом (рис.
6.69). В противоположность главенствующему положению молекул РРЕ1К, занявших все центральные позиции, рибосомные белки обычно находят себе пристанище на периферии или ютятся в промежутках между свернутыми молекулами РНК (рис. 6.70). Вытянутые полипептидные участки цепи некоторых из этих белков проникают в расселины в РНК вом коре (рис. 6.71). Главная роль рибосомных белков, по-видимому, состоит в стабилизации каркаса РН К при сохранении возмож ности изменений в конформации РРНК, которые необходимы ей для эффективного катализа синтеза белка. Эти белки, вероятно, помогают также и в первичной сборке молекул РРНК, образующих рибосомный каркас. Мало того, что Л-, Р- и Е-участки связывания молекул тРНК формируются главным образом рибосомными РНК, каталитический сайт образования пептидных связей тоже сформирован из РНК, поскольку ближайшая аминокислота отстоит от него более чем на 1,8 нм.
Это открытие стало полной неожидашюстью для биологов, потому что, в от личие от белков, РНК не содержит легко ионизируемых функциональных групп, которые могут быль использованы для катализа замысловатых реакций типа обра зования пептидной связи. Более того, ионы металлов, которые часто используются молекулами РНК для катализа химических реакций (о чем мы поговорим позже в этой главе), не были обнаружены в активном центре рибосомы. Полагают, что, вместо этого, 238 рРНК формирует сильно структурированный карман, который при помощи сети водородных связей точно ориентирует два реагента (растушую пептидную цепь и аминоацил-тРНК) и таким образом значительно ускоряет их ковалентное соединение. Вдобавок к этому тРНК, находящаяся в Р-сайте, входит в активный центр и, возможно, предоставляет функционально активную группу ОН, 6.2г От.РНХ,К(!евку 58! Рис.
6.69. Струнтура молекул РРНК а) в болывой субчастице бактериальной рибосомы, установленная при помощи рентгенострунтурного анализа. а) Трехмерные структуры молекул РРНК (55 и 235) большой субчастицы, в которых они находятся в составе рибосомы. Также показана одна из белковых субъединиц ри босомы (! 1) в качестве ориентира, так как она образует характерное выпячивание на рибосоме. б) Схематичное представление вторичной структуры 235 РРНК с обширной сетью спаренных участков. Структура была разделена на шесть доменов, цвета которых соответствуют таковым на изобрагкении а. Схема вторичной структуры сильно упрощена, чтобы представить структуру наиболее наглядно — насколько это возможно — в двух измерениях. Для б) этого в цепь РНК внесено несколько разрывов, хотя в действительности д 235 РРНК представляет собой единую молекулу РНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
