Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Например, нуклеотидная цепь главной части домена гп плавно переходит в домен !Ч, хотя в соответствующем месте на схеме и зияет промежуток. (Переработано на основе и. Вап ет а!, 5сгелсе 2В9: 905-920, 2000. С любезного разрешения издательства ААА5.) вн ( которая непосредственно уча ствует в катализе. Этот ме ханизм может гарантировать.
что катализ произойдет толь ко тогда, когда тРНК будет должным образом размещена в рибосоме. Молекулы РНК, которые обладают каталитической активностью, известны под названием рибозимов (г(Ьогущев). Ранее в этой главе мы видели, как другие рибозимы действуют в реакциях самосплайсинга (например, см. Рис. б.Зб). В за ключительном параграфе этой главы мы рассмотрим вопрос о том, какое значение способность молекул РНК быть катализаторами различных реакций могла иметь на этапе ранней эволюции живых клеток.
Пока же мы просто обращаем внимание, что есть серьезное основание подозревать, что именно молекулы РНК, а не белка, были первыми катализаторами в живых клетках. Если это так, то рибосома с ее РНК ядром может быть реликтом давно минувщих дней в истории жизни — ког да синтез белка эволюционировал в клетках, где было почти полное господство рибозимов. в) а) Рис.
6.70. Расположение белковых компонентов в большой субчастице бактериальной рибосомы. Молекулы РРНК (5 5 и 23 5) показаны серым, а белки большой субчастицы (27 из общего числа 31)— золоптым цветом. Для удобства в белковых структурах изображен только полипептидный остов а) Поверхность соприкосновения с малой субчастицей представлена в том же ракурсе, что и на виде б) рис.
6.64. б) Противоположная сторона изображения на виде а получена вращением вида а на 180' вокруг вертикальной оси, в) Дальнейшее небольшое вращение вида б по диагональной оси позволяет видеть в центре структуры канал выхода пептида. (Заимствовано из и. Вап ет а!., 5аепсе 289: 905-920, 2000 С любезного разрешения издательства ААА5.) 6.23 0. Последовательности нуклеотидов в мрИХ сигнализирунзт о том, где следуе~ нанимать синтез белка Запуск тинициацггя) и завершение ттерминация) трансляции вносят некото рые особенности в цикл элонгации трансляции, описанный выше. Участок мр()К, на котором начинается синтез белка, является особенно важным, так как он устанав ливает рамку считывания на всю длину матрицы.
Ошибка на один нуклеотид на этом этапе так или иначе приведет к неправильному считыванию всех последующих кодонов матрицы и в конечном счете — к синтезу функцио нально неактивного белка с ис каженной последовательностью аминокислот. Стадия инициации важна также и потому, по для большинства генов это последний Рис.6.71. Структура белка с15 в большой субчастице бактериальной рибосомы. Глобулярный домен белка лежит на поверхности рибосомы, а вьпянутая область проникает вглубь РНК-каркаса рибосомы.
Белок 615 показан в желтом цвете, а часть РНК-каркаса рибосомы — в красном. (Заимствовано из О. К!е(п, Р. В. Мооге ит А. 5тейт,/. Мо!. Вю! 340: 141-147,2004 С любезного разрешения издательства Асабегп(с Ргем.) 6.2. От РНК к белку 583 пункт, в котором клетка может решить, нужно ли транслировать эту мРНК и синтезировать этот белок. Таким образом, скорость инициации есть одна из детерминант скорости, с которой синтезируется любой белок.
В главе 7 мы увидим, что клетки используют несколько механизмов регуляции инициации трансляции. Трансляция мРНК начинается с кодона А(10, и для запуска трансляции необходима специальная тРНК. Такая ииициаторная тРНК (ш16а1ог 1КХА) всегда несет аминокислоту метионин (у бактерий используется модифицированная форма мегионина — формилметионин), так что в итоге у всех недавно синтезированных белков Х-конец — конец белка, который синтезируется первым, — начинается с метионина.
Позже этот первый метионин обычно удаляется специальной протеазой. Факторы инициации могут специфически узнавать инициаторную тРНК, потому что она имеет последовательность нуклеотидов, отличающуюся от таковой у тРНК, которая переносит метионин в ходе элонгации. У эукариот комплекс инициаторная метионил-тРНК (МеытРНКи) сначала устанавливается на малую субчастицу рибосомы наряду с дополнительными бел ками, названными эукариотическими факторами инициации (ец1сагуобс ш16а6оп Гас1огз, е1Рз) (рис. 6.72). Из всех имеющихся в клетке пар аминоацил — тРНК, только нагруженная метионином инициаторная тРНК способна прочно связаться с малой субчастицей рибосомы еще до образования цельной рибосомы — и она связываегся непосредственно с Р-сайтом.
Затем малая субчастица рибосомы связыва ется с 5'-концом молекулы мРНК, которая опознается по 5'-капу и двум связанным с ней факторам инициации е1Г4Е (который непосредственно связывается с капом) н е1Г4С (см. Рис, 6.40), После этого малая субчастица рибосомы продвигается вперед по молекуле мРНК (в направлении 5' -+ 3') в поисках первого кодона А()О. Вспомогательные факторы инициации, которые действуют подобно подпитываемым энергией гидролиза АТР хеликазам, облегчают продвижение рибосомы через вторичные структуры РНК.
В 90~' молекул мРНК трансляция начинается на кодоне А(1С», встретившимся малой субчастице первым. В этой точке факторы инициации диссоциируют, позволяя тем самым большой субчастице рибосомы присоединиться к комплексу и довершить сборку рибосомы. Инициаторная тРНК все еще связана с Р-сайтом и нисколько не претендует на свободный А-сайт. Так что синтез белка готов к запуску (см. Рис.
6.72). Нуклеотиды, находящиеся в непосредственной близости от стартового участка эукариотических мРНК, влияют на эффективность узнавания кодона А(1С в ходе вышеописанного процесса сканирования. Если такой искомый участок сильно от личается от консенсусной последовательности (5' — АССА(1С С' — 3'), то сканирующие рибосомные субчастицы иногда могут игнорировать первый кодон А()С в мРНК и перескакивать с него на второй или третий А(1С»-кодон.
Клетки часто используют зто явление, известное как «сканирование с подтеканием» (»1еаку зсапп1пд»), для того, чтобы с одной и той же молекулы мРНК производить два и более белков, отличающихся своими Х-концами. Благодаря этому с некоторых генов один и тот же белок можег быть синтезирован в двух вариантах, например, с сигнальной последовательностью на Х-конце или без нее, — так что в зависимости от пали чия, 'отсутствия сигнального пептида полученный белок будет направлен в один из двух разных компартментов клетки.
Бактерии имеют иной механизм выбора стартового кодона. Молекулы мРНК бактерий не несут кэп на 5'-конце, с помощью которого они могли бы сигнализи ровать рибосоме, где следует начинать поиск отправной точки трансляции. Вместо е ации б' 3 ИНИЦИАТОРНАЯ тРНКДВИГАЕТСЯ ВДОЛЬ РНК В ПОИСКАХ ПЕРВОГО КОДОНА АОО АМИН ! ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРВОЙ ПЕПТИДНОЙ СВЯЗИ (атал 2) ДИС ИД ИНИ ит.д Рис. 6.72. Инициация синтеза белка у эукариот. Показаны только три из многих факторов инициации трансляции, требуемых для этого процесса.
Для эффективного запуска трансляции необходимо также, чтобы поли-А хвост мРНК был связан с поли-А-связывающими белками, которые, в свою очередь, взаимодействуют с еБ46. Таким способам аппарат трансляции удостоверяется, что перед инициацией трансляции оба конца мРНК интактны (см. рис.
6.40). Хотя на рисунке показано только одно событие гидролиза БТР, известно, что происходит и второе — непосредственно перед объединением большой и малой субчастиц рибосомы. аторнвя тРНК агапая субзастица ' рибоеомы е присоединенной к ней инициаторнай тРНК ПРИСОЕДИНЕНИЕ БОЛЬШОЙ СУБЧАСТИЦЫ РИБОСОМЫ 5'~Л 3~ ~)й 4 ПРИСОЕДИНЕНИЕ Рис.6.74. Заключительный этап синтеза белка.
Трансляция завершается закреплением фактора терминации на А-участке, в котором находится стоп-кодон. Завершенныйполипептидвысвобождаетсл, претерпевая череду реакций, которые требуют дополнительных белков и гидролиза ЕТР !не показано], а рибосома диссоциирует на две субчастицы. ~!Е:; ','А~ф": какой то другой молекуле мр1-!К, дабы при ступить к новому циклу синтеза белка.
Факторы терминации трансляции яв ляют нам пример.молекулярной мичикрии (то!еси!ат ттттсту), посредством которой макромолекула одного типа напоминает по форме какую либо молекулу с совсем не родственными химическими свойствами. В данном случае трехмерная структура фак торов терминации (состоящих полностью из белка) напоминает формой и распреде ленном заряда молекулу тРН К (рис. 6.75). Такая мимикрия формы и заряда помогает им проникать в Л.участок рибосомы и вы зывать терминацию трансляции. Во время трансляции новосинтезиро ванный полипептид проходит по крупному, заполненному водой туннелю (приблизи тельно 10 х 1.5 нм) в болыпой субчастице рибосомы (см. Рис. 6.70, в). Стенки этого туннеля, выложенные преимущественно 23э РРНК, представляют собой мозаику из крошечных гидрофобных поверхностей, уложенных на более пространном гидро СВЯЗЫВАНИЕ ~фАКТОРА ТЕРМИНАЦИИ С А-УЧАСТКОМ ИЯ Ннт 14 'А фильном фоне.
Такая структура не ком плементарна никакому пептиду и поэтому сродни тефлоновому покрытию, по которо му полипептидная цепь может с легкостью В Р а скользить. Размеры туннеля предполагают, 'ф, что создаваемые белки в основном бесструк лооллсноослосолиса турны на тот момент, когда они проходят че рез рибосому, хотя некоторые а спиральные области белка могут формироваться еще до выхода из рибосомного туннеля. Покинув рибосому, недавно синтезированный белок должен принять соответствующую ему трех мерную конформацию, чтобы выполнять предназначенную ему функцию в клетке; позже в этой главе мы обсудим и то, как происходит фолдинг новосинтезированного белка. Пу а сначала мы опишем не сколько дополнительных особенностей самого процесса трансляции.
Рис. 6.73, Структура фактора терминации трансляции еяр1 человека„и его сходство с молекулой тРНК. Белок помещен слева, а тРНК вЂ” справа. !Заимствовано из Н. Бопб ег ац Сед 100: 311 — 321, 2000. С любезного разрешения издательства Е!зешег) 6.2.12. Бе>тквз собмрвн>тстз на псгзтмрзтбосоалвк Синтез большинства белковых молекул занимает от 20 секунд ло нескольких минут. Однако в течение этого очень короткого промежутка време>ш па каждой трапслируемой молекуле мРН К обьиновснно происходит множество собьггий инпци ации трансляции. Как только предшествуюпгая рибосома оттрапслирует достатт>чно нуклсотидной последовательности, чтоб>ы сойти с дистанции, 5' конец м Р1! К тут жс «заправляется» в новую рпбосому. Поэтому трапслпруемые молекулы мр! 1К обычно встречаются в форме полггрибосом (илп полисом) — крупных питоплазматических ансамблей, состоящих из нескольких рибосом, отстоящих друг от друга ис более чем иа 80 иуклсотидов, иа одной молекуле мр11К (рис.
6 76). Такие множественные события инициации позволяют клетке производить памио> о больше молекул белка за даиное время, чем оиа могла бы, если бы синтез каждого следующего белка мог бы быль начат только по завершении синтеза всех предыдущих. И бактерии, и эукариоты используют полисомы, а также прибегак>т к допол пительпым стратегиям для увеличения общей скорости синтеза белка Поскольку мр!1К бактерий нс нуждается в процессииге и доступна для рибосомы, уже во время «изготовления» рибосомы могут салиться па свободный копен бактериальной мРП К и пачицать ее транслировать —. даже до того, как ее транскрипция будет полностью завершена, — следуя «по пятам» за Р11К полимеразой по мере ее перемещеция по Д1!К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
