Диссертация (1145766), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Dunkle and Cate, 2010). В Асайтпопадаетаминоацил-тРНК,антикодонкоторойкомплементарновзаимодействует с кодоном в мРНК. В результате такого взаимодействияобразуется пептидная связь и пептидил-тРНК перемещается из А- в P-сайт. A- иP- сайты находятся как в малой, так и в большой субъединицах рибосомы. В Есайт, расположенный преимущественно на большой субчастице, из P-сайтаперемещается деацетилированная тРНК (см. Wilson and Nierhaus, 2006).8Инициация трансляции в клетках эукариотИнициация трансляции — это процесс сборки и подготовки рибосомногокомплекса к началу синтеза новой белковой цепи.
Инициация трансляциивключает в себя два этапа. На первом этапе происходит формированиепреинициаторного комплекса 43S. Он состоит из малой субчастицы, мРНК иинициаторной тРНК, спаренной с инициаторным кодоном мРНК, а такжефакторов инициации трансляции: eIF1, eIF1A, eIF2, eIF3 (см. Pestova et al.,2001; см. Marintchev and Wagner, 2004; см.
Алехина и Василенко, 2012).Согласно гипотезе, предложенной М. Козак, комплекс 43S взаимодействует сфактором eIF4F и «сканирует» 5'-нетранслируемую область мРНК, начиная с«кэпа» (7-метилгуанозина), используя энергию, образующуюся при гидролизеГТФ,додостижениястартовогокодона AUG,которыйраспознаетсяантикодоном инициаторной тРНК (см. Kozak, 1989). Несмотря на то, что такаягипотеза «сканирования» считается уже доказанной для большинства мРНК, вредких случаях существует и другой способ инициации трансляции вотсутствие «кэпа» и сканирования 5'-конца мРНК на внутренних сайтах «входа»рибосомы (IRES, Internal Ribosomal Entry Site), хотя такой механизм менееизучен (см.
Pestova et al., 2001; см. Jackson et al., 2010). После того, какпроизошло распознавание инициаторного кодона, комплекс 43S фиксируется нарибосоме, что приводит к образованию комплекса 48S.На следующем этапе комплекс 48S взаимодействует с факторами eIF5 иeIF5B, объединяется с большой субчастицей рибосомы 60S и образуетинициаторный комплекс 80S. Требуется по меньшей мере 9 факторовинициации трансляции для успешного перехода к следующему этапу —элонгации трансляции (см.
Jackson et al., 2010).Элонгация трансляции у эукариотЭлонгация — это процесс поэтапного присоединения аминокислот крастущей полипептидной цепи в направлении от N-конца к С-концу (рисунок1). После того, как сформировался инициаторный комплекс 80S и образовалось9комплементарноевзаимодействиестарт-кодонамРНКиантикодонаинициаторной тРНК в P-сайте, происходит узнавание второго кодона открытойрамки считывания, который находится в А-сайте. Узнавание нового кодонасоответствующей молекулой тРНК приводит к гидролизу ГТФ фактором eEF1A,который связывает аминоацил-тРНК и доставляет их в А-сайт рибосомы(Carvalho et al., 1984). Фактор eEF1B катализирует обмен ГДФ на ГТФ,регенерируя таким образом ГТФазу eEF1A.
После того, как инициаторная тРНКзаняла P-сайт, а аминоацил-тРНК — А-сайт, формируется пептидная связьмежду карбоксильной группой метионина и аминогруппой аминоацил-тРНК.Благодаря фактору eEF2, являющейся ГТФазой, пептидил-тРНК переносится изА-центра в P-центр, а деацетилированная тРНК из P-сайта в Е-сайт. Врезультате А-сайт оказывается свободным и готовым к связыванию соследующей аминоацил-тРНК (см. Dever and Green, 2012). У дрожжей и высшихгрибов, помимо факторов eEF1 и eEF2 в элонгации трансляции принимаетучастие АТФаза eEF3.10Рисунок 1.
Схема элонгации трансляции у эукариот (по Dever and Green, 2012,с изменениями).Терминация трансляции у эукариотТерминация представляет собой завершение синтеза полипептидной цепии высвобождение её от связи с рибосомой. Сигналом терминации трансляциислужит попадание одного из трех терминирующих кодонов — UGA, UAG илиUAA в А-сайт рибосомы. Для этих стоп-кодонов в норме нет комплементарныхантикодонов тРНК, поэтому полипептидил-тРНК остается связанной с Pучастком рибосомы. Особую роль в терминации трансляции играют белковыефакторы I и II классов.
Факторы терминации I класса осуществляютраспознавание стоп-кодона в A-сайте рибосомы и катализируют гидролизфосфодиэфирной связи в пептидил-тРНК. У эукариот к числу факторов I классапринадлежит один белок — eRF1, не обладающий специфичностью испособный распознавать все три типа стоп-кодонов (Stansfield et al., 1995;11Zhouravleva et al., 1995). Факторы терминации II класса являются ГТФазами истимулируют работу факторов I класса. У эукариот фактор терминациитрансляции второго класса — eRF3 посредством своей ГТФазной активностистимулирует запуск терминации трансляции белком eRF1 (Frolova et al., 1994;Zhouravleva et al., 1995; Alkalaeva et al., 2006).
При попадании стоп-кодона в Асайт рибосомы происходит гидролиз ГТФ фактором eRF3, eRF1 запускаетгидролизфосфодиэфирнойсвязиполипептидил-тРНК,приводякосвобождению синтезированного белка. При этом 80S комплекс остаетсясвязанным с мРНК, в P-сайте которого находится деацетилированная тРНК, а вА-сайте — фактор eRF1 (см. Jackson et al., 2012, см. Dever and Green, 2012).Рециклирование рибосомСледующим этапом процесса трансляции является рециклированиерибосом, которое является связующим звеном между терминацией и началомнового раунда трансляции — инициацией. Рециклирование, или рециркуляциязаключается в освобождении мРНК, деацетилированной тРНК и факторатерминации eRF1 от связи с 80S комплексом, который в свою очередьраспадается на 2 субъединицы (см. Kaji et al., 2001; Rajkowitsch et al., 2004; см.Hirokawa et al., 2006; Pisarev et al, 2010).
У эукариот, в отличие от прокариот,при рециклировании рибосом происходит сближение 3' и 5' концов мРНК,однако считается, что такое замыкание в кольцо, благодаря взаимодействию сPABP и eIF4G не является необходимым in vivo (Tarun et al., 1997; Park et al.,2011). Несмотря на то, что диссоциация посттерминационного комплексавозможна и при участии факторов eIF1, eIF3 и eIF1A (Pisarev et al., 2007), такоймеханизм происходит лишь при невысоких концентрациях ионов магния. Самипо себе факторы терминации трансляции eRF1 и eRF3 способны запускатьдиссоциацию рибосом с низкой эффективностью (Shoemaker et al., 2010).Одним из основных факторов рециклирования рибосом является АТФазаABCE1 (Rli1 – RNase L inhibitor 1 у дрожжей). Именно она совместно сфактором терминации eRF1 инициирует диссоциацию рибосомы на свободную1260S субъединицу и 40S субъединицу, связанную с мРНК и тРНК (Pisarev et al.,2010).1.2.
Принцип поливариантности матричных процессовМатричные процессы, к которым относят репликацию, транскрипцию итрансляцию, объединенные Центральной Догмой молекулярной биологии(Crick, 1958), обеспечивают воспроизведение генетической информации в рядуклеточных поколений, определяют её стабильность и изменчивость. Изучениегенетического контроля матричных процессов представляет собой одну изважнейших научных проблем, что обусловлено определяющей ролью этихпроцессов в обеспечении жизнедеятельности клетки.Для матричных процессов характерна поливариантность, т. е.
склонностьк возникновению ошибок, что можно рассматривать как адаптивный признак(Инге-Вечтомов, 1969). При репликации достигается наивысший уровеньточности:вероятностьвключениянеправильногонуклеотидавновосинтезированную цепь ДНК составляет 1*10 8 - 1*1010 (Kunkel and Bebenek,2000). При транскрипции и трансляции наблюдается более высокая вероятностьошибки — 1*104 и 1*103 — 1*104, соответственно (Edelmann and Gallant, 1977;Rosenberger and Foskett, 1981; Bouadloun et al., 1983; Laughrea et al., 1987;Kramer and Farabaugh, 2007).1.2.1. Неоднозначность трансляцииТочность трансляции, как матричного процесса, зависит не только отправильного опознавания кодонов мРНК антикодонами тРНК, но и от скоростидвижения рибосомы. Считается, что чем выше скорость трансляции, тем вышечастота ошибок трансляции (Thompson and Karim, 1982; см.
Wohlgemuth et al.,2010).13Немаловажнымявляетсяидругоесвойство—способностькисправлению этих ошибок и восстановлению нормального синтеза белка. Этидва свойства – неоднозначности и способности к коррекции – обеспечиваютэффективный процесс синтеза полипептидной цепи.1.2.2. Типы ошибок при трансляцииИзменение точности трансляции может быть обусловлено различнымиошибками, происходить на разных этапах и иметь разные последствия. Так, принарушениивыборастарт-кодонамогутвозникатьбелкислишнимиаминокислотами на N-конце или, наоборот, с недостающими.
Сдвиг рамкисчитывания триплетов генетического кода может серьезным образом нарушитьсинтез белка, так как приводит к замене последовательности аминокислот вцепибелка,атакже,свысокойвероятностью,квозникновениюпреждевременного стоп-кодона в открытой рамке считывания (см. Valente andKinzy, 2003; см. Rospert et al., 2005). Преждевременная терминация синтезабелка может возникнуть и в случае неправильного распознавания значащегокодона как терминирующего. В результате этого формируются белки,укороченные с C-конца. С другой стороны, стоп-кодоны могут быть прочитаныкак значащие, что приводит к удлинению молекулы белка, а также к прочтениюстоп-кодонов,возникшихвследствиемутациивкодирующейпоследовательности.
Кроме того, неправильные кодон-антикодоновые пары впроцессе элонгации трансляции приводят к перекодировке значащих триплетови заменам аминокислот в белке. Все эти нарушения существенно влияют нафункциональность белков, изменяя тем самым не только первичную структурубелка, но и пространственную конформацию, и могут снижать или повышатьжизнеспособность клеток или организмов (см. Zaher and Green, 2009; см.Gingold and Pilpel, 2011).141.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
