Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 20
Текст из файла (страница 20)
25).Полисома. или полирибосома, представляетсобоймолекулумРНКснесколькимирасположенными на ней активными рибосомами, накаждой из которых синтезируется молекула белка(рис. 24.1).Если говорить в самых общих чертах, то синтезбелка начинается с того момента, когда образуетсякомплекс, состоящий из большой и малой субчастицрибосомы, мРНК и соответствующей аминоацилтРНК. Далее целая рибосома движется вдоль мРНК от5'- к З'-концу. Такое перемещение сопровождаетсяростом полипептидной цепи. После того как синтезполипептидной цепи полностью завершен, онаотходит от рибосомы, которая в свою очередьотщепляется от мРНК и диссоциирует на большую ималую субчастицы.
Эти субчастицы могут теперьучаствовать в синтезе другой молекулы белка;подробнее весь процесс описан в следующей главе.25. Трансляция генетического кодаМеханизм трансляции у прокариот мы опишем напримере Е. colLСтартовым сигналом к началу синтеза белка служитрасположенный на мРНК кодон AUG, кодирующийметионин (Met) [иногда это кодон GUC для ва-лина(Val)]. В растущей полипептидной цепи первымаминокислотным остатком всегда будет либо Met, либо Val.
Тогда возникает законный вопрос: каким образом клетка отличает стартовый сигнал от кодоновAUG или GUC, расположенных в середине молекулымРНК? Эта проблема решается с помощью модифицированной формы Met (или Val) и специальной инициирующей тРНК (см. ниже).Формилметионин ( fMet) и является той модифицированной формой Met, с которой начинается синтез белка.
Он присоединяется к молекулам тРНК определенного типа (тРНКг), отличным о тРНКМе„ посредством которых Met включается в срединную частьполипептидной цепи. И тРНКг, и тРНКМе( узнают кодонAUG, но лишь тРНКг способна присоединяться кстартовому кодону AUG.Инициация синтеза белка начинается с моментаобразования инициирующего комплекса на 30S-cy6частице, состоящего из мРНК, ЗОЭ-субчастицы рибосомы и молекулы аминоацил-тРНКг с присоединенным fMet, которая связывается с участком Р. Следующим шагом является присоединение 508-субчастицы,в результате чего образуется 705-инициирующий комплекс.
Источником энергии для инициации синтезабелка служит реакция гидролиза GTP до GDP и Pj.На этом этапе необходимы еще несколько белков, называемых факторами инициации (IF1, IF2 и IF3).Элонгация — это последовательное включениеаминокислотных остатков в состав растущей полипептидной цепи. Каждый акт элонгации состоит изтрех этапов: 1) узнавание кодона, 2) образование пептидной связи и 3) транслокация (рис. 25.1).Узнавание кодона заключается в связывании антикодона очередной молекулы аминоацил-тРНК с кодоном свободного участка А на рибосоме.
Чтобы прикрепиться к рибосоме, тРНК с присоединенной к нейаминокислотой должна сначала образовать комплексс белком, называемым фактором элонгации EF-Tu,или EF1, который предварительно должен быть активирован с помощью GTP. После того как произойдетсвязывание всего комплекса TPHK-EFI • GTP с участком А рибосомы, осуществляется гидролиз GTP доGDP и Рь удовлетворяющий энергетические потребности на этом этапе элонгации. Фактор EF1 • GDP,неспособный более связываться с тРНК, покидает рибосому, на которой остается аминоацил-тРНК.
Регенерацию активированного фактора EF1 катализируетвторой фактор элонгации, EF-Ts, или EF2, которыйзамещает GDP в неактивированном комплексе, в результате чего образуется комплекс EF1 • EF2. Схема,иллюстрирующая эту последовательность событий,представлена на рис.
25.2.Рис. 25.2.Образование пептидной связи происходит лишь тогда,когда оба участка, А и Р, заняты молекуламиаминоацил-тРНК. Часть 508-субчастицы представляетсобой фермент пептидилтранферазу, катализирующий образование пептидной связи согласно схеме,представленной на рис. 25.3. В результате этой реакции растущая полипептидная цепь оказывается присоединенной к тРНК участка А, а тРНК участка Р высвобождается из комплекса с пептидом и несет на З'конце группу —ОН (рис. 25.3).Транслокация включает три акта, катализируемыхеще одним фактором элонгации, EF-G(EF3), и энергетически сопряженных с гидролизом GPT.
СначалатРНК участка Р, не связанная с пептидом, покидаетрибосому, затем молекула полипептидил-тРНК переходит с участка А на Р и, наконец, рибосома перемещается вдоль мРНК на три нуклеотидных остатка всторону З'-конца. В результате этих трех актов освобождается участок А и экспонируется очередной кодон,что позволяет начаться следующему циклуэлонгации.Терминация т. е. окончание синтеза, происходит покоманде кодонов UAA, UGA или UAG. В природе несуществует таких молекул тРНК, антикодоны ко-торых соответствовали бы этим кодонам.
Вместо продолжения синтеза цепи происходит терминация, катализируемая специальными белками, которые названыфакторами терминации и которые узнают терминирующие кодоны, когда свободен участок А. Эти факторы изменяют специфичность фермента пептидилтрансферазы таким образом, что происходит гидролизсвязи между концевым пептидом и тРНК, а освобожденная полипептидная цепь диффундирует от рибосомы. Вслед за этим происходит диссоциация комплекса мРНК—рибосома. Далее рибосома диссоциирует на 30S- и 505-субчастицы. После реассоциацииэтих субчастиц с другой молекулой мРНК весь циклсинтеза белка начинается сначала.
i K\i!( VIMIUIMТРАНСЛЯЦИЯ У ЭУКАРИОТ, осуществляющаяся вцитоплазме, включает такие же этапы, что и трансля-ция у прокариот. Основным отличием здесь являетсято, что первым остатком в растущей полипептиднойцепи является Met, а не fMet. Тем не менее и в этомслучае есть два типа молекул тРНК, узнающих кодонAUG: один — когда кодон инициирующий, а другой —когда он кодирует Met, который должен быть присоединен в середине растущей полипептидной цепи. Вроли факторов инициации и элонгации выступаютразличные белки. Еще одно существенное отличие состоит в том, что в цитоплазме эукариот рибосомы более крупные (80S).У митохондрий и хлоропластов трансляция осуществляется в самих этих органеллах. Рибосомы, которые они содержат, представляют собой 708-частицы ипохожи на рибосомы бактерий.
При инициации используется fMet.26. Упаковка генетического материалаРис.26.1.Клетки прокариот содержат единственную копию геномной ДНК и являются, таким образом, гаплоидными. ДНК прокариотической клетки, кодирующая всеклеточные белки и нуклеиновые кислоты (рРНК,тРНК и др.), входит в состав хромосомы. Е. coli, например, содержит единственную хромосому, являющуюся комплексом из ДНК, РНК и белков.
ДНКпредставляет собой кольцевую молекулу и содержит4,6 • 106 пар нуклеотидов (или 4600 тысяч пар нуклеотидов, т.п.н.). Диаметр такого кольца составил быпримерно 1 мм, но, поскольку сама Е. coli имеет в поперечнике менее 2 мкм, ее ДНК должна быть плотноупакована (сконденсирована), чтобы поместитьсявнутри клетки.Клетки эукариот устроены сложнее, чем клетки прокариот,и все они, за исключением гамет, содержат двесовершенно одинаковые копии генома; другимисловами, они диплоидны. Клетка нематоды содержитДН К примерно в 40 раз, а клетка саламандры — в 40000 раз больше, чем Е.
coli. В клетке человека ДНКпримерно в 700 раз больше, чем в Е. coli. Посколькупринято думать, что человек — это более сложный организм, чем саламандра, приходится заключить, чтона основе суммарного содержания ДНК в клетке можно лишь весьма приблизительно судить о сложноститого или иного организма.ДНК эукариотических клеток находятся в ядре ввиде набора отдельных фрагментов, называемых хромосомами. Каждая хромосома может содержать ДНКв количестве от 400 (дрожжи) до 100 000 т.п.н. (человек).
Если бы всю клеточную ДНК в форме простойдвойной спирали вытянуть в одну линию, то она имелабы слишком большую длину (1,74 м для клетки человека) и в таком виде не поместилась бы в ядре, поэтому хромосомы должны представлять собой сильноконденсированные структуры.Вирусы могут содержать как одно-, так и двухцепочечную ДНК, которая может быть как непрерывной,так и состоящей из фрагментов. У некоторых вирусов(например, ВТМ, реовирусы; гл. 5) генетическим материалом служит РНК, которая также может быть какодно-, так и двухцепочечной.Число генов в различных организмах можно оценить, исходя из того, что средняя длина гена составляет 1 т.п.н. В табл. 26.1 приведены соответствующиецифры.Конденсация двухцепочечной ДНК, в результатекоторой продольные размеры молекулы уменьшаются в 10 000 раз, осуществляется одним из двухспособов — путем сфероидальной намотки (т.
е. свертывания в витки по сфероидной образующей) либочерез образование сверхспиральной ДНК. Сфероидальная намотка по сути дела имеет место только ввирусах, тогда как образование сверхспиральнойДНК происходит во всех прокариотических и эукариотических клетках и во многих вирусах, поражающих эукариот.Таблица 26.1ОрганизмСодержание ДНК(в парахнуклеотидов)Число геновSV40 (вирус животных)5,0 • 1035Т4 (бактериофаг)Е.
coli (бактерия)2,0- 1052004,6- 10646002 , 8 - 109100 000-500 0001Гаплоидная клеткачеловекаСфероидальная намотка ДНК происходит так, что врезультате образуется компактная «шпулька». В бактериофаге Т4 ДНК свернута в двухслойную «шпульку» внутри головки фага, имеющей форму икосаэдра.Сначала образуются витки наружного слоя, затем —внутреннего; между слоями остается некоторый просвет. Оставшийся конец ДНК проходит через оба слояи выводится в хвостовой отросток вируса через центральное отверстие (гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
