1625914757-8aba282c54d2a3a371a92e361d6fe93d (843812), страница 22
Текст из файла (страница 22)
При образовании комплекса ферментас аминоациладенилатом и корректной тРНК происходит изменение структуры фермента, который принимает конформацию, необходимую для второй стадии реакции аминоацилирования. При образовании комплексафермента с аминоациладенилатом и некорректной тРНК такого измененияструктуры не происходит и аминоацилирование протекает очень медленно. С другой стороны, связывание корректной тРНК активирует химический механизм обеспечения точности синтеза.
Если в комплексе с ферментом присутствуют корректная тРНК и некорректный аминоациладенилат,последний гидролизуется ферментом до свободной аминокислоты и AMP.Даже если происходит аминоацилирование корректной тРНК некорректной аминокислотой, такой комплекс может гидролизоваться до свободнойтРНК и свободной аминокислоты. Только полностью корректная аминоацил-тРНК эффективно высвобождается ферментом (рис.
160).141Рис. 158. Строение аминоацил-тРНКРис. 159. Аминоацил-тРНК-синтетазы142Рис. 160. Механизмы обеспечения точности синтеза аминоацил-тРНКСам процесс трансляции протекает на рибосомах. Рибосома представляет собой сложный нуклеопротеиновый комплекс, состоящий из нескольких РНК и нескольких десятков белков (рис. 161). Рибосому можно разделить на две субчастицы – большую и малую. Прокариотическая рибосома(70S, где S – сведберг, единица скорости седиментации при центрифугировании) состоит из большой субчастицы (50S) и малой субчастицы (30S).В состав 50S-субчастицы входят две молекулы рРНК – 23S (2904 нуклеотида в случае E.
coli) и 5S (120 нуклеотидов), а также 31 разная белковаямолекула. В состав 30S-субчастицы входит одна молекула рРНК – 16S(1542 нуклеотида) и 21 разная белковая молекула. Эукариотическая рибосома (80S) также состоит из большой и малой субчастицы (60S и 40S соответственно).
В состав 60S-субчастицы входят три молекулы рРНК – 28S(4718 нуклеотидов в человеческой рибосоме), 5,8S (160 нуклеотидов) и 5S(120 нуклеотидов), а также 49 разных белковых молекул. В состав 40Sсубчастицы входит одна молекула рРНК – 18S (1874 нуклеотида) и 33 разных белковых молекулы. Собранная рибосома имеет размер~200?200?220 A. Центр связывания мРНК находится в малой субчастице(которая покрывает около 30 нуклеотидов мРНК), а центры, где происходит связывание тРНК и катализ образования пептидной связи, образованыкак большой, так и малой субчастицами.
Растущая полипептидая цепь напротяжении 30–35 аминокислотных остатков остается связанной с большой субчастицей.Синтез полипептидной цепи идет в направлении от N-конца к C-концу.В каждый момент к C-концу растущей цепи присоединена тРНК от тоймолекулы аминоацил-тРНК, которая была включена в полипептиднуюцепь на предыдущем шаге.143Рис. 161. Общий план строения рибосомыХимически процесс образования очередной пептидной связи представляет собой нуклеофильную атаку неподеленной электронной парой аминогруппы следующей аминоацил-тРНК по карбоксильному атому углерода текущей C-концевой аминокислоты.
Процесс образования пептидной связи организован в рибосоме следующим образом. В рибосоме выделяют три основных функциональных центра: P-сайт (peptidyl-tRNA) A144сайт (acceptor) и E-сайт (exit). Растущая полипептидная цепь, ковалентносвязанная с тРНК (пептидил-тРНК), располагается в P-сайте, а следующаяаминоацил-тРНК – в A-сайте. После нуклеофильной атаки и образованияочередной пептидной связи та тРНК, которая ранее была связана с Cконцом растущей цепи (деацилированная тРНК), остается в P-сайте, а удлиненная на одну аминокислоту полипептидная цепь теперь ковалентносвязана с тРНК, расположенной в A-сайте. Далее происходит сдвиг рибосомы по мРНК на один кодон. При этом деацилированная тРНК переходитиз P-сайта в E-сайт, а пептидил-тРНК – из A-сайта в P-сайт. Цикл завершается высвобождением тРНК из E-сайта и связыванием следующей аминоацил-тРНК в A-сайте (рис. 162).Как и в случае репликации и транскрипции, в процессе трансляции вцелом можно выделить три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.Эти стадии хорошо изучены у прокариот.
Трансляция у них инициируется,как правило, сразу, как только РНК-полимераза транскрибировала участокмРНК с сайтом инициации трансляции; в момент инициации дистальныечасти мРНК могут быть еще не синтезированы. За инициацию трансляцииотвечают три белковых фактора: IF-1, IF-2 и IF-3 (initiation factor). В подавляющем большинстве случаев синтез белка начинается с кодона AUG,гораздо реже в качестве инициаторных могут использоваться кодоны GUGили UUG. В области (–10) от него располагается последовательностьAGGAGG (последовательность Шайн – Дальгарно), комплементарная последовательности CCUCCU в 3’-концевой части 16S-рРНК. Эти два элемента мРНК определяют сайт связывания рибосомы – элемент rbs(ribosome binding site).
С ним связывается комплекс из 30S-субчастицы ибелков IF-1 и IF-3. IF-3 непосредственно связывает элемент rbs, а IF-1 стабилизирует весь комплекс. Затем к комплексу мРНК–30S–IF-1–IF-3 присоединяется белок IF-2, связанный с молекулой GTP и инициаторной аминоацил-тРНК. В норме триплет AUG кодирует метионин, однако для инициации используется специальная тРНК, которая, как и метиониноваятРНК для внутренних кодонов, имеет антикодон CAU, но связана с модифицированной аминокислотой формилметионином (тРНКfMet). Таким образом, на N-конце у белков, за редким исключением, изначально находится остаток формилметионина, который затем отщепляется или деформилируется до обычного метионина. Другие аминоацил-тРНК, крометРНКfMet, с белком IF-2 связываться не могут; напротив, тРНКfMet не можетсвязываться с полной 70S-рибосомой. Затем происходит связывание 50Sсубчастицы, инициируется гидролиз GTP в составе IF-2, что приводит кдиссоциации IF-1, IF-2 и IF-3, и трансляция переходит в стадию элонгации(рис.
163).У эукариот механизм связывания малой (40S) субчастицы отличаетсяот прокариотического: 40S-субчастица в комплексе с инициаторными бел145ками связывается с кэп-структурой на 5’-конце мРНК и скользит по мРНКк сайту инициации.Рис. 162. Поэтапная схема синтеза полипептидной цепиПри элонгации в A-сайте рибосомы связывается любая аминоацилтРНК, кроме тРНКfMet. Загрузка аминоацил-тРНК в A-сайт осуществляетсяспециальным белком – фактором элонгации (elongation factor) EF-Tu.
EFTu – самый распространенный белок в прокариотической клетке, число егокопий около 70 000 на клетку (~5 % всего клеточного белка; рибосом вклетке прокариот всего 10–20 тыс.). Перед загрузкой аминоацил-тРНКбелок EF-Tu находится в комплексе с GTP. После загрузки происходитгидролиз GTP до GDP и диссоциация EF-Tu. Далее в рибосоме идет образование пептидной связи. EF-Tu в комплексе с GDP неактивен, и для повторного его использования должен произойти обмен GDP на GTP, стиму146лируемый другим фактором элонгации – EF-Ts. Транслокация рибосомы кследующему по ходу трансляции кодону требует высвобождения EF-Tu изкомплекса с рибосомой и связывания с A-сайтом еще одного фактораэлонгации – EF-G (~20 000 копий на клетку).
Так же как и в случае с EFTu, активный EF-G существует в виде комплекса с GTP, и гидролиз GTPприводит к высвобождению EF-G из комплекса с рибосомой.Рис. 163. Инициация трансляции у прокариот147Терминация трансляции происходит на одном из трех стоп-кодонов:UAG (называемом также амбер-кодон), UAA (охра-кодон) или UGA (опалкодон); у бактерий чаще всего встречается стоп-кодон UAA.
Узнаваниестоп-кодона осуществляется с помощью факторов терминации (releasefactor) RF-1, RF-2 и RF-3, причем фактор RF-1 узнает кодоны UAA и UAG,а фактор RF-2 – кодоны UAA и UGA. Комплекс RF-1–RF-3 или RF-2–RF-3связывается с A-сайтом, что приводит к расщеплению связи полипептидной цепи с тРНК в P-сайте.
Синтезированный белок выходит из рибосомычерез специальный сайт выхода полипептида, а сама рибосома разбираетсяна 50S- и 30S-субчастицы с помощью фактора EF-G и белка RRF (ribosomerecycling factor). Некоторые мутации могут приводить к появлению тРНК сантикодонами, комплементарными стоп-кодонам и таким образом предотвращающими нормальную терминацию. Подобные тРНК называются нонсенс-супрессорами, поскольку способны супрессировать эффект нонсенсмутаций в других генах.Многие мРНК прокариот являются полицистронными, т. е. кодируютнесколько полипептидных цепей. В этом случае, если расстояние междустоп-кодоном одной кодирующей последовательности и инициаторнымкодоном следующей невелико (несколько нуклеотидов), рибосома можетне подвергаться полной разборке, а непосредственно начинать синтез следующей полипептидной цепи.Трансляция почти никогда не идет с участием только одной рибосомы.Инициация трансляции протекает достаточно быстро, и после сдвига одной рибосомы с участка инициации к нему присоединяется следующаямалая субчастица.
Поэтому обычно трансляция организована в полисомах– комплексах одной мРНК с большим числом рибосом на разных стадияхсинтеза полипептидной цепи.Прокариотическая рибосома служит мишенью для многих важных антибиотиков, которые селективно связываются с ней, но не с рибосомамиэукариот. Аминогликозидные антибиотики (стрептомицин, канамицин)связываются с малой субъединицей и в малых дозах вызывают неправильное прочтение мРНК, а в больших – блокируют работу рибосомы сразупосле ее связывания с инициирующим кодоном.
Тетрациклины связываются с малой субчастицей и блокируют связывание аминоацил-тРНК в Aсайте. Макролидные антибиотики (эритромицин) связываются с большойсубчастицей и ингибируют транслокацию. Хлорамфеникол также связывается с большой субчастицей и ингибирует образование пептидной связи,нарушая правильную конформацию аминоацил-тРНК в A-сайте. Действиекирромицина основано на ингибировании высвобождения EF-Tu•GDP изкомплекса с рибосомой после загрузки аминоацил-тРНК в A-сайт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
