Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Однако наши эксперименты показывали, что ~и тито в условиях нормального роста бактерий ~)-галактозидаза полностью стабильна, как и другие бактериальные белки... Эти исследования получили новое истолкование в свете тех перспектив, которые открылись в биологии незадолго до 1955 г.
В 1953 г. Уотсон и Крик (УУасзоп, Сг!сЦ предложили свою модель структуры ДНК. Между тем еще годом раньше Сэнгер (5апяег) установил первичную последовательность инсулина, и уже было известно ... что генетическая мутация может вызывать некоторые изменения в структуре белка. В 1954 г. на основе теории генетического кода [было высказано предположение, что) первичная структура белков предопределяется и детерминируется линейной последовательностью нуклеотидов в ДНК. Жан Моно, 19б5 Глава 6 КОНВЕЙЕР ДЛЯ СБОРКИ ПОЛИПЕПТИДНЫХ ЦЕПЕЙ Синтез белков до некоторой степени напоминает сборочный конвейер, в котором рибосомы все время передвигаются относительно информационной РНК, доставляя аминоацил-тРНК вЂ” реальные строительные блоки лля сборки белковых молекул.
Рибосома представляет собой маленькую фабрику, в которой компактно упакованные белки и тРНК образуют несколько активных центров, способных осуществлять многочисленные каталнтические функции. Различные группы дополнительных факторов участвуют в работе рибосомы на каждой из трех стадий белкового синтеза: инициации, эдонгации и терминации. Энергия для биосинтеза бедка обеспечивается гидролизом ОТР. При инициации происходят события, предшествующие образованию пептидной связи между двумя первыми аминокислотами белка. Для инициации необходимо, чтобы рнбосома связалась с информационной РНК, образовав инициирующий комплекс совместно с первой аминоацил-тРНК.
Это относительно медленная стадия в синтезе белка. Элонгация включает в себя все реакции — от образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты к белковой молекуле. Это наиболее быстрая стадия белкового синтеза, во время которой рибосома перемещается от первого до последнего кодона на информационной РНК. Терминация состоит из последовательных этапов, необходимых для освобождения синтезированной полипептидной цепи; при этом рибосома отделяется от мРНК. По сравнению со временем, требующимся для включения аминокислоты в полипептидную цеп>ь диссоциация происходит медленно. Только в сравнении со скоростью элонгации и можно считать, что стадии инициации и терминвцин происходят медленно.
Синтез белка †э быстрый процесс (хотя скорость в большой степени зависит от температуры). У бактерий при 37 С скорость элонгации варьирует: в растущую полипептидную цепь за ! с включается от 12 до 17 аминокислот. Конкретная величина скорости элонгации зависит от условий роста клеток. Для синтеза среднего белка размером в 300 аминокислот требуется около 20 с. В синтезе белка одновременно участвует примерно 80; бакзериальных рибосом; следовательно, в свободном состоянии находится лишь небольшая их часть.
В эукариотических клетках скорость белкового синтеза ниже; так, в ретнкулоцитах при 37'С скорость элонгации составляет 2 аминокислоты в 1 с. Большинство экспериментов по изучению стадий белкового синтеза проводилось в системе >и к!!го, содержащей рибосомы, аминоацил-тРНК, дополнительные факторы и источник энергии, В этих системах скорость белкового синтеза может быть примерно на порядок ниже, чем !п к>ко. Функциональные участки рибосомы Информационная РНК взаимодействует с малой субчастицей рибосомы.
При этом в связывание вовлечен уча- сток мРНК длиной из 30 оснований. Е!о в каждый данный момент только две молекулы тРНК могут разместиться в рибосоме. Поэтому в синтезе белка непосредственно участвуют только два из десяти кодонов, находящихся в рибосоме. На рис. 6Я показано, что каждая тРНК располагается в отдельном участке. Эти два участка характеризуются различными свойствами.
Тот участок, который может быть занят очередной (новопоступак>щей) аминоацил-тРНК, называется А- участком (или акцепторным участком). До того как в рнбосому поступит аминоацил-тРНК, в этот участок входит триплет, кодирующий ту аминокислоту. которая должна быть включена в полипептидную цепь.
Кодон, соответствующий последней аминокислоте, уже успевшей включиться в полипептид, располагаегся в Р-участке (или донорном участке). Это> участок занят комплексом пепз ипил-тРНК, представляющим собой тРНК, несущую целую полипептидную цепь, синтезированную к данному моменту (на рис. 6.1 стадия 1). Когда оба участка заняты, происходи> образование пептидной связи в результате следующей реакции; полипептндный компонент комплекса пептидил-тРНК переносится на аминокислоту, связанную в аминоацил-тРНК (реакция транспептидации).
Эта реакция происходит на большой субчаст>ице рибосомы. Таким образом, тот конец тРНК, который несет аминокислоту, расположен на большой субчастице, тогда как другой ее конец, т. е. антикодон, взаимодействует с мРНК, связанной малой субчастицей. Следовательно, расположение участков Р и А таково, что в их образовании принимают участие обе рибосомные частицы (рис. 6.1). В результате переноса полипептида в рибосоме создается следующая ситуация: тРНК, теперь уже лишенная аминокислоты (деацилированная тРНК), продолжает удерживаться в Р-участке, а новая псптид-тРНК сидит в А-участке (стадия 2). Эта пептидил-тРНК на олин аминокислотный остаток длиннее, чем та, которая была в Р- участке на стадии !. Затем рибосома перемещается на один триплет вдоль информационной РНК. При этом деацилированная тРНК вытесняется из рибосомы, а удлинившаяся на одну аминокислоту пептидил-тРНК поступает в Р-участок (стадия 3).
Теперь в А-участке устанавливается следующий кодон, и в результате в рибосому может поступить новая амнноацил->.РНК. Цикл, таким образом. может повториться. Инициация: специальная инициирую!цая ТРНК Почему начинается синтез белка, т.е. как распознается первый кодон в гене, являющийся стартовой точкой при трансляции? Для осуществления процесса инициации информационная РНК должна обладать двумя характерными особенностями. Во-первых, в молекуле мРНК имеется уча- 75 6.
Конвейер для сборки полипептидных цепей Ри ~ ~ В рибосоме имеется два участка, с которыми связываются молекулы тРНК. сток, предшествующий началу кодирующей области, который служит сигналом дли связывания с рибосомой. Природу таких сигналов мы рассмотрим в гл. 9. Вовторых, имеется специальный кодон АБО, который является стартовой точкой и определяет рамку считывания (у бактерий вместо АПО иногда используется кодон ОБО). Для инициации необходимо одновременное наличие последовательности мРНК, ответственной за связывание с рибосомой, и инициирующего колона. Первым указанием на то, что инициация не может происходить в любой точке, а требует специально~ о меха- низма, явились данные о том, что аминокислотный состав М-концевой части белков Е, сой имеет определенную тенденцию. Почти у 50 белков в качестве первой аминокислоты присутствует метионин.
Затем была открыта специальная М-формилмезиионид-тРНК. Оказалось, что она очень подходит на роль инициаторной тРНК, поскольку блокированная аминогруппа не позволяет ей участвовать в злонгации, но не мешает инициировать синтез белка. У Е. сод существует два вида тРНК, способных акцептировать метионин. Один вид используется для инициа- 74 Часть П. Синтез белков СНя ! а 1 сн, 1 сн, н ! но — нн — с ~\ с=о о 1 о сия ! 1 сн, ! сн, ! нонн, ! с=о о тигр ацияюеои иг ГОР ги ЫетиоииигРНКС Н Оорыипыегиоиия.гРНК Рис. блд Ииициаторная Х-формилметионил-тРг)К (ПИес-тРНКг) образуется в результате формилирования метионил-тРНКь ис- пользуя формилтетрагидрофолят в качестве кофактора. ции; другой-для распознавания внутренних А()О кодонов в процессе элонгации.
Инициаторная тРНК обозначается как тРНК~ ". После того как она акцептировала свою аминокислоту, образуя комплекс МеытРНКг, происходит реакция формилирования (рис. 6.2), В результате этой реакции блокируется свободная ХН -группа. Продукт реакции, обладающий иницнаторной функцией, обычно сокращенно обозначается как )Мег-глРНКР Эта тРНК используется Рлолько для инициации и распознает либо АНО, либо ОГ)О. Распознавание внутренних кодонов АГ)О осущесзвляется другим видом тРНК . Она узнает рлолько внуМцс тренние кодоны АПО, и ее метионнн не формилируется.
Триплет А(3О неизменно кодируе~ метионин, независимо от того, расположен ли он в начале или внутри информационной РНК, хотя в двух этих случаях он узнается разными тРНК. Однако кодирующая способность триплета О(ЗО зависит от его локализации. Когда он является инииииругощим кодоном, то при инициации прочитывается как формилметионин. Когда же он расположен внурлри гена, то узнается обычной валиновой тРНК, т.е.
определяет включение валина в соответствии с сенетическим кодом (рис. 4.5). Конкрешое значение кодонов АхуО и ОНО определяется их окружением. При условии что инициирующий кодон находится по соседству с сигналом, ответственным за связывание рибосомы с мРНК, происходит инициация; если же кодон встречается с улее ьчранслирующей рибосомой, то наблюдается обычное считывание (см. следующий раздел). Инициирование трансляции у зукариот несколько отличаезся от этого процесса у прокариот. Во-первых, только кодон А(.1О используется в качестве инициирующего; кодон ОПО таковым уже не является. Если в результате мутации кодон АГ)О замегцается кодоном ОБО, то инициации не происходит. Во-вторых, инициирующая тРНК, представленная особым видом, обозначается как тРНК, 'с, так как ее метионин не формилирован. Таким Мес образом, различия между молекулами Мег-тРНК, участвующими в инициации и элонгации, заключаются в самой тРНК. При этом МеьтРНК; используется при инициации, а Мег-тРНКю — при элонгщсии (однако формилаза Е.
еой может использовать (п упго МеьтРНК; в качестве субстрата). В митохондриях также обнаружены две тРНК, распознающие кодон АГ)О, причем так же, как и в бактериях, у иннциирующей тРНК метионин формилирован. Изменения в специфичности узнавания, по-видимому, позволяют АПА, а иногда АПС и АГЛ7 также использоваться в качестве инициаторных кодонов в митохондриях млекопитающих. Во всех случаях существуют ферментные системы, удаляющие ненужные аминокислотные остатки с Гч-конца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
