Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Очень соблазнительно предположение, что расщепление ГТФ при транслокации служит источником энергии этой механо-хими-ческой реакции. Однако вопрос об обязательности ГТФ и соответствующих внерибосомных факторов при транслокации, да и на других этапах трансляции, подвергается в последнее время ревизии в связи с существованием так называемой «неэнзиматической» трансляции. В лаборатории А. С. Спирина показано, что после обработки рибосомы (305-субчастицы) парахлормеркурибензоатом в условиях, исключающих какую-либо остаточную активность соответствующих внерибосомных факторов, наблюдается и без ГТФ довольно интенсивный синтез полифенилаланина, направляемый полиуридиловой кислотой (Л. П. Гаврилова, А. С. Спирин,
1973). В свете этих данных на долю ГТФ и внерибосомного фактора приходится лишь роль ускорителя процесса, отключающегося в момент гидролиза ГТФ. Однако окончательные суждения по
этому вопросу следует считать преждевременными до тех пор, пока «неэнзиматическая» трансляция не будет показана в опытах с природными матрицами, так как возможно, что синтез такого гомополимера как полифенилаланин, является, так сказать, упрощенной задачей для трансляции.
Для понимания степени автономности и возможности разделения функций субъединиц большое значение имеют эксперименты по синтезу олигопептидов в еще более упрощенной системе без участия 305-субчастицы и связанной с ней мРНК — только лишь
30S
Кодон
фмет
Фн—неорг. фосфат Ф —формил У-тРНК '
фмет— формил-метионин\ А—аминокислота
Инициация
Инициаторный
комплекс
50S
ГДФ
+ Фн
[7-гтФ-Ти]
А,
[ГДФ—Ти] +Фн
Элонгация
тт
ГТФ ГДФ +Фн
Кодон терминации
Герминация
_____ Rj,R2
/ (R3)
Многократное повторение этапов элонгации,образование полисом
Ai— (фмет)
An—An-------Ai — (фмет)
Ап—Ап-»— - —Ai-t- (ф)-Кмет)
Рис. 19. Схема стадий синтеза белка на рибосомах.
Пояснения — в тексте.
SOS-субчастицей. Оказалось, что последняя в среде, содержащей небольшие концентрации алифатических спиртов, например этанола, взаимодействует с Аа-тРНК и катализирует образование ди-, три- и даже тетрапептидов (Monro et al., 1969). В этих экспериментах функция центра, катализирующего замыкание новой пептидной связи, проявляется в наиболее «чистом» виде. Как уже упоминалось, полагают, что по природе каталитической активности рибосомальная транспептидаза близка к протеазам. Обратное же течение реакции — не гидролиз, а синтез пептидной связи — определяется, видимо, не столько свойствами энзима, сколько запасом энергии, аккумулированной в Аа-тРНК при образовании последней из аминоациладенилата (Готтих, 1971). Разумеется, в таких экспериментах не может быть и речи о синтезе сложных пептидов с определенной первичной структурой, так как исключено участие мРНК и описанных выше механизмов транслокации, требующих взаимодействия 50S- и 305-субчастиц.
Обратимся теперь к последовательному рассмотрению всех стадий синтеза белка на рибосомах. Схематически они представлены на рис. 19.
Первая стадия инициация — начинается с присоединения мРНК к 305-субчастице, не связанной с 505-субчастицей. Характерно, что для начала процесса необходима именно диссоциированная рибосома. Связывание мРНК происходит в присутствии ионов Mg в концентрациях, близких к физиологическим — 5-ь15* 10“3М, и во многих случаях, хотя и не во всех, стимулируется внерибосомным фактором IF3. Фактор IF3 (он же — F3, В и FII) — белок с молекулярным весом 29 ООО, по-видимому, гетерогенный, причем отдельные его фракции стимулируют инициацию только с некоторыми типами матриц (например, РНК фага MS-2)Замечательно, что тРНК связывается не любым своим отрезком, а именно начальной своей областью, где располагаются кодоны АУГ или ГУГ, соответствующие формилметионину *. Первой аминокислотой полипептида, строящегося на рибосоме, всегда служит формилметионин:
Смысл того, что в первой, или, точнее следует сказать «нулевой», аминокислоте синтезируемого полипептида аминогруппа блокирована, понятен. Формил, так сказать, симулирует свойства отсутствующего пока пептидильного «хвоста», обеспечивая связь с П-участком, и некоторые другие особенности Пп-тРНК. То, что
1 Кодоны АУГ и ГУГ, как уже указывалось в гл. III, соответствуют формилметионину, когда находятся в начале мРНК (или в начале транслируемого участка мРНК). В других областях мРНК они кодируют метионин и валин соответственно.
СН3—S—СН2
Н\ I
V-N—CH
С—N—СН
такую роль играет производное только одной аминокислоты, можно объяснить тем, что это ограничивает число энзиматических систем, формилирующих ту или иную аминокислоту или отсекающих от готового пептида формил или формиламинокислоту после завершения синтеза.
В то же время все'это не означает, что кодоны АУГ и ГУГ являются обязательно первыми тринуклеотидами любой мРНК. В природных РНК им могут предшествовать олигонуклеотидные последовательности, которые не транслируются, но принимают, как полагают, участие в узнавании начальной области мРНК субчастицей 30S (Adams et al., 1972). Например, РНК фага MS-2, выполняющая функции мессенджера, обладает в начальной области довольно жесткой и характерной третичной структурой. Около двух третей оснований спарено, в результате чего образуется фигура, напоминающая стебель с лепестками (Rigby, 1972). Видимо, эта характерная третичная структура соответствует какой-то структуре на поверхности 305-субчастицы, а также на белковых факторах инициации. Существует также гипотеза об участии не-транслируемых концевых олигонуклеотидов мРНК в определении длительности ее существования. Подробно эта последняя гипотеза будет рассмотрена ниже при описании стадии терминации синтеза.
