Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Структура рибосом. Все этапы белкового синтеза оказываются возможными вследствие того, что трансляция осуществляется крупным мультиферментным комплексом — рибосомой, состоящей из молекул белков и РНК. В течение всего процесса синтеза белка растущая полипептидная цепь, мРНК и очередная аминоацил-тРНК остаются прикрепленными к рибосоме.
Рибосомы эукариот и прокариот очень сходны по своей структуре и функции. Каждая из них состоит из двух субчастиц— большой и малой. В эукариотических рибосомах приблизительно половину массы составляет РНК; малая субчастица состоит из одной молекулы рибосомной РНК (рРНК), связанной приблизительно с 33 различными рибосомными белками, а в большой субчастице свыше 40 различных рибосомных белков связано с тремя различными молекулами рРНК- Прокариотические рибосомы несколько мельче и содержат меньшее число компонентов. В рибосомах обоих типов имеется бороздка, удерживающая растущую полипептидную цепь, и бороздка, удер-
живающая молекулу мРНК. Длина бороздок такова, что в первой из них умещается примерно 30 аминокислот, а во второй — около 35 нуклеотидов РН"К.
В рибосоме имеется два участка, связывающих молекулы тРНК- Один из них удерживает молекулу тРНК, присоединенную к растущему концу полипептидной цепи; поэтому его называют пептидил-тРПК-связывающим участком, или Р-участ-ком. Второй служит для удержания только что прибывшей молекулы тРНК, нагруженной аминокислотой; его называют аминоаци-тРНК-связывающим участком, или A-участком. К обоим участкам молекула тРНК прикрепляется лишь в том случае, если ее антикодон спаривается с комплементарным ему кодоном мРНК- А- и P-участки располагаются очень близко друг к другу, так что две связанные с ними молекулы тРНК спариваются с двумя соседними кодонами в молекуле мРНК-
Удалось осуществить in vitro самосборку целой функциональной рибосомы из составляющих ее белков. Это говорит о том, что сложная структура рибосомы обусловлена исключительно взаимодействиями входящих в ее состав молекул.
Направление синтеза белка. Основная реакция в синтезе белка — это реакция, приводящая к образованию пептидной связи между карбоксильной группой на конце растущей полипептидной цепи и свободной аминогруппой аминокислоты. Следовательно, белковая цепь синтезируется путем ее постепенного наращивания от аминного конца к карбоксильному. На протяжении всего процесса растущий карбоксильный конец полипептидной цепи остается в активированном состоянии, будучи связан ковалентной связью с тРНК- Эта энергия расходуется на образование пептидной связи. Таким образом, в процессе синтеза белка каждая добавляемая аминокислота несет с собой энергию активации, необходимую не для ее собственного присоединения, а для присоединения следующей аминокислоты. Такой рост называется «ростом с головы». В этом смысле трансляция отличается от репликации и транскрипции, где рост полимерной цепи идет «с хвоста».
Информационная РНК транслируется в направлении 5’-»• 3’. Поскольку синтез РНК идет в том же направлении, то мРНК (прокариотическая) может транслироваться уже в то время, когда она синтезируется. Действительно, у Е. coli 5’-ко-нец мРНК взаимодействует с рибосомами вскоре после того, как он синтезировался, и трансляция оказывается тесно связанной с транскрипцией во времени и пространстве. У эукариот эти процессы разобщены.
Одну молекулу мРНК могут транслировать несколько рибосом. Это существенно увеличивает эффективность использования мРНК. Группа рибосом, связанных с одной молекулой мРНК, называется полирибосомой, или полисомой. Рибосомы, входящие в состав этой структуры, работают независимо. При максимальной плотности рибосом на мРНК одна рибосома приходится на 80 нуклеотидов.
Инициация трансляции. Трансляция начинается со сборки инициаторного комплекса в том самом месте на мРНК, с которого должен начаться синтез полипептидной цепи (рис. 2.17). Сборка комплекса состоит из ряда этапов, катализируемых белками — факторами инициации.
На 5’-конце молекулы мРНК находится участок инициации, включающий инициирующий кодон АУГ (или ГУГ) и богатую пуринами последовательность, центр которой находится на расстоянии примерно 10 нуклеотидов в 5’-сторону от инициирующего кодона. Эта последовательность комплементарна З’-конце-вой последовательности молекулы 16S рРНК, входящей в состав малой субъединицы рибосомы. Последовательности взаимодействуют с образованием дуплексов длиной 3—9 н. п., и малая субъединица рибосомы оказывается в комплексе с
мРНК-
Еще до того, как эта малая субчастица присоединится к мРНК, она нагружается особой инициаторной тРНК (TPHKf), У3' нающей кодон АУГ и несущей модифицированный метионин — формилметионин (fMeT). Таким образом, синтез белка у бактерий начинается с формилметионина.
МРНК, рибосомная 305-субчастица и ГгРНК образуют 305-комплекс инициации, в котором антикодон TPHKf соединен со старт-кодоном. Таким образом, рамка считывания устанавливается специфическим взаимодействием рибосомы и fMet — TPHKf с мРНК. Для образования этого комплекса необходимы ГТФ и три белковых фактора IF-1, IF-2 и IF-3.
