Трансляция

Основные компоненты белоксинтезирующой системы

Ключевое отличие трансляции от других матричных биосинтезов заключается в том, что между нуклеотидной матрицей и синтезируемым полипептидом нет комплементарного соответствия. Для перевода четырехбуквенного нуклеотидного «языка» в двадцатибуквенный аминокислотный требуется биологический код и сложный аппарат. В его состав входят:

• мРНК — информационная матрица, содержащая последовательность кодонов.
• Аминокислоты — субстраты для построения белка.
• тРНК — адаптеры, имеющие акцепторный (-CCA) конец для связывания аминокислоты и антикодон для узнавания мРНК.
• Аминоацил-тРНК-синтетазы — специфические ферменты, катализирующие объединение аминокислот с тРНК.
• Рибосомы — рибонуклеопротеиновые структуры, на которых происходит физическая сборка цепи.
• Белковые факторы — внерибосомные белки инициации (IF), элонгации (EF) и терминации (RF).
• Энергия и кофакторы — молекулы АТФ и ГТФ, а также ионы магния, необходимые для стабилизации структуры рибосомы.

Активация аминокислот

Прежде чем аминокислота попадет в рибосому, она должна быть активирована. Этот процесс осуществляют аминоацил-тРНК-синтетазы (в клетке существует 20 видов таких ферментов — по одному для каждой протеиногенной аминокислоты).

Интересно, что фермент обладает абсолютной специфичностью к аминокислоте, но лишь относительной — к тРНК. Из-за вырожденности генетического кода одну аминокислоту могут переносить несколько разных изоакцепторных тРНК (они отличаются строением антикодона, но связывают ту же аминокислоту).

В ходе реакции фермент присоединяет альфа-карбоксильную группу аминокислоты к 3'-ОН концу тРНК. Процесс идет с затратой энергии АТФ.

Пример активации аспартата: Асп + тРНК + АТФ → Асп-тРНК + АМФ + пирофосфат.

Специфичность готовой молекулы принято обозначать верхним индексом, например: Мет-тРНК^Мет.

Инициация трансляции

Синтез начинается со сборки активной рибосомы. В этом процессе участвует более 10 факторов инициации (IF). Шаги инициации:

1. Формируется преинициаторный комплекс из малой субъединицы рибосомы (40S), инициаторной Мет-тРНК^Мет, факторов IF и энергии ГТФ.
2. Комплекс присоединяется к 5'-концу («кэпу») мРНК и начинает сканирование — движется по цепи до встречи с инициирующим кодоном AUG.
3. Антикодон Мет-тРНК^Мет комплементарно узнает старт-кодон.
4. Присоединяется большая субъединица (60S), происходит гидролиз ГТФ, а белковые факторы IF удаляются.

Итог инициации — собранная 80S-рибосома с двумя сформированными активными центрами. Р-центр (пептидильный) занят инициаторной тРНК, а А-центр (аминоацильный) абсолютно свободен и готов принять следующую молекулу.

Элонгация (удлинение цепи)

Цикл элонгации многократно повторяется и состоит из трех последовательных стадий:

1. Связывание аа-тРНК. В свободный А-центр заходит новая транспортная РНК. Обязательное условие — ее антикодон должен быть комплементарен кодону мРНК. Процесс протекает при участии фактора элонгации EF1 и энергии ГТФ.
2. Образование пептидной связи. Метионин (или уже синтезированный пептид) переносится из Р-центра на аминогруппу новой аминокислоты в А-центре. Эту реакцию катализирует пептидилтрансфераза. Важно отметить, что активный центр этого фермента сформирован рибосомальной РНК большой субъединицы, то есть обладает рибозимной активностью. Образуется дипептидил-тРНК.
3. Транслокация. Рибосома сдвигается по мРНК ровно на один кодон (в направлении от 5'- к 3'-концу). Это требует фактора EF2 и гидролиза ГТФ. В результате пептидил-тРНК перемещается в Р-центр, пустая тРНК покидает рибосому, а А-центр освобождается.

Терминация трансляции

Процесс сборки полипептида завершается, когда в А-центр попадает один из стоп-кодонов: UAG, UGA или UAA.

Вместо новых тРНК со стоп-кодоном взаимодействуют специфические белковые факторы терминации — RF1 и RF3 (цифры указывают на их структурное сходство с аналогичными факторами прокариот).

Под действием пептидилтрансферазы происходит гидролитическое отщепление готовой полипептидной цепи от последней тРНК. После освобождения белка субъединицы рибосомы диссоциируют, что также сопровождается затратой молекулы ГТФ.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Структура и свойства биологического кода
• Строение транспортных РНК: акцепторный конец и антикодоновая петля
• Механизм сканирования мРНК и роль 5'-кэпа в инициации
• Рибозимная активность рРНК: механизмы катализа
• Особенности изоакцепторных тРНК

Другие темы раздела «Матричные биосинтезы»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.