Аминоацил- тРНК-cинтетаза и расшифровка кода

Матричный синтез белка. Этапы трансляции.

Синтез белка сводится не к переписыванию информации, а к переходу от одной системы информации (нуклеотидная последовательность - четырехбуквенный язык) к другой (аминокислотная последовательность - двадцатибуквенный язык). Процесс синтеза белка состоит из следующих этапов

Рекогниция или активирование аминокислот

Инициация

Элогация

Терминация

В основе передачи информации лежит биологический код - своеобразный словарь для перевода. Особенности биологического кода:

Код специфический, потому что триплеты нуклеотидов (кодоны) мРНК кодируют каждый одну аминокислоту.

Существуют 64 различных триплета, кодирующих 20 аминокислот, поэтому код называется вырожденным. Например, аминокислота серин кодируется триплетами UCU, UCC, UCA, UCG, AGC. При изменении третьего нуклеотида кодона аминокислота не изменяется

Генетический код непрерывный, неперекрывающийся и по существу универсальный - за редким исключением все организмы используют один и тот же код.

Биологический код (последовательность нуклеотидов кодона считывается от центра к периферии)

Адаптером между триплетами нуклеотидов на мРНК и соответствующими им аминокислотами служит тРНК.

Выполнение адаптерной функции становится возможным после связывания тРНК с определенной аминокислотой. 3’-конец тРНК имеет нуклеотидную последовательность CCA

Взаимное узнавание аминокислоты и тРНК происходит с помощью фермента - аминоацил- тРНК -синтетазы.

Этот фермент узнает и связывает тРНК , а затем переносит аминокислотный остаток на 3’-ОН группу концевого аденозина с образованием сложно - эфирной связи:

Общая схема активирования аминокислот.

Аминоацил-тРНК-синтетаза + аминокислота + тРНК+ ATФ …. аминоацил-

тРНК +АМФ + Н₄Р₂О₇

В одной из петель молекулы тРНК имеется триплет нуклеотидов - антикодон, комплементарный определенному кодону мРНК.

Рибосомы - это частицы, на которых происходит синтез белка.

Рибосомы прокариот имеют две субъединицы: малую - 30S субъединицу, состоящую из одной молекулы рРНК и 21 белка, и большую - 50S субъединицу, состоящую из двух молекул рРНК и 34 разных белков.

Рибосомы эукариот имеют очень похожую структуру, но несколько более крупные - 40S и 60S-субъединицы.

Малая субъединица связывается с мРНК , а тРНК соединяется с обеими субъединицами. По мере синтеза белка последовательность кодонов мРНК считывается один раз в процессе движения рибосомы вдоль матрицы.

При освобождении одной рибосомой сайта инициации мРНК, с ним может связываться другая. Одна мРНК может быть связана с несколькими рибосомами, образуя полирибосому.

Инициация. Формирование инициирующего комплекса. Комплекс состоит

из малой и большой субъединиц рибосом,

мРНК

белковых факторов инициации

формилметионин - тРНК.

Инициация запускается специфической последовательностью мРНК, содержащей кодон метионина.

Инициация трансляции у эукариот

Элонгация. Большая субъединица рибосомы несет два рядом расположенных сайта связывания тРНК аминоацильный и пептидильный.

Пептидильный остаток (или N-формилметионин на первой стадии) переносится на аминокислотный остаток тРНК, связанной с аминоацильным сайтом, образуется пептидная связь. Формирование пептидной связи катализируется ферментом - пептидилтрансферазой.

«Свободная» тРНК покидает пептидильный сайт

новая пептидил - тРНК перемещается из аминоацильного сайта в освободившийся пептидильный сайт,

рибосома продвигается по мРНК, чтобы поместить в свободный аминоацильный сайт новый кодон.

Этот этап называется транслокацией.

Этапы инициации, связывания аминоацил- тРНК и транслокации протекают с использованием энергии ГТФ.

Терминация. Элонгация цепи продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет терминального кодона (УАГ, УАА,УГА). Факторы терминации вызывают отделение «завершенного» полипептида от пептидил - тРНК в пептидильном сайте.

Посттрансляционная модификация. Полипептиды, полученные в результате биосинтеза, спонтанно скручиваются, образуя вторичную и третичную конформацию.

В клетках животных многие белки синтезируются в виде молекул-предшественников, требующих модификации для приобретения биологической активности. Например, инсулин синтезируется в виде проинсулина и представляет собой одноцепочечную молекулу. После удаления специфическими протеазами полипептидного сегмента, он преобразуется в двухцепочечную молекулу с внутри- и межцепочечными дисульфидными мостиками.

После завершения трансляции происходит присоединение простетической группы с образованием сложных белков и объединение протомеров в олигомерный белок.

Известны многие другие посттрансляционные модификации белков: ацетилирование, фосфорилирование и гликозилирование.

Может происходить модификация аминокислотных остатков, ( превращение пролина и лизина в оксипролин и оксилизин в коллагенах, иодирование тирозина в тиреоидины и т.д. )