Стадии синтеза белка - ПОТОК ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ - БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Исходным пунктом системы потока информации является ДНК, которая имеет линейную структуру, и потому заключенная в ней информация также является линейной. Кульминацией потока информации является синтез белков (каталитических или структурных). Химические же свойства белков определяет переход от линейной информации к трехмерной. В рассматриваемом потоке происходит перенос информации с ДНК на белок. В этом потоке информации можно выделить два этапа.

1. Транскрипция — ДНК передает закодированную в ней последовательность аминокислот информационной или матричной РНК посредством однонаправленного механизма, основанного на принципе комплементарности между азотистыми основаниями нуклеиновых кислот.

2. Трансляция, состоящая в преобразовании линейного четырехбуквенного кода нуклеиновой кислоты в линейный же двадцатибуквенный белковый код. Двадцатибуквенное линейное сообщение принимает затем трехмерную конфигурацию, уникальную для каждого белка.

Белок-синтезирующая система включает в себя:

информационную РНК (иРНК) в качестве главного компонента системы;

набор из 20 аминокислот, входящих в состав молекулы белка;

минимум 20 разных транспортных РНК (тРНК), играющих роль связующих звеньев между триплетным кодом, содержащимся в иРНК, и аминокислотной последовательностью полипептидной цепи;

набор минимум 20 различных ферментов — аминоацил- тРНК-синтетаз, обладающих двойной специфичностью, т. е. “узнающих” только одну какую-либо аминокислоту и одну тРНК;

рибосомы (точнее полисомы, состоящие из 4 — 12 монорибосом с присоединенной к ним иРНК);

АТФ- и АМФ-генерирующую систему ферментов;

ГТФ, принимающую специфическое участие в инициации и элонгации синтеза белка в рибосомах;

цитоплазматические факторы инициации, элонгации, терминации; ионы магния.

Стадии синтеза белка

1. Стадия активации аминокислот. Активация осуществляется с помощью специфических ферментов аминоацил- тРНК-синтетаз в присутствии АТФ.

2. Стадия присоединения к тРНК активированной аминокислоты. Аминокислота присоединяется к концевому 3-ОН- гидроксилу аденилойой кислоты, которая вместе с двумя остатками цитидиловой кислоты образует концевой триплет (ЦЦА), являющийся постоянным для всех транспортных РНК. Реакции аминокислот с тРНК нуждаются в энергии (используется АТФ) и катализируются аминоацил-тРНК- синтетазами. Отличаются тРНК друг от друга тем, что в одной из петель молекулы тРНК имеется триплет нуклеотидов, комплементарный строго определенному кодону иРНК. Такой триплет называется антикодоном, т. е. одна тРНК от другой тРНК отличается своими антикодонами.

3. Стадия инициации. Синтез белка начинается с образования инициирующего комплекса. Поступившая из ядра в цитоплазму иРНК соединяется с малой субъединицей рибосомы. Первый кодон у всех иРНК несет информацию об аминокислоте метионине. Взаимодействуя с соответствующим антикодоном, тРНК-мет, именуемая инициаторной тРНК, формирует комплекс, который обеспечивает связь малой субъедининицы рибосомы с большой. Большая субъединица имеет два участка: пептидильный, связанный с удлиняющейся цепью полипептида, а второй, аминоацильный, присоединяющий новую аминоацил- тРНК. После того как связывание субъединиц произошло с образованием функционально активной рибосомы, белковые факторы инициации и продукты гидролиза ГТФ и тРНК-мет из аминоацильного центра переходят в пептидильный центр рибосомы. Освободившийся при этом аминоацильный центр может реагировать с определенной аминоацил-тРНК в строгом соответствии с очередным кодоном иРНК (рис. 1.20).

Рис. 1.20. Схема образования целой рибосомы (инициация биосинтеза): 1— малая субъединица рибосомы; 2 — тРНК; 3 — матричная РНК (или иРНК); 4 — большая субъединица рибосомы; 5 — пептидильный центр; 6 — аминоацильный центр

4. Стадия элонгации. В процессе элонгации так же, как и в процессе инициации, участвует несколько факторов и энергия. Группа факторов элонгации доставляет аминоацил-тРНК и аминоацильный участок рибосомы. Затем рибосомный фермент — пептидилтрансфераза переносит (транслирует) аминокислоту (первая аминокислота метионин) из пептидильного центра в аминоацильный, и образуется первая пептидная связь между аминокислотами. При этом получается дипептидил-тРНК, связанная с первым кодоном иРНК (после инициирующего). После этого под действием факторов элонгации происходит перемещение рибосомы относительно иРНК, и дниептидил-тРНК оказывается в области пептидильного центра рибосомы, по-прежнему связанная с первым кодоном и РНК. При перемещении тРНК-мет освобождается из рибосомы.

Дальнейшее удлинение пептидной цепи происходит путем повторения предыдущих фаз — к аминоацильному центру присоединяется аминоацил-тРНК, соответствующая второму кодону иРНК, затем из пептидильного центра аминокислоты транслируются в аминоацильный центр, и образуется вторая пептидная связь (получается трипептид)

и т. д. (рис. 1.21). Таким образом, в стадии элонгации происходит последовательное наращивание полипептидной цепи по одной аминокислоте в строгом соответствии с порядком кодонов в молекуле иРНК.

Рис. 1.21. Циклический процесс образования пептидной связи (элонгация биосинтеза)

5. Стадия терминации. Удлинение полипептидной цепи продолжается до тех пор, пока на пути рибосомы не встретится один из терминирующих (бессмысленных) триплетов РНК (УАА, ЦАГ, УГА). В области этих триплетов под действием факторов терминации (внерибосомные белки) происходит гидролитическое расщепление связи между пептидом и последней тРНК, и освобождается готовый белок.

6. Конформационная стадия. Биосинтез белка заканчивается формированием соответствующей структуры белка — первичной, вторичной, третичной или четвертичной.