Синтез и строение белка: трансляция, посттрансляционные изменения
Добавил пользователь Alex Обновлено: 14.12.2024
1. Основы молекулярной биологии. Биосинтез белка. Трансляция.
2. План:
1.
Рибосомный цикл биосинтеза белка
А) строение рибосомы. Полисома
Б) эпицикл трансляции: инициация,
элонгация, терминация
В) сходства и различия трансляции у про- и
эукариот.
2.
Регуляция синтеза белка на уровне
трансляции.
3.
Посттрансляционные изменения белков:
фолдинг, транспорт и деградация белков
2
3. Строение ядрышка
4. 1. Рибосомный цикл биосинтеза белка А) строение рибосомы. Полисома
Биосинтез белков:
1. Наиболее сложный из генетических процессов;
2. Наиболее энергоемкий процесс;
3. Протекает с высокой скоростью
(при 37˚ белок из 100 аминокислотных остатков синтезируется E. coli за 5 секунд)
В 2009 году В. Рамакришнан (Великобритания), Т.
Стейтс (США) и А. Йонат (Израиль) получили
Нобелевскую премию
"за исследования структуры и функции рибосомы".
Собственно трансляция осуществляется рибосомой
- белоксинтезирующей машиной
4
5. Рибозимы — катализаторы древнего мира
6. Тигроид
7. Модель рибосомы E. coli
8. Рибосома
Схематическое изображение рибосомы. Рибосома „считывает“ код и присоединяет нужную
аминокислоту к строящейся пептидной цепочке. На рисунке аминокислоты обозначены буквами: М —
метионин, R — аргинин, S — серин.
8
9. Трехмерная модель рибосомы
10. Рибосома:
1. химически - рибонуклеопротеид,
2. физически - компактная частица, диаметром около 30 нм,
3. функционально - молекулярная машина, протягивающая
вдоль себя мРНК, считывающая закодированную в мРНК
генетическую информацию и синтезирующая
полинуклеотидную цепь.
10
12. Строение рибосомы
Рибосома
Коэффициент
седиментации рибосомы
Прокариотическая рибосома
Большая субчастица
Коэффициент
седиментации рибосомы
Количество белков
70S
Малая субчастица
50S
30S
34 молекулы белков,
из них 31 разные
21 белок
Эукариотическая рибосома
Большая
субчастица
60S
80S
Малая субчастица
40S
не менее 50 разных не менее 33 разных
белков
белков
Покинув ядро клетки, РНК несет генетическую депешу к
огромному молекулярному комплексу - рибосоме.
Здесь происходит трансляция - перевод генетического
кода в структуру белковых молекул. Рибосома, двигаясь
вдоль цепочки РНК (синяя), считывает код и добавляет к
растущей молекуле белка (желтая) соответствующие
аминокислоты. Фото: SPL/EAST NEWS
12
Полирибосомы (полисомы) -
синтезирующие белок
внутриклеточные комплексы,
каждый из которых состоит из
молекулы мРНК и многих
связанных с ней рибосом.
13
14. Синтез белков молекулой РНК
15. Трансляция
16. Б) эпицикл трансляции: инициация, элонгация, терминация
Трансляция - матричный процесс,
включающий в себя определенные
стадии в определенной
последовательности.
Цикл (эпицикл) трансляции
(рибосомный цикл биосинтеза белка)
ИНИЦИАЦИЯ
ЭЛОНГАЦИЯ
ТЕРМИНАЦИЯ
16
17. Стадии трансляции
Инициация трансляции - серия молекулярных событий, происходящих с
рибосомой, которая приводит к взаимодействию рибосомы с началом
кодирующей нуклеотидной последовательности мРНК и последующему
считыванию (трансляции) этой последовательности.
У эукариот инициирующий (стартовый) кодон -
кодон аминокислоты
метионина - АУГ.
У прокариот (а также в митохондриях) к метионину
присоединяется формильная группа с образованием
формилметионина.
17
Схема, демонстрирующая участие
двух рибосомных субчастиц —
малой (желтая) и большой
(красная) — в процессе
инициации трансляции.
A и P — два участка связывания
тРНК. Цифрами обозначены
соответствующие факторы
инициации (IF2, IF3).
Инициаторная тРНК изображена в
виде зеленой фигуры с кружком
(метионином) на акцепторном
конце, мРНК показана синей
линией.
18
19. Аминокислоты
20. Стадии трансляции
Элонгация - собственно трансляция кодирующей
последовательности мРНК рибосомой. Она имеет
два аспекта: генетический (сканирование значащих
кодонов мРНК) и биохимический (синтез
полипептидной цепи).
Элонгационный цикл составляют три
последовательных шага:
связывание аминоацил-тРНК, транспептидация и
транслокация.
Схема элонгации пептида на рибосоме:
а — инициаторная аминоацил-тРНК находится в P-участке и первая элонгаторная
аминоацил-тРНК приходит в A-участок;
б — транспептидация приводит к переносу аминокислотного остатка от
инициаторной тРНК на аминоацил-тРНК в A-участке;
в — транслокация перемещает тРНК из А-участка в Р-участок, и эта тРНК увлекает
за собой связанный с ней (комплементарный) кодон мРНК. Таким образом, мРНК
оказывается сдвинутой относительно рибосомы на один триплет нуклеотидов, и в
А-участке устанавливается очередной кодон (CUG);
г — аминоацил-тРНК, комплементарная этому кодону связывается с А-участком;
д — транспептидация переносит дипептид на аминоацил-тРНК в А-участке;
е — транслокация перемещает тРНК из А-участка в Р-участок, что приводит к
сдвигу мРНК еще на один триплет. В А-участке устанавливается новый кодон
(UCU). Далее процесс продолжается по описанной выше схеме (г >> д >> е).
20
21. Стадии трансляции
Из 64 возможных кодонов мРНК три:
УАА, УАГ, УГА, являются терминирующими
или стоп-кодонами: они останавливают
трансляцию.
Терминация — узнавание терминирующего
кодона (стоп-кодона) и отделение продукта.
21
22. Стадии трансляции
Схема терминации трансляции:
а — после добавления последнего аминокислотного
остатка к растущему полипептиду, т.е. образования
последней пептидной связи в А-участке
устанавливается триплет, не кодирующий никакой
аминокислоты — кодон терминации (UAG, UAA или
UGA);
б — А-участок с кодоном терминации воспринимает
специальные белки — факторы терминации RF1 (или
RF2, RF3);
в — пептидилтрансферазный центр рибосомы под
действием факторов терминации катализирует
реакцию переноса С-конца синтезированного
полипетида от тРНК на молекулу воды: происходит
гидролиз связи между тРНК и полипептидом, и
полипептид освобождается из рибосомы в среду;
г —деацилированная тРНК освобождается из
рибосомы;
д - «пустая» рибосома легко диссоциирует на
субчастицы, причем малая субчастица может
некоторое время оставаться в лабильной ассоциации
с мРНК и скользить вдоль нее, находя следующий
кодон инициации (реинициация следующей
кодирующей последовательности в полицистронных
мРНК). Удалению деацилированной тРНК и
диссоциации рибосом может содействовать
специальный белок — фактор освобождения (RRF).
22
23. в) сходство и различия трансляции у про- и эукариот
24. 2. Регуляция синтеза белка на уровне трансляции
Основные стратегии регуляции биосинтеза белка:
Немедленное использование производимой генами иРНК
и ее быстрая де-градация (метаболически нестабильная иРНК). В
основном именно эту стратегию используют прокариоты.
2.
Наработка метаболически стабильных иРНК впрок.
Стратегия активации-неактивации типична для эукариот.
3. Подавление трансляции у животных и растений с помощью
малых некодирующих РНК-транскриптов
(miРНК - микроРНК), кодируемых специальными генами.
1.
24
Предполагаемые механизмы трансляционной репрессии, вызываемой miРНК:
a)
Конкуренция за связывание кэпа: присоединяясь к иРНК, miРНК закрывает область
кэпа, предназначенную для фактора инициации трансляции.
б) Конкуренция за большую субъединицу рибосомы: miРНК забирает на себя рибо-сомальную
60S-субъединицу, не давая ей присоединиться к собранному ранее 40S-прединициационному
комплексу.
в) Блокирование “закольцовывания” иРНК: присоединение miРНК не дает иРНК приобрести
правильную конформацию, необходимую для трансляции.
г) Репрессия на стадии элонгации трансляции: присоединение miРНК к иРНК-мишени
приводит к преждевременному отсоединению ее от рибосом.
25
26. 3. Посттрансляционные изменения белков: фолдинг, транспорт и деградация белков
Посттрансляционной модификацией белков называют изменение первичной структуры
полипептидной цепи после завершения ее синтеза рибосомами; то есть, это химические
превращения, изменяющие ковалентную структуру полипептидной цепи.
Особенности реакций пострансляционных модификаций:
• Катализируются специфическими ферментами;
• Могут происходить как во время синтеза полипептидной цепи, так и после
окончания синтеза;
• Нематричные процессы, отсюда - образование множественных форм белков;
• Некоторые реакции характерны для очень многих белков, а некоторые - для
ограниченной группы (или отдельных) белков;
• Более 5% генов в геноме в геноме человека кодируют ферменты, участвующие в
пострансляционной модификации белков.
26
27. Фолдинг белков
Что такое фолдинг?
В клетках за производство белков отвечают рибосомы, где белки собираются из отдельных аминокислот в
соответствии с последовательностью, считываемой из ДНК.
Результатом работы такого биологического конвейера являются длинные молекулы — «заготовки» для
белков. И хотя геном сегодня расшифрован, то есть, известна первичная структура некоторого количества
белков, в том числе — человека, даже в этом случае невозможно судить о его функциях. Последние
проявляются только после того, как длинная цепочка аминокислот свернется и примет необходимую форму.
Из миллионов потенциально возможных пространственных комбинаций белок принимает однуединственную заранее известную форму. Этот процесс и называется фолдингом.
Таким образом, в организме образуются готовые к работе
гемоглобин, инсулин и др.
Процесс сворачивания может проходить в
несколько стадий длительностью от нескольких
секунд до нескольких минут. В последней фазе
протеин из «предварительного состояния»
мгновенно принимает окончательную форму.
Именно эта фаза продолжительностью
несколько десятков микросекунд
представляет собой сложнейшую проблему
для моделирования.
27
28. Факторы и ферменты фолдинга
Факторами фолдинга являются молекулярные шапероны и шаперонины .
(шапероны (дуэньи) — дамы пожилого возраста, сопровождающие девушку на балах)
Шаперон — белковая машина,
помогающая другим белкам
приобрести правильную
пространственную конформацию.
белок - GroEL
28
29. Шапероны
30. Шаперонины
31. Структура шаперонина TRiC
32. Убиквитин
• олекулы убик
Молекулы убиквитина (оранжевые и розовые) присоединены к белку Src (голубой), направляя его к
деградации
32
Особенности синтеза белка: биосинтез белка в цитоплазме, аминоацилсинтетазы, инициирующий комплекс
Больше половины сухой массы клетки составляют белки. Соответственно, синтез белков имеет большое значение для обеспечения жизнедеятельности клеточных структур и их функций, а также для роста и специализации клеток.
У эукариот процесс биосинтеза белков начинается в ядре, а продолжается и завершается — в цитоплазме. Процесс биосинтеза состоит из 2 этапов:
- транскрипции, под которой имеют в виду перенос генетической информации с ДНК на мРНК;
- трансляции, за которой скрывается преобразование триплетного нуклеотидного кода в аминокислотную последовательность.
Чтобы клетка нормально функционировала, важна регуляция экспрессии генов. Благодаря ей можно легко разобраться в последовательности и механизме функционирования клетки как единого целого.
Что такое биосинтез белка?
Синтез белка — это непростой процесс синтеза и созревания белков, регуляция которого осуществляется при помощи большого количества ферментов.
Биосинтез белка основан на синтезе полипептидных связей из аминокислот, который происходит на рибосомах при участии молекул мРНК и тРНК (трансляция), а также на посттрансляционных модификациях полипептидных цепей. Этот процесс невозможен без участия ионов-активаторов и энергии.
Весь процесс биосинтеза белка условно включает следующие этапы:
- процесс выхода зрелой мРНК из ядра в цитоплазму;
- момент активации аминокислот;
- формирование инициирующего комплекса при участии мРНК и рибосомы, инициация полипептидной цепи;
- элонгацию или построение полипептидной последовательности;
- терминацию или завершение синтеза полипептидной цепи в виде первичной структуры;
- процессинг или образование вторичной и третичной белковых структур.
Под активацией аминокислот понимают присоединение карбоксильной группы аминокислоты к 3г-концу соответствующей тРНК.
Происходит присоединение аминокислоты к такой тРНК (ее антикодон комплементарен генетическому коду). Процесс основан на затратах энергии.
Аминоацилсинтетазы
Описанная выше реакция катализируется группой ферментов — они называются аминоацилсинтетазы. Каждая аминокислота имеет свой фермент. Образованное соединение получает название по названию соответствующей аминокислоты, к которому добавляется окончание —ил.
К примеру, комплекс между аминокислотой метионином и метиониновой тРНК — это метионил-тРНК. Комплекс между лизином и лизиновой тРНК — это лизил-тРНК и т. п.
Начало синтеза белка обеспечивается инициирующим комплексом. Этот комплекс у эукариотов формируется в цитоплазме либо на поверхности шероховатого эндоплазматического ретикулума. Происходит это в результате соединения в одну систему мРНК, рибосомы и аминоацил-тРНК.
Что касается прокариот, то у них этот комплекс формируется исключительно в цитоплазме.
В инициирующий комплекс входят стартовая аминоацил-тРНК, рибосома и зрелая мРНК. Образование пептидной цепи начинается с первой (стартовой) аминоацил-тРНК. Она присоединяется к стартовой колонне мРНК. Стартовый кодон у прокариот и эукариот не различаются — это AUG. Этот кодон соответствует аминокислоте метионина. При этом, стартовая аминоацил-тРНК, присущая только эукариотам — метионин-тРНК.
У прокариот стартовой аминоацил-тРНК выступает особая формилметионил-тРНК, которая образуется при помощи нестандартной аминокислоты, а именно — формил-метионином.
Рибосомы представляют собой клеточные структуры, которые образуются при помощи большой и малой субъединиц. У них отсутствуют оболочки. Рибосомы состоят из белка и рРНК. Наблюдается схожесть в строении рибосом прокариот и эукариот. У каждой из них есть два специальных участка: А-участок и Р-участок.
Процесс формирования инициирующего комплекса
На примере прокариотической клетки проще всего рассмотреть формирование инициирующего комплекса. Весь процесс — это определенные последовательные действия:
- присоединение формилмет-тРНК к Р-участку малой субъединицы рибосомы;
- П\присоединение Р-участка малой субъединицы рибосомы к инициирующей части мРНК. Она расположена на 5 х-конце. Расстояние от начала молекулы составляет минимум 25 нуклеотидов;
- присоединение большой субъединицы. Это заключительный этап.
Окончательное формирование инициирующего комплекса дает начало синтезу полипептидной цепи — процессу элонгации.
Следующая аминоацил-тРНК определяется с помощью принципа комплементарности между кодоном и антикодоном. Происходит ее присоединение к А-участку рибосомы.
Пептидная связь между аминогруппой первой аминокислоты и карбоксильной группой второй аминокислоты формируется под влиянием фермента пептидилтрансферазы.
Важно отметить, что у пептидилтрансферазы есть одна важная особенность — фиксация на рибосоме. Другими словами, этот фермент постоянно прикреплен к месту своей работы.
Далее идет процесс транслокации — он происходит в случае правильного присоединения аминоацил-тРНК и образования пептидной связи.
Под транслокацией понимают смещение инициирующего комплекса на 3 нуклеотида вдоль молекулы мРНК.
Различные белки берут начало из разных аминокислот. Такое утверждение выглядит спорным на фоне того, что начальная аминоацил-тРНК всегда формилметионинова или метионинова. Решение заключается в следующем: инициирующая аминоацил-тРНК (формилметионинова) не формирует пептидную связь с последующей аминокислотой. Это говорит о том, что первая транслокация рибосомы осуществляется не в соответствии с правилами. Условно его можно обозначить как «холостой ход».
Считывание информации с мРНК происходит в направлении 5г-3г, а рост полипептидной цепи — в направлении N-C.
Терминация — завершающий процесс биосинтеза. Она осуществляется при наблюдении на мРНК одного из трех стоп-кодонов: UAA, UAG, UGA.
Процессинг — это процесс созревания полипептидной цепи.
Суть его в том, что происходит образование третичной конформации молекулы. В ходе процессинга могут наблюдаться изъятия определенных аминокислотных последовательностей. Процессинг в сложных белках подразумевает присоединение небелковых групп и т. п.
Биосинтез белка — один из самых сложных процессов, происходящих в клетке. Далеко не все детали этого процесса известны и изучены учеными. Больше всего исследован биосинтез белка прокариотических организмов E coli, но тоже не полностью. Поэтому приведенная выше информация является схематичной.
Биосинтез белка и генетический код: транскрипция и трансляция белка
Биосинтез белка — это ферментативный процесс синтеза белков в клетке, в котором принимают участие три структурных элемента клетки: ядро, цитоплазма и рибосомы.
Молекулы ДНК в ядре клетки сохраняют информацию обо всех белках, синтезирующихся в этой клетке. Эта информация находится в зашифрованном виде — шифруется 4-буквенным кодом.
Генетический код представляет собой последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющей последовательность аминокислот в молекуле белка.
Генетический код обладает следующими свойствами:
- он триплетный. У каждой аминокислоты есть свой кодовый триплет или кодон, в состав которого входят три нуклеотида, расположенные рядом.
К примеру, такая кислота как цистеин кодируется при помощи триплета А-Ц-А. В отношении валина — это Ц-А-А.
- код не перекрывается. Это значит, что в составе двух соседних триплетов нет того же нуклеотида.
- вырожденный код. Имеется в виду, что какая-либо аминокислота кодируется при помощи нескольких триплетов.
Если взять аминокислоту тирозин, то она кодируется при помощи двух триплетов.
- в коде не содержатся запятые, выполняющие функцию разделительных знаков, поэтому информация считывается тройками нуклеотидов.
УАГ, УАА, УГА — три несодержательных кодона, не кодирующие аминокислоты. Предполагается, что они выступают в качестве стоп-сигналов, благодаря которым происходит разделение генов в молекуле ДНК.
Ген — участок молекулы ДНК, для которого свойственна определенная последовательность нуклеотидов. Ген определяет синтез одной полипептидной цепи.
- универсальность кода. Он един для всех живых организмов, включая бактерий и человека. Все организмы содержат одинаковые 20 аминокислот, кодируемые одними и теми же триплетами.
Этапы биосинтеза белка: транскрипция и трансляция
Транскрипция белка
Этапы биосинтеза белка основаны на двух процессах: транскрипции и трансляции.
Самый популярный вопрос в рамках этой темы — где происходит синтез белка. И только потом разбираются с этапами синтеза белка (и схемой биосинтеза белка).
Любая белковая молекула имеет структуру, закодированную в ДНК. В ее синтезе эта ДНК не принимает непосредственного участия. Роль белковой молекулы — роль матрицы для синтеза РНК.
Далее охарактеризуем функции различных видов РНК в биосинтезе белка.
Где и как происходит биосинтез белка? Синтез белка происходит в, а точнее, синтез белка происходит на рибосомах — в основном они размещаются в цитоплазме. Поэтому, чтобы генетическая информация из ДНК передалась к месту, где белок синтезируется, необходим посредник.
Роль такого посредника играет иРНК.
Первый этап биосинтеза белка — транскрипция.
Транскрипция (переписывание) — процесс синтеза молекулы иРНК на одной цепи молекулы ДНК, в основе которого лежит принцип комплементарности.
Биосинтез белка происходит в рибосомах — с этим мы разобрались.
Где происходит транскрипция? Этот процесс осуществляется в ядре клетки.
Транскрипция происходит в одно и то же время не на всей молекуле ДНК — для этого достаточно одного небольшого участка, отвечающего за определенный ген. Часть двойной спирали ДНК раскручивается, и короткий участок одной из цепей оголяется. Роль матрицы в синтезе молекул иРНК выполняет этот же участок.
Далее в дело вступает фермент РНК-полимераза, который движется вдоль этой цепи. Он соединяет нуклеотиды в цепь иРНК, тем самым удлиняя ее.
Процесс транскрипции осуществляется одновременно на нескольких генах одной хромосомы и на генах разных хромосом.
иРНК, образованная в результате, имеет последовательность нуклеотидов — точную копию последовательности нуклеотидов на матрице.
Если молекула ДНК содержит азотистое основание цитозин, то иРНК — гуанин и наоборот. Комплементарная пара ДНК — аденин-тимин, РНК — аденин-урацил.
тРНК и рРНК (другие типы РНК) синтезируются на специальных генах.
Специальные триплеты строго фиксируют начало и конец синтеза всех типов РНК на матрице ДНК. Они же осуществляют контроль запуска и остановку синтеза (инициирующие и терминальные). Между генами они играют роль «разделительных знаков».
Аминокислоты соединяются с тРНК в цитоплазме. По своей форме молекула тРНК — лист клевера. Вверху этого листа находится антикодон: триплет нуклеотидов, отвечающий за кодировку аминокислоты (ее эта тРНК и переносит).
Количество тРНК определяется количеством аминокислот.
Так как много аминокислот кодируется при помощи нескольких триплетов, то количество тРНК превышает 20. Сегодня известно примерно 60 тРНК.
Ферменты — связующее звено между аминокислотами и тРНК. С помощью молекул тРНК осуществляется транспортировка аминокислот к рибосомам.
Кратко о трансляции в биологии
Что такое трансляция в биологии и как связан с трансляцией биосинтез белка?
В биологии трансляция — это процесс реализации информации о структуре белка, представленной в иРНК последовательностью нуклеотидов, как последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка.
Как и где происходит биосинтез белка в рамках трансляции и какова схема синтеза белка?
Первый этап трансляции белка — присоединение иРНК к рибосоме. Далее трансляция в биологии — это нанизывание первой рибосомы, синтезирующей белок, на иРНК. Далее трансляция синтеза белка основывается на нанизывании новой рибосомы — по мере того, как предыдущая рибосома продвигается на конец иРНК, который освобождается.
Одна иРНК может одновременно вмещать свыше 80 рибосом, синтезирующих один и тот же белок.
Полирибосома или полисома — группа рибосом, соединенных с одной иРНК,
Информация, записанная на иРНК (а не рибосома), определяет вид синтезируемого белка. Разные белки могут синтезироваться одной и той же рибосомой. Рибосома отделяется от иРНК после того, как синтез белка завершается. Заключительный этап трансляции — это синтез белка или его поступление в эндоплазматическую сеть.
Рибосома включает две субъединицы: малую и большую. Присоединение молекулы иРНК происходит к малой субъединице. Место, в котором рибосома и иРНК контактируют, содержит 6 нуклеотидов (2 триплета). Из цитоплазмы к одному из триплетов постоянно подходят тРНК с различными аминокислотами. Своим антикодоном они касаются кодона иРНК. В случае комплементарности кодона и антикодона, возникает пептидная связь: она образуется между аминокислотой уже синтезированной части белка и аминокислотой, доставляемой тРНК.
Фермент синтетазы участвует в соединении аминокислот в молекулу белка. После отдачи аминокислоты молекула тРНК переходит в цитоплазму, в результате чего рибосома перемещается на один триплет нуклеотидов. Таким образом, происходит последовательный синтез полипептидной цепи. Этот процесс длится до момента достижения рибосомой одного из трех терминирующих кодонов: УАА, УАГ или УГА. Как только это происходит, синтез белка останавливается.
Последовательность того, как аминокислоты включаются в цепь белка, определяется последовательностью кодонов иРНК. В каналы эндоплазматического ретикулюма поступают синтезированные белки. Синтез одной молекулы белка в клетке происходит в течение 1-2 минут.
Схема синтеза белка выглядит следующим образом:
Из схемы биосинтеза белка выше вы можете понять, на чем осуществляется синтез белков, как происходит биосинтез белка, и что кроется за трансляцией и транскрипцией.
Также предлагаем изучить таблицу биосинтеза белка. Здесь описано, как осуществляется синтез белков в клетке, описываются кратко транскрипция и трансляция (этапы синтеза белка).
Таблица биосинтеза белка:
Из таблицы становится ясно, как проходит синтез белка, какие основные этапы синтеза белка, какова роль транскрипции в биосинтезе белка, где происходит синтез белков (место), а также кратко описаны стадии биосинтеза белка.
Таким образом мы охарактеризовали функции различных видов РНК в биосинтезе белков. На примере трансляции и транскрипции мы рассмотрели основные этапы биосинтеза белка.
Биосинтез белка. Эпицикл трансляции: инициация, элонгация, терминация
Фаза инициации, или начало синтеза пептида, заключается в объединении двух находящихся до этого порознь в цитоплазме субчастиц рибосомы на определенном участке мРНК и присоединении к ней первой аминоацил-тРНК. Этим задается также рамка считывания информации, заключенной в мРНК.
В молекуле любой мРНК вблизи ее 5'-конца имеется участок, комплементарный рРНК малой субчастицы рибосомы и специфически узнаваемый ею. Рядом с ним располагается инициирующий стартовый кодон АУТ, шифрующий аминокислоту метионин. Малая субчастица рибосомы соединяется с мРНК таким образом, что стартовый кодон АУТ располагается в области, соответствующей П-участку. При этом только инициирующая тРНК, несущая метионин, способна занять место в недостроенном П-участке малой субчастицы и комплементарно соединиться со стартовым кодоном. После описанного события происходит объединение большой и малой субчастиц рибосомы с образованием ее пептидильного и аминоацильного участков.
К концу фазы инициации П-участок занят аминоацил-тРНК, связанной с метионином, тогда как в А-участке рибосомы располагается следующий за стартовым кодон.
Описанные процессы инициации трансляции катализируются особыми белками — факторами инициации, которые подвижно связаны с малой субчастицей рибосомы. По завершении фазы инициации и образования комплекса рибосома — мРНК — инициирующая аминоацил-тРНК эти факторы отделяются от рибосомы.
Фаза элонгации, или удлинения пептида, включает в себя все реакции от момента образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты. Она представляет собой циклически повторяющиеся события, при которых происходит специфическое узнавание аминоацил-тРНК очередного кодона, находящегося в А-участке, комплементарное взаимодействие между антикодоном и кодоном.
Благодаря особенностям трехмерной организации тРНК. (см. разд. 3.4.3.1) при соединении ее антикодона с кодоном мРНК. транспортируемая ею аминокислота располагается в А-участке, поблизости от ранее включенной аминокислоты, находящейся в П-участке. Между двумя аминокислотами образуется пептидная связь, катализуемая особыми белками, входящими в состав рибосомы. В результате предыдущая аминокислота теряет связь со своей тРНК и присоединяется к аминоацил-тРНК, расположенной в А-участке. Находящаяся в этот момент в П-участке тРНК высвобождается и уходит в цитоплазму (рис. 3.33).
Перемещение тРНК, нагруженной пептидной цепочкой, из А-участка в П-участок сопровождается продвижением рибосомы по мРНК на шаг, соответствующий одному кодону. Теперь следующий кодон приходит в контакт с А-участком, где он будет специфически «опознан» соответствующей аминоацил-тРНК, которая разместит здесь свою аминокислоту. Такая последовательность событий повторяется до тех пор, пока в А-участок рибосомы не поступит кодон-терминатор, для которого не существует соответствующей тРНК.
Сборка пептидной цепи осуществляется с достаточно большой скоростью, зависящей от температуры. У бактерий при 37 °С она выражается в добавлении к подипептиду от 12 до 17 аминокислот в 1 с. В эукариотических клетках эта скорость ниже и выражается в добавлении двух аминокислот в 1 с.
Фаза терминации, или завершения синтеза полипептида, связана с узнаванием специфическим рибосомным белком одного из терминирующих кодонов (УАА, УАГ или У ГА), когда тот входит в зону А-участка рибосомы. При этом к последней аминокислоте в пептидной цепи присоединяется вода, и ее карбоксильный конец отделяется от тРНК. В результате завершенная пептидная цепь теряет связь с рибосомой, которая распадается на две субчастицы
Биосинтез белка. Трансляция. Регуляция трансляции.
Синтез белка- один из основных процесов метаболизма в клетке.Это матричный синтез.Для синтеза белка необходимы: ДНК иРНК, тРНК, рРНК, аминокислоты, ферменты, ионы магния, энергия АТФ. Основная роль в определении структуры белка принадлежит ДНК. Синтез белка осуществляется в цитоплазме на рибосомах где иРНК служит матрицей.Перевод последовательности триплетов нуклеотидов в молекуле иРК в спицефическую последовательность аминокислот называют трансляцией. Синтезированная иРНК выходит через поры в ядерные оболочки в цитоплазму клетки, объединятся с рибосомами, образуя полирибосомы (полисомы). Каждая рибосома состоит из 2 субъединиц, большой и малой. иРНК присоединяется к малой субъединице в присутствии ионов магния. В цитоплазме находятся тРНК, каждая аминокислота имеет свою тРНК.У молекулы тРНК имеется антикодон, который комплементарен триплету нуклеотидов на информационной РНК.
Трансляция- перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот синтезируемого белка.
3 этапа: 1)инициация- соединение иРНК и 2 субъединиц рибосом. Синтез белка начинается с присоединения к иРНК инициатерной тРНК с аминокислотой. В иРНК находится старт-кодон, с него начинается синтез белка. Последовательно объединяются мРНК, малая субъединица рибосомы, первая тРНК со своей аминокислотой, специальные ферменты(факторы инициации) и большая субъединица рибосомы. 2)элонгация. Стадия роста полипептидной цепи. 3) Терминация- завершение синтеза белковой молекулы. В клетке не существует тРНК с антикодонами, комплементарными триплетам терминации. К рибосоме присоединяется специальный фактор терминации, который способствует разъединению субъединиц рибосомы и освобождение синтезированной молекулы ДНК.Живые клетки используют несколько различных способов или путей такой регуляции, но практически во всех случаях она осуществляется через регуляцию инициации трансляции. Это означает, что регуляторные механизмы трансляции направлены на то, чтобы разрешить или не разрешить инициацию трансляции данной мРНК, и если разрешить, то с какой эффективностью (скоростью инициации). Существуют три основных способа, как регулировать трансляцию. Первый способ - позитивная регуляция на основе сродства мРНК к инициирующей рибосоме и факторам инициации (дискриминация мРНК). Второй способ - негативная регуляция с помощью белков-репрессоров, которые, связываясь с мРНК, блокируют инициацию (трансляционная репрессия). Этими двумя способами регулируются индивидуальные мРНК, то есть трансляция каждой мРНК может специфически контролироваться независимо от других мРНК клетки. Третий способ - тотальная регуляция трансляции всей совокупности мРНК клетки посредством модификации факторов инициации.
Рекомендуем для прочтения:
Анализ и синтез Анализ (от греч. analysis — разложение, расчленение) — в научном исследовании процедура мысленного разделения объекта.
ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ ЛИЧНОСТИ Проблема личности и ее развития имеет различные аспекты, поэтому рассматривается разными науками.
Понятие и виды экстремальных ситуаций Экстремальная ситуация - это сочетание условий и обстоятельств.
Причины и этапы возвышения Московского княжества в конце 13-15 веков Создание московского государства начинается процессом объединения русских земель.
Технологический процесс на предприятиях общественного питания XАРАКТЕРИСТИКА ТЕXHОЛОГИЧЕСКОРГО ПРОЦЕССА. В общественном питании разделяют три формы организации производства.
Читайте также: