Материал: Biokhimia_v_risunkakh

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Компоненты белоксинтезирующей системы:

 

м-РНК - генетическая матрица

- содержит линейную последовательность

кодонов, определяющих первичную структуру белков

 

набор (около 60 ) аа-т-РНК -

для чтения текста на м-РНК и как источник

 

аминокислот при сборке белка. Выполняет функцию адаптора, переводящего

запись информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот

 

АТФ, ГТФ - источники энергии

 

 

белковые факторы

инициации, элонгации, терминации

-

 

специфические внерибосомные белки, необходимые для процессов трансляции

ионы магния - стабилизируют структуру рибосом

 

рибосомы

- рибонуклеопротеиновые субклеточные структуры,

 

являющиеся местом синтеза белков

- молекулярные машины для

 

последовательного соединения аминокислот.

 

В состав рибосом входит рибосомальная РНК (рРНК ) , окруженная белками.

Рибосомы состоят из 2 неравных субъединиц. Находятся в свободном состоянии в цитоплазме или связаны с мембранами эндоплазматического ретикулума. Могут

свободно перемещаться в различные участки клетки ----> собирать белок там, где

необходимо.

5’ конец

 

старткодон

AUG

N

мРНК

N

направление

движения

рибосомы

растущий

пептид

N

белок

Рибосомы и их субъединицы классифицируют не по

массам, а в соответствии с

коэффициентами

седиметации

(S), которые определяются

ультрацентрифугированием:

 

 

Прокариотическая

Эукариотическая

рибосома

рибосома

70S

 

 

80S

50S

30S

60S

40S

5S rРНК

16S

5S rРНК

 

5.8S

18S rРНК

23S

rРНК

rРНК

rРНК

 

 

28S rРНК

 

 

 

 

34

21

не менее

не менее

50

33

молекул

белок

разных

разных

белков

 

белков

белков

 

 

N

C

стоп-кодон

 

 

UAA

 

 

UAG

 

 

UGA

60S

40S

3конец

В синтезе белка мРНК использует не одну, а несколько рибосом, в результате чего

образуются полисомы. При этом повышается эффективность использования мРНК, а

следовательно, повышается скорость синтеза

белка .

140

1. ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ

Наиболее ответственным моментом трансляции являются точное узнавание самого первого кодона, который соответствует N-концевой аминокислоте будущего белка. От этого зависит правильность установки рамки считывания. При этом оба конца мРНК имеют нетранслируемые участки.

Стартовая точка – инициирующий кодон АУГ, кодирующей метионин, т.е. каждый белок начинается с метионина. Чтобы отличить этот «начальный» метионин от других молекул метионина, которые встраиваются в белки, у клетки есть две разные по структуре тРНК с одинаковыми антикодонами (УАЦ) и только одну из них распознают IF2 (фактор инициации) и только в комплексе с ним эту met-мРНК может принять П-сайт рибосомы. (IF2 обладает ГТФ-азной активностью).

Шаги инициации

мРНК фиксируется на малой субъединице рибосомы вблизи кэпа

мет-тРНК вместе с IF2 связывается с малой субединицей рибосомы в П-сайте с участием КЭП-связывающих белков и других факторов инициации.

•упрокариот малая рибосома сразу взаимодействует с участком мРНК, содержащего АУГ или ГУГ (инициирующим), которые соответствуют N- формил мет-т-РНК.

Малая субъединица, объединенная с мет-т-РНК продвигается по м-РНК к ее 3’-концу с помощью АТФ-зависимого механизма до встречи с кодоном АУГ. По принципу комплиментарности антикодон мет-тРНК (УАЦ) связывается с кодоном АУГ (при этом расщепляется ГТФ), что служит сигналом к объединению малой субъединицы с большой (одновременно в цитоплазму вытесняются белковые факторы). Образуется комплекс: м-РНК-рибосома-метионил-т-РНК, готовый к элонгации.

40S

 

Факторы инициации у прокариот:

IF1 IF2 IF3

 

IF1 ;

 

 

IF2 – обладает ГТФ-азной активностью;

ГТФ

метионил-т-РНК IF3 – имеет максимальное сродство к

мРНК

малой субъединице.

 

 

 

 

У эукариот факторы инициации eIF1, eIF2

 

 

комплекс

мРНК

( всего описано до десяти факторов). У эукариот

ингибировать фактор инициации

eIF -2 могут

инициации

 

интерфероны – белки, которые синтезируются

 

 

 

 

в лимфоидной и других тканях, обладают

IF1

IF2 IF3

антивирусной и противоопухолевой

60S

 

активностью.

 

ГДФ

На рибосоме имеются два участка:

П-сайт или

cтимулирует

 

 

пептидильный сайт, служащий для связывания с

ГТФ-азную активность

 

фактора IF2

мРНК

удлиняющейся полипептидной цепью; А-сайт

 

 

или аминоацильный, служащий для

 

П-сайт

А-сайт

присоединения новой аа-тРНК. На стадии

инициации к П-сайту присоединяется метионил-

рибосома,

 

готовая к трансляции

тРНК, А-сайт – свободен.

141

2. ЭЛОНГАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ

Элонгация - это рост полипептидной цепи от N-конца к С-концу, ступенчатое удлинение синтезируемой полипептидной цепи, путем образования пептидных связей между аминокислотами, доставляемыми в А-сайт рибосомы транспортными РНК.

а) - связывание аа-т-РНК. В момент первого шага второй кодон на мРНК свободен. С ним спаривается своим антикодоном поступающая в рибосомы аа-тРНК, ее аминоацильный конец связывается с А-сайтом рибосомы. Участвуют белковые факторы элонгации, в частности, EF-2, который инактивируется дифтерийным токсином путем АДФ-рибозилирования.

б) –транспептидация. Происходит переброс пептидила с левой тРНК (из П-сайта) на аминогруппу аа-тРНК, таким образом формируется пептидная связь с помощью пептидилтрансферазы. Пептидилтрансферазную активность связывают с рРНК, которую считают рибозимом, т.е. РНК, обладающей каталитической активностью. В А-сайте образуется пептидил-тРНК (n+1) , П -сайт - вакантный.

в) - транслокация . Образовавшийся пептидил-тРНК переносится из А-сайта в П-сайт, благодаря продвижению рибосомы относительно мРНК. Фермент - транслоказа. Используется энергия ГТФ, т.е. участвует фактор элонгации EFG, обладающий ГТФазной активностью.

Транслирующая рибосома перемещается вдоль мРНК в направлении 3- конца на 1 кодон (триплет), т.е. идет наращивание полипептидной цепи по 1 аминокислоте в соответствии с порядком кодонов мРНК. На рибосоме одновременно может разместиться около 30 остатков аминокислот, остальные «свисают» в цитоплазму.

Энергетические затраты на синтез 1 пептидной связи: 2АТФ и 2 ГТФ

5’

ГТФ ГДФ

образование пептидной связи

Ингибиторы элонгации:

амицетин, эритромицин, пуромицин, тетрациклины.

м-РНК

образование пептидной связи

142

Во время элонгации происходит важное событие - формирование пространственной структуры полипептидной цепи, от чего в значительной степени

зависит жизнь этой молекулы.

 

Гидрофобные участки синтезируемого белка

притягиваются друг к другу,

гидрофильные - взаимодействуют с водой и ионами, вследствие этого происходит самоорганизация растущей цепи во вторичную и третичную структуры.

Иногда белок (продукт) нужно отправить через мембрану, для чего он должен быть раскручен. Для этого синтезируемая цепь взаимодействует со специфическими белками – шаперонами, которые препятствуют сворачиванию белка и поддерживают его в недосвернутом состоянии.

Шапероны- молекулы-наставницы, которые «уберегают» еще неготовый белок от «рискованных контактов» его фрагментов. Они образуют нековалентный комплекс с растущей полипептидной цепью, как бы «предостерегая» ее от ошибочных вариантов скручивания и упаковки, и обеспечивают правильное складывание полипептидной цепи (фолдинг), от чего зависит функциональная активность белка. Считают, что шапероны защищают организм от спонтанного возникновения прионовых модификаций . Известно только то, что прионовые белки отличаются от своих нормальных эквивалентов только необычной пространственной организацией при той же первичной структуре

3.ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ

Вм-РНК присутствуют терминирующие кодоны (“стоп-сигналы”) УАА,

УГА, УАГ и белковые факторы терминации. С терминирующими кодонами не может связаться ни одна т-РНК, т.к. нет соответствующих антикодонов, поэтому происходит связывание с белковыми факторами терминации.

При этом активируются рибосомные белки – пептидазы, которые гидролизуют сложноэфирную связь между синтезированным полипептидом и т-РНК. Синтезированный белок отделяется от рибосомы, освобождается т-РНК и м-РНК.

VI. Посттрансляционная модификация белков

После трансляции белки подвергаются разнообразным превращениям – химическим модификациям: удалению концевого метионина, гидроксилированию, карбоксилированию, метилированию и др.

143

Регуляция&синтеза&белка&!

Концентрация многих белков в клетке непостоянна и изменяется в зависимости от состояния клетки и внешних условий. Это происходит в результате регуляции скоростей синтеза и распада белков. Регуляция экспрессии генов может осуществляться на любой стадии на пути от гена до образования функциональноактивного белка.

Регуляция транскрипции

Транскрипция генов может подавляться или активироваться, следовательно, синтез белков может репрессироваться или индуцироваться. Оперон - это участок ДНК,

кодирующий строение, как правило, функционально связанных белков и содержащий регуляторную зону, контролирующую синтез этих белков. На рисунке приведена схема лактозного оперона:

 

промотор

оператор

 

структурные гены

 

ген-регулятор

 

 

 

 

 

 

 

 

РНК-полимераза

 

 

 

 

 

 

Z

Y

А

ДНК

 

 

 

 

 

 

ГР

П

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

транскрипция заблокирована

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м-РНК

белок-репрессор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РНК-полимераза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИНДУКТОР (лактоза)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

Y

А

ДНК

 

 

 

 

 

 

 

 

ГР

П

 

 

О

 

 

транскрипция разрешена

 

 

 

 

 

м-РНК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м-РНК

неактивный

 

ИНДУКТОР

репрессор

трансляция

 

лактаза

 

пермеаза лактозы

 

трансацетилаза

 

 

 

 

 

Lac-оперон E. coli содержит 3 гена, отвечающие за образование белков, участвующих в переносе в клетку дисахарида лактозы и в ее расщеплении.

Z - - галактозидаза (лактаза) -расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу. Y- - галактозидпермеаза - переносит лактозу через мембрану клетки.

А - тиогалактозидтрансацетилаза - ацетилирует галактозу.

144

Источник: https://studfile.net/preview/16440813/