ТРАНСЛЯЦИЯ. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

Трансляция - перевод информации, зашифрованных в виде нуклеотидных последовательностей мРНК (экспрессия именно генов, а не белков) в последовательность аминокислотных остатков, которые формируют полипептидную цепочку - основу любого белка.

Синтезированная и подготовленная соответствующим образом мРНК переносится из ядра в цитоплазму, потому что трансляция идёт в цитоплазме. Поэтому, она названиям мРНК, иногда ее называют иРНК т.е информационная РНК. И вот эта готовая к выходу матричная рнк, поскольку просто так выйти не может, она должна провзаимодействовать с белками ядерного экспорта, которые ее собранно вынесут из ядра. Кроме того, она несёт в себе белки, которые называются hnRNP (heterogeneous nuclear RNA). (Прим: это большое семейство РНК-связывающих белков RBPv(RNA binding proteins), которые вносят вклад в множество процессов связанных с метаболизмом нуклеиновых кислот (альтернативный сплайсинг, стабилизация мРНК, регуляция транскрипции и трансляции). Данный комплекс образуется тогда, когда идёт синтез мРНК.

На фото в пункте 2 можно заметить готовую информационную РНК, у которой CAP на 5’ конце, Поли-А хвост (полиадениловый) и кусочек интрона, вырезаемый из сплайсосомы.

И вот в пункте 3, мы видим белок готовый к выходу, на котором сконцентрировано большое количество hnRNP белков. Самая основная функция данных белков - это маркирование зрелых РНК. Поскольку данное семейство включает в себя самые разнообразные белки, присутствие определённых белков hnRNP на незрелой РНК, наоборот, удерживает ее. Что значит незрелая РНК? Она ещё не процессирована,ещё не отрезаны интроны и не модифицированы кончики. Ни в коем случае нельзя позволить, чтобы она в таком виде вышла из ядра раньше времени. А как только белок процессирует, белки hnRNP слезают с неё и остаются в ядре.

Возможный механизм экспорта мРНК из ядра в цитоплазму:

SR белки указные на схеме на 2 фото (фиолетовые кружочки) - это белки обогащённые серином и аргинином, которые маркируют места сплайсинга.

CBC - cap binding complex - защищает РНК от деградации и способствует экспорту из ядра.

EJC - exon junction complex - (белки, которые садятся на место, где произошло сшивание экзотоксинов) - белки маркирующие места где прошёл сплайсинг. Данные белки также предотвращают фоллинг белка, образование шпилечных участков, ровно как белки SPB. Так же данные белки связаны крепко с аппаратом сплайсинга и задействованы в контроле транспорта РНК - кому можно выйти, а кому нет.

Кроме матричной РНК в процессе трансляции принимает участие некодирующая, структурная рРНК - рибосомальная РНК и адаптерное РНК - тРНК. И поскольку, биосинтез белка - это не только трансляция, но и сворачивание белков, процессинг, все виды постранслицонных белков имеют отношение к ее биосинтезу. Сейчас мы говорим о процессе, который идёт в цитозоле на свободных рибосомах.

Что такое рибосомы? На 3 фото представлено кристаллическая структура рибосом и показаны белки малой и большой субъединиц рибосом. Серым цветом - РНК, желтым - белки.

Рибосомы - структуры, молекулярные машины, которые участвуют в самом процессе трансляции и состоят из белков и рРНК, и катализируют соединение аминокислот, направляемое мРНК. Они, собственно, выполняют функцию переписывания информации. мРНК образуется в ядрышке. И сначала рРНК синтезируется в виде 45S субъединицы, которые далее подвергается процессингу и формирует большую и малую субъединицу. А прерибосомные частицы формируются в ядре и доставляются в цитоплазму по отдельности. Транспорт риьосомных частиц идёт при помощи всех тех же белков-экспортинов, которые делают это и для белков.

Зачем же рибосоме 2 субъединицы и зачем они нужны, как они образованы?

На 4 фото мы можем заметить прекрасную иллюстрацию состава субъединиц рибосом.

Итак, малая субъединица служит для сочетания тРНК с колоном мРНК (т.е отвечает за генетическую функцию).

Большая субъединица канализирует формирование пептидной связи (т.е выполняет энзиматическую функцию), которая привязывает аминокислоту к цепочке. Напоминаем, что у прокариот рибосома имеет коэффициент седиментации 30S + 50S = 70S (единица Свэдберга), а у эукариот - 80S (60S+40S).

Фото 5: каждая рибосома имеет один (!) сайт связывания для мРНК и три сайта связывания для тРНК - А-сайт(аа-тРНК)- акцепторный сайт для аминоацил-тРНК, P-сайт (пептидил-тРНК) и Е-сайт (для выхода). Сайты связывания обозначены красным, коричневым и фиолетовыми цветами. Структура повёрнута на 90 градусов. Можно сделать вывод, что малая субъединица имеет возможность связываться с тРНК и с мРНК. А большая субъединица только с тРНК, а ещё у неё есть канал, через который выходит продукт. А продукт - это что? Полипептидная цепь.

А-сайт от слова акцептор, туда будут присоединятся аминоацил-остатки.

Р-сайт - от слова пептид или пептидил, к нему будет присоединятся растущий полипептид

Е- сайт - Е - это exit. т.е отсюда совободная тРНК будет выходить.

Общие принципы функционирования рибосом:

1. Рибосома представляет собой:

(а) декодирующее устройство (генетическая функция) т.к считывает информацию записанную на мРНК

(б) пептидил-трансферазу (энзиматическая функция) т.е образовывает связи между аминокислотами, а дальше образуется амидопептид, дальше пептидная цепочка и каждый раз добавление новой аминокислоты будет происходить за счёт активности фермента пептидил-трансферазы, которая как раз находится на большой субъединице рибосомы.

(в) транспортёр-молекулярную машину (функция транслокации). Для того, чтобы вышеперечисленную функцию выполнять, рибосома должна перемещаться по мРНК, ведь ее никто не тащит. На самом деле, есть белки, которые умеют протаскивать, но не нуклеиновые кислоты, а белки (о них говорилось выше). Это нам говорит о том, что рибосома должна быть такой транспортной молекулярной машиной т.е функция транслокации ещё должна быть

2. Малая субъединицы служит для сочетания тРНК с кодоном мРНК (генетическая функция), в то время как большая свбъелиница канализирует формирование пептидной связи (энзиматическая функция), которая привязывает аминокислоту к цепочке.

3. Двигательная функция (транслокация) требует двух ассоциированных субъединиц. Кстати, данная функция до сих пор остаётся загадкой для биологов т.е известно какие белки в нем участвует, но сам механизм ещё не полностью разгадан.

ТРАНСПОРТНАЯ РНК - класс некодирующих РНК, участвующие в биосинтезе белка. (Фото 6)

Обнаружено несколько сотен генов, кодирующие тРНК. Транскрипция идёт при участии РНК-полимеразы третьей. Сначала образуется премРНК, которое в ядре подвергается модификациям. Она может сплайсироваться, но (!) не сплайсасомами, а тРНК-эндонуклеазами. Сплайсасомы - они только для мРНК.

Структура тРНК: она похожа на листочек клевера ? на рисунках приведённых в учебниках, а в реальности напоминает круассан или рогалик (рисунок 7) и состоит примерно из 66 нуклеотидов, которое в результате складывания формирует 4 связи, так называемые stams. И три петли основные: D loop, T loop и антикодоновое. Часть приведённая на рисунке 6 зелёным цветом на верхушке, attached amino acid ACC (Phe) (данный тип тРНК для аминокислоты фенилаланина), добавляется во время процессинга, добавляется потом и не входит в состав гена.

тРНК является посредником/адаптером между мРНК, рибосомой и полипептидной цепочкой.

Декодирующий триплет нуклеотидов (антикодон) предназначен для комплементарного взаимодействия с кодирующим триплетом (кодоном) на мРНК. Сайт связывания с аминокислотой располагается на акцепторном участке и участвует в синтезе полипептидной цепи на рибосоме.

Прикрепление аминокислот на акцепторный участок тРНК осуществляет фермент аминоацил-тРНК-синтетаза (amynoacyl-tRNA (aa-tRNA) synthetase).

Синтетаза катализирует двухступенчатую реакцию, которая ковалентно привязывает аминокислоту только к своей тРНК

Двадцать разных аминоацил-тРНК синтетаз связывают аминокислоты с их тРНК. (Зависит от аминокислоты, если бы это был триптофан, то оно называлось бы триптофанин-тРНК синтетазой, если это будет метионин - метионил-тРНК-синтетаза т.е для каждой аминокислоты есть своя тРНК).

Генетический код транслируется с помощью двух последовательно работающих адаптерных механизмов.

Первым адаптером является аминоацил-тРНК синтетаза, которая присоединяет определенную аминокислоту к соответствующей ей тРНК.

Вторым адаптером является сама тРНК, чей антикодон комплиментарно взаимодействует с соответствующим кодоном мРНК. На схеме показана аминокислота триптофан (Trp), которой соответсвует антикодон ACC и кодон UGG на мРНК.

Продолжение следует

(С) Софья Складовская, специально для ИХМ

Источник: vk.com

Комментарии: