Die Paarung von Aminoacil-tRNA mit Codons und die Montage von Proteinketten erfolgt auf Ribosomen.
Alle Zellen haben Ribosomen, die eine Schlüsselrolle bei der Synthese von Proteinen spielen; ihre Anzahl liegt zwischen 20.000 und 50.000, abhängig von der Aktivität der Zellen, die Proteine synthetisieren. Ribosomen sind gleichgültig gegenüber den Proteinen, die sie synthetisieren, oder gegenüber den zellulären Zielen, zu denen sie die synthetisierten Produkte leiten. Die Art des Proteins, das das Ribosom in jedem synthetischen Zyklus synthetisiert, wird durch die mRNA bestimmt, mit der das Ribosom gebunden wurde. Die intra- oder extrazelluläre Lokalisation von Proteinen wird durch ihre strukturellen Eigenschaften und, abhängig von diesen Eigenschaften, durch die Art der Interaktion mit spezialisierten Membranen und Organellen bestimmt.
Ribosomen des Pro- und Eukaryonten haben im Allgemeinen eine sehr ähnliche Struktur und Funktion. Dennoch gibt es aufgrund der Unterschiede in der Struktur und Organisation von pro- und eukaryontischen mRNAs und der Tatsache, dass die Prozesse der Transkription und Translation in Eukaryonten in Zeit und Raum konjugiert sind, subtile Unterschiede zwischen den Ribosomen von Pro- und Eukaryonten. Typische prokaryontische Ribosomen sind die Ribosomen von E. coli, und da ihre Struktur und Funktionen besser untersucht sind als andere, verwenden wir dieses Modell in unserer anschließenden Diskussion. Zum Vergleich werden wir uns auf einige strukturelle Merkmale der Ribosomen der Eukaryonten konzentrieren.
Struktur der ribosomalen Partikel. Prokaryote-Ribosomen bestehen aus kleinen und großen Subpartikeln. 30S-Subpartikel bestehen aus einem einzelnen rRNA-Molekül mit einer Größe von 1542 Nukleotiden und 21 Proteinen mit unterschiedlichen Melassen. Die 50S-Subpartikel enthalten zwei rRNAs - eine große bestehend aus 2904 Nukleotiden und eine kleinere aus 120 Nukleotiden; sie sind an 34 verschiedene Proteine gebunden. Die Nukleotid- und Aminosäuresequenzen aller rrnAs und Proteine sind bekannt. Elektronenmikroskopische Untersuchungen an 70S-Ribosomen und die Konstruktion ihrer dreidimensionalen Modelle haben gezeigt, dass kleine und große Subpartikel an mehreren Stellen in Kontakt kommen, aber das charakteristischste Merkmal ist das Vorhandensein einer Rille zwischen ihnen, die offensichtlich notwendig ist, um mRNA zum Zeitpunkt der Translation darin zu platzieren.
Sowohl kleine als auch große ribosomale Subpartikel können sich auf den Komponenten von RNA und Proteinmolekülen dissoziieren. Darüber hinaus sind sie auch nach der Trennung aller RNA-Moleküle und Proteine voneinander in der Lage, das ursprüngliche funktionell aktive ribosomale Unterteilchen wiederherzustellen, wenn sie unter geeigneten Bedingungen gemischt werden. Das bedeutet, dass alle Informationen über den Aufbau des multidimensionalen Komplexes in der Struktur seiner Komponenten enthalten sind. Experimente zur Rekonstruktion von Ribosomen ermöglichen es, die Art der Interaktion zwischen diesen Komponenten besser zu verstehen und die mögliche Reihenfolge zu bestimmen, in der Proteine und rnAs in vivo gesammelt werden. Darüber hinaus kann in solchen Experimenten die Kompatibilität von äquivalenten RNA- oder Protein-Subpartikeln aus verschiedenen Quellen getestet werden. Darüber hinaus kann diese Methode verwendet werden, um die Fähigkeit von mutierten RNAs oder Proteinen zu beurteilen, mit der Rekonstruktion der Ribosomenstruktur zu interagieren und verschiedene Arten von Aktivität zu zeigen, die den rekonstruierten Ribosomen innewohnen.
Die eukaryontischen Ribosomen im Zytosol bestehen ebenfalls aus kleinen und großen Subpartikeln. Kleine Subpartikel enthalten ein RNA-Molekül mit 1900 Nukleotiden und 30-35 Proteinen in der Größe; große enthalten drei RNA-Ketten mit 120, 160 und 4800 Nukleotiden in der Länge und 45-50 Proteinen. Ribosomen von Mitochondrien und Chloroplasten unterscheiden sich von Zytosol-Ribosomen. In der Regel sind sie kleiner und enthalten weniger Proteine und verschiedene rRNAs. Die Daten über die physikalische und chemische Rekonstruktion komplexerer eukalyptischer Chromosomen sind deutlich schlechter als die von E. coli.
Es ist notwendig, zwei funktionell wichtige Bereiche zu identifizieren, die während der Assoziation von Subpartikeln im Prozess der Bildung des 70S-Ribosoms gebildet wurden. Dies sind die Bereiche, in denen zwei tRNAs miteinander verbunden sind, von denen einer an eine wachsende Proteinkette gebunden ist und der andere die nächste Aminosäure trägt, die der Kette hinzugefügt wird.
Spezielle tRNA und einige Hilfsproteine, die an der Übersetzung beteiligt sind. Sowohl Pro- als auch Eukaryonten haben zwei Arten von tRNA, die Methionin binden. In Prokaryonten werden sie als tRNA und tRNA bezeichnet, in Eukaryonten als tRNA bzw. tRNA. Jede der beiden Arten von tRNAs in Pro- und Eukaryonten wird mit Hilfe der entsprechenden Aminoacil-tRNA-Synthetase methion acetyliert. tRNA-Prokaryonten und tRNA-Eukaryonten haben ungewöhnliche Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, als Adapter bei der Einleitung der Synthese der Polypeptidkette in den entsprechenden AUG-Initiatorpods zu fungieren. tRNA Pro- und Eukaryon erkennen AUG-Codons in Proteincodiersequenzen.
Bei Prokaryote wird die Aminogruppe der Methionyl-tRNAs, aber nicht der Methionyl-tRNAs, durch ein spezielles Enzym bis Fmet-TPHK unter Verwendung von M10-Formyl-tetrahydrofolat als Spender gebildet. Anscheinend unterscheidet die Transformylase met-TPHK von met-TPHK. Fmet-TPHK wird ausschließlich zur Initiierung von Proteinketten verwendet, und met-TPHKMMet wird nur zur Dekodierung interner Methioninkodons verwendet. Obwohl tRNA-Eukaryot auch nur zur Initiation verwendet wird, unterliegt seine Methionylgruppe nicht der Bildung. Offensichtlich beziehen sich einige besondere Eigenschaften der tRNA, die zur Erfüllung ihrer speziellen Initiatorfunktion erforderlich sind, ausschließlich auf ihre Nukleotidsequenz und/oder dreidimensionale Struktur.
Es ist bekannt, dass Proteine nur vorübergehend für die Dauer der Translation an Ribosomen binden. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Einleitung, Verlängerung und Beendigung der Proteinkettensynthese. Bevor wir diese Prozesse im Detail besprechen, werden wir den Leser mit solchen Proteinen vertraut machen und ihre Eigenschaften und Rolle bei der Übersetzung kurz beschreiben.
Diese Proteine, die als Initiationsfaktoren bezeichnet werden und als IF-1, IF-2 und IF-3 bezeichnet werden, sind für die Initiierung der mRNA-Translation zur Bildung von Proteinen notwendig. IF-1 und IF-3 sind an 3 gebunden. Die GTP-Hydrolyse ist ein wichtiger Schritt bei der Beendigung oder Trennung der Proteinkette von der mRNA.