Найти в Дзене

Фазы синтеза белка: трансляция

То, что обычно подразумевается под синтезом белка, происходит на стадии трансляции. Трансляция протекает на рибосомах при непосредственном участии иРНК, тРНК, трансляционных факторов, молекул АТФ. Но, прежде чем говорить о трансляции, давайте рассмотрим строение рибосомы. Рибосомы имеются во всех клетках, и состоят они из двух субъединиц: большой и малой. Каждая субъединица состоит из нескольких рибосомных РНК (рРНК) и белков. Рибосомы эукариот и прокариот отличаются друг от друга размерами. Вес рибосомы прокариот составляет 70S (S - это коэффициент седиментации, который, если говорить вкратце, отражает массу структуры). Такой же вес имеют рибосомы эукариот, которые находятся в митохондриях и пластидах. Рибосомы из цитоплазмы эукариот, или связанные с мембранами эндоплазматического ретикулума, имеют вес 80S. Большая субъединица рибосом эукариот весит 60S, а прокариот — 50S, в то время как их малые субъединицы — 40 и 30S соответственно. Принципиальных отличий в функционировании рибосом
Оглавление

То, что обычно подразумевается под синтезом белка, происходит на стадии трансляции. Трансляция протекает на рибосомах при непосредственном участии иРНК, тРНК, трансляционных факторов, молекул АТФ.

Но, прежде чем говорить о трансляции, давайте рассмотрим строение рибосомы.

Строение рибосомы

Рибосомы имеются во всех клетках, и состоят они из двух субъединиц: большой и малой. Каждая субъединица состоит из нескольких рибосомных РНК (рРНК) и белков.

Рибосомы эукариот и прокариот отличаются друг от друга размерами. Вес рибосомы прокариот составляет 70S (S - это коэффициент седиментации, который, если говорить вкратце, отражает массу структуры). Такой же вес имеют рибосомы эукариот, которые находятся в митохондриях и пластидах. Рибосомы из цитоплазмы эукариот, или связанные с мембранами эндоплазматического ретикулума, имеют вес 80S.

Большая субъединица рибосом эукариот весит 60S, а прокариот — 50S, в то время как их малые субъединицы — 40 и 30S соответственно.

Принципиальных отличий в функционировании рибосом эукариот и прокариот нет. У рибосомы имеются 3 ферментативных центра (их называют сайтами: A-, P- и Е-сайты.

А (aminoacyl) - существует для связывания тРНК, которая несет на себе аминокислоту.

P (peptidyl) - там находится тРНК, на которой размещена растущая цепочка полипептида.

Е (exit) - тРНК, очутившись в этом сайте, выходит из рибосомы. Эта тРНК уже не несет на себе аминокислот.

Строение рибосомы и ее ферментативные центры: А-, Р- и Е-сайты
Строение рибосомы и ее ферментативные центры: А-, Р- и Е-сайты

Таким образом, единственная функция рибосомы - осуществление трансляции, то есть синтез белка. И никакая другая структура, кроме рибосомы, не способна синтезировать белок.

А теперь давайте поговорим про другого участника синтеза белка – транспортную РНК (тРНК).

Строение транспортной РНК

тРНК представляет собой полирибонуклеотидную цепочку, которая, как и полагается для нуклеиновых кислот, имеет 5'- и 3'-концы. Обычно про нее говорят, что "по форме она напоминает клеверный листок". На самом деле форма клеверного листа (на рисунке ниже) – это лишь вторичная структура тРНК, а в цитоплазме находятся тРНК в третичной структуре.

Строение транспортной РНК, которая имеет три петли (средняя - антикодоновая петля, содержащая антикодон - последовательность из трех нуклеотидов, комплементарная кодону иРНК. 3'-конец тРНК - акцепторный, к которому присоединяется аминокислота, которую будет переносить тРНК к месту синтеза белка (т.е. к рибосомам)
Строение транспортной РНК, которая имеет три петли (средняя - антикодоновая петля, содержащая антикодон - последовательность из трех нуклеотидов, комплементарная кодону иРНК. 3'-конец тРНК - акцепторный, к которому присоединяется аминокислота, которую будет переносить тРНК к месту синтеза белка (т.е. к рибосомам)

Обратите внимание на антикодоновую петлю (петля 2 на рисунке). "Ножка" этой петли состоит из нуклеотидов, которые комплементарны друг другу. Данная последовательность называется палиндромной.

В задачах на синтез белка присутствуют такие задания, где требуется изобразить вторичную структуру антикодоновой петли, указав при этом палиндромные последовательности. Но их мы разберем в своё время.

Присоединение аминокислоты к тРНК является ферментативным процессом (аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует присоединение аминокислоты к 3'-концу тРНК), для которого требуется потратить энергию АТФ.

Присоединение аминокислоты к тРНК
Присоединение аминокислоты к тРНК

Взаимодействие кодона и антикодона

Данное взаимодействие является ключевым при "перекодировании" информации с "языка" нуклеотидов на "язык" аминокислот. Обратите внимание, что рибосома, когда считывает информацию с иРНК, продвигается вдоль иРНК от 5'- к 3'-концу. Антикодоны тРНК имеют направленность 3'—5'. То есть здесь опять же соблюдаются правила комплементарности и антипараллельности, которые мы обсуждали в предыдущей статье.

Взаимодействие кодона и антикодона
Взаимодействие кодона и антикодона

И теперь давайте с вами обсудим то, как рибосома синтезирует белок.

Рабочий цикл рибосомы

Рабочий цикл рибосомы: связывание (decoding), транспептидация (peptidyl transfer) и транслокация (translocation)
Рабочий цикл рибосомы: связывание (decoding), транспептидация (peptidyl transfer) и транслокация (translocation)

Состояние I: пептидил-тРНК занимает Р-участок рибосомы

Шаг 1 (связывание – decoding): рибосома может связывать молекулу аминоацил-тРНК, соответствующую кодону, установленному на данный момент в А-участке рибосомы

Состояние II: в результате удерживаемая рибосомой пептидил-тРНК и вновь связанная аминоацил-тРНК оказываются в рибосоме бок о бок/

Шаг 2 (транспептидация – peptidyl transfer): Рибосома (ее пептидилтрансферазный центр на большой субъединице) катализирует реакцию транспептидации между этими двумя субстратами рибосомы — пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК: пептидильный остаток переносится от «своей» тРНК на аминогруппу аминоацил-тРНК, тем самым удлиняясь на одну аминокислоту на С-конце

Состояние III: В Р-участке осталась деацилированная тРНК, а в А-участке помещается остаток тРНК удлиненной пептидил-тРНК

Шаг 3 (транслокация – translocation): Деацилированная тРНК выталкивается из Р-участка, а пептидил-тРНК (ее остаток тРНК) перемещается вместе со связанным с ней кодоном мРНК из А-участка в Р-участок . В итоге А-участок освобождается, и в нем устанавливается следующий кодон мРНК. Цикл завершился. Повторение таких циклов по числу кодонов мРНК создает полный процесс элонгации. Следует отметить, что шаг 1 (связывание аминоацил-тРНК) катализируется белком — фактором элонгации EF1 — с участием ГТФ, а шаг 3 (транслокация) - фактором элонгации EF2 - тоже с участием ГТФ. В ходе катализа ГТФ расщепляется (гидролизуется) до ГДФ и ортофосфата.

Это краткое описание процесса трансляции. В следующих статьях мы с вами обсудим, каким образом можно все эти теоретические сведения применять для решения задач по молекулярной биологии

Список статьей по данной теме:

1. Какие молекулы являются основными участниками процесса (ДНК, РНК, белки)

2. Основные принципы матричного синтеза (комплементарность и антипараллельность)

3. Репликация (удвоение) ДНК

4. Фазы синтеза белка: транскрипция