Синтез белка

Сборка полипептидной цепи – это сложный процесс, в котором участвуют:
1. АК
2. т-РНК
3. аминоацил-т-РНК-синтетаза (активирующий фермент)
4. м-РНК
5. рибосомы
6. факторы инициации, элонгации и терминации
7. АТФ, ГТФ
8. ионы Mg 2+

Процесс синтеза белка называется трансляцией (от английского translation- перевод) т.к. информация, записанная на 4-х буквенном языке НК, переводится на язык белка, состоящий из 20 букв. Этот сложный процесс происходит в субклеточных структурах – рибосомах. Это частицы сферической формы имеющие в диаметре 250 - 350°А и состоит из белка (1/3) и р-РНК 92/3). Рибосомы имеют Ксед 80S и могут диссоциировать в присутствии ионов Mg на большую (60S) и малую (40S) субчастицы. Во всех типах клеток 1-й стадией трансляции является АТФ-зависимое превращение каждой аминокислоты в аминоацил-т-РНК
Аминоацил-т-РНКсинтетаза
АК + АТФ + т-РНК аминоацил-т-РНК + АМФ + РР(пирофосфат)

Этим достигается две цели:
1. происходит активация АК, т.е. повышается реакционная способность в реакции образования пептидной связи.


2. происходит отбор АК, т.е. соединение неспецифической т-РНК.

Кроме проявления каталитической активности, аминоацил-т-РНК-синтетаза высокоспецифична, т.к. узнавая АК-ту узнает и соответствующую ей т-РНК.
Субстратную специфичность синтетазы обеспечивает участок в ее АЦФ (активный цент фермента), который комплементарен АК и участок комплементарный определенной т-РНК.
Т.о. образуется определенная пара АК и т-РНК.
Живые клетки содержат по 20 синтетаз по 1-й на каждую АК, число т-РНК больше. Например для гли и лиз открыто по 4 разных т-РНК, для сер – 5 т-РНК.
Молекулы т-РНК являются молекулами адапторами, т.е. посредниками, при помощи которых АК переносятся и включаются в определенном порядке в растущую полипептидную цепь. Образовавшиеся соединения т-РНК и АК связываются с рибосомой в которой и происходит синтез белка. Структура синтезируемого белка определяется молекулярной структурой ДНК, содержащейся в клеточном ядре. В ДНК зашифрована последовательность АК-х остатков белковой молекулы.
Передача этой информации зашифрованной в ДНК осуществляется за счет м-РНК, за счет комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот.
Специфическая структура синтезируемого в рибосоме белка определяется именно молекулярной структурой м-РНК.
В молекуле м-РНК имеется генетический код для каждой АК.
КОД – это триплет нуклеотидов, который называется кодоном. Большинство АК кодируется несколькими кодонами. Это явление называется вырожденность кодона. Только мет и три имеют по одному кодону.
Вырожденность генетического кода способствует совершенствованию генома, т.к. в процессе мутации могут поступать различные АК-е замены, наиболее ценные из которых отбираются в процессе эволюции.
Всего известно 64 кодона, из которых 61 используется для кодирования АК, а 3 – УАА, УАГ, УГА (стоп-кодоны) – обозначают терминацию ППЦ, т.е. является сигналами окончания синтеза белковой молекулы.
Синтез белка начинается с N-конца и завершается С-концом белковой молекулы.
Процесс образования пептидной цепи можно разделить на 3 стадии:
- инициация (начало синтеза)
- элонгация (удлинение полипептидной цепи)
- терминация (окончание синтеза)

I стадия ИНИЦИАЦИЯ ( в эукариотах).
Сначала образуется инициаторный комплекс рибосома (80S)-м-РНК-мет-т-РНК
Первой АК при сборке любого белка является мет. Генетическим сигналом инициации является метиониновая т-РНК. Они образуют комплекс инициации:
40S-м-РНК-мет-т-РНК
Для его образования используется ГТФ и белковые факторы инициации. Затем 60S-субъединица подсоединяется к этому комплексу и образуется инициаторный комплекс
80S-м-РНК-мет-т-РНК
На этом этапе происходит гидролиз связанного ГТФ. В образовании конечного комплекса инициации участвует 8 белковых факторов инициации.
Молекула мет–т-РНК занимает пептидильный (Р) участок рибосомы. Второй уасток на рибосоме для связывания молекулы т-РНК аминоацильный (А) участок еще пуст.
Мет-т-РНК располагается таким образом, что антикодон спаривается с инициаторным кодоном АУГ в м-РНК + 40S-субчастица + мет-т-РНК + ГТФ + 8 факторов инициации.
Мет
- АУГ – м-РНК
40S-комплекс инициации
ГТФ
60 S Н2О
ГДФ + Ф
Мет
80S-комплекс инициации
АУГ

Т.о. стадия инициации синтеза белка это
1. образование 40S-комплекса инициации
2. образование 80S-комплекса инициации

II стадия ЭЛОНГАЦИИ ( включает 3 этапа)
1. связывание аминоацил-т-РНК (узнавание кодона)
2. образование пептидной связи
3. транслокация (перемещение рибосомы относительно м-РНК)
мет мет арг
Р-уч. А-уч фактор элонгации ЕF1, доставляет аминоацил-т-РНК
   
АУГ-ЦГА-ГЦУ-м- РНК АУГ-ЦГА-ГЦУ
ГТФ ГДФ+Ф

Пептидилтрансфераза
катализирует образование пептидной связи арг-мет
мет свободный мет арг
Р-уч. А-уч фактор транслокации
   
АУГ-ЦГА-ГЦУ АУГ-ЦГА-ГЦУ
ГДФ+Ф ГТФ

1. Цикл начинается с введения аминоацил–т-РНК в пустой А-участок рибосомы. В зависимости от того, какой кодон м-РНК находится в А-участке выбирается определенная разновидность т-РНК. Комплиментарная аминоацил-т-РНК оставляется в А-участок фактором элонгации ЕF1. Когда аминоацил-т-РНК занимает правильное положение на рибосоме происходит гидролиз 1 молекулы ГТФ.
2. Т.о. имеется комплекс, в котором аминоацил-т-РНК занимает А-участок, а мет-т-РНК занимает Р-участок. Все готово к образованию пептидной связи. Эту реакцию катализирует пептидилтрансфераза, входящая в состав 60S-субъединицы.
Активированная мет-т-РНК с Р-участка переносится на амино-группу аминоацил-т-РНК в А-участок, образуя дипептид т-РНК.
После этого под действием фактора элонгации – транслоказы происходит сдвиг рибососмы по м-РНК на 3 нуклеотида, используя энергию ГТФ. В А-участке оказывается следующий кодон или триплет нуклеотидов, характерный для определенной АК. Дальнейшее удлинение цепи происходит путем многократного повторения этих процессов. Скорость элонгации довольно велика: пептид из 100 АК образуется ≈ за 2 мин. Остаток мет может отщепляться в ходе элонгации от цепи под действием специфической пептидгидролазы, а может и сохраниться в некоторых белках.

III стадия ТЕРМИНАЦИЯ. Удлинение пептидной цепи продолжается до тех пор пока А-участок не окажется занятым одним из стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. В этом случае при участии факторов терминации происходит гидролитическое взаимодействие между пептидом и последней т-РНК, а в цитоплазму высвобождается готовый белок.
В результате трансляции не всегда образуется функционально активный белок. Во многих случаях необходимы дополнительные пострансляционные изменения.


Принципиальная схема биосинтеза белка (по А.С. Спирину).