|
|
Основы биохимии. Том 2лигенными или полицистронными мРНК. Полигенные мРНК содержат некодирующие межгенные области, длина которых тоже меняется в широких пределах. Одной из функций некодирующих лидерных и межгенных последовательностей может быть правильное размещение малой рибосомной субъединицы, чтобы она могла инициировать трансляцию на кодоне, соответствующем ?-конщевому аминокислотному остатку. Как было отмечено ранее, гибридизационные эксперименты no-оказали наличие в ДНК последовательностей, комплементарных ко 26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II 104Г всем трем типам РНК, а именно рРНК, тРНК и мРНК. Таким образом, все три типа РНК синтезируются на матрице ДНК- В сущности, роль ДНК как генетического материала сводится к тому,, чтобы служить матрицей как для репликации, так и для синтеза всех типов РНК, необходимых для экспрессии гена. В любой момент времени мРНК составляет от 3 до 4% общей клеточной РНК" Е. coli, а рРНК и тРНК составляют от 80 до 85% и от 10 до 15% соответственно. Тем не менее только примерно 0,2% нуклеотидов генома Е. coli используется для синтеза около 60 типов тРНК if 0,5% генома—для синтеза рибосомных РНК- Таким образом, более 99% ДНК служит матрицей для синтеза мРНК. 26.3. Механизм трансляции Выше были рассмотрены три основных компонента белкового-синтеза (мРНК с лидерной последовательностью, тРНК и рибосомы), теперь остановимся на том, как протекает этот процесс. Трансляцию мРНК в полипептидную последовательность можно представить себе как состоящую из трех последовательных фаз: 1) инициация белковой цепи — высокоспецифический процесс, важность . которого возрастает из-за того, что многие мРНК полицистронны; 2) элонгация цепи, т. е. последовательное добавление отдельных аминокислотных остатков (перенос их с аминоацил-тРНК);. 3) специфическая терминация пептидной цепи и удаление ее с рибосомы. 26.3.1. Инициация синтеза полипептидов Существуют две метионинспецифичные тРНК; одна, обозначаемая тРНК^е1 , акцептирует метиониновые остатки и включает их в полипептидные цепи; другая, TPHKfef, играет уникальную роль-в инициации синтеза полипептидов. Обе при взаимодействии с одной и той же аминоацил-тРНК-синтетазой образуют заряженную тРНКМе*, т. е. met-TPHKMet. У прокариот аминогруппа met-TPHKMet может быть формилирована (но не met-TPHK™6') с помощью-№°-формилтетрагидрофолиевой кислоты в присутствии специфиче- -ской трансформилазы. При этом образуется ГЧ-формил-те!-TPHKfef (fmet-TPHKfet), которая и участвует в инициации полипептидной цепи (рис. 26.4). Хотя все полипептиды у прокариот инициируются формилметионином, формильная группа впослед- -ствии удаляется деформилазой; в ряде случаев и метиониновый остаток удаляется с ?-конца полипептидной цепи под действием аминопептидазы. В дополнение к fmet-TPHKfef, мРНК, 30S и 50S рибосомальным субъединицам для процесса инициации у прокариот необходимы: 5"-At U A UG U UGG U U-3" 30S 26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II 1049 еще три белка, которые не входят обычно в состав рибосом. Они называются факторами инициации (IF) и обозначаются IF1 (?? 9 000), IF2 (?? от 65000 до 80 000) и IF3 (?? 29 000). Процесс начинается с присоединения IF3 к свободной 30S-субъединице (рис. 26.4). На второй стадии fmet-TPHKfetсвязывается IF2-GTP-комплексом, который в результате следующей стадии реагирует с агрегатом IF3-30S. Образовавшийся инициаторный комплекс затем связывается с мРНК, вероятно, с помощью IF1. Наконец, 50Б-субъединица образует комплекс с ЗОБ-субъединицей, что сопровождается высвобождением всех трех факторов инициации, а также GDP и Рь Комплекс fmet-TPHK^el — мРНК — 70Б-рибосо-ма, образующийся в результате этих инициаторных процессов, имеет два участка связывания тРНК, называемых ?-участком (аминокислотный участок) и Р-участком (пептидильный участок). В Р-участке расположена fmet-TPHK^et, при этом антикодон 3'-UAC-5', вероятно, связан с метиониновым кодоном 5'-AUG-3' (см. ниже). Таким образом, рамка считывания определена в результате специфического взаимодействия рибосомы и fmet-TPHK^et с мРНК. Определение последовательности З'-конца 16S рРНК Е. coli показало, что имеется некоторая комплементарность этого участка с лидерной межгенной последовательностью мРНК, которая определяет синтез UDP-галактозоэпимеразы и ?-галактозидазы (гл. 15); более того, соответствующий бимолекулярный комплекс был выделен из рибосом Е. coli. Таким образом, З'-концевая последовательность 16S рРНК может играть роль при выборе инициаторного участка в мРНК. Так как в 5S РНК имеется последовательность, комплементарная ТфС-петле тРНК, 5S РНК может выполнять некоторые функции по связыванию тРНК- У эукариот инициаторная тРНК для цитоплазматического синтеза полипептидов также является метиониновой; однако соответствующая met-TPHK^et не формилируется. Она реагирует также с факторами инициации elFl, 2 и 3, с 40S рибосомальной субъединицей и мРНК. Последующие реакции идут по той же схеме, что и для прокариотных рибосом (рис. 26.4). В отличие от этого синтез Рис. 26.4. Инициация белкового синтеза. В ходе первой стадии ЗОБ-субъеднница рибосом связывает фактор инициации IF3. На второй стадии fmet-TPHK^6' связывается с комплексом IF2—GTP, который на третьей стадии связывается с ЗОБ-субъеднницей, содержащей IF3. Образовавшийся инициаторный комплекс связывается с мРНК с помощью IF1 (реакция (4)). На пятой стадии 50Б-субъедини-ца образует комплекс с ЗОБ-субъединицей, что сопровождается высвобождением GDP, Р, и трех факторов инициации. Комплекс 70Б-рибосома— мРНК — fmet-????'^' теперь содержит А- и Р-участки связывания тРНК- j 33—1353 26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II 1051 полипептидов в митохондриях и хлоропластах идет так же, как и у прокариот. А именно инициация идет с помощью fmet-TPHKf16' и 30S рибосомальный комплекс реагирует с 505-субъединицей. 26.3.2. Элонгация полипептидной цепи После того как синтез полипептида был инициирован, продолжение этого процесса требует присоединения аминоацил-тРНК со второй аминокислотой (ааг-тРНКАА2), которая определяется следующим кодоном мРНК. (мРНК движется в рибосоме 5'-концом вперед). Эта аминоацил-тРНК (аа2-тРНКАА2) связывается по А-участку комплекса fmet-TPHKf16'—мРНК—70S, где, по-видимому, расположен следующий кодон. Эта .реакция требует GTP и фактор роста цепи (элонгации) EF-T (состоящий из двух субъединиц EFtu и EFts), как показано на рис. 26.5 (реакции (1) и (2)) для лейцил-тРНКЬеи. Аналогичный фактор элонгации у эукариот обозначается EF-1. В пептидилтрансферазном центре, расположенном на бОЭ-субъ-единице рибосомы, происходит перенос формилметионинового остатка (или пептидильного остатка на последующих стадиях) на аминогруппу аа2-тРНКАА2, занимающей Р-участок. Таким образом, пептидная цепь растет в результате поочередного добавления аминокислотных остатков по карбоксильному концу цепи. На этой стадии растущая цепь, связанная с последней добавленной тРНК, расположена в А-участке. В результате реакции, требующей другого фактора элонгации — EF-G (EF-2 у эукариот) и GTP, рибосома претерпевает транслокацию на один кодон (три звена) вдоль мРНК. При этом fmet-aa2-дипептидил-тРНКАА* передвигается из А- в Р-участок, освобождается незаряженная тРНК^е* и GTP гидролизуется до GDP и Pj. Цикл вновь повторяется при добавлении следующей аминокислоты (аа3-тРНКААз ). Рнс. 26.5. Стадии роста пептидной цепи. Образуется тройной комплекс, содержащий EF-T, GTP и заряженную тРНК (leu-TPHKLeu), чей антикодон (ААС) соответствует кодону, следующему за инициаторным AUG. Этот комплекс реагирует с 705-рибосомальным комплексом таким образом, что 1еи-тРНК"и связывается с ?-участком последнего, a EF-T, GDP и Pj высвобождаются. Пептидилтрансферазный центр катализирует перенос формилметионинового остатка на аминогруппу leii-TPHKLeu, занимающей ?-участок. В реакции, заключающей эту цепь превращений, необходимы EF-G и GTP, мРНК транслоцируется на один кодон. В результате {met—leu-дипептидил—тРНКЬеи перемещается из А- в Р-участок, высвобождается ????^' н GTP гидролизуется до GDP и Pi. Затем цикл повторяется для каждой последующей аминокислоты. 33* 1052 III. метаболизм 26.3.3. Терминация элонгации Терминация элонгации полипептидной цепи происходит при специфических сигналах терминации, которыми являются один или несколько из следующих триплетов: UAA, UAG и UGA. Эти триплеты называются терминаторными (или нонсенс-триплетами). Появление этих триплетов в любом месте приводит к терминации элонгации и освобождению полипептидной цепи, что происходит в результате гидролиза связи между пептидом и тРНК, расположенными в Р-участке. При этом и пептид и тРНК покидают рибосому, ¦которая затем диссоциирует до 30S и бОБ-субъединиц. У прокариот в терминации участвуют два белка Ri и R2. Ri (? 44 ООО) про-мотирует терминацию на UAA- и UAG-кодонах, a R2 (? 47 ООО) — на UAA. и UGA-кодонах. Белковые факторы терминации и те же самые терминаторные триплеты используются также при синтезе белка у эукариот. На весь процесс расходуется 3 экв. АТР при синтезе каждой пептидной связи. Так, 1 молекула АТР расходуется на активацию аминокислоты и образование аминоацил-тРНК; 2 молекулы GTP гидролизуются до GDP и Pi во время элонгации. Так как для инициации необходима дополнительная молекула GTP, то для синтеза первой пептидной связи необходимо 4 экв. АТР. Почти всегда молекула мРНК транслируется одновременно большим количеством рибосом; образующаяся при этом структура называется полирибосома или полисома. У бактерий трансляция 5'-конца мРНК идет уже тогда, когда еще не закончен синтез З'-конца самой мРНК. Часто мРНК содержит информацию о нескольких белках, каждый из которых закодирован в соответствующем участке мРНК (полицистронная матрица). В этом случае рибосомы и законченные полипептидные цепи освобождаются на каждом терминаторном сигнале, а синтез следующей пептидной цени требует реинициации на начальном участке каждого цистрона. 26.3.4. Ингибиторы синтеза белков Как и при исследовании других сложных метаболических процес |
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 |
Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb) |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |