Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

лигенными 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

страница 103
< 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]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(14.12.2019)