Белкового синтеза стадии

Различают три стадии белкового синтеза: инициацию, элонгацию и терминацию. На каждой из них в работе рибосомы участвуют различные группы дополнительных факторов. Энергия для биосинтеза белка на всех трех стадиях обеспечивается гидролизом GTP .

При инициации ( Hunt T., 1980 ) происходят события, предшествующие образованию пептидной связи между двумя первыми аминокислотами белка. Для инициации необходимо, чтобы рибосома связалась с информационной РНК , образовав инициирующий комплекс совместно с первой аминоацил-тРНК . Это относительно медленная стадия в синтезе белка.

Элонгация ( Clark B., 1980 ) включает в себя все реакции - от образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты к белковой молекуле. Это наиболее быстрая стадия белкового синтеза, во время которой рибосома перемещается от первого до последнего кодона на информационной РНК.

Терминация ( Caskey C.T., 1980 ) состоит из последовательных этапов, необходимых для освобождения синтезированной полипептидной цепи; при этом рибосома отделяется от мРНК . По сравнению со временем, требующимся для включения аминокислоты в полипептидную цепь, диссоциация проходит медленно.

Только в сравнении со скоростью элонгации и можно считать, что стадии инициации и терминации происходят медленно. Синтез белка - это быстрый процесс (хотя скорость в большей степени зависит от температуры). В ретикулоцитах , например, при 37 градусах Цельсия скорость элонгации составляет 2 аминокислоты в 1 сек.

Предполагается, что скорость белкового синтеза у эукариот регулируется факторами инциации ( Ochoa S. et al, 1979 ; Ranu R.S., 1980 ).

Инициация трансляции: общие сведения

Вместо комплементарного РНК-РНК узнавания, в которое вовлечена прединициирующая последовательность Шайна-Дальгарно прокариотических мРНК, эукариотические мРНК узнаются эукариотическими рибосомами по кэпированному 5'-концу с обязательным участием белка, например, eIF-4F инициаторного фактора ( Rhoads, 1988 ). Предполагается, что этот белок участвует в расплавлении вторичных структур 5'- областей мРНК, облегчая их связывание с малыми субчастицами рибосом. В отличие от прокариот, эукариотическая мРНК образует комплексы с белками ( мРНП , или мессенджер-рибонуклеопротеиды, или информосомы ), что обусловливает ее метаболическую стабильность. Вследствие этого у эукариот отсутствует постоянная интенсивная деградация и интенсивный ресинтез мРНК, которые, как правило, моноцистронны и имеют специфически модифицированный (кэпированный) 5'-конец. Все это обусловливает целый ряд особенностей инициации трансляции и ее регуляции у эукариотических организмов. Естественно, что метаболическая стабильность эукариотической мРНК делает регуляцию на уровне трансляции особенно важной в общей картине регуляции биосинтеза белка ( Спирин, 1986 ).

Биосинтез белка рибосомами начинается с образования комплекса между малой 30S субчастицей рибосом, инициаторной тРНК и участком транслируемой мРНК, содержащим сайт связывания рибосом, который включает в себя инициирующий (как правило, AUG) кодон. В образовании инициационного комплекса с 30S субчастицей принимают участие три белковых фактора инициации - IF1 , IF2 и IF3 . В ходе этого процесса расходуется одна молекула GTP, которая взаимодействует с IF2 и изменяет его конформацию ( рис. I.19 - http://humbio.ru/humbio/genexp/001ab65f.htm ). Таким образом, на первом этапе образования инициационного комплекса происходит объединение свободной 30S субчастицы с факторами инициации и GTP, после чего с ними последовательно связываются мРНК и инициаторная тРНК (в случае E.coli, как правило, формилметионил(fMet)-тРНКfMet). Инициаторная тРНК строго специфична для этой стадии белкового синтеза. Сначала она обычным путем акцептирует Met с образованием Met-тРНКfMet, а затем специальная ферментная система E.coli формилирует NH2-группу остатка Met. Последовательность присоединения инициаторной тРНК и мРНК к 30S субчастице не имеет значения, что и отражено на рис. I.19 (стадии А, А', В, В').

Вначале после объединения факторов инициации трансляции, GTP, fMet-тРНКfMet и мРНК с 30S субчастицей антикодон тРНК еще не взаимодействует с инициаторным AUG-кодоном (стадии А' и B'). Такое продуктивное взаимодействие тРНК с мРНК происходит в дальнейшем (стадия C), и этот переход является одной из лимитирующих стадий всего процесса образования инициационного комплекса. С завершением стадии C происходит формирование стабильного тройного (из трех основных компонентов) инициационного комплекса, сопровождаемое конформационными перестройками всех его компонентов. После выхода из комплекса факторов инициации трансляции IF1 и IF3 тройной комплекс приобретает способность связывать большую 50S субчастицу рибосом, что сопровождается дальнейшими конформационными перестройками всей рибосомы (стадия D). В ходе этого процесса происходит расщепление молекулы GTP до GDP и ортофосфата и освобождение из комплекса фактора IF2 (стадия E). Формилметионил-тРНКfMet вместе с инициирующим AUG-кодоном перемещаются в донорный (P) участок рибосомы, освобождая акцепторный (A) участок для следующей аминоацилированной тРНК. В результате инициационный комплекс становится полностью подготовленным для вступления в следующую фазу биосинтеза белка - элонгацию полипептидных цепей .

Инициация трансляции эукариотических мРНК может осуществляться тремя способами. В соответствии с первым наиболее распространенным механизмом ( модель сканирования ) рибосомы после взаимодействия с 5'-концевой последовательностью мРНК осуществляют поиск инициирующего AUG-кодона, перемещаясь вдоль 5'UTR. При реализации второго механизма рибосомы инициируют биосинтез белка на внутренних AUG-кодонах, удаленных от 5'- концевой кэп-группы. И, наконец, после освобождения полипептида из транслирующего комплекса рибосомы, не отделяясь от мРНК, способны реинициировать биосинтез белка на следующем инициирующем кодоне.