Синтез белка
Синтез белка протекает в 5 этапов:
Активация аминокислот.
Инициация.
Элонгация.
Терминация.
Сворачивание и процессинг.
Активация аминокислот
На стадии активации, которая протекает не на рибосоме, а в цитоплазме, каждая из 20 аминокислот ковалентно присоединяется к определенной т-РНК с использованием энергии АТР.
Транспортная РНК занимает центральное место в биосинтезе белка, выполняя функцию адапторной молекулы, ответственной за перевод последовательности нуклеотидных триплетов в последовательность аминокислот. Это небольшая РНК длинной всего около 80 нуклеотидов. Ее вторичная структура напоминает клеверный лист, что связанно с тем, что в ряде мест цепочки т-РНК имеются 4-7 последовательных нуклеотидных звеньев, комплементарных друг другу. На этих участках между комплементарными нуклеотидами образуются водородные связи, в результате чего и возникает сложная петлистая структура, похожая по форме на клеверный лист. Имеются три больших петли и одна малая (у некоторых т-РНК отсутствует). Одна из больших петель (передняя) называется антикодоновой, так как несет антикодон – триплет нуклеотидов, комплиментарный какому либо кодону (кроме терминальных) на т-РНК. С противоположной стороны от данной петли располагается акцепторная ветвь. На 3'-конце акцепторной ветви у всех т-РНК располагается нуклеотидная последовательность: Ц-Ц-А. К концевому адениновому нуклеотиду ковалентно присоединяется аминокислота, соответствующая антикодону в антикодоновой петле данной т-РНК (а значит и какому-либо кодону в и-РНК). Данную реакцию катализирует фермент аминоацил-т-РНК-синтетаза. Количество видов т-РНК (то есть несущих разные антикодоны) равно количеству возможных смысловых кодонов в и-РНК. Столько же существует и аминоацил-т-РНК-синтетаз, то есть каждый такой фермент присоединяет определенную аминокислоту к т-РНК с конкретным, соответствующим данной аминокислоте, антикодоном. Все виды т-РНК, несущие определенную аминокислоту (из-за «вырожденности» кода) объединены в одну изоакцепторную группу. Количество таких групп равно количеству протеиногенных аминокислот.
Рис. Вторичная и третичная L-образная (двумерная проекция) структуры транспортной РНК.
т-РНК имеет и третичную структуру – L-образную. Данная конформация способствует выполнению т-РНК ее адапторной функции в активном центре рибосомы.
Инициация синтеза полипептидной цепи
Рибосома – это очень сложная и специализированная структура. Бактериальные клетки имеют рибосомы с коэффициентом седиментации 70S. Их можно диссоциировать на большую 50S- и малую 30S-субъединицы. Клетки эукариот содержат 80S рибосомы с 60S- и 40S-субъединицами соответственно. Каждая субъединица состоит из определенного набора р-РНК и рибосомальных белков. Например, в состав большой 50S-субъединицы прокариот входят две р-РНК (23S и 5S) и 34 молекулы белка, малой 30S-субъединицы – 16S р-РНК и 21 молекула белка.
Каждая рибосома в своем функциональном центре имеет два рядом расположенных сайта: пептидильный (Р-сайт) и аминоацильный (А-сайт). Весь функциональный центр рибосомы в целом охватывает 6 нуклеотидов и-РНК, то есть 2 триплета: на Р- и А-сайты приходится по одному триплету. Во время трансляции в Р-сайте находится т-РНК, несущая уже готовый участок полипептидной цепи, а в А-сайте – новая, только что пришедшая т-РНК со своей аминокислотой. Антикодоны обоих РНК комплементарны триплетам, находящимся в данный момент в соответствующих сайтах.
Стадия инициации включает ряд событий, предшествующих образованию пептидной связи между двумя первыми аминокислотами белка. Необходимым условием инициации является формирование инициирующего комплекса, состоящего из 30S-субъединицы рибосомы, и-РНК и первой (инициирующей) т-РНК (как правило, метионин-т-РНК, то есть соответствующей триплету AUG). Далее к этому комплексу присоединяется 50S-субъединица, что приводит к образованию готовой к работе (элонгации) 70S рибосомы. В процессе инициации дополнительно принимают участие факторы инициации (IF): IF-1, IF-2, IF-3, а также GTP в качестве источника энергии.