ТРАНСЛЯЦИЯ – синтез белка

ТРАНСЛЯЦИЯ – синтез белка
Образование белковых молекул осуществляется в рибосомах. Молекула мРНК
(матричной РНК) является матрицей для синтеза белковой цепи из аминокислот. Процесс
перевода четырехбуквенного нуклеотидного кода на двадцатибуквенный алфавит
белковой цепи называют трансляцией (от лат. translatio - передача).Информация о
первичной структуре белка, синтез которого требуется осуществить, записан в матричной
РНК в виде триплетов кодонов нуклеотидов. Имея в виду, что существует всего 4 "буквы"
языка нуклеотидов, составляя эти 4 буквы триплетами (тройками) по 3 нуклеотида, можно
получить 43=64 набора кодов. Для кодирования белков, в состав которых входит 20
аминокислот, достаточно 20 кодов. Однако известно, что на деле используются все 64
возможных кода, при этом один код (точнее, кодоновый триплет нуклеотидов) является
сигнальным для старта синтеза белка (АУГ), он же кодирует аминокислоту Метионин в
процессе трансляции.
Имеется три терминирующих кодона, останавливающих трансляцию. Это триплеты
УАА, УАГ и УГА. Молекулы мРНК проходят через поры в ядерной оболочке и
доставляют информацию о структуре белка к рибосомам, состоящим из двух субъединиц,
надвинутых одна на другую, как трубка на телефонный аппарат. м-РНК поступает в
область между "трубкой" и "аппаратом". К месту сборки белков поступают аминокислоты,
из которых и синтезируются белки. Сюда их доставляют транспортные РНК. Каждая
молекула тРНК может соединиться лишь с одной молекулой определенной аминокислоты
и доставить ее к месту синтеза белка - рибосоме.
Транспортные РНК вначале присоединяют характерные им аминокислоты.
Образование аминоацил-т-РНК катализируется особым ферментом- Аминоацил-т-РНКсинтетазой при участии ионов Mg2+ (взаимодействие с ферментом осуществляется при
помощи петли дигидроуридина) по схеме:
R-CH(NH2)-COOH + HO-т-РНК + АТФ -- R-CH(NH2)CO~т-РНК + АМФ + Н4Р2О7
Далее весь комплекс перемещается к месту "сборки" белка.Синтез белка стартует
по команде инициирующего кодона АУГ , и это есть процесс ИНИЦИАЦИИ.
В активном центре рибосомы помещается всего 6 нуклеотидов мРНК, или два
триплета. К одному из них из цитоплазмы все время подходят разные тРНК, соединенные
с определенными аминокислотами. Если антикодон тРНК и кодон мРНК оказываются
комплементарными друг другу, между последней аминокислотой, уже синтезированной
части белка, и вновь доставленной аминокислотой возникает пептидная связь. Молекула
тРНК отдает аминокислоту и вновь перемещается в цитоплазму, где снова присоединяет
такую же аминокислоту, а рибосома перемещается на один триплет. Так постепенно за
счет присоединения аминокислот нить белка удлиняется. Такое повторяется до встречи с
кодоном ТЕРМИНАЦИИ синтеза белка, чему соответствуют нуклеотидные триплеты
УАА, УГА или УАГ. Если антикодон тРНК и кодон мРНК оказываются не
комплементарными друг другу, то тРНК с аминокислотой уходят к другим мРНК и
рибосомам. По мере продвижения одной рибосомы на освободившийся конец мРНК
нанизывается новая рибосома и начинается синтез такой же молекулы белка. На одной
мРНК может одновременно находиться более 20 рибосом, причем все они синтезируют
один и тот же белок, то есть одновременно идет сразу синтез 20 одинаковых молекул
белка. Такую группу рибосом, нанизанных на одну мРНК, называют полирибосомой.
Когда рибосома доходит до конца мРНК, она вместе с белком съезжает в цитоплазму.
Белок поступает в эндоплазматическую сеть и доставляется в те части клетки, где он
нужен, а рибосома вновь нанизывается на мРНК и включается в биосинтез новой
молекулы белка. Причем вид синтезируемого белка определяется не рибосомой, а
информацией, записанной на мРНК. Одна и та же рибосома способна размещаться на
разных мРНК и синтезировать различные белки. Таким образом, информация, записанная
на мРНК, определяет последовательность аминокислот в молекуле белка. Все реакции
биосинтеза происходят при участии ферментов с использованием энергии молекул АТФ.
м-РНК после окончания синтеза гидролизуется РНК-азами. То есть, для повторного
синтеза тех же белковых молекул требуется новая м-РНК. ПОЛИРИБОСОМЫ
УСКОРЯЮТ синтез требуемых белков в случае таковой необходимости. За одну секунду
полипептидная цепь удлиняется на ОДНУ аминокислоту, а в интенсивную фазу роста
клеток скорость синтеза нарастает до 20 АК остатков в секунду.
В процессе синтеза белка происходит считывание кодонов по три. Если в
результате процессов копирования ДНК и синтеза РНК на ее основе происходит мутация
(замена одного нуклеотида другим, вставка лишнего нуклеотида – инсерция, или пропажа
нуклеотида-делеция), это может привести к смещению "рамки" считывания и нарушению
нормального синтеза белка. В результате может получиться либо нормальный белок
("тихая мутация"), когда замена одного нуклеотида не приводит к изменению
вставляемой аминокислоты, либо дефектный. Например, в результате мутации
происходит замена нуклеотида Г в триплете АЦГ на любой другой нуклеотид (А, Ц, У).
При этом не происходит сдвига рамки считывания и в растущую полипептидную цепь
вставляется аминокислота Треонин, поскольку она кодируется любым из четырех
триплетов – АЦУ, АЦЦ, АЦА или АЦГ. Такая мутация на качестве белка не сказывается.
А вот если в триплете нуклеотидов УГУ или УГЦ последний нуклеотид окажется заменен
на Г, то вместо аминокислоты Цистеин в цепь будет добавлена аминокислота Триптофан,
замена в том же триплете последнего нуклеотида на А вообще прервет синтез белка и
получится
дефектный,
укороченный
белок,
поскольку
кодон
УГА
является
терминирующим.
Пример синтеза дефектного белка в результате мутации с делецией (пропажей)
нуклеотида показан на рисунке. Вследствие исчезновения нуклеотида У в триплете
кодонов по 138 позиции УЦУ (кодирует аминокислоту Серин) в результате мутации,
происходит смещение рамки считывания, замена аминокислот в белке, нормальный "стоп"
кодон (УАА, по 142 позиции) исчезает и синтез останавливается позже. Вместо
нормальной аминокислотной последовательности альфа-цепи глобина в 141 АК-остаток
синтезируется удлиненная цепь в 146 остатков, характерная для мутантного гемоглобина
Вэйна.
Мутация, произошедшая в результате сдвига рамки считывания из-за пропажи
(делеции) нуклеотида (У, обведен овалом)