Этап II. Трансляция

ЭТАПЫ СИНТЕЗА БЕЛКА В КЛЕТКЕ

Этап I. Транскрипция

Передача информации о структуре белка от ДНК к рибосомам осуществляется посредством информационной или матричной рибонуклеиновой кислоты (иРНК или мРНК). Синтез иРНК называется транскрипцией. Фактически транскрипция – переписывание информации о структуре белка с цепи ДНК на иРНК.

Молекула иРНК, комплементарная одной из цепей исходной (матричной) ДНК. Транскрипцию осуществляет фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза. Синтез иРНК молекулами РНК-полимеразы начинается в определенных местах ДНК, называемых промоторами, и завершается на особых нуклеотидных последовательностях – терминаторах. Совокупность нуклеотидов ДНК, заключенных между промотором и терминатором, называют транскрипционной единицей или транскриптоном.

Процесс транскрипции подразделяют на следующие стадии:

1. Связывание фермента РНК-полимеразы с промотором ДНК, отделение глобул белков-гистонов.

2. Расплетание двойной спирали ДНК за счет разрыва водородных связей между азотистыми основаниями.

3. Фермент РНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК и присоединяет рибонуклеотиды к растущей цепи иРНК по принципу комплементарности. Этот процесс называется элонгацией – удлинением синтезируемой молекулы иРНК. Стадия элонгации заканчивается после достижения РНК-полимеразой конечного кодона (триплета (3 нуклеотида)) – называемого терминатором транскрипции. Затем синтезированная РНК и фермент РНК-полимераза освобождаются из транскрипционного комплекса.

4. Участки ДНК, несущие информацию о строении белка - экзоны, разделены бессмысленными интронами. В процессе транскрипции считывается информация как с экзонов, так и с интронов. Образуется предшественник иРНК - про-иРНК. Молекулы про-иРНК претерпевают созревание - процессинг. В ядре из про-иРНК происходит вырезание интронов и объединение экзонов - сплайсинг. К концу 3' («хвосту») образовавшейся иРНК прикрепляется особая группировка поли-А (большое количество адениловых нуклеотидов) и к 5' концу («голове») цепи иРНК присоединяется защитная химическая группировка КЭП («шляпка» - метилированные (содержащие CH₃- группу) нуклеотиды для защиты иРНК от разрушения ее ферментами-рестриктазами).

5. иРНК соединяется с белком, образуя информосому. Она выходит через поры в ядерной оболочке в цитоплазму.

Этап II. Трансляция

1. иРНК высвобождается из информосомы и одноцепочечная неспирализованная молекула иРНК присоединяется к участку малой субъединицы рибосомы, который примыкает к большой субъединице. К рибосоме прикрепляется небольшой участок цепи мРНК, содержащий один кодон, состоящий из трех азотистых оснований. Один кодон соответствует одной аминокислоте. Однако некоторые аминокислоты кодируются несколькими разными кодонами. Таким образом, первый этап трансляции заключается в образовании комплекса между мРНК и рибосомой.

2. Активация аминокислот. Перенос аминокислот в цитоплазме к рибосомам осуществляется транспортными РНК (тРНК), состоящими из 70-80 нуклеотидов. Они составляют почти 10 % от всей клеточной РНК и растворены в гиалоплазме. Поэтому тРНК еще называют растворимой РНК. В состав белков входят 20 аминокислот и каждой аминокислоте соответствует своя тРНК. Благодаря определенному расположению комплементарных нуклеотидов полинуклеотидная цепочка тРНК образует вторичную структуру, получившей название «клеверного листа». Рентгеноструктурный анализ позволил установить также третичную структуру тРН К. Она оказалась составленной из двух стеблей наподобие латинской буквы L.

Каждая тРНК имеет триплет оснований – антикодон (рис. 1), ответственный за прикрепление к комплементарному кодону иРНК. Для того, чтобы аминокислота (АК) присоединилась к тРНК необходима ее активация или обогащение энергией. Активация аминокислоты происходит за счет ее реакции с аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ) - вещества с макроэргическими связями. Реакция идет при участии фермента аминоацилсинтетазы (кодазы):

АК + АТФ → АК ~ АМФ + 2Ф_н

^{аминоациладенилат}

АК~АМФ + тРНК → АК ~ тРНК + АМФ

^{аминоациладенилат аминоацил-тРНК}

Образовавшийся аминоациладенилат остается связанным с ферментом и вступает в реакцию с тРНК с образованием аминоацил-тРНК.

Рис. 1. Присоединение аминокислоты к т-РНК

3. Инициация – начало сборки молекулы белка. Комплекс аминокислоты с тРКН (аминоацил-тРНК) антикодоном присоединяется к кодону мРНК на малой субъединице рибосомы. Если они комплементарны друг другу, аминокислота остается в рибосоме. После того как первая аминокислота со своей тРНК вошла в малую субъединицу рибосомы, происходит смыкание малой и большой субъединиц рибосомы. После смыкания субъединиц тРНК вместе с аминокислотой переносится на большую субъединицу.

4. Элонгация – удлинение белковой (полипептидной) цепи (рис. 2): иРНК перемещается на один кодон. В результате в малую субъединицу входит следующий кодон, кодирующий другую аминокислоту. К этому кодону с помощью антикодона присоединяется вторая тРНК со своей аминокислотой. В рибосоме оказываются две аминокислоты, ориентированные друг около друга таким образом, что карбоксильная группа первой аминокислоты оказывается рядом с аминогруппой второй аминокислоты. В результате сближения этих групп аминокислоты соединяются пептидной связью. тРНК покидают рибосому. Присоединение аминокислотных остатков - элонгация повторяется многократно, пока не образуется полипептидная цепочка белка.

Рис. 2. Схема синтеза полипептидной цепи в рибосоме (по В. В. Полевому).

5. Окончание образования полипептидной цепочки - терминация связано с тем, что в малую субъединицу вступает терминальный кодон иРНК. Образовавшаяся полипептидная цепочка покидает рибосому.

Большое значение имеет объединение рибосом в цепочки - полисомы. В этом случае одна молекула иРНК может последовательно присоединяться к ним и служить матрицей для синтеза нескольких одинаковых молекул белка. Когда синтез белка закончен, иРНК распадается. Синтез белковой молекулы идет с большой скоростью и поэтому время жизни иРНК невелико (от нескольких секунд до 1-2 минут). Однако, на определенных фазах развития растений (например, в набухающих и прорастающих семенах) синтезируются так называемые долгоживущие молекулы иРНК.В заключение можно сказать, что из поколения в поколение передаются молекулы ДНК, которые несут в себе информацию о составе белковых молекул. План построения белка записан в ДНК с помощью триплетного кода, представленного чередованием азотистых оснований. Под влиянием внешних условий или спонтанно ДНК может изменяться. Эти изменения могут быть полезными, бесполезными и вредными. Полезные изменения, дающие организмам преимущество в борьбе за существование, могут закрепляться по наследству в ходе естественного или искусственного отбора.

Поиск по сайту: