Основы биохимии Том 3 - А. Ленинджер 1985
Молекулярные механизмы передачи генетической информации
Синтез белка и его регуляция
Синтез белка протекает в пять основных этапов
Сегодня мы знаем, что процесс белкового синтеза протекает в пять основных этапов, каждый из которых требует ряда компонентов. В табл. 29-1 перечислены компоненты, необходимые для синтеза белка в Е. coli и других прокариотах. Белковый синтез в эукариотических клетках протекает в принципе по той же схеме, несколько отличаясь от синтеза в прокариотах в деталях. Ниже дана краткая характеристика этапов биосинтеза белка.
Таблица 29-1. Компоненты, необходимые для осуществления пяти основных этапов полипептидного синтеза в Е. coli
Этап |
Необходимые компоненты |
1. Активация аминокислот |
20 аминокислот 20 аминоацил-тРНК - синтетаз 20 или больше тРНК АТР Mg2+ |
2. Инициация полипептидной цепи |
мРНК N-формилметионил-тРНК Инициирующий кодон в мРНК (AUG) 30S-рибосомная субчастица 50S-рибосомная субчастица GTP Mg2+ Факторы инициации (IF-1, IF-2, IF-3) |
3. Элонгация |
Функциональная 70S-рибосома (инициирующий комплекс) Аминоацил-тРНК, соответствующие кодонам мРНК Mg2+ Факторы элонгации (Tu, Ts и G) GTP Пептидилтрансфераза |
4. Терминация |
АТР Терминирующий кодон в мРНК Факторы освобождения полипептида (R1, R2 и S) |
5. Сворачивание и процессинг |
Специфические ферменты и кофакторы, удаляющие инициирующие остатки и сигнальные последовательности, модифицирующие концевые остатки, присоединяющие к ферментам простетические группы, осуществляющие ковалентную модификацию R-групп определенных аминокислот за счет присоединения фосфатных, метальных, карбоксильных или углеводных остатков |
a. Этап 1: активация аминокислот
На этом этапе, который протекает не в рибосоме, а в цитозоле, каждая из 20 аминокислот ковалентно присоединяется к определенной тРНК, используя для этого энергию АТР. Эти реакции катализируются группой требующих присутствия ионов Mg2+активирующих ферментов, каждый из которых является специфическим по отношению к одной из аминокислот и к соответствующей этой аминокислоте тРНК.
б. Этап 2: инициации полипептидной цепи
На этом этапе мРНК, содержащая информацию о данном полипептиде, связывается с малой субчастицей рибосомы, а затем и с инициирующей аминокислотой, прикрепленной к соответствующей тРНК; в результате образуется инициирующий комплекс. тРНК, несущая инициирующую аминокислоту, взаимодействует по принципу комплементарности с находящимся в составе мРНК особым триплетом, или кодоном, который сигнализирует о начале полипептидной цепи. Осуществлению этого процесса, который требует участия гуанозинтрифосфата (GTP), способствуют три специфических белка, присутствующие в цитозоле и называемые факторами инициации.
в. Этап 3: элонгация
Далее полипептидная цепь удлиняется за счет последовательного ковалентного присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определенное положение с помощью соответствующей тРНК, образующей комплементарные пары с отвечающим ей кодоном в мРНК. Элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля, называемых факторами элонгации. Для связывания каждой поступающей аминоацил-тРНК и для перемещения рибосомы вдоль мРНК на один кодон, т. е. для удлинения растущего полипептида на одно звено, затрачивается энергия, получаемая при гидролизе двух молекул GTP.
г. Этап 4: терминация и высвобождение
После завершения синтеза полипептидной цепи, о котором сигнализирует терминирующий кодон мРНК, происходит высвобождение полипептида из рибосомы при участии особых “рилизинг”-факторов (от англ. release — высвобождать), или факторов терминации.
д. Этап 5: сворачивание полипептид ной цепи и процессинг
Чтобы принять свою нативную биологически активную форму (разд. 8.1), полипептид должен свернуться, образуя при этом определенную пространственную конфигурацию. До или после сворачивания новосинтезированный полипептид может претерпевать процессинг, осуществляемый ферментами и заключающийся в удалении инициирующих аминокислот, в отщеплении лишних аминокислотных остатков, во введении в определенные аминокислотные остатки фосфатных, метальных, карбоксильных и других групп, а также в присоединении олигосахаридов или простетических групп.
Рассмотрим теперь более подробно каждый из этих этапов.