Основы молекулярной биологии. Часть 2: Молекулярные генетические механизмы - А.Н. Огурцов 2011
Синтез белков на рибосомах
Полисомы
В среднем трансляция эукариотической мРНК длится 30-60 секунд. Существуют два явления, которые значительно ускоряют этот процесс:
1) одновременное транслирование одной молекулы мРНК несколькими рибосомами,
2) быстрое рециклирование рибосомных субъединиц - диссоциировавшие с 3'-конца мРНК субъединицы снова быстро формируют рибосому на 5'-конце.
Одновременная трансляция мРНК несколькими рибосомами действительно наблюдается в электронном микроскопе и при седиментационном анализе, демонстрируя несколько присоединенных к одной мРНК рибосом, синтезирующих белки.
Такие структуры, называемые полирибосомами или полисомами, видны в виде циркулярных (круговых) образований в электронном микроскопе (рисунок 48). Дальнейшие исследования клеток дрожжей объяснили круговую форму полисом и механизм эффективного рециклирования рибосом.
Рисунок 48 - Изображение в электронном микроскопе трёх полисом
Оказалось, что цитозольные белки РАВРІ, которые найдены во всех эукариотических клетках - поли(А)-связывающие белки (poly(A)-binding protein), одновременно взаимодействуют с поли(А) хвостом мРНК и субъединицей 4G фактора eIF4.
А субъединица 4Е этого же фактора eIF4 связывается с кэпом на 5'-конце мРНК. В результате концы мРНК соединяются промежуточными белками и молекула мРНК "закольцовывается" (рисунок 49).
Поскольку два конца мРНК располагаются близко друг к другу, рибосомные субъединицы, освободившиеся на 3'-конце мРНК могут сразу же быть использованы на 5'-конце. Такой циркулярный способ синтеза белков обнаружен во многих эукариотических клетках.
Рисунок 49 - Схема синтеза белков на круговой полисоме и рециклирования рибосомных субъединиц
Выводы
Только одна из двух метиониновых тРНК, а именно tRNAiMet, может инициировать трансляцию.
Каждая из стадий трансляции - инициация, элонгация и терминация — требуют участия специфических белковых факторов, включая ГТФазы - белки-переключатели, которые гидролизуют ГТФ в ГДФ при успешном завершении определённого этапа трансляции.
В ходе инициации рибосомные субъединицы объединяются вокруг стартовой точки трансляции с инициирующей метиониновой тРНК (Met- tRNAiMet) спаренной со стартовым кодоном.
Элонгация белковой цепи представляет собой повторяющийся четырёхэтапный цикл: (1) отъединение тРНК от А-центра, (2) связывание следующей аминоацил-тРНК с A-центром рибосомы, сопровождающееся высвобождением уже использованной тРНК с центра Е, (3) катализ большой рРНК переноса полипептидной цепи на новую тРНК и образования пептидной связи, и (4) транслокация рибосомы к следующему кодону, при этом происходит перемещение пептидил-тРНК с А на Р центр, а дезациллированной тРНК с Р на Е центр.
В каждом цикле элонгации рибосома претерпевает два конформационных превращения, стимулируемых ГТФ-связанными белками. Первое позволяет прочное связывание новой аминоацил-тРНК в A-центре и выброс тРНК из Е-центра, второе приводит к транслокации.
Терминация обеспечивается двумя типами факторов: теми, которые распознают стоп-кодоны, и теми, которые стимулируют гидролиз пептидил-тРНК.
Эффективность синтеза белков увеличивается одновременной трансляцией одной мРНК несколькими рибосомами. В эукариотах происходит сближение концов мРНК, обеспечиваемое белковыми факторами, что позволяет быстро рециклировать рибосомные субъединицы, ещё более увеличивая эффективность синтеза белков.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое прединициаторный комплекс в процессе трансляции?
2. Что такое факторы инициации трансляции?
3. Какова функция А-, Е- и P-центров в рибосоме?
4. Какая последовательность нуклеотидов называется последовательностью Козак?
5. Какие процессы инициирует конформационное изменение рибосомы в ходе элонгации трансляции?
6. Что такое факторы элонгации?
7. Что такое транслокация рибосомы?
8. Что такое факторы терминации?
9. Какова роль ГТФазных белков-переключателей в процессе трансляции?
10. Что такое полисома?
11. Какие два явления позволяют значительно ускорить процесс трансляции эукариотической мРНК?
12. Какие цитозольные белки способствуют образованию полисом?