Трансляция — синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК (мРНК) . мРНК связывается с малой субъединицей рибосомы, когда происходит узнавание 3′-концом 16S рибосомной РНК комплементарной последовательности Шайн-Далгарно, расположенной на 5′-конце мРНК (у прокариот) , а также позиционирование стартового кодона (как правило, AUG) мРНК на малой субъединице. У эукариот малая субчастица рибосомы связывается также с помощью кэпа, на конце мРНК. Ассоциация малой и большой субъединиц происходит при связывании формилметионил-тРНК (fMET-тРНК) и участии факторов инициации (IF1, IF2 и IF3 у прокариот; их аналоги и дополнительные факторы участвуют в инициации трансляции у эукариотических рибосом) . Таким образом, распознавание антикодона (в тРНК) происходит на малой субъединице.

После ассоциации, fMET-тРНК находится в P- (peptidyl-) сайте каталитического (пептидил-трансферазного) центра рибосомы. Следующая тРНК, несущая на 3′-конце аминокислоту и комплементарная второму кодону на мРНК, помещается с помощью фактора EF-Tu в А- (aminoacyl-) сайт каталитического центра рибосомы.
тем, образуется пептидная связь между формилметионином (связанным с тРНК, находящейся в Р-сайте) и аминокислотой, принесенной тРНК, находящейся в А-сайте. Механизм катализа образования пептидной связи в пептидил-трансферазном центре до сих пор полностью не ясен. На данный момент существует несколько гипотез, объясняющих детали этого процесса: 1. Оптимальное позиционирование субстратов (induced fit)[5], 2. Исключение из активного центра воды, способной прервать образование пептидной цепи посредством гидролиза [6], 3. Участие нуклеотидов рРНК (таких как А2450 и А2451) в переносе протона [7][8], 4. Участие 2′-гидроксильной группы 3′-концевого нуклеотида тРНК (А76) в переносе протона [9];. Высокая эффективность катализа достигается взаимодействием этих факторов.

После образования пептидной связи, полипептид оказывается связанным с тРНК, находящейся в А-сайте. На следующем этапе деацилированная тРНК двигается из Р-сайта в Е-сайт (exit-), а пептидил-тРНК из А- в Р-сайт. Этот процесс называется транслокацией и происходит при участии фактора EF-G. тРНК, комплементарная следующему кодону мРНК, связывается с А-центром рибосомы, что ведет к повторению описанных шагов. Стоп-кодоны (UGA, UAG и UAA) сигнализируют об окончании трансляции. Процесс окончания трансляции и освобожения готового полипетида, рибосомы и мРНК, называется терминацией. У прокариот он происходит при участии факторов терминации RF1, RF2, RF3 и RRF.

Источник: otvet.mail.ru

1. Приведите примеры живых существ, клетки которых способны сохранять постоянную форму.

Ответ. Постоянную форму сохраняют клетки растений, грибов, то есть тех, кто имеет клеточную стенку.

2. Каковы функции рибосом?

Ответ. Рибосо́ма — важнейший немембранный органоид живой клетки, служащий для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК (мРНК).

3. Что такое цитоплазма?

Ответ. Внутренняя среда клетки — цитоплазма — сложно организованная система, включающая ядро, мембранные и немембранные органеллы, включения, которые находятся во взвешенном состоянии в гиалоплазме. Последняя представляет собой гель с изменяющейся в зависимости от функционального состояния клетки степенью вязкости.

Вопросы после §15

1. Какие функции выполняет цитоскелет?

Ответ. У всех эукариот в цитоплазме имеется сложная опорная система – цитоскелет. Он состоит из трёх элементов: микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов.

Микротрубочки пронизывают всю цитоплазму и представляют собой полые трубки диаметром 20–30 нм. Их стенки образованы специально закрученными нитями, построенными из белка тубулина. Сборка микротрубочек из тубулина происходит в клеточном центре . Микротрубочки прочны и образуют опорную основу цитоскелета. Часто они располагаются таким образом, чтобы противодействовать растяжению и сжатию клетки. Кроме механической функции, микротрубочки выполняют также и транспортную функцию, участвуя в переносе по цитоплазме различных веществ.

Промежуточные филаменты имеют толщину около 10 нм и также имеют белковую природу. Их функции в настоящий момент изучены недостаточно.

Микрофиламенты – белковые нити диаметром всего 4 нм. Их основа – белок актин. Иногда нити актина группируются в пучки. Микрофиламенты чаще всего располагаются вблизи от плазматической мембраны и способны менять её форму, что очень важно, например, для процессов фагоцитоза и пиноцитоза.

Таким образом, цитоплазма пронизана структурами цитоскелета, поддерживающими форму клетки и обеспечивающими внутриклеточный транспорт. Цитоскелет может быстро «разбираться» и «собираться». Когда он собран, то по его структурам с помощью специальных белков могут перемещаться органоиды, попадая в те места клетки, где они нужны в данный момент.

2. Из чего состоит клеточный центр?

Ответ. Клеточный центр (центросома). Он расположен в цитоплазме вблизи от ядра и образован двумя центриолями – цилиндрами, расположенными перпендикулярно друг к другу. Диаметр каждой центриоли 150–250 нм, а длина – 300–500 нм. Стенка каждой центриоли состоит из девяти комплексов микротрубочек, а каждый комплекс (или триплет), в свою очередь, построен из трёх микротрубочек. Триплеты центриоли соединены между собой рядом связок. Основной белок, образующий центриоли, – тубулин. В область клеточного центра по цитоплазме транспортируется тубулин. Здесь из этого белка собираются элементы цитоскелета. Уже в собранном виде они направляются в различные участки цитоплазмы, где и выполняют свои функции.

Центриоли необходимы также для образования базальных телец ресничек и жгутиков. Перед делением клетки центриоли удваиваются. В процессе деления клетки они попарно расходятся к противоположным полюсам клетки и участвуют в образовании нитей веретена деления.

В клетках высших растений клеточный центр устроен по-другому и центриолей не содержит

3. Какой процесс осуществляется в рибосомах?

Ответ. Органоиды, необходимые клетке для синтеза белка, – это рибосомы. Их размер составляет примерно 20 х 30 нм; в клетке их насчитывается несколько миллионов. Рибосомы состоят из двух субъединиц – большой и малой. Каждая субъединица является комплексом рРНК с белками. Рибосомы формируются в области ядрышек ядра, а затем через ядерные поры выходят в цитоплазму. Они осуществляют синтез белков, а именно – сборку молекул белков из аминокислот, доставляемых к рибосоме тРНК. Между субъединицами рибосомы имеется щель, в которой располагается молекула иРНК, а на большой субъединице имеется бороздка, по которой сползает синтезируемая молекула белка. Таким образом, в рибосомах осуществляется процесс трансляции генетической информации, т. е. её перевода с «языка нуклеотидов» на «язык аминокислот».

Рибосомы могут находиться в цитоплазме во взвешенном состоянии, но чаще они располагаются группами на поверхности эндоплазматической сети клетки. Считается, что свободные рибосомы синтезируют белки, необходимые для нужд самой клетки, а рибосомы, прикреплённые к ЭПС, изготовляют белки «на экспорт», т. е. такие белки, которые предназначены для использования во внеклеточном пространстве или в других клетках организма.

Источник: resheba.com

Рибосомы — это важнейшие компоненты клеток как прокариот, так и эукариот. Строение и функции рибосом связаны с синтезом белка в клетке, т. е. процессом трансляции.

По химическому составу рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиды, т. е. состоят из РНК и белков. В рибосомы входит только один тип РНК – рРНК (рибосомальная РНК). Однако существует 4 разновидности ее молекул.

По строению рибосомы — это мелкие, округлой формы, немембранные органоиды клетки. Их количество в разных клетках варьирует от тысяч до нескольких миллионов. Рибосома — это не монолитная структура, она состоит из двух частиц, которые называют большой и малой субъединицами.

В клетках эукариот большинство рибосом прикреплено к ЭПС, в результате чего последняя становится шероховатой.

Большая часть рРНК, составляющая рибосомы, синтезируется в ядрышке. Ядрышко образуют определенные участки разных хромосом, содержащие множество копий генов, на которых синтезируется предшественник молекул рРНК. После синтеза предшественника он видоизменяется и распадается на три части — разные молекулы рРНК.

Одна из четырех типов молекул рРНК синтезируется не в ядрышке, а в ядре на других участках хромосом.

В ядре происходит сборка отдельных субъединиц рибосом, которые затем выходят в цитоплазму, где при синтезе белка объединяются.

По строению обе субъединицы рибосом представляют собой молекулы рРНК, которые принимают определенные третичные структуры (сворачиваются) и инкрустируются десятками различных белков. При этом в состав большой субъединицы рибосом входит три молекулы рРНК (у прокариот — две), а в состав малой — только одна.

Единственная функция рибосом — это обеспечение возможности протекания химических реакций при биосинтезе белка в клетке. Матричная РНК, транспортные РНК, множество белковых факторов в рибосоме занимают определенные положения, что дает возможность эффективно протекать химическим реакциям.

При объединении субъединиц в рибосоме образуются «места» – сайты. Рибосома движется по мРНК и «считывает» кодон за кодоном.
один сайт поступает тРНК с присоединенной к ней аминокислотой, в другом – находится ранее прибывшая тРНК, к которой прикреплена ранее синтезированная полипептидная цепочка. В рибосоме между аминокислотой и полипептидом образуется пептидная связь. В результате полипептид оказывается на «новой» тРНК, а «старая» покидает рибосому. На ее место смещается оставшаяся тРНК вместе со своим «хвостом» (полипептидом). Рибосома сдвигается по мРНК вперед на один триплет, и к нему присоединяется комплементарная тРНК и т. д.

По одной цепи мРНК могут двигаться друг за другом несколько рибосом, образуя полисому.

Источник: scienceland.info

1. Процессы синтеза, созревания, транспорта и деградации белков

Рибосома. – рибонуклеопротеиновые частицы (РНК + белок) / r-белки / рибосомальные белки. У прокариот рассеяны по всей цитоплазме, у эукариот локализованы в цитоплазе. В клетках с интенсивным синтезом белка часть рибосом прикреплены к ЭПР, часть свободны. На свободных рибосомах осуществляется синтез белка для внутриклеточных нужд, поэтому их больше в эмбриональных и быстроразмножающихся клетках. Все рибосомы цитоплазматического матрикса образуются в ядрышках эукариотических клеток. Эукариоты имеют специальные митохондриальные и хлоропластные рибосомы, они образуются в органеллах.

Виды рибосом. Строение рибосомы, малая и большая субъединицы. Состав субъединиц – рибосомальные РНК, рибосомальные белки.

Полные рибосомные частицы и их субъединицы обозначаются в соответствии с коэффициентом седиминтации, выраженном в единицах Сведберга.

Всем прокариотам свойственны 70S рибосомы. Соотношение белка к РНК – 2:1. Состоит из двух субъединиц: 50S и 30S. Каждая содержит рРНК и определенное число небольших белков. У E.coli малая субъединица состоит из 1 рРНК (16S) и 21 рибосомального белка (S1, S2, S3 и тд.). Большая субъединица содержит 2 рРНК (23S, 5S) и 31белок (L1, L2, L3 и тд.). Полная рибосома имеет ассиметричное строение. На малой 4 отдела: гоовка, шейка, тело и основание/платформа. У большой хорошо различим центральный выступпротурбанец, в кот. находится 5S рРНК, основной массив, в кот. находится белок L7, и бороздка м/д ними, в кот. находится пептидилтрансферазный сайт. Мд большой и малой субъединицей образуется полость, в кот. открывается большинство активных сайтов рибосомы.

Эукариоты имеют 80S рибосомы. Имеют больше рРНК и белков. Их соотношение 1:1. Состоят из малой (40S) и большой (60S) субъединицы. Малая содержит 18S рРНК и 33 рибосомальных белка. Большая – 3 цепи рРНК (5S, 5.8S, 28S) и 45-50 белков.

Рибосомы органелл отличаются от цитомпазматических. Содержат 70% РНК и напоминают бактериальные рибосомы.

Функциональные центры рибосомы (А-сайт, Р-сайт, ПТФ-сайт, М-сайт, Е-сайт).

Рибосома – кооперативная структура, кот. зависит от взаимодействия своих активных сайтов. Сайт А – участвует в связывании очередной аминоацил-тРНК, в нем находится кодон мРНК, кот. диктует рибосоме тип входящей аминоацил-тРНК/следующую аминокислоту растущего полипептида. Сайт Р – участок связывание пептидил-тРНК – растущий петтид, кот. связан своим С-концом с тРНК, кот. принесла последний аминокислотный остаток к рибосоме. Сайт Е – участок выхода тРНК из рибосомы. Деацелированная тРНК удерживается сайтом Е короткое время. У эукариот нет этого сайта, из Р-сайта уходит сразу в цитоплазму. Каталитический сайт пептидилтрансферазы – находится на границе А и Р-сайтов, катализирует образование пептидной связи. ГТФ-азный центр – место посадки ГТФ, содействует запуску гидролиза АТФ

Биосинтез рибосомы, этапы процессинга рРНК. Химические модификации рРНК. Особенности строения и созревания рибосомы эукариот.

Процессинг рРНК: нарезание первичного транскрипта, метилирование, сплайсинг. У эукариот все рРНК синтезируются как часть одного транскрипта. Он нарезается с помощью экзо и эндонуклеаз на зрелые рРНК. Предшественник содержит 18, 5.8, 28S рРНК и называется 45S РНК. Процессинг рРНК требует участия мяРНК. У некоторых организмов в составе предшественника 28S РНК находятся вставки/интраны, кот. удаляются в результате процессинга и фрагменты РНК сшиваются в результате сплайсинга.

У прокариот предшественник рРНК содержит 16, 23, 5S рРНК + несколько предшественников тРНК. 3 и 5’ концы сближены за счет комплиментарно прилегающих пар оснований. Такая структура разрезается РНКазойIII. Оставшиеся рибонуклеотиды отрезаются экзонуклеазами/подравнивание.

Малые ядрышковые РНК (мякРНК).

Малые ядерные РНК — особые РНК эукариот. Некоторые из них участвуют в процессинге, входя в сложный комплекс — сплайсингосому. Они способствуют вырезанию интронов из пре-мРНК и последующему сшиванию концов экзонов. Такие мяРНК называются U-PHK из-за необычайно большого количества в них урацила и его модифицированных форм. МяРНК функционируют в комплексе с белками, образуя малые ядерные рибонуклеопротеины (мяРНП).

Транспортная РНК.

1. На З’-конце молекулы всегда находятся четыре неспаренных нуклеотида, причем три из них — это обязательно ССА. 5′ и З’-концы молекулы РНК образуют акцепторный стебель, благодаря комплиментарному спариванию 7 нуклеотидов.

2. У всех молекул имеется шпилька ТψС, обозначаемая так потому что она содержит два необычных остатка: риботимидин (Т) и псевдоуриднн (ψ), Тринуклеотид TψC всегда расположен в одном и том же месте петли. Сама шпилко состоит из 5 спаренных оснований, включая пару GC, кот. находится перед петлей.

3. В антикодоновой шпильке стебель всегда представлен семью спаренными основаниями. Триплет, комплементарный родственному кодону – антнкодон — находится в петле, состоящей из семи неспареных нуклеотидов.

4. Еще одна шпилька состоит из стебля длиной три-четыре пары нуклеотидов и петли варьирующего размера, часто содержащей урацил в восстановленной форме -дигидроурацил (Д-петля).

Процесс трансляции. Стадии синтеза белка. Аминоацил-тТРНК-синтетазы (АРСазы), строение, функции. Претрансферное и посттрансферное редактирование ошибочного синтеза аминоацил-тРНК. Этап инициации трансляции. Рамка считывания. Универсальный код. Старт-кодон, первая аминокислота. Факторы инициации. RBS-участки мРНК, последовательность Шайна-Дальгарно. трансляционно-инициаторные районы. Факторы элонгации. Элонгационный цикл. Терминация, стоп-кодоны. Факторы терминации. Особенности процесса трансляции у эукариот.

Трансляция — это перевод информации, заложенной в последовательности нуклеотидов мРНК, в последовательность аминокислотных остатков полипептидных цепей. В ходе трансляции синтезируются все белки клетки. Сначала происходит активирование аминокислот и присоединение их к соответствующим тРНК. Затем протекает сборка полипептидной цепи на рибосомах, что иногда называют собственно трансляцией. Как и другие матричные процессы, трансляция протекает в три этапа: инициация, элонгация, терминация.

Активирование аминокислот. Реакции протекают в растворимой части цитоплазмы.

На этой стадии происходит:

• активирование аминокислот за счет энергии АТФ,

• «узнавание» (рекогниция) тРНК своих аминокислот с помощью специальных ферментов,

• акцептирование этих аминокислот.

Аминокислоты активируются особыми ферментами — аминоацил-тРНК-синтетазами (иногда их называют сокращенно АРСазами — осуществляют присоединение аминокислоты к молекуле транспортной РНК) и присоединяются к определенным тРНК. Ферменты обладают двойной специфичностью: к определенной аминокислоте и к соответствующей ей тРНК. Реакция активирования протекает в каталитическом центре фермента в два этапа.

1. АТФ + аминокислота => связанный с ферментом промежуточный продукт – аминоациладенилат. СООН-группа аминокислоты связывается ангидридной связью с б’-фосфатной группой АМФ с выделением пирофосфата, при этом аминоациладенилат приобретает от АТФ часть энергии, необходимой для образования пептидной связи.

I. II.

2. Перенос аминоацильного остатка на специфическую тРНК. СООН-группа аминокислоты образует сложноэфирную связь с З’-ОН-группой концевого аденозинового остатка тРНК.

Итог реакции: этерификация каждой аминокислоты соответствующей молекулой тРНК, т. е. образование аминоацил-тРНК. В ходе этого процесса каждая аминокислота активируется и связывается со специфичной для нее «своей» тРНК. Молекулы тРНК нагруженные аминокислотой переносятся к рибосомам, где образуется полипептидная цепь. => тРНК – адаптер, приспособленный для включения аминокислот в растущую цепь в определенном порядке.

Некоторые аминокислоты отличаются друг от друга очень слабо, например, лишь одной метильной группой (изолейцин и валин, аланин и глицин). Для таких случаев во многих аминоацил-тРНК синтетазах эволюционировали механизмы, избирательно расщепляющие ошибочно синтезированные продукты. Процесс их распознавания и гидролиза называют редактированием. Избирательное расщепление аминоацил-аденилата называют претрансферным редактированием, так как оно происходит до переноса аминокислотного остатка на тРНК, а расщепление готовой аминоацил-тРНК — посттрансферным редактированием. Претрансферное редактирование, как правило, происходит в том же активном центре, что и аминоацилирование. Посттрансферное редактирование требует попадания 3′-конца аминоацил-тРНК с прикреплённым к нему остатком аминокислоты во второй активный центр аминоацил-тРНК синтетазы — редактирующий. Этот второй активный центр есть не у всех аминоацил-тРНК синтетаз, а у тех, у которых есть, находится в отдельном домене глобулы фермента. Встречаются также свободно плавающие ферменты, участвующие в посттрансферном редактировании. После гидролиза разъединённые аминокислота и тРНК (или аминокислота и АМФ) высвобождаются в раствор.

Инициация. Инициация — это одна из наиболее сложных стадий трансляции. На этой стадии из отдельных компонентов собирается аппарат для синтеза белка и протекают подготовительные реакции:

1. Сборка рибосом – организующих центров процесса трансляции. Если рибосома не связана с мРНК, она диссоциирует на составляющие ее субъединицы (у прокариот — 30S и 50S, в эукариотических клетках — 40S и 60S).

2. В процессе трансляции полипептидная цепь начинает строиться с N-конца и завершается С-концом, т. е. имеет направление NН2СООН.

3. Началом синтеза белка в мРНК является сочетание трех нуклеотидов; АУГ. Если эти нуклеотиды стоят внутри цепи мРНК, то они кодируют аминокислоту метионин. Предполагают, что в некоторых случаях инициирующим кодоном может быть ГУГ (будучи внутренним, он кодирует аминокислоту валин).

4. В клетках прокариот существуют две метиониновые тРНК.

• тРНК_м^мет – акцептирует остатки аминокислоты метионина и включает их в полипептидные цепи.

• тРНК_ф^мет – служит для инициации синтеза белков, т. е. является инициаторной.

Обе эти тРНК акцептируют аминокислоту метионин, образуя метионил-тРНК.

Еслм метионин присоединяется к тРНК_ф^мет , то происходит реакция трансформилирования с образованием формилметионин-тРНК_ф^мет. Блокирование аминогруппы метионина формильным остатком позволяет этой аминокислоте первой встать в рибосому, начать рост полипептидной цепи.

5. Факторы инициации трансляции: IF-1, IF-2, IF-3 + ГТФ

Результат: собранная и готовая к синтезу рибосома

6. Функциональные центры – полости в рибосоме, где специфически связываются молекулы, участвующие в синтезе. 30S субъединица отвечает за выбор и связывание аминоацил-тРНК. Аминоацил-тРНК связывается в А-сайте/аминоацил-тРНК-связывающем на 30S субъединице, остальное свешивается в 50S субъединицу. Рядом с А-участком располагается Р-участок/пептидил-тРНК-связывающий, куда помещается пептидил-тРНК. Формилметионин-тРНК_ф^мет занимает Р-сайт, ее антикодон УАЦ связан с кодоном АУГ на мРНК. А-сайт свободен, в него встает след. кодон мРНК и соответствующая ему амиоацил-тРНК.

У эукариот инициаторной (первой) также является метионил-тРНК, однако в отличие от таковой прокариот она не формилируется, а реагирует с факторами инициации eIF-1, elF-2, elF-3, с 40S- субчастицей рибосом и мРНК. Реакции идут по той же схеме, что и у прокариот.

Так на стадии инициации собирается весь аппарат для синтеза полипептидной цепи. Факторы инициации повторно используются для инициации синтеза новых цепей.

Элонгация.

1. Комплементарная кодону в А-сайте аминоацил-тРНК связывается с А-сайтом. Для прокариот нужны факторы элонгации EF-T: EF-Tu, EF-Ts и ГТФ. Для эукариот – EF-1. ГТФ гидролизуется до ГДФ и Фн. Узнавание происходит благодаря взаимодействию кодон (мРНК) – антикодон (аминоацил-тРНК).

2. Образование пептидной связи. В пептидилтрансферазном центре, располагающемся на 50S-субчастице рибосомы, происходит перенос формилметионинового остатка (или пептидильного остатка в последующих стадиях трансляции) на аминогруппу аминокислотного остатка, расположенного в А-участке. В результате взаимодействия аминогруппы вновь поступившей в рибосому аминокислоты с карбоксилом предыдущей аминокислоты образуется пептидная связь. Эта реакция, видимо, протекает по механизму нуклеофильного замещения (вытесняетея тРНК предыдущей аминокислоты) и катализируется ферментом пептидилтрансферазой, являющимся одним из белков 5OS-субчастицы рибосомы.

3. Транслокация – передвижение в рибосоме мРНК на один кодон. Требуются ГТФ, второй фактор элонгации – EF-G – ГТФаза (или еEF-2 у эукариот), а также энергия гидролиза ГТФ. В результате транслокации мРНК перемещается на один триплет. При этом дипептидил-тРНК поступает в P-участок, а вытесненная инициаторная тРНК_ф^мет уходит с рибосомы. В A-участке встает следующий кодон. Цикл повторяется при поступлении следующей аминоацил-тРНК. мРНК передвигается, ее кодоны «переводятся» на «язык» белков. Считывание информации с мРНК идет в направлении 5’-3’.

Цикл элонгации повторяется многократно — 100, 200 раз, т. е. столько, сколько аминокислотных остатков входит в состав полипептидной цепи.

Терминация. Сигналы окончания синтеза белка – один или несколько следующих/терминирующих триплетов УАА, УАГ, УГА. Наличие их в любом участке мРНК приводит к окончанию белкового синтеза. Необходимы факторы терминации + ГТФ  ГДФ +Фн. У прокариот – RF-1 узнает УАА, УАГ, RF-2 – УАА, УГА. Белковые факторы терминации присоединяются к терминирующим кодонам и блокируют дальнейшую элонгацию цепи. RF-3-фактор освобождает полипептидную цепь от последней тРНК при взаимодействии с RF-1 и RF-2. Считают, что терминирующие кодоны и белковые факторы индуцируют пептидилэстеразную активность белков 50S-субчастицы рибосомы, при этом гидролизуется связь между пептидом и тРНК, пептид и тРНК покидают рибосому.

Терминацию синтеза белка у эукариот обозначают те же самые кодоны, в процессе участвует белковый фактор терминации eRF. Рибосома диссоциирует на субчастицы. Все освободившиеся компоненты белоксинтезирующей системы (субчастицы рибосом, тРНК, белковые факторы трансляции) используются вновь в очередном цикле. Реакции белкового синтеза протекают по типу конвейера, они синхронизированы, что обеспечивает максимальную скорость и эффективность. Почти всегда на одной молекуле мРНК трансляцию осуществляют несколько рибосом, образуя полирибосомы или полисомы.

Компартментализация процессов, специфические структуры мРНК («кэп», полиА-хвост), многочисленность факторов трансляции. Полисома.

На 5’-конце всех зрелых эукариотических мРНК расположен КЭП-группировка, в которой обязательно присутствует 7-метилгуанозин, соединенный с остальной цепочкой тремя фосфодиэфирными связями. Далее располагается несколько метилированных рибонуклеозидов. КЭП необходим для стабилизации мРНК при ее выходе из ядра в цитоплазму, а также для правильного расположения мРНК в рибосоме. Один из факторов инициации трансляции eIF-4E выполняет функции КЭП-связывающего белка и требуется для осуществления КЭП-зависимой трансляции. Кроме того, установлено, что кэпирование необходимо для эффективного сплайсинга пре-мРНК и присоединения к ней полиА-хвоста. Кэпированию подвергаются только мРНК-транскрипты РНК-полимеразы II.

Прокариотические мРНК не имеют выраженного КЭПа, однако на их 5’-конце обычно также располагаются метилированные нуклеотиды. Правильное присоединение рибосомы к мРНК прокариотических организмов осуществляется за счет наличия в прецистронной зоне мРНК особой области, называемой последовательностью Шайна-Дальгарно. Эта последовательность расположена примерно за 10 нуклеотидов до инициирующего кодона (AUG). Комплементарное спаривание богатой пуринами последовательности Шайна-Дальгарно из пяти-восьми нуклеотидов, с полипиримидиновым участком, находящимся вблизи 3’-конца 16S-pPHK, способствует взаимодействию мРНК с 308-субъединицей рибосомы.

После участков связывания с рибосомой на мРНК находится инициирующий кодон — АУГ — .сигнал начала синтеза белка, а вслед за ним располагаются цистроны, содержащие кодоны, соответствующие аминокислотам синтезируемого белка. Сигналом окончания синтеза служит любой из кодонов УАА, УАГ, УГА.

мРНК заканчивается последовательностью поли(А). Участки полй(А) образуются специальной поли(А)-полимеразой. Предполагают, что этот участок стабилизируют мРНК, предохраняя ее от расщепления РНКазами.

Долгое время считалось, что мРНК бактерий не имеет поли(А)-хвоста. В настоящее время стало ясно, что полиаденилирование РНК у бактерий столь же обычно, как и у Эукариот, и выполняет важные биологические функции. Однако поли(А)-последовательности бактериальных мРНК значительно короче, и подвергаются ему не все мРНК.

Матричная РНК имеет как вторичную структуру, представленную нерегулярными шпильками, так и третичную, которую она приобретает в комплексе с белками, образуя рибонуклеопротеиновые частицы.

Созревание белков. Стадии существования белковых цепей. Белки с внутренней неупорядоченностью. Влияние лигандов на укладку белка. Котрансляционные и посттрансляционные модификации белковой молекулы (отщепление сигнального пептида, формирование дисульфидных связей, N— и О-гликозилирование, гидроксилирование, присоединение липидных компонентов (жирные кислоты, изопреноиды, холестерин, гликозилфосфатидилинозитол), фосфарилирование, карбоксиклирование, метилирование, частичный протеолиз. Белковый сплайсинг. Интеины и экстеины. Хоуминг интеинов. Фолдинг. Ферменты фолдазы. Шапероны, основные семейства. Функции шаперонов, система GroEL/GroES. Цитоплазматические шапероны, шапероны органелл (BiP шаперон ЭПР, митохондриальные Tim-белки, лизосомальные шапероны).

Созревание

После завершения трансляции большинство белков подвергается дальнейшим химическим модификациям, которые называются посттрансляционными модификациями.

Фолдинг.

Некоторые белки способны самопроизвольно принимать конформацию зрелого состояния – самосборка. Самособирающийся белок способен сам сворачиваться в акнивную форму из неактивной.

Некоторые белки не способны к самостоятельному формированию правильной пространственной структуры, не обладают способностью к самосборке. Формирование активной конформации требует участия шаперонов – специальных белков, определяющих правильную конформацию белков-мишеней. Это происходит за счет влияния шаперонов на процесс сворачивания. Фолдинг обычно происходит посредством взаимодействия м/д несколькими контактными поверхностями. Как правило, эти поверхности несут, выступающие наружу гидрофобные радикалы, кот. формируют гидрофобное ядро белка. 2 группы шаперонов: 1. Белки теплового шока – HSP70, кол-во кот. резко возрастает при действии повышенных температур., имеют 2 домена – N-концевой/АТФ-азная активность, С-концевой/взаимодействует с субстратом, связываясь с белком, предохраняют его от расщипления протеазами, потом сбрасываются, на что необходима энергия АТФ. 2. Система шаперонов HSP60, GroEL/GroES, TRiC – комплекс в виде цилиндра с крышечкой, взаимодействуют с белками-мишенями облепленными шаперонами гр.1 путем их заключения в свою полость.

Ограниченный протеолиз – процесс ферментативного разложения белков, кот. катализируется протеазами. Протеаза специфически разрывает 1 или несколько пептидных связей в белке-мишени. Далее разрыв 1ой связи приводит к изменению функционального состояния.

Пример: инсулин сосоит из 2х полипептидных цепей А и В, кот. соединены S=S мостиками. Синтезируется в виде преинсулина, сост. из А и В связанных пептидом С. В ходе процессинга отщипляется 24 аминокислоты, превращаясь в проинсулин. Далее еще 2 доп. Разреза полипептидной цепи дают 2 активные цепи связанные S=S мостиками.

В ряде случаев несколько структурно и функционально различных белков синтезируются первоначально как одна полипептидная цепь большой длины, отдельные участки кот. независимо др. от др. сворачиваются в белковые глобулы, образуя полипротеин. В дальнейшем происходитразрезание специфическими протеазами пептидных перетяжек м/д отдельными глобулами, после чего полученные протеины функционируют независимо. Так разделяются компоненты полипротеина ВИЧ.

Многие ферменты синтезируются в виде неактивных предшественников – проферментов/зимогенов. В этом случае пептидная цепь фермента удлинена на несклько а.к. остатков с N-конца – активационный пептид, протеолитическое отщипление кот. превращает его в активную протеиназу. Для предшественников панкреатических сериновых протеиназ: трипсиногена, химотрипсина.

Химическая модификация. Добавление небольших химических группировок к а.к. (ацетильных, метильных, фостатных), к концевым (амино, карбоксильных групп).

Гликозилирование – ковалентное присоединение углеводного компонента. О-связанное – присоединение углеводных остатков через ОН-группы серина и треонина. N-связанное – присоединение углеводного компонента через NH3-группу аспартата белковых цепей.

Ацилирование – присоединение пептидных цепей к остаткам серина и треонина. Характерно для белков ассоциированных с мембраной.

Интеиновый сплайсинг. Созревая до функционально активного белка, полипептид может утрачивать отдельные участки этой последовательности. Удаление участков и есть сплайсинг. Удаленные участки называют интеинами, остальные участки, составляющие зрелый белок, называют экстеинами. Интеин катализирует свой собственный выход из белка, т.е. не требует затрат энергии. Весь процесс состоит в наборе перестроек химических связей, при этом экстеины смыкаются др. с др.

Транспорт белков. Котрансляционный и посттрансляционный транспорт. SRP-частица, строение. Транслокон ЭПР. Состав, особенности строения и функционирования. Особенности транспорта мембранных белков и секреторных белков. Дальнейшие пути транспорта белковых молекул. Сеть аппарата Гольджи, танспортные везикулы (COPI, COPII, клатриновые везикулы)

Транспорт

Синтезируемые в цитоплазме эукариотической клетки белки должны транспортироваться в разные органоиды клетки: ядро, митохондрии, эндоплазматический ретикулум (ЭПР), аппарат Гольджи, лизосомы и др., а некоторые белки должны попасть во внеклеточную среду. Для попадания в определённый отдел клетки белок должен обладать специфической меткой. В большинстве случаев такой меткой является часть аминокислотной последовательности самого белка (лидерный пептид, или сигнальная последовательность белка), но в некоторых случаях меткой служат посттрансляционно присоединённые к белку олигосахариды.

Транспорт белков в ЭПР осуществляется по мере их синтеза, так как рибосомы, синтезирующие белки с сигнальной последовательностью для ЭПР, «садятся» на специальные белки на его внешней мембраны. Из ЭПР в аппарат Гольджи, а оттуда в лизосомы и на внешнюю мембрану или во внеклеточную среду белки попадают путём везикулярного транспорта. В ядро белки, обладающие сигналом ядерной локализации, попадают через ядерные поры. В митохондрии и хлоропласты белки, обладающие соответствующими сигнальными последовательностями, попадают через специфические белковые поры-транслокаторы при участии шаперонов.

Протеолиз. Лизосомальный протеолиз. Ферменты лизосом, особенности формирования лизосом. Микроаутофагия и макроаутофагия. Эндоцитоз. Цитоплазматический протеолиз. Протеолитические ферменты цитоплазмы (каспазы, кальпаины). Убиквитин-зависимый протеолиз. Протеасома, строение, особенности функционирования.

Деградация

Убиквитин-зависимая. Убиквитин-зависимая система протеолиза проводит поиск потенциальной мишени для протеолитической деградации среди внутриклеточных белков. Белки несут специфические сигналы деградации по аналогии с сигнальными последовательностями, которые направляют вновь синтезируемые белки к определенным микрокомпартментам клетки. Сигналы протеолитической деградации более сложные и разнообразные, так как с их помощью не только маркируются белки, удаляемые с помощью протеолиза, но и определяется время удаления и скорость их протеолитического расщепления. Для распознавания и декодирования таких сигналов в клетках эукариот имеется убиквитин-конъюгирующая система.

Как в ядре, так и в цитоплазме эта система отделена пространственно и функционально от протеолитических ферментов, организованных в протеасомы.

Распознанные данной системой белки-субстраты маркируются путем ковалентного присоединения к ним молекул стабильного 76- звенного белка — убиквитина. Убиквитин соединяется C-концом с боковыми остатками лизина в субстрате. Наличие такой метки в белке является первичным сигналом сортировки, направляющей образовавшиеся конъюгаты к протеасомам. В большинстве случаев к субстрату присоединяется несколько молекул убиквитина, которые организованы в виде бусинок на нитке. Молекулы белков, содержащие убиквитин, по-видимому, являются для протеасом предпочтительными субстратами.

Конъюгацию убиквитина с субстратом можно представить следующим образом. Убиквитин-активирующий фермент (E1) связывает убиквитин, гидролизует ATP и образует тиоэфирную связь между AMP и убиквитином с последующим переносом молекулы убиквитина на один из своих остатков Cys. Молекула активированного убиквитина далее соединяется с одним из ферментов семейства убиквитин-конъюгирующих ферментов (E2) и часто вслед за этим с убиквитин-лигазой (E3) . Процесс конъюгации убиквитина с субстратом может катализироваться как самим E2, так и E2 совместно с E3.

Убиквитин-независимая. Если третичная структура белков не может быть восстановлена, они разрушаются клеткой. Ферменты, осуществляющие деградацию белков, называются протеазами. По месту атаки молекулы субстрата протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы и экзопептидазы:

Источник: StudFiles.net

Трансляция (от лат. translatio — перевод) — термин, обозначающий в биологии такие реакции, в результате которых в рибосомах с использованием в качестве матрицы иРНК осуществляется синтез полипептидной цепи.
В процессе синтеза полипептидная цепь удлиняется в результате последовательного присоединения отдельных аминокислотных остатков. Для того чтобы понять, каким образом осуществляется образование пептидной связи между соответствующими аминокислотами, необходимо рассмотреть структуру рибосом и транспортных РНК (тРНК), участвующих с процессе трансляции.

В состав каждой рибосомы входят 2 субъединицы: большая и малая, которые могут отделяться друг от друга. В состав каждой из этих субъединиц входят рибосомная РНК и белок. Некоторые рибосомные белки являются ферментами, т.е. выполняют каталитические функции. Главная функция малой субъединицы — «расшифровка» генетической информации. Она связывает иРНК и тРНК, несущие аминокислоты. Функция большой субъединицы — образование пептидной связи между аминокислотами, которые принесены в рибосому двумя соседними молекулами тРНК.

Транспортная РНК.

Молекулы транспортных РНК невелики, в их состав входят 70-90 нуклеотидов. Функция тРНК заключается в том, чтобы в ходе процесса синтеза полипептидной цепи переносить на рибосомы определенные аминокислоты, при этом каждая аминокислота переносится соответствующей тРНК. Все молекулы тРНК могут образовывать характерную конформацию (пространственное расположение атомов в молекуле) — конформацию клеверного листа. Такая конформация молекулы тРНК возникает потому, что в ее структуре имеется значительное количество нуклеотидов (по 4-7 в одном участке), комплементарных друг другу. Внутримолекулярное спаривание таких нуклеотидов за счет образования водородных связей между комплементарными основаниями и приводит к образованию такой структуры. В вершине клеверного листа расположен триплет нуклеотидов, который комплементарен кодону иРНК, кодирующему аминокислоту. Этот триплет отличается у тРНК, переносящих различные аминокислоты, он кодирует определенную аминокислоту, именно ту, которую переносит данная тРНК. Его называют антикодоном.

В основании клеверного листа есть участок, в котором связывается аминокислота. Таким образом, получается, что молекула тРНК не только переносит определенную аминокислоту, в ее структуре есть запись о том, что она переносит именно данную аминокислоту, причем эта запись сделана на языке генетического кода.

Как уже говорилось, рибосомы способны связывать иРНК, несущую информацию об аминокислотной последовательности синтезируемого белка, тРНК, несущие аминокислоты, и, наконец, синтезируемую полипептидную цепь. Малая субъединица рибосомы связывает иРНК и тРНК, несущую первую аминокислоту полипептидной цепи (обычно это метионин), после чего происходит связывание большой субъединицы с образованием функционирующей (работающей) рибосомы. Активный центр рибосомы, где образуется пептидная связь между двумя соседними аминокислотами, устроен так, что в нем могут одновременно находиться два соседних кодона (триплета) иРНК. На первом этапе за счет взаимодействия между кодоном и антикодоном происходит связывание тРНК с иРНК. Т.к. антикодон, находящийся на тРНК, и кодон, расположенный на иРНК, комплементарны, между входящими в их состав азотистыми основаниями образуются водородные связи. На втором этапе аналогичным образом осуществляется связывание с соседним кодоном второй молекулы тРНК. Молекулы тРНК в активном центре рибосомы на этом этапе располагаются таким образом, что группа -С=О первого аминокислотного остатка, который связан с первой тРНК, оказывается вблизи от свободной аминогруппы (-NH₂) аминокислотного остатка, входящего в состав второй транспортной тРНК. Таким образом, благодаря взаимодействию кодон-антикодон между последовательно расположенными кодонами иРНК и соответствующими им антикодонами тРНК рядом располагаются именно те аминокислоты, которые последовательно закодированы в иРНК.

На следующем этапе при взаимодействии свободной аминогруппы, входящей в состав аминокислотного остатка вновь пришедшей тРНК, с карбоксильной группой аминокислотного остатка первой аминокислоты, между двумя аминокислотами, прикрепленными к соответствующим тРНК, образуется пептидная связь. Реакция осуществляется путем замещения, при этом уходящей группой является молекула первой тРНК. В результате такого замещения удлинившаяся тРНК, несущая уже дипептид, оказывается связанной с рибосомой. Для прохождения данной реакции необходим фермент, который есть в составе большой субъединицы рибосомы.

На последнем этапе пептид, связанный с второй молекулой тРНК, передвигается с участка, в котором в начале цикла была связана тРНК, содержащая аминокислоту, в участок, где связывается тРНК с образующимся пептидом. Одновременно с перемещением синтезирующейся пептидной цепи происходит перемещение рибосомы вдоль иРНК, при этом в ее (рибосомы) активном центре оказывается следующий кодон иРНК, после этого события, описанные выше, повторяются. Синтез белка осуществляется с очень большой скоростью, пептид, состоящий из 100 аминокислот, синтезируется примерно за 1 минуту.

Рибосома продвигается вдоль нитевидной молекулы иРНК по мере того, как происходит сборка полипептидной цепи. На одной молекуле иРНК может одновременно находиться несколько рибосом, и каждая из них осуществляет синтез полипептидной цепи, закодированной этой тРНК, в результате чего формируются полисомы: рибосомы, нанизанные на нить иРНК. Чем дальше рибосома проходит по цепи иРНК, тем более длинный фрагмент молекулы белка будет синтезирован. Синтез белка заканчивается, когда рибосома достигнет конца молекулы иРНК, после этого рибосома с вновь синтезированным белком покидает молекулу иРНК (см. рисунок ниже). Сигнал о том, что синтез полипептидной цепи закончен, подается тремя специальными кодонами, один из которых присутствует в терминальной части молекулы иРНК. Считывание информации с молекулы иРНК возможно только в одном направлении.

Только что образованный конец полипептидной цепи еще во время синтеза  может связываться со специальными белками шаперонами, которые обеспечат ее правильную укладку, а затем направляется к аппарату Гольджи, откуда белок транспортируется в то место, где он будет работать. Рибосома, которая освободилась от иРНК и синтезированной полипептидной цепи, распадается на субъединицы, после чего большая субъединица, снова может связаться с малой и образовать активную рибосому, способную синтезировать новый (или тот же самый) белок.

Как я рассказывал ранее, любые процессы синтеза, в результате которых из более простых молекул образуются более сложные, осуществляются с затратой энергии. Биосинтез белка — это целая цепь реакций, протекающих с затратой энергии. Так, например, для связывания одной аминокислоты с тРНК необходима энергия двух макроэргических связей молекулы АТФ. Кроме того, при образовании одной пептидной связи используется энергия еще одной макроэргической связи. Таким образом, при образовании одной пептидной связи в молекуле белка затрачивается количество энергии, запасенное в трех макроэргических связях молекул АТФ.

Перейти к оглавлению.

Источник: www.studentguru.ru