Реферати » Реферати по біології » Біосинтез білка і його регуляція

Біосинтез білка і його регуляція

затрачається на стадію транслокації. До цього | слід додати використання ще двох макроергічних зв'язків молекул: АТФ і ГТФ на ініціацію і терминацию синтезу поліпептидного ланцюга.

Етапи синтезу поліпептидного ланцюга

Синтез білка представляє собою циклічний багатоступінчастий енергозалежний процес, в якому вільні амінокислоти полімеризується в генетично детерміновану послідовність з утворенням поліпептидів. Система білкового синтезу, точніше система трансляції, яка використовує генетичну інформацію, транскрибований в мРНК, для синтезу поліпептидного ланцюга з певною первинної структурою, включає близько 200 типів макромолекул - білків і нуклеїнових кислот. Серед них близько 100 макромолекул, що беруть участь в активировании амінокислот і їх перенесенні на рибосоми, більш 60 макромолекул, що входять до складу 70S або 80S рибосом, і близько 10S макромолекул, що беруть безпосередню участь в системі трансляції. Не розбираючи природу інших важливих для синтезу чинників, розглянемо детально механізм індивідуальних шляхів синтезу білкової молекули в штучній синтезуючої системі. Перш за все за допомогою ізотопного методу було з'ясовано, що синтез білка починається з N-кінця і завершується C-кінцем, тобто процес протікає в напрямі: NH2®COOH.

Білковий синтез, або процес трансляції, може бути умовно розділений на 2 етапи: активування амінокислот і власне процес трансляції.

Другий етап матричного синтезу білка, власне трансляцію, що протікає в рибосомі, умовно ділять на три стадії: ініціації, елонгації і термінації.

Активування амінокислот

Необхідною умовою синтезу білка, який в кінцевому рахунку зводиться до полімеризації амінокислот, є наявністю в системі не вільних, а так званих активованих амінокислот, які мають своїм внутрішнім запасом енергії. Активація вільних аміноксилот здійснюється за допомогою специфічних ферментів аміноацил-тРНК-синтетаз в присутності АТФ. Цей процес протікає в 2 стадії:

Обидві стадії катализируются одним і тим же ферментом. На першій стадії амінокислота реагує з АТФ і утворюється пірофосфат і проміжний продукт, який на другій стадії реагує з відповідною 3 ?-ОН-тРНК, в результаті чого утворюється аміноацил-тРНК і звільняється АМФ. Аминоацил-тРНК має необхідним запасом енергії.

Амінокислота приєднується до концевому 3 ?-ОН-гідроксилу АМФ, який разом з двома залишками ЦМФ утворює кінцевий триплет ЦЦА, що є однаковим для всіх транспортних РНК.

Процеси трансляції

Ініціація

Ініціація трансляції є подія, в ході якого відбувається образованиe комплексу, що включає Мет-тРНКiмет, мРНК і рибосому, десь тРНКiмет ініціююча метіонінових тРНКВ цьому процесі беруть участь щонайменше 10 чинників ініціації, які позначають як elF (від англ. eukaryotic initiation factors) із зазначенням номера та букви. Спочатку 40S субодиниця рибосоми з'єднується з фактором ініціації, який перешкоджає її зв'язування з 60S субодиницею, але стимулює об'єднання з потрійним комплексом, що включає Мет-тРНКiмет, eIF-2 і ГТФ. Потім цей тепер вже більш складний комплекс зв'язується з 5'-кінцем мРНК за участю декількох elF. Один з факторів ініціації (elF-4F) довідається і приєднується до ділянки «кеп» на молекулі мРНК, тому він отримав назву кепсвязивающего білка. Прикрепившись до мРНК, 40S субодиниця починає ковзати по некодирующей частини мРНК до тих пір, поки не досягне ініціюючого кодону AUG кодує нуклеотидноїпослідовності. Ковзання 40S субодиниці по мРНК супроводжується гідролізом АТФ, енергія якого витрачається на подолання ділянок спирализации в нетрансльовані частини мРНК. В еукаріотичних Клек некодуючі ділянки мРНК мають різну довжину, але зазвичай від 40 до 80 нуклеотидів, хоча зустрічаються області з протяжністю більше 700 нуклеотидів.

Досягнувши початку кодує послідовності мРНК, 40S субодиниця зупиняється і зв'язується з іншими факторами ініціації, прискорюють приєднання 60S субодиниці та освіта 80S рибосоми рахунок гідролізу ГТФ до ГДФ і неорганічного фосфату. При цьому формуються А-і Р-центри рибосоми, причому в Р-центрі надається AUG-кодон мРНК з приєднаним до нього Мет-тРНКiмет.

У клітинах є 2 різняться за структурою тРНК, узнающие кодон AUG. Ініціює кодон довідається тРНКiмет, а триплети мРНК, що кодують включення метіоніну у внутрішні ділянки білка, прочитуються інший тРНКiмет

Елонгація

По завершенні ініціації рибосома розташовується на мРНК таким чином, що в Р-центрі знаходиться ініціює кодон AUG з приєднаною до нього Мет-тРНКiмет., а в А-центрі - триплет, який кодує включення першої амінокислоти синтезованого білка. Далі починається найтриваліший етап білкового синтезу - елонгація, в ході якого рибосома за допомогою аа-тРНК послідовно «читає» мРНК у вигляді триплетів нуклеотидів, наступних за ініціюючим кодоном в напрямі від 5 'до-кінцю, нарощуючи полипептидную ланцюжок за рахунок послідовного приєднання амінокислот.

Включення кожної амінокислоти в білок відбувається в 3 стадії, в ході яких:

- аа-тРНК кожної що входить в білок амінокислоти зв'язується з А-центром рибосоми;

- пептид від пептидил-тРНК, що знаходиться в Р-центрі, приєднується до a-NH2-группe аміноацільного залишку аа-тРНК А-центру з утворенням нової пептидного зв'язку;

- подовжена на один амінокислотний залишок пептидил-тРНК переміщається з А-центру в Р-центр в результаті транслокації рибосоми.

Зв'язування аміноацил-тРНК в А-центрі. Кодон мРНК, що розташовується в А-центрі поряд з ініціюючим кодоном, визначаємо природу аа ?-тРНКаа ?, яка буде включена в А-центр. аа ?-тРНКаа ? взаємодіє з рибосомою у вигляді потрійного комплексу, що складається з чинника елонгації EF-1, аа ?-тРНКаа ?, і ГТФ Комплекс ефективно взаємодіє з рибосомою лише в тому випадку, якщо антикодон аа ?-тРНКаа ?, компліментарний і антирівнобіжний кодону мРНК в А-центрі. Включення аа ?-тРНКаа ?, в рибосому відбувається за рахунок енергії гідролізу ГТФ до ГДФ і неорганічного фосфату

Биосинтез белка и его регуляция

Освіта пептидного зв'язку відбувається відразу ж після відщеплення комплексу EF-1 і ГДФ від рибосоми. Ця стадія процесу отримала назву реакції транспептідаціі.

В ході цієї реакції залишок метіоніну аа ?-тРНКаа ?, зв'язується з a-аминогруппой першої амінокислоти, приєднаної до Трнка ?, і pacположенной в А-центрі, утворюється перша пептидная зв'язок. Встановлено, що пептіділтранс | феразная активність великої субодиниці рибосоми належить 28S рРНК. До теперішнього часу виявлена ??ціла група РНК, що має властивостями ферментів. Ці каталитически активні РНК отримали назву рибозимов Вважають, що рібозіми можна вважати «реліктами» раннього періоду революції, коли білки ще не набули такого значення, як у наступні періоди.

Транслокация - третя стадія елонгації. До рибосоме приєднується фактор елонгації EF-2 і за рахунок енергії ГТФ просуває рибосому по мРНК на один кодон до-кінцю. В результаті дипептидил-тРНК, яка не змінює свого положення щодо мРНК, з А-центру переміщається в Р-центр. Вільна від метіоніну Трнка ?, покидає рибосому, а в область А-центра потрапляє наступний кодон.

По завершенні третьої стадії елонгації рибосома в Р-центрі має дипептидил-тРНК, а в А-центр потрапляє триплет, який кодує включення в поліпептидний ланцюг другий амінокислоти. Починається наступний цикл стадії елонгації, в ході якого на рибосомі знову проходять вищеописані події. Повторення таких циклів по числу смислових кодонів мРНК завершує весь етап елонгації.

Термінація

Термінація трансляції настає в тому випадку, коли в А-центр рибосоми потрапляє один з стоп-кодонів: UAG, UAA або UGA. Для стоп-кодонів немає відповідних тРНК. Замість цього до рибосоми приєднуються 2 білкових вивільняючих фактора RF (від англ, releasing / actor) або фактора термінації. Один з них за допомогою пептидилтрансферазного центру каталізує гидролитическое відщеплення синтезованого пептиду від тРНК. Інший за рахунок енергії гідролізу ГТФ викликає дисоціацію рибосоми на субодиниці.

Цікаво відзначити, що чинники трансляції, реалізують ефекти за рахунок гідролізу ГТФ, є членами суперсімейства G-білків, в яке входять G-білки, що у трансдукції сигналів гормонів та інших біологічно активних речовин, і Ras-белкі, що функціонують як фактори росту. Все G-білки зв'язують і гидролизуют ГТФ. Коли вони пов'язані з ГТФ, то активні і беруть участь у відповідних метаболічних процесах, а коли в активному центрі в результаті гідролізу ГТФ перетворюється на ГДФ, ці білки набувають неактивну конформацію.

Таким чином, матрична природа процесу трансляції проявляється в тому, що послідовність надходження аминоацил-тРНК рибосому для синтезу білка суворо детермінована мРНК, тобто порядок розташування кодонів вздовж ланцюга мРНК однозначно задає структуру синтезованого білка. Рибосома сканує ланцюг мРНК у вигляді триплетів і послідовно відбирає з навколишнього середовища «потрібні» аа-тРНК, звільняючи в ході елонгації деацильованої тРНК.

Мала і велика субодиниці рибосоми: процесі трансляції виконують різні функції: мала субодиниця приєднує мРНК декодує інформацію за допомогою тРНК механізму транслокации, а велика суб'еданіца відповідальна за утворення пептидних зв'язків.

Полірібосомамі

У процесі синтезу білка рибосома приєднується до 5'-кінця мРНК і переміщається в напрямку-кінця. При цьому 5'-кінець мРНК звільняється, і до нього може приєднатися нова рибосома, на якій починається poст ще одного поліпептидного ланцюга. Як правило багато рибосом одночасно бере участь в синтезі білка на одній і тій же мРНК, утворюючи комплекс, який називають полірібосомамі, або полисомой.

Кожна рибосома займає на мРНК ділянку завдовжки близько 80 нуклеотидів, тому рібрсоми розташовуються на мРНК з інтервалом приблизно в 100 нуклеотидів. Чим довший полипептидная ланцюжок синтезованого білка, тим більше рибосом може одночасно здійснювати синтез цього білка, значно збільшує таким чином ефективність використання матриці.

Кожна рибосома здатна каталізувати освіту близько 100 пептидних зв'язків в хвилину. Полірібосоми можуть існувати у вигляді частинок, плаваючих в цитоплазмі клітин, або можуть бути пов'язані з ЕР. Вільні цитоплазматические полірібосомние частки відповідальні за синтез білків, що виконують внутрішньоклітинні функції. Полірібосоми, асоційовані з ЕР, під електронним мікроскопом мають вигляд «шорсткою» поверхні. Білки, синтезовані «шорстким» ЕР, повинні транспортуватися через мембрану для того, щоб вони досягли місця остаточної локалізації. Для них характерна присутність на N-кінці лидерной, або сигнальної, послідовності довжиною від 15 до 30 амінокислотних залишків, яка містить багато амінокислот з гідрофобними радикалами і забезпечує проходження білка через ліпідний бішар мембран. Деякі з цих білків для подальшого транспорту упаковуються апаратом

Сторінки: 1 2 3 4 5

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар