Джефферсон - Сборник упражнений и задач - 2000 / Student Guide22

Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

168

Глава 22

Cинтез, внутриклеточный транспорт и деградация белков

Резюме главы

В этой главе описываются процессы синтеза, транспорта и деградации белков в клетке. Рассматриваются и сравниваются прокариотические и эукариотические системы трансляции мРНК в белки и роль факторов инициации, последовательности ШайнаДальгарно и факторов элонгации. Важное роль в процессе образования белков играют факторы, влияющим на их фолдинг (сворачивание). Существование прионов связано с аномальными конформациями белков. Обсуждается роль эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи в процессинге и сортировке белков. Глава заканчивается описанием кругооборота белков и важной роли убикитина в этом процессе.

Цели урока

♦Значение кодона из трех оснований.

♦Значение вырожденности генетического кода

♦Роль транспортной РНК.

♦Что подразумевается под неоднозначным соответствием спаривания оснований?

♦Существование специального инициаторного кодона и фактора инициации IF2 в прокариотической системе.

♦Формилтрансфераза катализирует реакцию образование формилированного метионина, fMet, с использованием кофактора N10- формилтетрагидрофолат

♦Значение последовательности оснований Шайна-Далгарно.

♦Взаимосвязь между 50S, 30S и 70S субъединицами рибосом и значение гидролиза GTP и различных факторов инициации.

♦Значение GTPазной активности G- белков.

Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

169

♦Роль факторов элонгации EF-Tu и EF- G, а также G-белков в движении рибосомы вдоль мРНК в процессе транслокации.

♦Направление синтеза белка.

♦События, происходящие при терминации транскрипции на мРНК.

♦Механизмы, обеспечивающие правильное расположение мРНК относительно инициаторного AUGкодона в про- и эукариотических системах.

♦Влияние антибиотиков на различные этапы процесса трансляции.

♦Ðîëü протеиндисульфид-изомеразы (ПДИ), пептидилпролин-изомеразы (ППИ) и молекулярных шаперонов в фолдинге белков.

♦Роль прионов в развитии некоторых неврологических дегенеративных заболеваний и их взаимосвязь с аномальным фолдингом белков.

♦Роль эндоплазматического ретикулума (ЭР) в транспорте новосинтезированных белков в различные органеллы (кроме цитоплазмы, ядра и митохондрий).

♦Активность пептидилтрансферазы.

♦Роль лидерной последовательности белка, сигнал узнающей частицы - (SRP), транслокона и сигнальной пептидазы в переносе белков через мембрану ЭР.

♦Механизм гликозилирования белков.

♦Роль аппарата Гольджи в сортировке и адресной доставки белков в соответствующие участки клетки.

♦Механизмы сборки интегральных мембранных белков и роль лидерной и якорной сигнальных последовательностей.

♦Различие между пре- и пробелками.

♦Кругооборот белков, удаление поврежденных белков и роль убикитина в механизме метаболического контроля этого процесса.

Прогулка по главе

Синтез белка

Линейные ……………(1) из четырех различных оснований в мРНК используются для синтеза

………………(2) из 20 различных …………….(3). Каждую аминокислоту в мРНК кодирует

……………..(4) оснований, называемых …………….(5). Генетический код управляет.......…………………(6) последовательности оснований в аминокислотную последовательность белка. Не все триплеты оснований кодируют аминокислотам. Три из этих кодонов являются стоп-сигналами. В системе существует .......……………...(7) и большинство аминокислот, за исключением ……………..(8) и ………………(9), имеют два и более кодонов, направляющего их включение в ……………...(10). Сходные триплеты кодируют аминокислоты со сходной ………………(11). Триплет оснований .......……………………(12) (тРНК) для данной аминокислоты узнает комплементарный ему кодон на мРНК, соответствующий этой кислоте.

170	Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

Триплет оснований тРНК называется ……………(13). Он спариваются (А с U и G c C) с кодоном на ………….(14). Каждая тРНК переносит аминокислоту, соответствующую кодону, с которым будет спариваться тРНК в соответствии с транслируемым ……………….(15). Некоторые молекулы тРНК могут узнавать ………….(16) два и более триплетов, кодирующих данную аминокислоту, при помощи механизма ………….………………..(17). Правильного спаривания двух

…………….(18) оснований достаточно для того, чтобы не принимать во внимание неправильное спаривание ……………(19). Последовательность оснований антикодона сами по себе записывается в направлении 5′ → 3′. Поскольку взаимодействие кодон-антикодон антипараллельно, основание, которое может …………………..(20) в последовательности антикодона, является последним из трех написанных в направлении …………..(21). Выгода от такого спаривания путем неоднозначного соответствия состоит в том, что оно позволяет клетке синтезировать ……………..(22) видов молекул тРНК. Другой “вариацией на эту тему” является использование в антикодоне основания

………..(23), которое может образовывать пары с основаниями нуклеотидов С, U или А. Обратите внимание, что гипоксантин, связанный с остатком рибозы, называется ……………(24).

Ответы: (1) последовательности; (2) белков; (3) аминокислоту; (4) триплет; (5) кодоном; (6) трансляцией; (7) вырожденность; (8) метионина; (9) триптофана; (10) белок; (11) структурой; (12) транспортной РНК; (13) антикодоном; (14) мРНК; (15) генетическим кодом; (16) более; (17) неоднозначного соответствия; (18) вторых; (19) первого; (20) неоднозначно соответствовать; (21) 3′ → 5′; (22) меньше; (23) гипоксантина; (24) инозином.

Заполните следующее

A OH 3'

,

Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

171

Аминоацил-тРНК-синтетаза

Молекулы тРНК только переносят аминокислоты, соответствующие собственно коду трансляции. Для обозначения определенных тРНК используется трехбуквенный шифр …………..(1) (например, тРНКPhe). Ферменты, катализирующие присоединение аминокислоты к тРНК, называются аминоацил-тРНК……………..(2). Этот процесс протекает с затратой ………………(3);

…………..………..(4) образующегося пирофосфата способствует сдвигу этой реакции в сторону ее завершения. Каждая из синтетаз ……………………….(5) в отношение тРНК, переносящей определенную аминокислоту. Существует механизм …………………….(6) на уровне образования аминоацил-АМР; если на этой стадии происходит активация ……………….(7) аминокислоты, то ошибка исправляется путем гидролиза связи между такой аминокислотой и ………………(8). Этот процесс снижает частоту ошибки до 1 на несколько ……….……(9). При ……………….(10) тРНК то аминокислота присоединяется к свободной ………………….(11) группе концевого остатка аденинового нуклеотида тРНК с образованием …………(12) связи с ……………(13) группой аминокислоты. Эта связь имеет примерно такую же энергию, что и ……………(14) связь, что облегчает перенос аминокислоты на ………….(15) группу конца растущей полипептидной цепи.

Ответы: (1) аминокислоты; (2) синтетазами; (3) АТР; (4) гидролиз; (5) специфична; (6) коррекции;

(7) ошибочной; (8) тРНК; (9) тысяч; (10) «загрузке»; (11) 3′-ОН; (12) эфирной; (13) карбонильной; (14) пептидная; (15) амино-.

Рибосомы

Название рибосомы эти частицы получили вследствие их …………..(1) и выявления при ……..…………(2). Они представляют собой мультисубъединичные частицы, состоящие преимущественно (на 60%) из рибосомной РНК …………..(3), остальной материал составляет множество различных ………….(4). В одноцепочечной рРНК имеются многочисленные внутренние спаренные …………..(5). Размер этих крупных частиц выражают в единицах

……………..(6) (S), которые определяются как ………………..(7) седиментации материала в ультрацентрифуге. Белки синтезируются в результате продвижения ………….(8) вдоль цепи мРНК (5′ → 3′), а …………(9), заряженные соответствующими коду ………….(10) кислотами, доставляют аминокислоты к растущей цепи. Этот процесс продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет …………..(11) кодона, после чего белок отделяется, а рибосома диссоциирует на субъединицы. ………………(12) трансляции происходит в участке мРНК, следующим после 5′- нетранслируемой области, и зависит от правильного ……………….(13) рибосомой рамки считывания, т. е. правильной группировки триплетов оснований по ходу цепи. Ошибка при сдвиге рамки считывания приводит к тому, что комбинация из трех оснований становится либо

…………..(14), либо …………..(15). Это происходит, в том случае, если в …………….(16) удалено или добавлено основание. В прокариотической системе перед стартовой точкой мРНК есть последовательность, расположенная с 5′-конца мРНК, которую должная узнать рибосома.

172	Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

Стартовым кодоном является …………….(17), хотя иногда используется и GUG. Триплет AUG кодирует метионин. Существуют две различные …………(18) для метионина, но только одна из них используется для ………….(19). тРНК для метионина, инициирующая трансляцию, может взаимодействовать либо с AUG, либо - GUG за счет ………….…………….(20) по 5′-основанию

……………..(21). Избирательное использование этой тРНК для инициации обусловлено белковым фактором инициации …………………….(22). Кроме того, метионин, прикрепляющийся к инициаторной тРНК, ……………(23) по NH2-группе в результате действия фермента

………..…………..(24) с использованием в качестве……………….….(25) N10- формилтетрагидрофолата. Формильная группа, а часто также и метионин, …………..(26) перед завершением синтеза белка. Когда формильная группа присоединяется к метионину и (или) этот формилированный метионин связывается с переносящей его тРНК, то в обозначение аминокислоты и тРНК “f”: fMet-tRNAfMet.

Ответы: (1) размера; (2) микроскопии; (3) рРНК; (4) белков; (5) основания; (6) Сведберга; (7) скорость; (8) рибосом; (9) тРНК; (10) амино; (11) стоп; (12) Инициация; (13) чтения; (14) неправильной; (15) бессмысленной; (16) мРНК; (17) AUG; (18) тРНК; (19) инициации; (20) неоднозначного соответствия; (21) антикодона; (22) IF2; (23) формилирован; (24) формилтрансферазы; (25) кофактора; (26) удаляются.

Инициация

Фактор инициации IF3 связывается c 30S-субчастицей и помогает удерживать ее в свободном от ассоциации с 50S-субчастицей состоянии. В этом процессе участвуют также факторы IFI и IF2. Последовательность оснований Шайна-Дальгарно в мРНК комплементарна участку 16S рРНК (р -обозначение рибосомной РНК); это помогает определить положение мРНК на малой субчастице рибосом. 50S-субчастица связывается с мРНК и 30S-субъединицей после освобождения фактора IF3. Происходит гидролиз GTP и отделение факторов IF1 и IF2, что позволяет полной 70S-рибосоме определить ориентацию на мРНК в области Р-участка, где располагается fMet-tRNAf, и найти свободный А-участок, ожидающий доставку второй аминокислоты молекулой соответствующей тРНК. В тех случаях, когда полицистронная мРНК кодирует синтез нескольких белков, каждая кодирующая область имеет свою собственную последовательность Шайн-Далгарно.

Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

173

Заполните следующее

Механизм трансляции

Синтез белка начинается на пептидильном Р-участке рибосомы, который занят первым кодоном

……………(1). Инициаторная тРНК подходит к Р-участку субчастицы и ее антикодон спаривается с кодоном мРНК. Поступающая молекула………………(2), которая доставляет вторую аминокислоту, присоединяется к акцепторному А-участку рибосомы. Пептид, содержащий вновь образованную пептидную связь, соединен с …………..(3) через молекулу тРНК, поступившей последней. Как только произошла транслокация, предыдущая тРНК покидает рибосому из …….(4) участка выхода. Растущая цепь находится в ………(5) участке, а ………….(6) участок готов для связывания следующей аминоацил-тРНК. В этом процессе также участвуют два белковых фактора

…………….(7). Они являются представителями класса G-белков, которые связываются с

……….………(8) и обладают ……………..(9) активностью. Эти белки взаимодействуют с рибосомой, и когда связанный GTP………………….…..(10), то происходит ……………..(11) изменение рибосомы. Фактор……………..(12) (фактор элонгации, неустойчивый к нагреванию) помогает доставить поступающую аминоацил-тРНК к рибосомам, а фактор……………..(13) перемещает ……………….(14) вдоль мРНК в направлении ……………..(15). Гидролиз GTP обеспечивает процесс …………..(16) необходимой энергией. ……(17) участок рибосомы используется только в процессе инициации с участием fMet-tRNAf,. В дальнейшем аминоацил-

174	Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

Заполните следующее

тРНК взаимодействует с ……………….(18) участком вместе с ……………(19) и молекулой

…………………(20). fMet-tRNAf,Met ……………..(21) связана с комплексом EF-Tu-GTP. Фермент пептидил……………..(22) переносит группу fMet на свободную …………(23) аминоацил-тРНК, расположенную в А-участке и рибосома продвигается вдоль молекулы мРНК к следующему кодону. Для этого процесса ……………..(24) необходим фактор

EF-G (транслоказа), который гидролизует GTP. Для объяснения процесса транслокации и синтеза пептида на рибосоме предложено две модели. Согласно обеим моделям, растущий пептид остается в……………..…(25) положении относительно большой субчастицы рибосом. Процесс

Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков	175

продолжается с новой поступающей молекулой ……..……..(26), взаимодействующей с комплексом EF-Tu-GTP в А-участке, далее следует перенос растущей полипептидной цепи и продвижением рибосомы с помощью ………………..(27). Синтез белка происходит в направлении от N-конца к С-концу до тех пор, пока не встретится один из трех стоп-кодонов (UAG, UAA или UGA). Тогда, в ходе процесса с участием специфического белкового фактора ……………….(28) синтезированный белок отделяется от тРНК в результате простого гидролиза …………….(29) связи между

………………..(30) аминокислотой и 3′-ОН группой молекулы тРНК. Рибосома отделяется от мРНК и диссоциирует на субъединицы.

Ответы: (1) мРНК; (2) тРНК; (3) мРНК; (4) Е; (5) Р; (6) А; (7) элонгации; (8) GTP; (9) GTPазной; (10) гидролизуется; (11) конформационное; (12) EF-Tu; (13) EF-G; (14) рибосому; (15) 5′ → 3′; (16) элонгации; (17) Р; (18) А; (19) EF-Tu; (20) GTP; (21) не; (22) трансфераза; (23) амино; (24) транслокации; (25) фиксированном: (26) аминоацил-тРНК; (27) EF-G-GTP; (28) освобождения; (29) эфирной; (30) С-концевой.

Специфика эукариотической системы

Âтом случае, если на данной мРНК синтезируют белок две и более рибосом, такая структура называется ……………..(1). …………….(2) имеют более крупные рибосомы и хотя метионин всегда является первой аминокислотой он не ………………(3), несмотря на то, что существуют особые метионил-тРНК, используемые только для инициации трансляции. Многие детали синтеза белка у про- и эукариотических организмов сходны, но механизм, с помощью которого мРНК занимает правильное …………….(4) в Р-участке, соответствующее инициаторному кодону,

...............(5) полностью различен. Молекулы эукариотической мРНК ………………………(6)

метилированным нуклеотидом гуанином по ……………(7) концу и у них…………….(8) последовательность Шайна-Дальгарно. Группа белковых факторов, прикрепленных к кэпу и связанных с 40S-субчастицей рибосомы, называемая ………..……………..(9) комплексом, продвигается вдоль мРНК до встречи с первым AUG триплетом. Затем ………….(10) субъединица связывается с ……………..(11) и происходит гидролиз последнего. Поскольку имеется лишь

………..(12) инициаторный кодон на молекулу мРНК, последняя должна быть моноцистронной.

Âэтом процессе участвуют также факторы элонгации EF1α и EF2. Антибиотики изменяют течение важных процессов в клетке. В приведенной ниже таблице показаны некоторые точки приложения действия ряда известных антибиотиков и токсинов.

176		Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков
	Антибиотик		Точка приложения действия
	Стрептомицин		....................................(13)
	Kирромицин		Освобождение EF-Tu
	..............................(14)		Пептидилтрансфераза
	..............................(15)		Пептидилтрансфераза
	Фузидиновая кислота		....................................(16)
	Дифтерийный токсин		Эукариотическая транслоказа
	.............................(17)		Инактивация субчастицы рибосомы

Ответы: (1) полисомой; (2) Эукариоты; (3) формилирован; (4) положение; (5) AUG; (6) кэпированы;

(7) 5′; (8) отсутствует; (9) преинициаторным; (10) 60S; (11) GTP; (12) один; (13) инициация; (14) Эритромицин; (15) Хлорамфеникол; (16) Транслокация; (17) Рицин.

Глава 22: Cинтез белка, внутриклеточный транспорт и деградация белков

177

Заполните следующее

Фолдинг белков и прионы

Последовательность …………(1) кислот белка определяет его окончательную нативную

......…………..(2), что было показано в экспериментах с использованием фермента рибонуклеазы. Поскольку белок должен быть собран надлежащим образом за несколько ………………….(3),

считается, что некоторые участки полипептида могут быстро принимать вторичную структуру и это каким-то образом.…………….(4) правильный фолдинг (сворачивание) целой молекулы. Имеются доказательства участия в этом процессе белков двух классов. Первый включает протеин………….………(5) изомеразу (ПДИ), который осуществляет расщепление и перестройку