58. Биосинтез белка у прокариот. Основные этапы трансляции: инициация, элонгация, терминация. Роль рибосом в биосинтезе белка.

Трансляцией называют осуществляемый рибосомой синтез белка из аминокислот на матрице мРНК. Процесс трансляции разделяют на инициацию (узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза), элонгацию (собственно синтез белка) и терминацию — (узнавание терминирующего, или стоп-кодона, и отделение продукта).

Трансляция у прокароит. Первую фазу трансляции — инициацию — можно разделить на несколько стадий. На первой стадии два белковых фактора инициации IF-1 и IF-3 связываются с 30S-субчастицей. Затем еще один белковый фактор, IF-2, образует комплекс с ГТФ, что облегчает ассоциацию 30S-субчастицы с мРНК и связывание тРНК, соответствующей инициирующему кодону. У прокариот стартовая тРНК несет N-формилметионин. В завершение 50S-субчастица связывается с вышеупомянутым комплексом. На третьей и четвертой стадиях идет освобождение факторов инициации и гидролиз связанного с IF-2 ГТФ до ГДФ и неорганического фосфата Р. Таким образом, связанный с 70S-рибосомой инициирующий комплекс содержит формилметионин-тРНК в тРНК-связывающем участке, называемом пептидильным участком. Второе место связывания, акцепторный участок, во время этой фазы трансляции остается свободным.

Элонгацию можно разделить на три стадии. В первой пептидильный участок рибосомы занимает тРНК, несущая на 3'-конце растущую пептидную цепь. Затем вторая тРНК, соединенная с соответствующей аминокислотой, взаимодействует своим антикодоном с кодоном мРНК, фиксированным на акцепторном участке. тРНК связывается в виде комплекса с ГТФ-содержащим белком, фактором элонгации Tu. Диссоциация комплекса происходит только после того, как связанный ГТФ гидролизуется до ГДФ и фосфата. До гидролиза ГТФ взаимодействие тРНК с мРНК относительно слабое. Таким образом, гидролиз ГТФ с участием комплекса служит лимитирующим фактором, дающим время для проверки, правильно ли связана тРНК. Затем следующий белок, фактор элонгации Ts, катализирует обмен ГДФ на ГТФ и таким образом регенерирует комплекс EF-Tu · GTP.

Собственно синтез пептидной связи происходит на следующей стадии. Рибосомная «пептидилтрансфераза» катализирует (без потребления АТФ) перенос растущей пептидной цепи от тРНК, находящейся в Р-участке, на аминогруппу валинового остатка, присоединенного к тРНКVаl, связанной на А-участке. Пептидилтрансферазная активность рибосом зависит не от какого-либо рибосомного белка, а, скорее всего, связана с 28S-PHK. Каталитически активные РНК получили название рибозимов.

После переноса растущей цепи в А-участок, свободная аминоацил-тРНК диссоциирует от Р-участка и с рибосомой связывается другой ГТФ-содержащий фактор элонгации. Гидролиз ГТФ этим фактором дает энергию для транслокации рибосомы. Во время этого процесса рибосома сдвигает мРНК на три основания в направлении 3'-конца. Поскольку тРНК, несущая полипептидную цепь, не меняет положения относительно мРНК, она попадает в Р-участок рибосомы, в то время как следующий кодон мРНК, попадает в А-участок. Теперь рибосома готова для вступления в следующий цикл элонгации.

Когда один из стоп-кодонов попадает в Α-участок, наступает терминация трансляции. Для стоп-кодонов нет соответствующих тРНК. Вместо этого с рибосомой связываются два белковых, высвобождающих фактора. Один из них, RF-1, катализирует гидролитическое расщепление эфирной связи между тРНК и С-концом пептида, тем самым высвобождая белок. Энергию для диссоциации комплекса на составляющие компоненты поставляет ГТФ-содержащий фактор RF-3.

Синтез белка требует высоких энергетических затрат. При присоединении одной аминокислоты к растущему полипептиду гидролизуется четыре макроэргические связи. Две молекулы АТФ гидролизуются при активации аминокислоты, и две молекулы ГТФ расходуются во время элонгации. Кроме того, при инициации и терминации на каждую молекулу белка расходуется по одной молекуле ГТФ.

Рибосома несет двоякую функцию: является структурной платформой для процесса декодирования генетической информации с РНК, и владеет каталитическим центром ответственным за формирование пептидной связи, так называемым "пептидил-трансферазним центром". Считается что пептидил-трансферазна активность ассоциируется с рРНК, и поэтому рибосома является рибозимов.