2.3.Синтез белковых молекул в клетках эукариот

Процесс биосинтеза белка часто отождествляется с понятием «трансляция», хотя два этих термина далеко не равнозначны. В понятие «биосинтез белка» входят следующие процессы:

а).Подготовка пластического материала для сборки полипептидных цепей на рибосомах процесс рекогниции ( узнавания ).

б).Сборка полипептидных цепей на рибосомах в соответствии с информацией, поставляемой на рибосомы мРНК процесс трансляции.

в).Процессинг полипептидных цепей с образованием функционально полноценных белковых молекул.

В то же время, безусловно, процесс трансляции представляет собой заключительную фазу реализации генетической информации в системе ее переноса в генеральном направлении: ДНК Д> РНК Д> Белок.

Общая схема процессов, обеспечивающих синтез белка в клетках:

2.3.1.Аминокислотный код и процесс рекогниции

Как известно, последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков зашифрована в виде последовательности троек дезоксирибонуклеотидов или триплетов дезоксирибонуклеотидов в значащей цепи гена ДНК или в виде последовательности триплетов рибонуклеотидов в зоне трансляции мРНК. Поскольку непосредственно в синте

зе полипептидных цепей белков принимает участие мРНК, аминокислотный код обычно представляют в виде последовательности азотистых оснований триплетов РНК.

Из четырех главных нуклеотидов РНК с учетом последовательности их расположения можно получить 64 триплета или кодона. 3 из них не кодируют ни одной аминокислоты и служат сигналами об окончании сборки полипептидной цепи,это терминирующие кодоны УАА, УАГ и УГА. Таким образом, на 20 аминокислот приходится 61 кодон.

Основные свойства генетического кода:

а). Код триплетный.

б). Код вырожденный большинство аминокислот кодируются

с помощью нескольких кодонов. Например, для Лей 6 кодонов, для Ала 4 кодона; только Мет и Три имеют по одному кодону.

в). Код однозначен каждый триплет кодирует только 1 аминокислоту.

г). Код универсален на всех уровнях живых систем конкретная аминокислота кодируется одними и теми же триплетами. Исключения из этого правила встречаются, но крайне редко к настоящему времени известно лишь четыре таких случая.

д). Код неперекрывающийся соседние кодоны не имеют общих нуклеотидов.

е). Код без запятых между кодонами нет вставочных нуклеотидов.

Один из кодонов АУГ имеет дополнительную нагрузку он выполняет функцию инициирующего кодона, если он расположен в начале зоны трансляции мРНК.

Между кодонами мРНК и соответствующими им аминокислотами нет комплементарности, в связи с чем сама последовательность кодонов мРНК не может непосредственно определять последовательность соединения аминокислот в полипептид, подобно тому, как это происходит репликации или в ходе транскрипции. Необходимы молекулыадапторы, которые, с одной стороны, могли бы связывать определенную аминокислоту, а с другой за счет комплементарного взаимодействия с кодонами мРНК обеспечивать нужную последовательность соединения аминокислот между собой в соответствии с последовательностью кодонов мРНК. Эту функцию выполняют тРНК.

Каждая тРНК в своей структуре имеет антикодон, способный к комплементарному взаимодействию с соответствующим кодоном мРНК, однако тРНК не имеют в своей структуре участков, комплементарных той или иной аминокислоте. Присоединение аминокислоты к «своей» тРНК, например, Ала к тРНКАла, осуществляется с помощью специальных ферментов аминоацилтРНКсинтетаз. Каждая аминоацилтРНКсинтетаза катализирует двухстадийную реакцию, на первом этапе которой в активном центре фермента связывается молекула»своей» аминокислоты и молекула АТФ. Так, в активном центре аланиновой аминоацилтРНКсинтетазы связывается именно Ала и никакая другая аминокислота. Фермент катализирует реакцию образования аминоациладенилата:

АминоацилтРНК

Аминокислота + АТФ > Аминоацил ~ АМФ + ФФ

синтетаза

Остаток аминокислоты связывается макроэргической связью с фосфатной группой АМФ. Образовавшийся аминоациладенилат остается связанным с активным центром фермента.

На втором этапе к активному центру фермента присоединяется тРНК, антикодон которой комплементарен кодону аминокислоты, связанной в активном центре в виде аминоациладенилата. Фермент катализирует реакцию переноса аминокислоты с АМФ на акцепторный тринуклеотид тРНК (3'АССтРНК ), причем перенос аминокислотного остатка сопровождается и переносом энергии, т.е. связь между остатком аминокислоты и тРНК также макроэргическая.

Аминоацил

Аминоацил~АМФ + АССтРНК Д> Аминоацил~АССтРНК + АМФ

тРНКсинтетаза

В каждой клетке имеется как минимум 20 различных аминоацилтРНКсинтетаз, по одной на каждую из 20 аминокислот. Точность работы этих ферментов чрезвычайно важна, так как дальнейшая судьба аминокислоты, т.е. место ее включения в полипептидную цепь, зависит только от тРНК. В специально проведенных экспериментах было показано, что если к тРНКАла присоединить другую аминокислоту, например, серин, то в синтезируемой полипептидной цепи вместо аланина будет включаться серин.

АминоацилтРНКсинтетазы в определенной степени способны контролировать точной своей работы: если на первом этапе в активном центре фермента образовался «неправильный» аминоациладенилат, содержащий «чужую» аминокислоту, то на втором этапе в ходе связывания в активном центре своей тРНК происходит опознание возникшей ошибки и «неправильный» аминоациладенилат расщепляется. Наличие такого контролирующего механизма позволяет существенно снизит частоту ошибок при последующей сборке полипептидных цепей белков.