химический каталог




ТРАНСЛЯЦИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ТРАНСЛЯЦИЯ (от латинского translatio-передача), программируемый генами процесс синтеза белка. Посредством ТРАНСЛЯЦИЯ осуществляется реализация генетич. информации нуклеиновых кислот (см. Генетический код).

По современной представлениям, исходный ген в виде ДНК непосредственно транслироваться не может; для ТРАНСЛЯЦИЯ он должен быть сперва транскрибирован-переписан (см. Транскрипция)-в форме молекул матричных рибонуклеиновых кислот (мРНК) и именно последняя связывается с рибосомой и транслируется.

В ходе ТРАНСЛЯЦИЯ последовательность нуклеотидов мРНК определяет последовательность остатков аминокислот в синтезируемом полипептиде; происходит как бы перевод с языка нуклеотидной последовательности гена на язык аминокислотной последовательности белка. Считается, что аминокислотная последовательность синтезируемого на рибосоме полипептида однозначно задает пространственную структуру белка через процесс сворачивания (фолдинга), идущего одновременно с ТРАНСЛЯЦИЯ (котрансляционное сворачивание) или по ее завершении (посттрансляционное сворачивание). Кроме того, в формировании конечной структуры функцион. белка могут принимать участие процессы ко- и посттрансляционных модификаций (см. Модификация белков).

ТРАНСЛЯЦИЯ каждой молекулы мРНК рибосомой разделяется на три четкие последоват. стадии-инициацию, элонгацию полипеп тида (собственно ТРАНСЛЯЦИЯ) и терминацию (см. рис. в ст. Рибосома). Цепь мРНК транслируется (считывается) по направлению от 5"-конца к 3"-концу (см. Нуклеиновые кислоты). Полипептид элонгируется (растет) от N-конца к С-концу.

ТРАНСЛЯЦИЯ начинается со строго фиксир. точки в цепи мРНК (а отнюдь не с начала самой цепи РНК). Точный выбор рибосомой стартовой точки определяет не только первую (N-концевую) аминокислоту в синтезируемом полипептиде, но и всю последующую разбивку нуклеотидной последовательности мРНК на триплеты (кодоны), т.е. правильную фазу (рамку) считывания, и, соответственно, правильный набор остатков аминокислот в синтезируемом полипептиде. Для этого существует спец. механизм инициации ТРАНСЛЯЦИЯ, в котором принимают участие: инициаторный кодон и предшествующая ему последовательность мРНК, малая субчастица рибосомы, инициаторная метионил-тРНК [N-формилметионил-тРНКр у прокариот (бактерии и синезеленые водоросли) и метионил-тРНКр у эукариот (все остальные организмы); тРНК-сокр. обозначение транспортных рибонуклеиновых кислот], набор белковых факторов инициации (IF-1, IF-2 и IF-3 у прокариот и около десятка факторов-от eIF-1 до eIF-4F и eIF-5-y эукариот) и гуанозинтрифосфат (ГТФ), а также АТФ у эукариот.

Перед инициацией рибосома должна диссоциировать на составляющие ее субчастицы-малую (30S у прокариот и 40S у эукариот) и большую (50S у прокариот и 60S у эукариот):

70S : 30S; + 50S 80S : 40S;+60S

Свободная малая субчастица связывает на себе часть факторов инициации (кстати, способствующих вышеуказанной диссоциации). При участии фактора инициации IF-2 или eIF-2 и ГТФ в комплекс с малой субчастицей входит инициаторная (формил)метионил-тРНКр (F в нижнем индексе обозначает, что данная тРНК является инициаторной).

У прокариот малая субчастица рибосомы имеет сродство к короткой полипуриновой (см. Пуриновые основания) последовательности мРНК (например, GAGG; G и А-соответственно остатки гуанозина и аденозина), находящейся за несколько нуклеотидов перед инициаторным кодовом AUG (реже GUG; U-остаток уридина), так что рибосомная 30S частица фиксирует эту предынициаторную последовательность (называют также последовательностью Шайна-Дальгарно), а антико-дон инициаторной тРНК взаимодействие с инициаторным кодо-ном.

У эукариот рибосомная 40S частица, несущая ряд факторов инициации и метионил-тРНКр, связывается преимущественно с 5"-концом цепи мРНК (как правило, кэпирован-ным), а затем скользит по цепи в направлении к 3"-концу без ТРАНСЛЯЦИЯ, потребляя АТФ, пока не натолкнется на триплет AUG, спаривающийся с антикодоном тРНКр и служащий инициаторным кодовом.

ТРАНСЛЯЦИЯ обр., в обоих случаях устанавливается стартовая точка ТРАНСЛЯЦИЯ (точка отсчета триплетов). Далее фиксированная на ини-циаторном кодоне малая рибосомная субчастица присоединяет к себе большую рибосомную субчастицу; это событие сопровождается гидролизом ГТФ на факторе инициации IF-2 или eIF-2, уходом этого фактора и гуанозиндифосфата (ГДФ) с рибосомной частицы. Теперь на ишщиаторном кодоне находится полная (70S или 80S) рибосома, готовая воспринять аминоацил-тРНК (Аа-тРНК), соответствующую следующим нуклеотидным триплетам мРНК (рис. 1).

Элонгационный цикл начинается с поступления в рибосому Аа-тРНК при наличии там инициаторной (формил)ме-тионил-тРНКр (сразу после вышеописанной инициации) или пептидил-тРНК (если рассматривать любой промежуточные шаг стадии элонгации) (рис. 2). Предварительно вне рибосомы Аа-тРНК взаимодействие со спец. белком, называют фактором элонгации Tu (EF-Tu) у прокариот или eEF-1 у эукариот; для взаимодействие необходимо участие в этом комплексе молекулы ГТФ: Аа-тРНК + EF-Tu(eEF-l) + ГТФ : ! Аа-тРНК • EF-Tu(eEF-l)•ГТФ

Рис. 1. Схема последовательности событий в процессе инициации трансляции у прокариот: 1-малая субъединица рибосомы; 2-инициаторная тРНК; 3-фактор инициации IF-2; 4-N-формилметионил (сокр. F-Met); 5-большая субъединица рибосомы; P и А-тРНК-связывающие участки рибосомы, F-фосфат.

Рис. 2. Схема элонгационного цикла рибосомы; EF-Tu и EF-G-факторы элонгации, Аа-тРНК-аминоацил-тРНК, 1 -остаток аминокислоты, связанной с тРНК, F-фосфат.

Рис. 3. Реакция транспептидации, катализи-руемая рибосомой; cc-два концевых остатка цитидина в тРНК, А-остаток аде-нина.

На самом деле, ввиду избытка белка ЕР-Тu или eEF-1 в клетке, все Аа-тРНК, за исключением инициаторной, присутствуют в цитоплазме в виде таких тройственных нуклеопротеидных комплексов. Комплекс поступает в рибосому и связывается с ее так называемой А-участком, если там присутствует вакантный кодон, комплементарный антико-дону Аа-тРНК. При этом др. тРНК-связывающий участок рибосомы (Р-участок) занят либо инициаторной (фор-мил)метионил-тРНКр (в первом элонгационном цикле), либо пептидил-тРНК (во всех последующих элонгационных циклах).

Связывание тройственного комплекса с А-участком рибосомы индуцирует его ГТФ-азную активность, и ГТФ, входящий в комплекс, гидролизуется:

ГТФ + Н2О : ГДФ + Н3РО4

В результате этого EF-Tu (eEF-1) теряет высокое сродство к рибосоме и к Аа-тРНК и вместе с ГДФ покидает рибосому.

Теперь Аа-тРНК оказывается в А-участке рибосомы без своего белкового партнера, бок о бок с присутствующей в Р-участке инициаторной (формил)метионил-тРНКр (или пептидил-тРНК). Аминокислотный остаток Аа-тРНК и сложноэфирная группа (формил)метионил-тРНКр (или пеп-тидил-тРНК) локализуется в пептидил-трансферазном центре рибосомы. Аминогруппа аминокислотного остатка атакует карбонил сложноэфирной группы, в результате чего происходит реакция транспептидации: (формил)метионильный (или пептидильный) остаток переносится на аминогруппу Аа-тРНК, с образованием пептидной связи, а инициаторная тРНКF (или тРНК, с которой был связан пептид) оказывается деацилированной (рис. 3).

Непосредственно после реакции транспептидации деацили-рованная тРНК занимает Р-участок рибосомы, а новообразованная пептидил-тРНК-А-участок (см. рис. 2). Завершающая фаза цикла называют транслокацией. Она катализируется крупным мономерным белком, обозначаемым как фактор элонгации G (EF-G) у прокариот или eEF-2 у эукариот, с использованием молекулы ГТФ.

Фактор EF-G(eEF-2), ассоциированный с ГТФ, взаимодействие с претранслокационной рибосомой (пептидил-тРНК в А-участке, деацшшрованная тРНК в Р-участке), и в образующемся комплексе происходит удаление деацилирован-ной тРНК из Р-участка, переход пептидил-тРНК из А-участ-ка в Р-участок и передвижение вместе с ней кодона мРНК из А-участка в Р-участок; в вакантном А-участке устанавливается очередной кодон мРНК. В образовавшемся посттранс-локационном комплексе индуцируется ГТФ-азная активность, ГТФ гидролизуется до ГДФ и Н3РО4, в результате чего EF-G(eEF-2) с ГДФ теряет сродство к рибосоме и освобождается. Цикл завершен.

Теперь рибосома способна воспринять на свой вакантный А-участок с очередным кодовом новую, соответствующую этому кодону Аа-тРНК в комплексе с EF-Tu (eEF-1) и ГТФ. Осуществляется следующий цикл элонгации. Трансляция мРНК состоит в повторении таких циклов, в каждом из которых прочитывается один триплет (кодон) мРНК, синтезируется одна пептидная связь и гидролизуются две молекулы ГТФ.

Элонгация полипептида продолжается до тех пор, пока рибосома не натолкнется на один из нуклеотидных триплетов, не кодирующих аминокислоту, т.е. не комплементарных антикодону какой-либо тРНК. Это триплеты UAA, UAG и UGA, называют терминаторными или стопкодонами. Тогда включается механизм терминации: терминаторный триплет, оказавшийся в А-участке рибосомы, узнается не молекулой тРНК, а спец. белком (фактором терминации RF) с участием ГТФ; фактор терминации, связавшийся с рибосомой, индуцирует гидролиз сложноэфирной связи между полипептидом и тРНК в молекуле пептидил-тРНК, расположенной в Р-участке рибосомы.

Гидролиз катализируется пептидил-трансферазным центром рибосомы, но в данном случае сложноэфирный карбо-нил атакуется не аминогруппой Аа-тРНК, как при транспептидации, а молекулой воды. Готовый полипептид освобождается из рибосомы, а рибосома подвергается действию дополнительной факторов, лишается последней деацилированной тРНК, диссоциирует (при участии факторов инициации) на субчастицы и покидает мРНК. Свободная рибосомные субчастицы опять готовы инициировать ТРАНСЛЯЦИЯ новой цепи мРНК или нового цистрона (кодируемого участка) на цепи той же полицистронной мРНК.

Реализация генетич. информации через ТРАНСЛЯЦИЯ подвержена ошибкам. Ошибки в ТРАНСЛЯЦИЯ могут быть двоякого рода. Ошибки первого рода-это так называемой ложное считывание кодона, когда очередная Аа-тРНК при поступлении в А-участок рибосомы связывается не соответствующим ей коданом. Определенная вероятность такого захвата (оцениваемая величинами порядка 10-3-10-4) обычно характерна для тРНК, несущих антикодон, частично комплементарный кодону. Результатом является замена правильного аминокислотного остатка на неправильный в соответствующем положении полипептидной цепи. Вариантом этого рода ошибок является связывание, например триптофанил-тРНК, с терминаторным кодо-ном в А-участке и, как следствие,-продолжение элонгации за пределы терминаторного кодона, т. е. синтез удлиненного полипептида. Уровень ошибок зависит как от ряда внешний факторов (например, возрастает при голодании или в присутствии этанола), так и от структуры самой рибосомы. В частности, известны мутации рибосомных белков, увеличивающие или уменьшающие, избирательность рибосомы при поступлении Аа-тРНК в А-участок и соответственно уменьшающие или увеличивающие уровень опшбок этого рода.

Ошибки др. рода-это т. называют сдвиг рамки считывания мРНК, когда при транслокации цепь мРНК передвигается не на три нуклеотида, а на два или на четыре. Результаты такой ошибки более серьезны: вся последующая кодирующая последовательность триплетов мРНК окажется не в фазе, так что синтезируемая полипептидная цепь не будет иметь ничего общего с нормальным продуктом.

Экспрессия генов во всех живых организмах находится под контролем разнообразных регуляторных механизмов. Регуляция генной активности на уровне транскрипции является наиболее изученной. Менее изучена, хотя и исключительно важна, особенно у высших многоклеточных организмов, регуляция на уровне ТРАНСЛЯЦИЯ Матричная РНК, поступившая в цитоплазму, может в течение определенного времени вовсе не вовлекаться в синтез белка; различные мРНК, вовлеченные в синтез белка, могут транслироваться с очень разной скоростью; транслируемая мРНК под действием определенных регуляторных факторов может оказаться нетранслируемой.

Ярким примером такого рода регуляторных переключений являются события, происходящие в ответ на тепловой шоколо Процессы клеточной дифференцировки также сопровождаются включением в ТРАНСЛЯЦИЯ новых мРНК, иногда накопленных в цитоплазме заранее, а также изменением скоростей ТРАНСЛЯЦИЯ и выключением некоторых мРНК из ТРАНСЛЯЦИЯ Регуляция синтеза белков на уровне ТРАНСЛЯЦИЯ играет важную роль у всех организмов, включая бактерии, в координации продукции различные белков в клетке и поддержании их правильных стехиометрич. соотношений (это особенно касается поддержания стехиометрии синтеза субъединиц сложных белков).

Регуляция ТРАНСЛЯЦИЯ может осуществляться на всех трех стадиях -инициации, элонгации и терминации. Она может быть тотальной, когда ослабление или усиление ТРАНСЛЯЦИЯ касается всех мРНК, или избирательной, если имеет место специфический подавление или стимуляция использования данной мРНК для ТРАНСЛЯЦИЯ

Примером механизма тотального подавления инициации ТРАНСЛЯЦИЯ [у эукариот в ответ на недостаток тема или железа в ретикулоцитах (вид эритроцитов), на совместное действие интерферона и вирусной двухцепочечной РНК в ряде др. животных клеток, на увеличение уровня окисленного глута-тиона и на некоторые др. неблагоприятные воздействия] является индукция или активация спец. протеинкиназы, фосфо-рилирующей фактор инициации 2 (сIF-2). В результате фосфорилирования eIF-2 не инактивируется, но вступает в более тесную ассоциацию с другим, помогающим ему фактором инициации (eIF-2B), и тем самым снижает оборачиваемости eIF-2 в процессе инициации.

Избирательная регуляция инициации базируется на трех основные механизмах: 1) конкуренции различные мРНК, обладающих разной "силой" их инициаторных нуклеотидных последовательностей (как правило, последовательностей, предшествующих инициаторному кодону), за связывание с малой рибосомной субчастицей и факторами инициации; 2)изме-нениях пространств. структуры инициаторного района мРНК, от которой зависит стерич. доступность инициаторной последовательности для взаимодействие с малой рибосомной субчастицей и факторами инициации; 3) действии спец. белков (репрессоров ТРАНСЛЯЦИЯ), специфически связывающихся с инициа-торными районами определенных мРНК и делающих их недоступными для инициации.

Скорость ТРАНСЛЯЦИЯ в процессе элонгации также может подвергаться регуляции, как тотальной, так и избирательной. Макс. скорости чтения мРНК рибосомами в отсутствие всяких ограничивающих факторов у прокариот и эукариот составляют соответственно 50 и 30 нуклеотидных остатков в секунду (при 37 °С); регуляторные воздействия могут уменьшить ее до 3-10 нуклеотидов в секунду.

Тотальная регуляция скорости элонгации у эукариот может осуществляться через фосфорилирование фактора элонгации 2 (EF-2). Показано, что существует спец. Са2+ -калмо-дулинзависимая протеинкиназа (EF-2-киназа), которая может активироваться при различные физиол. воздействиях и фосфори-лировать ту или иную часть EF-2 в клетке; фосфорилиро-ванный EF-2 теряет способность эффективно катализировать транслокацию, и элонгация на всех мРНК замедляется. Фосфатазы или их активация легко обращают этот эффект.

Тотальная регуляция скорости элонгации отмечается по ходу прохождения различные стадий клеточной диффсренциров-ки, под действием ряда гормонов, при вирусных инфекциях.

Литература: Шапвиль Ф., Энни А.-Л., Биосинтез белка, пер. с франц., М., 1977; Спирин А. С., Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка, М., 1986. А. С. Спирт.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
бутылочка для воды спортивная купить
Cover Co158 CO158.10
строительство кинотеатров
солонки и перечницы

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(07.12.2016)