Синтез новых белков (трансляция)

Синтез - это соединение нескольких молекул в одну, более сложную, молекулу. Синтез белка - сборка его молекулы из молекул аминокислот. Молекулы большинства белков собираются клеткой из 150-300 аминокислот. Для того, чтобы в правильном порядке соединить друг с другом эти аминокислоты, она должна иметь "инструкцию" для сборки каждого белка. В этой роли в клетке выступают молекулы информационной, или матричной, РНК (кратко «иРНК» или «мРНК»).. Причем одной аминокислоте соответствует группа из трех нуклеотидов - кодон.

? Сколько разных кодонов по три нуклеотида можно составить из четырех нуклеотидов РНК?

? Какое максимальное число аминокислот можно было бы закодировать, если бы каждый кодон состоял из двух нуклеотидов? Из одного нуклеотида?

Синтезом белков занимаются рибосомы - очень сложные молекулярные "машины". Каждая рибосома состоит из двух неравных частей. Их называют большая и малая субъединицы. Всего в обеих субъединицах одной рибосомы примерно 80 молекул белков и 4 разных молекулы РНК (РНК, входящую в состав рибосом, называют рибосомальной, сокращенно рРНК). Новые субъединицы рибосом образуются в ядрышке. Оттуда они выходят в цитоплазму через ядерные поры.

Рис. 28

В цитоплазме обе субъединицы объединяются в целую рибосому на специальном стартовом участке любой молекулы информационной РНК. Далее рибосома постепенно "проползает" всю молекулу иРНК до тех пор, пока не наткнется на стоп-кодон (синоним – нонсенс-кодон) - сигнал прекращения синтеза белка (один из кодонов УАГ, УГА, УАА). При этом из нее "вылезает" готовая цепочка соединенных друг с другом аминокислот. Дойдя до сигнала прекращения синтеза, рибосома "сваливается" с молекулы иРНК, при этом большая и малая субъединицы отделяются друг от друга и от готового белка (рис. 28).

Рис. 29

Теперь подробнее о том, как это делается. Аминокислоты к работающей рибосоме приносят специальные молекулы - транспортные РНК (кратко тРНК, см. рис. 29). Различные тРНК отличаются друг от друга антикодонами - тройками нуклеотидов, расположенными в определенном месте молекулы. В животных клетках обычно обнаруживается 61 тип тРНК, причем тРНК каждого типа занимается переноской одной определенной аминокислоты (обратное неверно: некоторые аминокислоты переносятся 2-3 типами тРНК).

Рис. 30

Специальные белки - кодазы (синоним – аминоацил-тРНК-синтетазы) занимаются "подвешиванием" аминокислот к соответствующим тРНК. Каждый из них присоединяет к себе "свою" тРНК и "свою" аминокислоту (рис. 30), и затем соединяет их друг с другом.

? Как Вы думаете, сколько в клетке должно быть типов аминоацил-тРНК-синтетаз? Обсудите эту проблему с учителем.

Рис. 31

В большой субъединице рибосомы есть два углубления А и Б, удобных для "посадки" молекул тРНК (рис. 31). Любая проплывающая мимо тРНК с висящей на ней аминокислотой может сесть в свободное углубление Б. Однако "прилипнет" она только в том случае, если ее антикодон окажется комплементарен кодону иРНК, в данный момент расположенному под этим углублением.

Когда это произойдет, вся цепочка аминокислот, висящая на тРНК в углублении А, будет прикреплена к аминокислоте, "приехавшей" на новой тРНК. тРНК из углубления А, лишившись аминокислоты, уплывает в цитоплазму. После этого рибосома делает "шаг" длиной в три нуклеотида как бы "мимо" тРНК, прилипшей своим антикодоном к иРНК. В результате эта тРНК с висящей на ней цепочкой аминокислот оказывается в углублении А. А в освободившееся углубление Б садится новая тРНК с аминокислотой, и все повторяется сначала. Цепочка аминокислот по мере выхода из рибосомы сворачивается во вторичную и третичную структуры.

! Подробнее о реакции переноса цепочки аминокислот с одной молекулы тРНК на другую.

Рис. 32. Транспептидазная реакция

На рис. 32 показано, как это делается. По сути дела, между молекулами происходит обмен участками: атом водорода молекулы в А-участке рибосомы и цепочка аминокислотных остатков, висящая на тРНК в Б-участке, меняются местами.

! Запуск (инициация) и завершение (терминация) синтеза белковой молекулы.

Как уже рассказывалось, большие и малые субъединицы рибосом образуются в ядрышке. После выхода в цитоплазму малая субъединица соединяется с определенной молекулой тРНК (она называется инициаторная тРНК), на которой в этот момент уже "висит" аминокислота метионин (см. рис. 33).

Рис. 33

После этого малая субъединица присоединяет молекулы еще двух белков (они называются факторы инициации трансляции). К 5'-концу иРНК присоединена специальная молекула - кэп (по-английски "cap" означает "шапочка, колпачок"). Малая субъединица, соединенная со всеми перечисленными молекулами, "узнает" кэп с присоединенными к нему еще несколькими факторами инициации трансляции, и начинает ползти от него по иРНК в сторону 3'-конца. При этом антикодон инициаторной тРНК все время как бы ощупывает иРНК, и, в какой-то момент, прилипает к комплементарной ему тройке нуклеотидов - стартовому, или инициирующему, кодону АУГ. Малая субъединица останавливается и не трогается с места до тех пор, пока к ней не присоединится большая субъединица рибосомы. Затем к рибосоме присоединяется еще одна молекула тРНК, и начинается синтез белка. В начале любой белковой молекулы при таком способе синтеза, естественно, оказывается одна и та же аминокислота - метионин. Однако метионин впоследствии обычно "отрезается" специальным ферментом - гидролазой. Изготовление многих белков включает еще несколько операций (все вместе они обозначаются словами процессинг белков), например, вырезание участка из середины цепочки аминокислот, присоединение к вариабельной части какой-то аминокислоты остатка фосфорной кислоты и т.п.

Рис. 34

Синтез белка всегда останавливается на одном из трех так называемых нонсенс-кодонов. Слово "нонсенс" означает "чепуха, бессмыслица". Дело в том, что эти три кодона не комплементарны никаким антикодонам тРНК. Поэтому рибосома, дойдя до нонсенс-кодона, останавливается (см. рис. 34). В цитоплазме имеются специальные белки, "вызволяющие" рибосому из подобного затруднительного положения. Они называются факторы терминации трансляции. Такой белок присоединяется к рибосоме, остановившейся перед нонсенс-кодоном, и гидролизует связь между тРНК и висящей на ее 3'- конце готовой цепочкой аминокислотных остатков, то есть белком. В результате белок отделяется от рибосомы, и сама рибосома разваливается на большую и малую субъединицы.

Рис. 35

Для полноты картины осталось рассказать, как попадают в комплекс Гольджи молекулы пищеварительных ферментов и белков-переносчиков. Синтез этих белков происходит на мембране ЭПС (рис. 35). Затем от ЭПС отделяются мембранные пузырьки с этими белками и сливаются с цистернами комплекса Гольджи. В комплексе Гольджи происходит сортировка всех доставленных белков. Результат этой сортировки - формирование вакуолей различного назначения с соответствующими молекулами внутри, например, первичных лизосом.

! Ядерные и цитоплазматические белки

Как видите, все белки клетки синтезируются в цитоплазме. Однако многие из них выполняют ту или иную работу внутри ядра. Как же они туда попадают, и что мешает оказаться в ядре белкам цитоплазмы? Ядерные белки имеют специальный "пропуск" - короткую цепочку определенных аминокислотных остатков. Белки, окружающие ядерную пору (все вместе они называются «поровый комплекс»), захватывают белки с таким "пропуском", "заталкивают" их внутрь ядра, и больше уже не выпускают. Оказалось, что белки ядерных пор затягивают в ядро даже маленькие кусочки каучука, если на их поверхности имеются описанные "пропуска".

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: