Трансляция РНК

Определение понятия "трансляция РНК на белок"

Инициация трансляции

Синтез белка, или трансляция мРНК на белок, начинается с AUG-кодона мРНК, кодирующего аминокислоту метионин. Этот кодон обычно называют стартовым или инициаторным.

Как следствие этого, всегда и везде любая полипептидная цепь (в частности, белок), синтезируемая на рибосоме, начинается с аминокислоты метионина.
Это происходит потому, что инициирующая метионил-тРНК отличается от остальных тРНК - элонгаторных, в том числе и от элонгаторной метионил-тРНК. Но потом, в ходе трансляции или уже после неё, этот начальный метионин может отщепиться специальным ферментом-протеазой, что и происходит в большинстве случаев.

У эукариот существуют два механизма нахождения рибосомой стартового AUG: кэп-зависимый и кэп-независимый.
1. При сканирующем механизме рибосома садится на 5'-конец мРНК в области кэпа и двигается вдоль молекулы мРНК, «сканируя» один кодон за другим, пока не наткнётся на инициаторный AUG. Для привлечения рибосомы к 5'-концу мРНК требуется специальная структура, кэп — 7-метилгуанин, прикреплённый к 5'-концевому нуклеотиду мРНК.
2. При механизме внутренней инициации, называемом у эукариот также IRES-зависимым механизмом, рибосома садится на внутренний участок мРНК, называемый IRES — участок мРНК, обладающий выраженной вторичной структурой, позволяющей ему направлять рибосомы на стартовый AUG. По IRES-зависимому механизму инициируется синтез лишь на небольшой части клеточных мРНК, а также на РНК некоторых вирусов .
Также у эукариот возможна реинициация трансляции, когда после окончания трансляции рибосома с белковыми факторами не диссоциирует от мРНК, а перескакивает с 3' на 5' конец мРНК и начинает инициацию ещё раз. Такое возможно благодаря замкнутой кольцевой форме мРНК в цитоплазме.

В начале инициации происходит связывание мРНК (своим 5'-не-транслируемым участком) с малой (40S ) субъединицей рибосомы. При этом инициирующий кодон (АУГ) оказывается на уровне П-центра будущей рибосомы.
Далее за счет комплементарного взаимодействия с этим кодоном происходит связывание инициирующей аа-тРНК, т. е. MeT-TPHKj"".
А последняя, взаимодействуя с П центром большой субъединицы, вызывает связывание и этой субъединицы.
Таким образом, формируется своеобразный «бутерброд» из четырех основных компонентов.
Однако, помимо их, для инициации трансляции необходимы и другие участники — ГТФ и три белковых фактора — eIF-1, eIF-2 и eIF-З (от eucariotic initiation factor).
Из них фактор eIF-3, присоединяясь к свободной малой субъединице рибосомы, препятствует преждевременному связыванию большой субъединицы и, наоборот, способствует связыванию мРНК.
Другой фактор — eIF-2 — участвует в связывании инициирующей аа-тРНК. Возможно, этот белок образует комплекс с этой аа-тРНК еще вне рибосомы, причем в состав комплекса входит и
Затем — в процессе установки Мет-тРНК4 на свое место в П-центре и связывания большой субъединицы — ГТФ гидро-лизуется до ГДФ и неорганического фосфата. Одновременно факторы eIF-З и eIF-2 покидают рибосому.
Таким образом, сборка активной рибосомы идет с разрывом одной макроэргической связи. Выделяющаяся при этом энергия создает термодинамический стимул для протекания процесса в нужном направлении.
Что касается фактора eIF-1, то он, видимо, способствует новой «зарядке» фактора eIF-2 путем присоединения к нему очередных молекул ГТФ и Мет-тРНК.
В итоге инициации трансляции в П-центре собранной рибосомы оказываются инициирующий кодон мРНК (АУГ) и связанная с ним инициирующая аа-тРНК.
Последняя при образовании первой пептидной связи играет роль пептидил-тРНК.

Источники:
http://www.rusbiolog.ru/2008/09/01/iniciacija-transljacii.html

Элонгация трансляции

После инициации начинается основной этап трансляции процесс элонгации (удлинения пептидной цепи).
Он имеет циклический характер: включению каждой очередной аминокислоты соответствует один и тот же цикл событий — независимо от того, сколько аминокислотных остатков уже находится в пептидной цепи — только один (как сразу после инициации) или уже более сотни.
В цикле элонгации различают 3 стадии. Иллюстрируя их, мы вновь будем проецировать участников событий на условную плоскость между субъединицами рибосомы.
При этом, для упрощения, П-центром мы будем называть всю левую (на рисунке) половину круга, а А-центром — всю правую половину. Т. е. в состав этих центров будем включать и прилегающие участки М- и ПТФ-центров.
а) Связывание аа-тРНК. На первой стадии цикла со свободным А-центром рибосомы связывается очередная аа-тРНК та, чей антикодон комплементарен кодону мРНК, находящемуся в А-центре
В общих чертах это происходит примерно так же, как связывание инициаторной аа-тРНК с П-центром. Т. е. тоже используются молекула ГТФ и два белковых фактора — факторы элонгации EF-lu и EF-ls (от elongation factor).
Фактор EF-lu (подобно фактору eIF-2) образует комплекс с ГТФ и с проникающей в рибосому очередной аа-тРНК.
Если антикодон этой аа-тРНК не комплементарен кодону мРНК в А-центре, комплекс не задерживается здесь и путем диффузии покидает рибосому.
В случае же комплементарного взаимодействия антикодона с кодоном вышеуказанный комплекс распадается: его аа-тРНК связывается с А-центром, ГТФ гидролизуется до ГДФ, и последний высвобождается вместе с фактором EF-lu.
Затем EF-lu, при участии фактора EF-ls (подобного фактору eIF-1), вне рибосомы обменивает ГДФ на ГТФ и связывает очередную молекулу аа-тРНК.
б) Замыкание пептидной связи.
В рибосоме же после первой стадии цикла оказываются друг возле другапептидил-тРНК (в П-центре) и аа-тРНК (в А-центре). Причем их акцепторные петли и связанные с ними аминокислотные остатки располагаются в каталитическом (ПТФ-) центре.
Последний и осуществляет пептидилтрансферазную (ПТФ) реакцию — переносит пептидил (или инициирующую аминокислоту) с его тРНК на аминокислоту пришедшей аа-тРНК.
Заметим: с тРНК аминокислотный остаток связан с помощью своей карбоксильной группы. В ходе же ПТФ-реакции данная группа пептидила образует пептидную связь с аминогруппой очередной аминокислоты. Следовательно, аминный (N-) конец пептидила остается интактным.
Это означает, что рост пептидной цепи при трансляции происходит в направлении от N- к С-концу.
ПТФ-реакция сопровождается выделением некоторого количества энергии. Поэтому ГТФ в качестве источника энергии не требуется.
Не требуются и какие-либо дополнительные белковые факторы.
В результате ПТФ-реакции пептидил удлиняется на один аминокислотный остаток и оказывается связанным через этот остаток с другой тРНК. При этом антикодоновая петля этой тРНК еще находится в А-области рибосомы, а акцепторная петля вместе с пептидилом, возможно, оказывается в ходе реакции в П-центре (А/П-ориентация). Это может быть причиной создания стерического напряжения.
Прежняя же тРНК пептидила становится свободной: ее «голова» (антикодоновая петля) еще находится в П-центре, а освободившийся «хвост» (акцепторная петля) релаксирует в сторону Е (ехН)-участка П-центра (П/Е-ориентация).
в) Транслокация. Завершающая стадия цикла перемещ ние (трап окация) мРНК вместе с вновь образованной пептидил-тРНК относительно рибосомы на длину одного кодона.
Или можно сказать, что рибосома перемещается относительно мРНК — в направлении ее З'-конца.
Движущей силой транслокации может быть стерическое напряжение в структуре новой пептидил-тРНК. «Хвост» (пептидил, зафиксированный в П-центре) втягивает в П-центр и «голову» (тРНК). А так как последняя связана с кодоном мРНК, то и мРНК тоже перемещается относительно рибосомы.
В процессе участвуют ГТФ и белковый фактор элонгации EF-2, называемый также транслоказой. Не исключено, что решающую роль в создании «тяги» играет стерическое напряжение не в пептидил-тРНК, а в транслоказе, создаваемое за счет энергии ГТФ.
Как бы то ни было, в результате транслокации в П-центре рибосомы оказываются новая пептидил-тРНК и соответствующий ей кодон мРНК. Освободившаяся же тРНК вытесняется из рибосомы.
Что же касается А-центра, то он содержит теперь следующий кодон мРНК и готов к приему новой аа-тРНК.
На этом цикл элонгации заканчивается и начинается очередной цикл. Как видим, удлинение пептидной цепи на один аминокислотный остаток требует расхода 2 молекул ГТФ (по одной — на связывание аа-тРНК и на транслокацию).
Многократное повторение таких циклов и приводит к включению в строящуюся пептидную цепь аминокислотных остатков в соответствии с последовательностью кодонов в мРНК.

Источники:
http://www.rusbiolog.ru/2008/09/01/stadii-jelongacii.html

Терминация трансляции

Сигналом об окончании трансляции служит появление в рибосоме одного из «бессмысленных» кодонов мРНК — УАА, УАГ или УГА.
Этот кодон узнается уже не антикодоном аа-тРНК, а белковыми факторами терминации (eRF; от eucariotic releasing factor). Таких факторов — два: один узнает последовательность У-А-Пур, т. е. кодоны УАА и УАГ; второй — последовательность У-Пур-А, т. е. опять-таки кодон УАА, а также кодон УГА.
Фактор eFR, узнав «свой» антикодон, стимулирует гидролазную активность (ГА) пептидилтрансферазного центра. Благодаря этому гидролизуется связь между тРНК и пептидом. Ни ГТФ, ни какого иного кофермента для этой реакции не требуется.
После этого пептидная цепь, тРНК и мРНК покидают рибосому, а субъединицы последней диссоциируют друг от друга и теперь готовы начать синтез очередной пептидной цепи.

Источники:
http://www.rusbiolog.ru/2008/09/01/terminacija-transljacii.html

Видео: Трансляция попроще

 Видео: Трансляция посложнее

 Видео: Трансляция попонятнее

 Видео: Трансляция