Аминоацил-tRNA-cинтетаза и расшифровка кода

Наиболее приспособлена к роли молекулы для расшифровки — tRNA, так как она может служить адаптером между триплетами нуклеотидов на mRNA и соответствующими им аминокислотами. Выполнение адаптерной функции становится возможным после связывания tRNA с определенной аминокислотой. Взаимное узнавание аминокислоты и tRNA происходит с помощью фермента — аминоацил-tRNA-синтетазы. Этот фермент узнает и связывает tRNA, а затем переносит аминокислотный остаток на 3—ОН группу концевого аденозина, присоединяя ее сложно — эфирной связью: аа-tRNA-синтетазы + аминокислота + tRNA+ ATP аминоацил-tRNA + АМР + Н₄Р₂О₇ Взаимодействие аа-tRNA с кодоном mRNA обеспечивается тем, что в одной из петель молекулы tRNA имеется триплет нуклеотидов — антикодон, комплементарный определенному кодону mRNA. Рибосомы — это частицы, на которых происходит синтез белка. Рибосомы прокариот имеют две субъединицы: малую — 30S субъединицу, состоящую из одной молекулы RNA и 21 белка, и большую — 50S субъединицу, состоящую из двух молекул RNA и 34 разных белков. Рибосомы эукариот имеют очень похожую структуру, но несколько более крупные — 40S и 60S-субъединицы. Малая субъединица связывается с mRNA, а tRNA соединяется с обеими субъединицами. По мере синтеза белка последовательность кодонов mRNA считывается один раз в процессе движения рибосомы вдоль матрицы. Как только сайт инициации mRNA освобождается одной рибосомой, с ним может связываться другая. Поэтому одна mRNA часто может быть связана с несколькими рибосомами, образуя полирибосому.

Инициация. До того, как начнется синтез белка, формируется инициирующий комплекс, состоящий из малой и большой субъединиц рибосом, белковых факторов инициации и аминоацил — tRNA. Инициация запускается специфической последовательностью mRNA, содержащей кодон метионина. Элонгация. Большая субъединица рибосомы несет два рядом расположенных сайта связывания tRNA: один связывается с аминоацил-tRNA (сайт А), а другой — с пептидил — tRNA (сайт Р). Специфичность этих сайтов связывания определяется кодонами mRNA, комплементарными к антикодонам tRNA. Пептидильный остаток (или N-формилметионин на первой стадии) переносится на аминокислотный остаток tRNА, связанной с сайтом А, с образованием пептидил-tRNA в сайте, А и L-пустой (свободной) tRNA в сайте Р. Это формирование пептидной связи катализируется рибосомальной пептидилтрансферазой.

L-cвободная tRNAпокидает Р-сайт и новая пептидил-tRNA перемещается из А-сайта в освободившийся Р-сайт, а рибосома продвигается по mRNA, чтобы поместить в свободный А-сайт новый кодон. Этот этап называется транслокацией. Этапы инициации, связывания аа-tRNA и транслокации протекают с использованием энергии GTР.

Терминация. Элонгация цепи продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет терминального кодона (UAG, UAA, UGA). Факторы терминации вызывают отделение L-завершенного полипептида от пептидил-tRNA в Р-сайте.

Рис. Элонгация

Посттрансляционная модификация. Полипептиды, полученные в результате описанного процесса, спонтанно скручиваются, образуя вторичную и третичную конформацию. В клетках животных многие белки синтезируются в виде молекул-предшественников, требующих модификации для приобретения биологической активности. Например, инсулин синтезируется в виде проинсулина и представляет собой одноцепочечную молекулу. После удаления специфическими протеазами полипептидного сегмента он преобразуется в двухцепочечную молекулу с внутри-и межцепочечными дисульфидными мостиками. Присоединение простетической группы с образованием сложных белков и объединение протомеров в олигомерный белок также происходит после завершения трансляции. Известны многие другие посттрансляционные модификации белков. Например, ковалентные модификации, такие как ацетилирование, фосфорилирование и гликозилирование. Кроме того, может происходить модификация аминокислотных остатков, например, превращение пролина и лизина в оксипролин и оксилизин в коллагенах, иодирование тирозина в тирео-глобулине и т. д.