Трансляція (біосинтез білка) - Біохімія
Трансляція (біосинтез білка)
Трансляція – переклад генетичного тексту іРНК у послідовність АК у білку.
Необхідний комплекс факторів:
1. будівельний матеріал (20 АК);
2. молекули тРНК (61 тип тРНК). 61 кодону відповідає 20 АК. 1 тРНК розпізнає понад 1 кодон;
3. ферменти: аміноацил-тРНК-синтетаза - забезпечують впізнавання та зв'язування АК зі своєю тРНК (20);
4. молекула мРНК. У еукаріотів іРНК має так званий 'кеп' (від англ.- кепка, шапка) в області 5'-кінця. Кеп представлений метил-ГТФ, необхідної для впізнавання іРНК рибосомою та бере участь у трансляції;
5. Рибосоми, як місце синтезу білка. Кожна рибосома складається з малої та великої субодиниць. У прокаріотів вони дрібніші - 70S: мала субодиниця - 30S, велика - 50S. (S-швидкість осадження). У еукаріотів - 80S: мала - 40S, велика - 60S. Рибосома містить рРНК, і навіть близько 80 різних білків, зокрема і ферментів.
6. енергія АТФ та ГТФ;
7. іони Мg2+, необхідні активації ферментів;
8. білкові фактори трансляції специфічні білки різних етапів трансляції.
1. рекогніція «розпізнавання»;
2. ініціація «початок»;
3. елонгація «продовження, подовження»;
4. термінація – «припинення»;
5. процесинг «дозрівання».
1. Рекогніція. Відбувається зв'язування АК зі своєю тРНК: АК+тРНК(над стрілкою | аміноацил-тРНК-синтетазу, АТФ) аміноацил-тРНК +АМФ+2Фн Кількість цих реакцій залежить від кількості АК.
2. Ініціація. Складається з 7 фаз:
а) підготовка рибосоми до трансляції. Рибосома (30S) взаємодіє з фактором ініціації 3 (ФІ-3), в результаті поділяється на малу та велику субодиниці. Мала субодиниця знаходиться у комплексі з ФІ-3;
б) підготовка РНК-матриці до трансляції. мРНК еукаріотів в області 5-кінця має особливу структуру КЕП, представлену метил-ГТФ. У цій фазі відбувається приєднання до КЕП КЕП-зв'язуваних білків. Вони позначають на мРНК місце прикріплення рибосоми;
в) підготовка ініціаторної аміноацил-тРНК. Кодон, з якого починається зчитування генетичної інформації, представлений триплетом АУГ метіонін. Як ініціаторну виступатиме МЕТ-тРНК: МЕТ-тРНК+ГТФ+ФІ-2 ініціаторний метіонін-тРНК;
г) утворення ініціюючого комплексу. При цьому ініціаторна МЕТ-тРНК взаємодіє з малою субодиницею рибосоми з утворенням комплексу, що ініціює. Цьому процесу сприяє білковий ФІ-3, пов'язаний із рибосомою;
д) зв'язування мРНК з ініціюючим комплексом: ініціюючий комплекс + ФІ-1 + 5-кінець мРНК. При цьому АТФАДФ+Фн;
е) пошук та комплементарна взаємодія зі стартовим кодоном. При цьому відбувається ковзання малої субодиниці рибосоми до моменту виявлення кодону АУГ та комплементарної взаємодії з ним антикодону МЕТ-тРНК;
ж) формування 80S-рибосоми. Велика субодиниця приєднується до комплексу, що утворюється на 6 стадії, що супроводжується витратою енергії ГТФ (ГТФ ГДФ + Фн). Для цієї реакції використовується ГТФ, що знаходиться у складі комплексу, що ініціює. У рибосомі, що утворилася, виділяють 2 ділянки:
- Р-ділянка, в якій знаходиться МЕТ-тРНК. Тут відбуватиметься утворення пептидних зв'язків сайт Р;
- А-ділянка (аміноацильна ділянка) служить для приєднання аміноацильної-тРНК.
На завершення цієї фази відбувається вивільнення білкових факторів ФІ-1, ФІ-2, ФІ-3 та КЕП-зв'язаних білків.
3. Елонгація. Складається з 3-х фаз:
а. приєднання наступної аміноацил-тРНК відповідноіз змістом наступного кодону матриці. Процес потребує енергії ГТФ ГДФ + Фн+Q та білкового фактора - фактор елонгації-1 (ФЕ-1);
б. пептизація. Між АК-залишками утворюються пептидні зв'язки (між АК-1 та АК-2). Цю реакцію каталізує пептидил-трансфераза. Цей фермент руйнує зв'язок між першою АК та її тРНК. Перша тРНК залишає рибосому. В результаті в аміно-ацильному ділянці рибосоми знаходиться пептид, що зростає, а Р-ділянка звільняється;
в. транслокація чи переміщення. Рибосома переміщається на 1 кодон у напрямку 3-кінця тРНК. При цьому пептдтл-тРНК залишається на місці і відбувається внутрішньорибосомний перехід пептиду, що росте, з А-ділянки рибосоми в Р-ділянку. Для цього процесу необхідні енергія ГТФ ГДФ + Фн+Q та білковий фактор - ФЕ-2. Основним результатом є звільнення А-ділянки рибосоми, до якої може надійти наступна аміноацил-тРНК.
Процес елонгації протікає циклічно з 1 по 3 фазу до моменту виявлення стоп-кодону. При досягненні рибосомою нонсенс-кодону елонгація припиняється і настає термінація.
Нонсенс-кодон розпізнається білковими R-факторами (чинники звільнення) в А-ділянці рибосом. В результаті дії R-факторів забезпечується дисоціація елементів трансляційного апарату та у цитоплазму вивільняються рибосома, іРНК, поліпептид. СЕС між пептидом та тРНК гідролізується із витратою енергії ГТФ ГДФ + Фн+Q. іРНК надалі може використовуватися повторно для трансляції (до руйнування її іРНКазами).
Власне трансляція включає 3 етапи: ініціація, елонгація, термінація.
5. Процесинг білка.
Це сукупність змін у структурі білка (поліпептиду), які закінчуються формуванням структурно та функціонально зрілої білкової молекули. Процесинг може бути 2-х видів:
- Котрансляційний, що протікає під час трансляції;
- Посттрансляційний | хімічна можифікація білка відбувається після трансляції.
Включає кілька видів хімічної модифікації:
- Обмежений протеоліз - це відщеплення або пептидного фрагмента, або N-кінцевий АК (МЕТ);
- реакція ацетилювання - приєднання ацетильного залишку;
- фосфорилювання – приєднання залишку фосфорної кислоти з утворенням складних білків (фосфопротеїни);
- глікозилювання АК з утворення глікопротеїнів та протеогліканів;
- гідроксилювання АК | приєднання | ОН групи. Найчастіше цьому процесу піддаються ПРО та ЛІЗ з утворенням гідроксипроліну (ОПР) та гідроксилізину (ОЛІ). Цей процес необхідний при утворенні колагену;
- утворення вторинної, третинної та четвертинної структур характерно для олігомерних білків. При утворенні цих структур білок згортається – процес фолдингу. Для цього необхідні спеціалізовані білки – шаперони. Вони прискорюють згортання білків, виправляють некоректні форми вторинної, третинної структур. Може спостерігатися патологія фолдингу: є т.зв. негативні шаперони. Їхня присутність у клітині призводить до неправильного фолдингу, що виражається в загибелі клітин.