Процесс белкового синтеза протекает в пять основных этапов, каждый из которых
требует множества компонентов:
1) активация аминокислот;
2) инициация синтеза полипептидной цепи;
3) элонгация полипептидной цепи;
4) терминация и высвобождение;
5) сворачивание полипептидной цепи и процессинг.
Активация аминокислот протекает в цитозоле. Каждая из 20 аминокислот ковалентной эфирной связью присоединяется к определенной транспортной РНК (тРНК), и для этого используется энергия АТФ:
Аминокислота + тРНК + АТФ 6 Аминоацил-тРНК + АМФ + пирофосфат. Эти реакции катализируются группой из 20 ферментов, называемых аминоацил-тРНК-синтетазами, каждый из которых является специфическим по отношению к одной из аминокислот и к соответствующей этой аминокислоте тРНК. Аминоацил-тРНК-синтетазы очень специфичны как в отношении тРНК, так и соответствующей ей аминокислоты. Например, R-группы валина и изолейцина структурно очень похожи друг на друга, однако ошибочное встраивание в полипептидную цепь валина вместо изолейцина происходит не чаще, чем ошибки встраивания других аминокислот (примерно 1 ошибка на 3 - 4 тыс. а.о.). Это объясняется тем, что изолейцил-тРНК-синтетаза распознает ошибочно присоединенный валин, когда валил-тРНК находится еще в реакционном центре фермента и гидролизует его, исправляя допущенную ошибку.
тРНК представляют собой сравнительно небольшие одноцепочечные молекулы РНК, состоящие из 73 - 93 нуклеотидов, что соответствует мол. массе 24 - 31 кДа. Каждой аминокислоте соответствует хотя бы одна тРНК, некоторым аминокислотам соответствуют две или большее число специфических тРНК. Чтобы распознать все аминокислотные кодоны, требуется по меньшей мере 32 тРНК (таблица 11), однако в некоторых клетках присутствует намного больше разных вариантов тРНК. Все тРНК имеют много общих черт строения (рис. 130). Во всех тРНК не менее 8 нуклеотидов содержат необычные, модифицированные основания, многие из которых представляют собой метилированные производные главных оснований. В большинстве тРНК на 5'-конце находится остаток гуаниловой кислоты (pG), а на 3'-конце всех тРНК присутствует тринуклеотидная последовательность -С-С-А. В молекуле тРНК выделяют 4 ветви и иногда п’яту дополнительную.
Акцепторная ветвь присоединяет специфическую аминокислоту в рассмотренной выше реакции. Обобщенная структура образующейся при этом молекулы аминоацил-тРНК показана на рис. 131. Антикодоновая ветвь содержит АНТИКОДОН, т.е. специфический триплет нуклеотидов, который комплементарен в антипараллельном направлении соответствующему триплету (кодону) мРНК и может образовывать с ним пары оснований.
Каждая тРНК имеет свой особый антикодон. Дигидроуридиновая ветвь содержит необычный нуклеозид дигидроуридин. ТJС-ветвь содержит необычные нуклеозид риботимидин (Т) и нуклеозид псевдоуридин (J), в котором основание и пентоза соединены необычной углерод- углеродной связью. Трехмерная структура дрожжевой фенилаланиновой (т.е. имеющий антикодон для аминокислоты фенилаланина) тРНК была получена с помощью рентгеност- руктурного анализа (часть 1, рис. 14). Вероятно, другие тРНК имеют похожую третичную структуру.
На второй стадии - при инициации - происходят события, предшествующие образованию пептидной связи между первыми двумя аминокислотами белка. Для инициации необходимо, чтобы рибосома связалась с информационной или матричной РНК (мРНК), образовав инициирующий комплекс совместно с первой аминоацил-тРНК. Это относительно медленная стадия в синтезе белка. мРНК взаимодействует с малой субъ- единицей рибосомы. Хотя в рибосоме оказывается связан участок длиной в 30 оснований, только две молекулы тРНК могут разместиться в рибосоме одновременно. Поэтому в синтезе белка в каждый момент времени принимают участие только 2 из 10 кодонов, находящихся в рибосоме. Соответственно этим двум кодонам в рибосоме выделяют 2 участка: акцепторный участок (А-участок), который может быть занят очередной (новопоступающей) аминоацил-тРНК, и донорный участок (Р-участок), занятый комплексом пептидил-тРНК, представляющим собой тРНК, несущую полипептидную цепь, синтезированную к данному моменту (рис. 132).
Задача 42. Напишите, какие антикодоны может иметь тРНК, переносящая лейцин.
Задача 43. Сколько разных мРНК может кодировать аминокислотную последовательность Val-Glu-Ala-Cys-Val-Tyr-Gly-Thr-Leu?