Прокариотические мРНК значительно различаются по кол-ву кодируемых ими белков. Некоторые молекулы соответствуют только одному гену - это моноцистронные мРНК. Другие (и таких большинство) состоят из последовательностей, кодирующих несколько белков, - это полицистронные мРНК.
В этом случае единая мРНК транскрибируется с груп- пы генов, расположенных рядом. Такая единая транскрипционная единица называется оперон.
В составе прокариотической мРНК выделяют лидерную последовательность, кодирующий участок и концевую последовательность (трейлер). Лидерная последовательность, расположенная с 5'-конца от инициаторного кодона, содержит последовательность 5'.AGGAGG.3', которая называется последовательность Шайна-Дальгарно и располагается на расстоянии 4 - 7 оснований перед инициаторным кодоном. Последовательность Шайна-Дальгарно комплементарна участку в 3'-концевой области 16S-рРНК 30S-субъединицы рибосомы. Эта комплементарность, вероятно, существенна для связывания мРНК малой рибосомной субчастицей во время формирования инициаторного комплекса. Кодирующий участок состоит из одного или нескольких цистронов и межцистронных областей, которые когут иметь размеры от 1 до 30 нуклеотидов. Каждый цистрон начинается инициаторным кодоном и заканчивается терминирующим кодоном.
Для инициации трансляции мРНК должна иметь участок, предшествующий началу кодирующей области, который служит сигналом для связывания с рибосомой (вероятно, эту роль выполняет последовательность Шайна-Дальгарно) и инициирующий кодон АУГ, который является стартовой точкой и определяет "рамку считывания" (у бактерий вместо АУГ иногда используется кодон ГУГ). Кроме того, для инициации необходимы специальные инициирующие тРНК и белковые факторы.
У прокариот известны 3 фактора инициации, белки с мол. массами 9.5, 73 и 23 кДа, обозначаемые IF1, IF2 и IF3 соответственно. Пул свободных (не занятих трансляцией) рибосом находится постоянно в динамическом равновесии с пулами свободных больших и малых субчастиц: 70S " 30S + 50S. IF3 связывается со свободными 30S-субчастицами, и они уже не могут ассоциировать с 50S-субчастицами, но зато когут присоединиться к мРНК, т.к. для того чтобы 30S-субчастица связалась с мРНК, не обходимо присутствие IF3, хотя специфичность узнавания участков инициации на мРНК всецело определяется рибосомной субчастицей. В клетке кол-во IF3 лимитировано, и поэтому с ним связано только 5% 30S-субчастиц (или около 25% 30S-субчастиц, не участвующих в синтезе белка).
У E. coli существует специальная инициаторная тРНК - N-формилметионил-тРНК (тРНКf Met), - которая так же, как и обычная тРНКMet, присоединяет к себе метионин. Однако фермент трансформилаза переносит формильную группу от молекулы N- формилтетрагидрофолата к аминогруппе метионинового остатка, связанного с инициаторной тРНК.
Блокированная формилом аминогруппа, вероятно, необходима для специфічного связывания с тРНКf Met белка IF2. Когда 30S-субчастица рибосомы садится на мРНК, только тРНКf Met, связанная с IF2, обладает уникальным свойством непосредственно входить в Р- участок недостроенной рибосомы, связываясь с находящимся там АУГ (или ГУГ) кодоном. Далее к комплексу [мРНК730S7IF37тРНКf Met7IF2] присоединяется молекула ГТФ.
Соединение двух рибосомальных субчастиц, вероятно, осуществляется за счет частичной комплементарности между участком 23S-рРНК большой субчастицы и 3'-областью 16S- рРНК малой субчастицы. Именно с этой 3'-областью 16S-рРНК связывается IF3, и потому присоединение большой 50S-субчастицы возможно только после высвобождения IF3 из инициаторного комплекса. И, наконец, после гидролиза ГТФ до ГДФ, который, вероятно, осуществляется IF2 и сопряжен с конформационными изменениями в формирующейся рибосоме, образуется полная 70S-рибосома, в которой тРНКf Met располагается в Р-участке.
После того, как образовалась полная рибосома, другие (внутренние) АУГ и ГУГ кодоны будут прочитываться как метиониновый и валиновый соответственно и связываться с обычными тРНКMet и тРНКVal. Роль белка IF1 пока не выяснена, по-видимому, он принимает участие в стабилизации инициирующего комплекса или способствует высвобождению IF2 из комплекса.
Присоединение каждого аминокислотного остатка к растущей полипептидной цепи на прокариотических рибосомах происходит в три стадии. Этот цикл повторяется столько раз, сколько остатков следует присоединить. В процессе элонгации у прокариот используются еще три белковых фактора - EF-Tu (43.2 кДа), EF-Ts (74 кДа) и EF-G (77.5 кДа). На первуй стадии цикла элонгации сначала происходит связывание следующей аминоацил-тРНК с комплексом, состоящим из EF-Tu и молекулы ГТФ. Образующийся тройной комплекс соединяется с 70S-инициирующим комплексом. Одновременно происходит гидролиз ГТФ, и комплекс EF-Tu7ГДФ покидает рибосому, после чего с помощью ГТФ и EF-Ts комплекс EF-Tu7ГДФ восстанавливается до EF-Tu7ГТФ и снова может принимать участие в трансляции. Белок EF-Tu - это один из основных белков у прокариот: в одной клетке насчитывается около 70 тыс. его молекул, что составляет 5% от общего клеточного белка.
Этого достаточно для связывания всего клеточного пула аминоацил-тРНК, количество которых примерно на порядок превышает число рибосом. Содержание EF-Ts составляет около 10 тыс. молекул на клетку, что примерно соответствует числу рибосом. Следовательно, большинство EF-Tu в клетке входит в состав комплексов [EF-Tu7ГТФ] и [EF-Tu7ГТФ7аминоацил-тРНК]. Далее новая аминоацил-тРНК связывается с А-участком рибосомы за счет комплементарного взаимодействия между антикодоном этой аминоацил-тРНК и кодоном мРНК, находящимся в А-участке (рис. 133, А). Однако кодон-антикодонового взаимодействия недостаточно, чтобы обеспечить связывание правильной аминоацил-тРНК. Точность ее соответствия кодону мРНК проверяется с помощью еще одного специфического контакта внутри А- участка между другой частью молекулы тРНК и рРНК. Следующая стадия элонгации наступает только если оба контакта оказываются правильными. тРНКf Met - это единственная аминоацил-тРНК, которая не может присоединиться к комплексу [EF-Tu7ГТФ], и потому она не может попасть в А-участок рибосомы и проконтактировать с внутренними кодонами АУГ и ГУГ.