Экспрессия генов: транскрипция, трансляция, процессинг

Обновлено: 25.05.2024


Транскрипция — синтез РНК по матрице ДНК. У эукариот транскрипция происходит в ядре, а также в митохондриях и пластидах (как вы помните, у этих органелл есть собственный геном). В ходе транскрипции происходит синтез мРНК, тРНК и рРНК, которые непосредственно задействованы в синтезе белка, а также всех остальных типов РНК клетки (siРНК, piРНК, гидовые РНК, малые ядерные РНК и др.).

Трансляция — процесс синтеза белка на рибосомах, который происходит в цитоплазме клеток, а у эукариот - также в митохондриях и хлоропластах.

Содержание

Транскри́пция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках.

Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Процесс синтеза РНК протекает в направлении от 5'- к 3'- концу, то есть по матричной цепи ДНК РНК-полимераза движется в направлении 3'->5'.

Транскрипция - первый этап экспрессии гена. Если ген кодирует белок, то второй этап его экспрессии - трансляция, синтез белка на рибосомах. Но многие гены не кодируют белков. Это гены рРНК и тРНК, а также множества малых РНК, имеющих регуляторные или ферментативные функции. Такие гены при экспрессии не транслируются, а только транскрибируются; этаопм их экспрессии можно считать созревание (процессинг) РНК.

Транскрипция состоит из стадий инициации, элонгации и терминации.

Практические все гены эукариот имеют экзон-интронную структуру. Они содержат экзоны (участки, кодирующие белок или РНК) и находящиеся между ними интроны - участки, которые ничего не кодируют. С ДНК при транскрипции считывается первичный транскрипт - РНК, содержащая и экзоны, и интроны. Затем интроны удаляются в ходе сплайсинга.

Сплайсинг - лишь один из этапов процессинга РНК. Процессинг - совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскрипта РНК в зрелую РНК. Например, в ходе процессинга иРНК происходит ее кэпирование и полиаденилирование (см. ниже).

Структура зрелой эукариотической иРНК. После процессинга иРНК содержит 5' кэп, 5' некодирующий участок (UTR), кодирующий участок (CDS), 3' некодирующий участок (UTR) и поли-А хвост.

    Анимация «Жизненный цикл мРНК эукариот» (англ. текст) Анимация «Сплайсинг мРНК» (англ. ткст)


Третичная структура тРНК. CCA-хвост показан оранжевым, акцепторный стебель — лиловым, D-плечо — красным, участок с антикодоном — голубым, антикодон — черным, Т-плечо — зелёным

тРНК — небольшие (длиной обычно от 74 до 95 нуклеотидов) молекулы РНК, которые переносят аминокислоты в рибосомы и обеспечивают их включение в состав растущей белковой цепи в ходе трансляции.

Трансляция — осуществляемый рибосомой синтез белка из аминокислот на матрице информационной (или матричной) РНК (иРНК или мРНК). Трансляция может происходить в клетках и в искусственных бесклеточных системах. Чтобы в пробирке с физиологическим раствором могла идти трансляция, туда необходимо добавить:

  • рибосомы - "машины" для синтеза белка),
  • иРНК - матрицы,
  • тРНК - переносчики аминокислоты и "адаптеры", переводящие нуклеотидный код в последовательность аминокислот,
  • аминокислоты - строительный материал,
  • специальные ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы - обеспечивают специфичное присоединение каждой аминокислоты к "своей" тРНК
  • молекулы АТФ и ГТФ, гидролиз которых служит источником энергии для синтеза белка.

Кроме этого, для нормального синтеза белка необходим ряд дополнительных белков, не входящих в состав рибосом - факторы инициации, элонгации и терминации.

Рибосомы - это немебранные органоиды, отвечающие за синтез белков и содержащиеся во всех клетках, и даже некоторых органоидах, а именно – митохондриях и хлоропластах. Рибосомы состоят из двух субъединиц - большой и малой. Эти субъединицы собираются в ядрышке. Рибосомы можно поделить на две группы: сидячие и свободные. По функциям они принципиально не различаются. Единственное различие в том,что сидячие рибосомы расположены на шероховатой эндоплазматической сети, а свободные находятся в цитоплазме. Нередко рибосомы образуют полирибосомы (полисомы) — цепочки из рибосом, расположенных на нити иРНК.

Во время процесса транскрипции информация с ДНК копируется на РНК. Информационная РНК (иРНК) становится матрицей для синтеза белка. Транспортная РНК доставляет в рибосому строительный материал для синтеза белка — аминокислоты. После того, как иРНК и аминокислоты попали в рибосому, тРНК переводит генетический код аминокислоты, считывая кодон РНК (т.к. имеет антикодон).А специфичное присоединение аминокислот к соответствующей тРНК обеспечивает особый фермент — аминоацил-тРНК-синтетаза. Энергию для синтеза обеспечивает гидролиз молекул ГТФ. К одной молекуле РНК часто присоединяется множество рибосом, образуя "бусы" из рибосом — полирибосому, или полисому. Рибосомы одна за другой "ползут" по нити иРНК. Когда рибосома достигает стоп-кодона, она распадается на половинки - субъединицы.

Экспрессия генов. Транскрипция, трансляция

Этапы экспрессии генов II класса
ДНК
P
E
I
I
E
I
E
T
Транскрипция
Про-мРНК
мРНК
E
Процессинг
7MeGppp
.
AAAAAAAAAAAAA
Перенос RNP в цитоплазму
Трансляция
7MeGppp
Белок
.
AAAAAAAAAAAAA
Конформация белка

Этапы экспрессии генов III класса (тРНК)
+1
T
ДНК
A
Про-тРНК
тРНК
B
Транскрипция
Процессинг тРНК
Перенос тРНК в цитоплазму
Аминоацил-тРНК
Образование аминоацил-тРНК

Транскрипция – это молекулярный
процесс копирования генетической
информации с ДНК на РНК.
5’-ATTGCATGATTACCATGTA-3’ Кодогенная цепь (нетранскрибируемая)
3’-TAACGTACTAATGGTACAT-5’ Некодогенная (транскрибируемая)
Транскрипция (РНК-полимераза)
5’-AUUGCAUGAUUACCAUGUA-3’ ARN
*** Принципы транскрипции:
! Матричный синтез
! Комплементарный принцип
! Антипаралельный процесс
! Однонаправленная реакция

Аппарат транскрипции
I.
Последовательности ДНК
a) кодифицирующие a) транскрибируемые a) транслируемые
b) регуляторные b) нетранскрибируемые b) нетранслируемые
c) модуляторные
II. Ферменты
РНК-полимераза I
РНК-полимераза II
РНК-полимераза III
Mg++, Ca++
Mn++
III. Единицы полимеризации
ATP, GTP, CTP, UTP
IV. Факторы транскрипции:
a) ОБЩИЕ для определенного класса генов
гены кл. I гены кл. II
гены кл. III
UBF
TF II D (TBP)
TF III A
SL 1
TF II A
TF III C
TF II B
TF IIIB
TF II F; E; H
b) СПЕЦИФИЧЕСКИЕ транскрибируемого гена

Этапы экспрессии структурных генов
(II-го класса) у эукариот
Этапы
Транскрипция ДНК
Процессинг мРНК
Ответственные
факторы
РНК-полимераза II +
TF II D,A,B ..
Гуанилат-трансфераза
Транспорт мРНК
Эндонуклеаза
ПолиA-синтетаза
Сплайсеосома U1-6
Трансферные белки
Медиаторы – лиганд
(полиA) + рецептор
(пр. пор)
Трансляция
мРНК – генетический
код
a) CAP-ирование
b) Полиаденилирование
c) Splicing
Созревание белка
тРНК
Рибосомы
Трансферазы
Капероны
Продукт
Пре-мРНК
Место
реализации
Ядро
мРНК
Ядро
RNP
Я Ц
(инфоросома)
Полипептид
Цитоплазма
Биологически Цитоплазма
активный
белок

ТРАНСКРИПЦИЯ СТРУКТУРНЫХ ГЕНОВ (II-го класса)
У ЭУКАРИОТ
1. Инициация
- образование комплекса инициации транскрипции
- идентификация +1 и направления транскрипции
- образование открытого комплекса
- идентификация матрицы (некодогенная цепь)
2. Элонгация
- скольжение РНК-полимеразы II по матрице ДНК в
направлении 3’-5’
- синтез РНК в направлении 5’- 3’
3. Терминация
- узнавание участка терминатора
- замедление РНК-полимеразы
- диссоциация комплекса РНК-полимераза – ДНК - РНК

Инициация транскрипции генов класа II
-40
-30
-20
-10
+1
+10
+20
+30
TAFs
ARN-Polimeraza II
TFIID
TFIIF
TFIIA
TFIIE
TFIIB

Процессинг мРНК у эукариот
E
I
E
I
E
I
E
T
proARNm
CAP-are
7MeGppp
Poliadenilare
7MeGppp
..
AAAAAA
Splicing
ARNm
7MeGppp
..
AAAAAA

CAP-ирование мРНК
* Приссоеденение GTP
metilat (7MeGTP),
с помощью гуанилаттрансферазы
за счет 5’ppp5’ связей
CAP:
* Стабилизирует 5’
конец мРНК
* Представляет сайт
узнавания мРНК для
рибосом

20. Типы сплайсинга

Конститутивный – все интроны удаляются, а экзоны
сшиваются в той же последовательности.
Альтернативный – интроны удаляются, а экзоны
соединяются выборочно.
Транс-сплайсинг – из нескольких пре-мРНК
образуется одна зрелая мРНК (у трепаносом, нематод).

Строение оперона (транскриационной единицы у
прокариот)
Промотор
5’
P
Оператор
O
Терминатор
1
3
T
3’
2
3
T
3’
2
3
T
3’
2
Структурные гены
РНК-полимераза
5’
P
O
1
Репрессор
5’
P
O
1
Индуктор

Трансляция – это молекулярный процесс
расшифровки полинуклеотидной
последовательности мРНК и синтеза
полипептидных цепей при помощи рибосом и тРНК
5’-AUGCAAUUUGCAACGUGAAUU-3’ мРНК
Трансляция (тРНК)
Met - Gln - Phe - Ala - Thr Полипептид

Принципы трансляции
• Расшифровка генетического кода в
направлении 5’ – 3’
• AUG – кодон инициации
•UAG или UGA или UAA – кодоны STOP
• Осуществляется тРНК по принципу
комплементарности
• Синтез полипептида в направлении NH2 –
COOH
• Происходит в рибосомах

Аппарат трансляции:
мРНК – матрица для синтеза полипептида
тРНК – перевод генетического кода и
транспорт аминокислот
Рибосомы – место трансляции
Аминокислоты – мономеры синтеза
Аминоацил-тРНК-синтетазы – активаторы
тРНК
Белковые факторы трансляции
ATP, GTP – источник энергии
- кофакторы ферментов
Mg++, Ca++

Матричная РНК
CAP
Лидерная последовательность
Транслируемая последовательность
Нетранслируемая последовательность 3’
Участок Poli(A)

1
2
3
4
STOP
G5’ppp5’AUCCAAUGUUGCAACGUUGAAUUCGAAAAAA-3’
Трансляция (тРНК)
Met – Leu – Gln – Arg
1
UAC
Met
2
AAC
Leu
3
полипептид
4
GUU
Gln
GCA
Arg

Этапы трансляции
Инициация: образование комплекса
инициации
тРНКMet+мРНК+40S+60S
Элонгация: удлинение полипептида
Терминация: кодон STOP + диссоциация
аппарата трансляции

Процессинг
(созревание) белка
1. Конформация – приобретение
функциональной конфигурации
2. Объединение полипептидов и
образование четвертичной структуры
3. Качественные изменения полипептида:
- обратимые (ацетелирование,
фосфорилирование);
- постоянные (гликозилирование,
добавление липидов, расщепление)
4. Взаимодествие с кофакторами (Fe++, Zn++. )

Этапы реализации наследственной информации: транскрипция, процессинг, трансляция, посттрансляционные процессы. Особенности экспрессии генов у про- и эукариот.

Транскрипция – происходит синтез иРНК на основе молекулы ДНК. Ключевой фермент РНК-полимераза.

1. РНК-полмераза распознает промотер и взаимодействует с ним. Промотр – особый участок гена, располагается перед кодирующей частью гена. Ф-ция – распознование промотора необходимо для активации РНК-полимеразы

2. РНК-полимераза после активации обеспечивает разрушение водородных связей между цепями ДНК на определенном участке молекулы.ж РНК-полимераза на основе кодогенной цепи ДНК обеспечивает синтез молекулы иРНК в соотвествии с принципами комплиментарности и антипараллельности. Кодогенной цепью является та епь ДНК на которой промотер располагается ближе к 3- концу

3. Когда РНК-полимераза достигает стоп-триплета, поступает сигнал о прекращении синтеза РНК. РНК-полимераза отделяется от ДНК, освобождается молекула РНК и восстанавливается структура ДНК. Синтезированная молекула РНК является проРНК (первичный транскрипт)

Процессинг-происходит созревание первичного транскрипта и формируется зрелая молекула матричной РНК

1. На 5- конце молекулы РНК присоединяется особый участок КЕП. Он обеспечивает распознавание малой субъединицы рибосомы

2. На 3- конце молекулы РНК присоединяется в среднем 100-200 нуклеотидов, содержащих Аденин *полиА*. При каждом синтезе белка происходит отщипление нескоьких нуклеотидов из этого участка, когда полиА полностью разрушается, начинется расщипление молекулы РНК

3. Происходит метилирование отдельных нуклеотидов. Это увеличивает устойчивость РНК к действию ферментов цитоплазмы

Сплайсинг – происходит вырезание интронов и сшивание между собой экзонов. Процесс сложный. В нем участвуют разные молекулы.

Альтернативный сплайсинг – у человека имеется около 25 000 генов и 100 000 белков. В соматических клетках организма гены одинаковые. На них образуется одинакове проРНК. Но в клетках разных тканей по-разному определяются границы и количество экзонов и интронов. Поэтому в разных типах клеток образуются разные иРНК и синтезирутся разные белки

Трансляция – происходит сборка полипептидной цепи на рибосомах в соотвествии со строением мРНК

1. Инициация – начало процесса. мРНК с помощью КЭПа распознает малую субъединицу рибосомы. С помощью лидера формирует связь между мРНК и малой субъединицей рибосомы. К стартовому кодону присоединяется аминоацилтРНК, которая несет а\к метионин. тРНК может присоединяться к мРНК только тогда, когда антикодон соотвествует кодону иРНК К сформировавшемуся комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы. В целой рибосоме формируется 2 активных центра: Аминоацильный (А) и пептидийный (П)

2. Элонгция – Ацентр поступает аминоацил тРНК – антикодон которой сотвествует кодону мРНК. Эта аминоацил тРНК несет определенную а\к. Специальный ф-т образует пептидную связь между а\к. Рибосома двигается на 1 кодон относительно мРНК. Первая тРНК освобождается и уходит в цитоплазму. Ацентр свободен. В Пцентре находится тРНК, связанная с 2 а\к. Цикл многократно повторяется и с каждым шагом пептидная цепь увеличивается на 1 а\к

3. Терминация – завершение сентеза белка. В Ацентр поступает стоп-кодон. Его распознает специальный белок. Это является сигналом для прекращения синтеза белка. Разделяются субъединицы рибосом, освобождается мРНК и освобождается вновь образованный полипептид

Посттрансляционные изменения – при трансляции формируется первичная структура белка. Таком виде белок не способен выполнять свои функции

1. Формируется вторичная структура за счет водородных связей

2. Формируется третичная структура за счет дисульфидных связей

3. У некоторых белков формируется четвертичная структура (гемоглобин)

4. Отщипляется метионин

5. Гликозирование белков (присоединение остатков сахаров- антитела)

6. Отщипление от пептида определенных фрагментов – инсулин

Оосбенности экспрессии генов у про и эукариот

1. У прокариот отсуствуют интроны, поэтому отсуствует этам процессинга

2. У прокариот трансляция и транскрипция происходит отновременно т.е еще продолжается синтез мРНК, а на ней начинается синтез белка

3. У прокариот все виды РНК синтезируются отдним ферментом. У эукариот РНК синтезируются разными ферментами

4. У прокариот один промотр может контролировать транскрипцию нескольких генов. У эукариот каждый ген имеет собственный промотр

5. Только у прокариот имеется система оперона

6. У эукариот активность генов регулируется различными внеклеточными фаторами.

Презентация на тему Экспрессия генов. Транскрипция, трансляция

Слайды и текст этой презентации


2.2.3.
Экспрессия генов



Этапы экспрессии генов I класса

18S + 33 белка = 40S

28S + 5,8S + 5S + 49 белка = 60S


Этапы экспрессии генов II класса


Этапы экспрессии генов III класса (тРНК)


Транскрипция. Процессинг РНК у эукариот


Транскрипция – это молекулярный процесс копирования генетической информации с ДНК на РНК.

5’-ATTGCATGATTACCATGTA-3’ Кодогенная цепь (нетранскрибируемая)
3’-TAACGTACTAATGGTACAT-5’ Некодогенная (транскрибируемая)

*** Принципы транскрипции:
! Матричный синтез
! Комплементарный принцип
! Антипаралельный процесс
! Однонаправленная реакция



Последовательности ДНК
a) кодифицирующие a) транскрибируемые a) транслируемые
b) регуляторные b) нетранскрибируемые b) нетранслируемые
c) модуляторные

Ферменты
РНК-полимераза I Mg++, Ca++
РНК-полимераза II
РНК-полимераза III Mn++

Единицы полимеризации
ATP, GTP, CTP, UTP

Факторы транскрипции:
a) ОБЩИЕ для определенного класса генов
гены кл. I гены кл. II гены кл. III
UBF TF II D (TBP) TF III A
SL 1 TF II A TF III C
TF II B TF IIIB
TF II F; E; H
b) СПЕЦИФИЧЕСКИЕ транскрибируемого гена



Этапы экспрессии структурных генов
(II-го класса) у эукариот


ТРАНСКРИПЦИЯ СТРУКТУРНЫХ ГЕНОВ (II-го класса) У ЭУКАРИОТ

Инициация
- образование комплекса инициации транскрипции
- идентификация +1 и направления транскрипции
- образование открытого комплекса
- идентификация матрицы (некодогенная цепь)

Элонгация
- скольжение РНК-полимеразы II по матрице ДНК в направлении 3’-5’
- синтез РНК в направлении 5’- 3’

3. Терминация
- узнавание участка терминатора
- замедление РНК-полимеразы
- диссоциация комплекса РНК-полимераза – ДНК - РНК

Экспрессия генов

В этом разделе рассмотрена экспрессия генов и её регуляция. Экспрессия генов (рис. 3–13) происходит в несколько этапов: транскрипция процессингтрансляцияпосттрансляционная модификация. На каждом из этих этапов на макромолекулы в виде гена, первичного транскрипта, мРНК, полипептида и белка воздействуют различные регуляторные факторы.


Рис.3–13.Этапыэкспрессиигена[2]. Направление процессов указано стрелками, этапы экспрессии гена названы слева; участники этапов экспрессии (ДНК, транскрипт, мРНК, полипептид, белок) пронумерованы римскими цифрами справа. Транскрибируемый участок гена ограничен цифрами 1 (сайт инициации транскрипции) и 2 (сайт терминации транскрипции), реализуемые в полипептиде участки гена и мРНК («рамка считывания») — цифрами 3 и 4. В составе мРНК указан полиА-«хвост».

Транскрипция

Транскрипция — первый этап реализации генетической информации — приводит к появлению на матрице ДНК первичного транскрипта (РНК), состоящего из линейной последовательности транскрибированных интронов и экзонов. ДНК служит только матрицей для синтеза РНК и в ходе транскрипции не изменяется. В основе механизма транскрипции (полимеразная реакция, катализируемая РНК–полимеразами) находится принцип комплементарного спаривания оснований. Синтез РНК начинается в определённых последовательностях (сайтах) ДНК — промоторах и завершается в сайтах терминации.

 Транскриптон— участок ДНК между промотором и сайтом терминации — единица транскрипции. Каждый транскриптон содержит специфические последовательности нуклеотидов, с которыми взаимодействуют регуляторные факторы транскрипции.

 Факторытранскрипции— белки, взаимодействующие с определёнными регуляторными сайтами ДНК, инициирующие, ускоряющие, замедляющие или блокирующие транскрипцию конкретного гена.

 РНК-полимеразы. Биосинтез РНК осуществляют ДНК–зависимые РНК–полимеразы: РНК–полимераза I синтезирует пре-рРНК, РНК–полимераза II — пре-мРНК, РНК-полимераза III — пре-тРНК. РНК–полимеразы состоят из нескольких СЕ, СЕ(сигма) выполняет регуляторную функцию, один из факторов инициации транскрипции.

 Стадиитранскрипции. В ходе транскрипции выделяют 3 стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

 Инициация. Промотор активирует фактор инициации — большой белок — ТАТА-фактор (взаимодействует со специфической последовательностью нуклеотидов промотора — ТАТААА [ТАТА-бокс]). Факторы инициации вызывают изменение конформации РНК–полимеразы и обеспечивают раскручивание примерно одного витка спирали ДНК, в которой матрица доступна для синтеза цепи РНК. После синтеза олигонуклеотида из 8–10 нуклеотидных остатков,‑субъединица РНК–полимеразы отделяется от фермента, а её место занимают несколько факторов элонгации.

 Элонгация. Факторы элонгации облегчают расхождение цепей ДНК. По мере продвижения РНК–полимеразы по матрице ДНК в направлении от 3`- к 5`-концу впереди неё происходит расхождение, а позади — восстановление двойной спирали ДНК.

 Терминация. Раскручивание двойной спирали ДНК в области сайта терминации транскрипции делает его доступным для фактора терминации. Фактор терминации облегчает отделение первичного транскрипта (пре-мРНК), комплементарного матрице ДНК, и РНК-полимеразы от матрицы ДНК. РНК-полимераза может вступить в следующий цикл транскрипции после присоединения субъединицы.

Первичные транскрипты подвергаются ряду ковалентных модификаций (модификации концов пре-мРНК и сплайсинг), в результате осуществления которых формируется способная к трансляции зрелая мРНК.

 Модификация5`-конца, иликэпирование. Катализирует кэпирование гуанилилтрансфераза, гидролизующая макроэргическую связь в молекуле ГТФ и присоединяющая нуклеотиддифосфатный остаток к 5`-концу синтезированного фрагмента РНК с образованием 5`,5`-фосфодиэфирной связи. Модифицированный 5`-конец обеспечивает инициацию трансляции, удлиняет время жизни мРНК и защищает её от действия 5`-экзонуклеаз в цитоплазме.

 Модификация3`-конца. ПолиА-полимераза формирует полиА-последовательность (полиА-«хвост»), состоящий из 100–200 остатков адениловой кислоты.

 Сплайсинг. Последовательности нуклеотидов, присутствующие в ДНК, но не входящие в состав мРНК, названы некодирующими (интроны), а последовательности, присутствующие в мРНК, — кодирующими (экзоны). Последовательности интронов «вырезаются» из первичного транскрипта, а концы экзонов соединяются друг с другом. Такую модификацию РНК называют «сплайсинг» (от англ.tosplice— сращивать). Процесс «вырезания» интронов протекает при участии малых ядерных рибонуклеопротеинов. Сплайсинг происходит в ядре, а в цитоплазму поступает «зрелая» мРНК. Гены человека содержат больше интронов, чем экзонов, поэтому очень длинные молекулы пре-мРНК (около 5000 нуклеотидов) после сплайсинга превращаются в более короткие молекулы цитоплазматической мРНК (от 500 до 3000 нуклеотидов).

Для синтеза полипептидной цепи необходимы следующие основные компоненты: аминокислоты, тРНК (около 50 разных тРНК), мРНК, рибосомы, источники энергии (АТФ и ГТФ), белковые факторы инициации, элонгации и терминации трансляции. Процесс трансляции схематически отображён на рис. 3–14.


Рис.3‑14.ТрансляциямРНК[9]. Рибосома (80S) состоит из большой (внизу) и малой (вверху) СЕ. Большая СЕ (60S) содержит 5S, 28S и 5,8S РНК и до 50 белков, малая СЕ (40S) включает 18S РНК и более 30 белков (S — константа седиментации). Рибосома имеет три различных участка связывания РНК — один для мРНК и два для тРНК. Пептидил-тРНК-связывающий участок удерживает молекулу тРНК, присоединённую к растущему концу полипептидной цепи; расположенный рядом аминоацил-тРНК-связывающий участок (акцепторный) фиксирует только что поступившую в рибосому молекулу тРНК с аминокислотой. тРНК называют «адапторные молекулы», так как к акцепторному их концу присоединяется определённая аминокислота, а с помощью антикодона они узнают специфический кодон на мРНК. Другими словами, тРНК адаптируют разные по структуре и расположению в составе макромолекул РНК и белка мономеры РНК (нуклеотиды) и белка (аминокислоты). СЕ рибосомы выполняют разные функции: малая СЕ присоединяет мРНК и декодирует информацию с помощью тРНК, большая СЕ ответственна за образование пептидных связей.

 Генетическийкод. Трансляция информации, записанной в мРНК (последовательность нуклеотидов), в аминокислотную последовательность полипептида требует наличия генетического кода, т.е. правил, согласно которым первичная структура нуклеиновой кислоты (чередование четырёх нуклеотидов) в ДНК и мРНК определяет первичную структуру белка (специфическая последовательность аминокислот в полипептидной цепочке). Другими словами, необходим своего рода «алфавит».

 Кодоны. Буквами «алфавита» являются кодоны —триплетынуклеотидов, кодирующие конкретную аминокислоту. Получается, что суммарное количество кодирующих последовательностей из четырёх нуклеотидов по три (кодон) равно 64 (4 3 =64), т.е. более чем в три раза превышает минимальное количество кодонов, необходимое для кодирования 20 аминокислот.

 Свойствагенетическогокода. Для генетического кода характерны специфичность и вырождённость (избыточность).

 Специфичность. Каждому кодону соответствует только одна конкретная аминокислота. Так, кодон GGU кодирует аргинин, кодон AUA — метионин, кодон CCA — пролин (U — урацил, C — цитозин, A — аденин, G — гуанин).

 Вырождённость— включение в полипептидную цепочку одной и той же аминокислоты кодируют несколько кодонов. Так, аргинин кодируют 6 триплетов (CGU, CGC, CGA, CGG, AGA и AGG), пролин — 4 (CCU, CCC, CCA, CCG), но метионин — только 1 триплет AUA.

 Синтезполипептиднойцепипроисходит от N- к С-концу при чтении генетического кода от 5`- к 3`-концу мРНК. После освобождения 5`-конца мРНК к этому концу может присоединиться новая рибосома, на которой начинается рост ещё одной полипептидной цепи. Как правило, с одной и той же мРНК одновременно связано много рибосом (полирибосома, или полисома).

 Этапытрансляции— инициация, элонгация и терминация.

 Инициация. На этом этапе трансляции участвуют факторы инициации eIF (от англ.eukaryoticinitiationfactors). После образования комплекса, состоящего из тРНК, мРНК, рибосомы и факторов инициации трансляции (см. рис. 3–14), СЕ 40S рибосомы скользит по некодирующей части мРНК до тех пор, пока не достигнет инициирующего кодона AUG («3» на рисунке), после чего СЕ останавливается и связывается с другими факторами инициации.

 Элонгация. Рибосома с помощью аминоацил–тРНК последовательно «читает» кодоны мРНК, следующие за инициирующим кодоном в направлении от 5` к 3`-концу, наращивая полипептидную цепочку за счёт последовательного присоединения аминокислот.

 Терминациятрансляции наступает по достижении одного из стоп-кодонов (UAG, UAA или UGA, цифра «4» на рисунке), для которых нет соответствующих тРНК. Вместо тРНК к рибосоме присоединяются 2 факторы терминации. Один из них катализирует гидролитическое отщепление синтезированного пептида от тРНК, а другой вызывает диссоциацию рибосомы на СЕ.

Читайте также: