5.6: Переклад
- Page ID
- 4227
Переклад - це процес, за допомогою якого інформація в мРНК використовується для направлення синтезу білків. Як ви дізналися у вступній біології, в еукаріотичних клітині цей процес здійснюється в цитоплазмі клітини, великими РНК-білковими машинами, званими рибосомами. Рибосоми містять рибосомні РНК (РРНК) і білки. Білки і РРНК організовані в дві субодиниці, велику і малу. Велика субодиниця має ферментативну активність, відому як пептидилтрансфераза, що робить пептидні зв'язки, які приєднуються до амінокислот, утворюючи поліпептид. Малі та великі субодиниці збираються на мРНК на її 5'кінці, щоб ініціювати трансляцію. Рибосоми функціонують шляхом зв'язування з мРНК і утримуючи їх таким чином, що дозволяє амінокислотам, закодованим РНК, приєднуватися послідовно, утворюючи поліпептид.
Послідовність мРНК безпосередньо визначає послідовність амінокислот в білку, який вона кодує. Кожна амінокислота в білку визначається послідовністю з 3 основ, які називаються кодоном в мРНК. Наприклад, амінокислота триптофан кодується послідовністю 5'UGG3' на мРНК. З огляду на, що в РНК є 4 підстави, кількість різних 3-базових комбінацій, які можливі\(4^3\), становить, або 64. Є, однак, тільки 20 амінокислот, які використовуються в побудові білків. Така невідповідність кількості можливих кодонів і фактичної кількості амінокислот, які вони вказують, пояснюється тим, що одна і та ж амінокислота може бути вказана більш ніж одним кодоном. Насправді, за винятком амінокислот метіоніну і триптофану, всі інші амінокислоти кодуються декількома кодонами. На малюнку вище показані кодони, які використовуються для кожної з двадцяти амінокислот.
Три з 64 кодонів відомі як припинення або зупинка кодонів і, як випливає з їх назви, вказують на кінець послідовності кодування білка. Кодон для метіоніну, AUG, використовується в якості стартового, або ініціативного, кодону.
Ця геніальна система використовується для направлення збірки білка таким же чином, що ви можете зв'язати кольорові намистини в певному порядку, використовуючи інструкції, які використовували символи, такі як 111 для червоної бісеру, а потім 222 для зеленої намистини, 333 для жовтого, і так далі, поки ви не прийшли до 000, вказуючи, що ви слід припинити нанизати намистини.
Хоча рибосоми - це буквально білкові фабрики, які з'єднують амінокислоти разом, використовуючи інструкції в мРНК, інший клас молекул РНК, трансферні РНК (ТРНК) також необхідні для перекладу. Трансферні РНК (див. Малюнок, зліва) - це невеликі молекули РНК, довжиною близько 75-80 нуклеотидів, які функціонують для «інтерпретації» інструкцій в мРНК під час синтезу білка. З точки зору аналогії з бісеру вище, хтось, або щось, повинен бути в змозі принести червону намистину, коли в інструкції вказано 111, і зелену намистину, коли в інструкції сказано 222. На відміну від людини, яка може вибрати червону намистину, коли 111 присутній в інструкції, ні рибосоми, ні ТРНК не можуть думати. Система, таким чином, спирається, як і багато процесів в клітині, виключно на молекулярне розпізнавання.
Дана трансферна РНК специфічна для конкретної амінокислоти. Він пов'язаний ковалентно з цією амінокислотою на її 3' кінці ферментом називається аміноацил тРНК синтетаза. Існує аміноацилтнтетаза тРНК, специфічна для кожної амінокислоти. Кажуть, що тРНК з приєднаною до нього амінокислотою заряджається. Інша область тРНК має послідовність 3 основ, антикодон, який доповнює кодон для амінокислоти, яку він несе. Коли тРНК стикається з кодоном за своєю амінокислотою на РНК месенджера, антикодон буде база-парою з кодоном, а приєднана до нього амінокислота буде внесена до рибосоми для додавання до зростаючого білкового ланцюга.
Маючи уявлення про різні компоненти, необхідні для перекладу, ми тепер можемо поглянути на процес синтезу білка. Основні етапи процесу схожі у прокаріотів і еукаріотів. Як ми вже зазначали, рибосоми зв'язуються з мРНК і полегшують взаємодію між кодонами в мРНК і антикодонами на заряджених тРНК.
У бактеріальних клітині трансляція поєднується з транскрипцією і починається ще до того, як мРНК була повністю синтезована. Як рибосома розпізнає і зв'язується з мРНК. Багато бактеріальних МРНК несуть коротку, багату пурином послідовність, відому як сайт Shine-Dalgarno вище за течією початкового кодону AUG, як показано на малюнку нижче. Ця послідовність розпізнається і пов'язана комплементарною послідовністю в 16S рРНК, яка є частиною малої рибосомальної субодиниці, як показано вище. Оскільки сайт Shine-Dalgarno служить для набору та зв'язування рибосоми, його також називають сайтом прив'язки рибосом або RBS.
Варіація цього процесу складання рибосом діє в еукаріотичних клітині. Ми вже знаємо, що в клітинах-еукаріотів оброблені мРНК відправляються з ядра в цитоплазму.
Малі та великі субодиниці рибосом, кожна з яких складається з характерних РРНК та білків, знаходяться в цитоплазмі і збираються на мРНК, утворюючи повні рибосоми, які здійснюють трансляцію.
Синтез білка у еукаріотів починається з зв'язування малої субодиниці рибосоми з 5' кінцем мРНК. Збірка машини перекладу починається з зв'язування малої рибосомальної субодиниці з 7-метилгуанозиновим ковпачком на 5'кінці мРНК. Тим часом ініціатор тРНК сполучається зі стартовим кодоном. (Нагадаємо, що стартовий кодон - AUG, а коди на метіонін. Ініціатор тРНК несе амінокислоту (метіонін). Велика субодиниця рибосоми потім приєднується до комплексу, який тепер готовий почати синтез білка.
Рибосоми мають дві ділянки для зв'язування заряджених тРНК, кожна з яких розташована так, щоб зробити два сусідніх кодону на мРНК доступними для зв'язування тРНК. Кодон ініціації займає перший з цих рибосомальних ділянок, Р-сайт. Антикодон, що доповнює це, знаходиться на ініціаторі тРНК, який вносить в себе першу амінокислоту білка. Ця початкова фаза трансляції називається ініціацією і вимагає допомоги білкових факторів, які називаються факторами ініціації.
Другий кодон мРНК розташований поруч з другим ділянкою на рибосомі, ділянці А. Саме тут зв'язується тРНК, що несе амінокислоту, зазначену другим кодоном. Зв'язування аміноацильної тРНК з А-сайтом опосередковано білками, званими факторами подовження, і вимагає введення енергії. Після того, як відповідні заряджені тРНК «стикуються» на кодони шляхом сполучення основи між антикодоном на тРНК та кодоном на мРНК, рибосома приєднується до амінокислот, що переносяться двома тРНК, створюючи пептидний зв'язок (див. Малюнок праворуч).
Цікаво, що утворення пептидного зв'язку каталізується каталітичною РНК (23S рРНК у прокаріотів), а не білковим ферментом.
Цей і наступні етапи синтезу поліпептиду називаються фазою подовження трансляції. Після того, як перші дві амінокислоти пов'язані, перша тРНК дисоціюється, і переміщається з P-сайту і в E, або Exit сайт. Друга тРНК потім переміщається в р-сайт, звільняючи А-сайт для тРНК, відповідної наступному кодону.
Процес повторюється до тих пір, поки стоп-кодон не знаходиться в А-сайті. У цей момент фактор вивільнення зв'язується в А-місці, додає молекулу води до поліпептиду на P-місці і вивільняє завершений поліпептид з рибосоми, яка сама, потім дисоціює на субодиниці.
Як описано в розділі 3, поліпептиди, виготовлені таким чином, потім згортаються в їх тривимірні форми, посттрансляційно модифікуються і доставляються до відповідних клітинних відсіків для виконання своїх функцій.