16.10: Регуляція генів еукаріотів - комплекс ініціації та швидкість перекладу

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5324

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Обговоріть, як еукаріоти збирають рибосоми на мРНК, щоб почати трансляцію

Рибосома Асамблея і швидкість перекладу

Як і транскрипція, переклад контролюється білками, які зв'язують і ініціюють процес. У перекладі, перш ніж почати синтез білка, збірка рибосом повинна бути завершена. Це багатоетапний процес.

У збірці рибосом великі та малі рибосомальні субодиниці та ініціатор тРНК (тРНК _i), що містять першу амінокислоту кінцевого поліпептидного ланцюга, збираються разом на початковому кодоні трансляції на мРНК, щоб дозволити почати трансляцію. По-перше, мала рибосомальна субодиниця зв'язується з тРНК _i, яка переносить метіонін в еукаріот і архей і переносить N-форміл-метіонін у бактеріях. (Оскільки тРНК _i несе амінокислоту, вона, як кажуть, заряджена.) Далі мала рибосомальна субодиниця із зарядженою тРНК _i все ще пов'язана сканує уздовж ланцюга мРНК, поки не досягне початкового кодону AUG, що вказує, де почнеться трансляція. Стартовий кодон також встановлює рамку зчитування для нитка мРНК, що має вирішальне значення для синтезу правильної послідовності амінокислот. Зсув кадру зчитування призводить до неправильного перекладу мРНК. _{Антикодон на тРНК потім зв'язується з початковим кодоном за допомогою базового сполучення.} Комплекс, що складається з мРНК, зарядженої тРНК _i, і малої рибосомальної субодиниці приєднується до великої рибосомальної субодиниці, яка завершує збірку рибосом. Ці компоненти об'єднуються за допомогою білків, званих факторами ініціації, які зв'язуються з невеликою рибосомальною субодиницею під час ініціації і знаходяться у всіх трьох областях життя. Крім того, клітина витрачає енергію GTP, щоб допомогти сформувати комплекс ініціації. Після завершення складання рибосом заряджена тРНК _i розміщується в місці P рибосоми, і порожня ділянка А готова до наступної аміноацил-тРНК. Синтез поліпептидів починається і завжди проходить від N-кінця до C-кінця, званого напрямком N-to-C.

У еукаріотів кілька білків еукаріотичного фактора ініціації (ЕІФ) допомагають у збірці рибосом. Еукаріотичний фактор ініціації 2 (EIF-2) активний, коли він зв'язується з гуанозинтрифосфат (GTP). При зв'язаному з ним GTP білок EIF-2 зв'язується з невеликою рибосомальної субодиницею 40S. Далі ініціатор тРНК, заряджений метіоніном (MET-тРНК _i), асоціюється з рибосомним комплексом GTP-EIF-2/40s, і як тільки всі ці компоненти пов'язані один з одним, вони в сукупності називаються комплексом 43S.

Еукаріотичні фактори ініціації EiF1, EiF3, eiF4 та EiF5 допомагають довести комплекс 43S до 5′-m ⁷ G шапки мРНК бути переведені. Після прив'язки до мРНК 5′ м ⁷ G ковпачок, комплекс 43S починає подорожувати вниз мРНК, поки він не досягне ініціації AUG кодон на початку кадру читання мРНК. Послідовності навколо AUG можуть допомогти забезпечити правильний AUG використовується як кодон ініціації в мРНК.

Після того, як комплекс 43S знаходиться на ініціації AUG, TRNAI-MET розміщується над AUG. Антикодон на тРНК _i -Met базапоєднується з кодоном AUG. У цей момент GTP, пов'язаний з eiF2 в комплексі 43S, гідролізується до GDP + фосфату, і енергія вивільняється. Ця енергія використовується для вивільнення eIF2 (з прив'язаним до нього ВВП) з комплексу 43S, залишаючи рибосомну субодиницю 40S та тРНК _i -Met на місці початку перекладу мРНК.

Далі EiF5 з GTP пов'язаний з рибосомною субодиницею 40S, комплексною з мРНК та тРНК _i -Met. EiF5-GTP дозволяє зв'язуватися великої рибосомальної субодиниці 60S. Після прибуття рибосомальної субодиниці 60S EiF5 гідролізує свій пов'язаний GTP до ВВП + фосфат, і енергія вивільняється. Ця енергія забезпечує збірку двох рибосомальних субодиниць у інтактну рибосому 80S, з TRNAI-мет у своїй ділянці P, а також заснована на ініціації AUG кодону на мРНК. Переклад готовий до початку.

Зв'язування ЕІФ-2 з рибосомною субодиницею 40S контролюється фосфорилированием. Якщо EIF-2 фосфорильований, він зазнає конформаційних змін і не може зв'язуватися з GTP. Тому комплекс 43S не може сформуватися належним чином і переклад перешкоджає. Коли EIF-2 залишається нефосфорильованим, він зв'язує рибосомну субодиницю 40S і активно транслює білок.

зображення — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Комплекс ініціації перекладу: Експресія генів може контролюватися факторами, які пов'язують комплекс ініціації перекладу.

Можливість повністю зібрати рибосому безпосередньо впливає на швидкість, з якою відбувається трансляція. Але синтез білка регулюється і на різних інших рівнях, включаючи синтез мРНК, синтез тРНК, синтез рРНК та синтез еукаріотичного фактора ініціації. Зміна будь-якого з цих компонентів впливає на швидкість, з якою може відбуватися переклад.

Ключові моменти

Компоненти, що беруть участь у збірці рибосом, об'єднуються за допомогою білків, званих факторами ініціації, які зв'язуються з малою рибосомальною субодиницею.
Ініціатор тРНК використовується для пошуку початкового кодону AUG (амінокислоти метіонін), який встановлює рамку зчитування для ланцюга мРНК.
GTP, що переноситься eiF2, є джерелом енергії, що використовується для завантаження ініціатора тРНК, що переноситься малою рибосомною субодиницею на правильному стартовому кодоні в мРНК.
GTP, що здійснюється EiF5, є джерелом енергії для складання великих і малих рибосомних субодиниць разом.

Ключові умови

кадр читання: будь-який з трьох можливих трійок кодонів, в яких послідовність ДНК може бути транскрибована
фосфорилювання: додавання фосфатної групи до з'єднання; часто каталізується ферментами