Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

9.4: Переклад

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    513

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

    Синтез білків є одним з найбільш енерговитратних метаболічних процесів клітини. У свою чергу, білки складають більшу масу, ніж будь-який інший компонент живих організмів (за винятком води), а білки виконують найрізноманітніші функції клітини. Процес трансляції, або синтез білка, включає розшифровку повідомлення мРНК в поліпептидний продукт. Амінокислоти ковалентно нанизані в довжину, починаючи від приблизно 50 амінокислот до більш ніж 1,000.

    Машини для синтезу білка

    Крім шаблону мРНК, в процес перекладу вносять багато інших молекул. Склад кожного компонента може відрізнятися в різних видах; наприклад, рибосоми можуть складатися з різної кількості рибосомних РНК (рРНК) і поліпептидів залежно від організму. Однак загальні структури та функції механізму синтезу білка порівнянні з бактеріями з клітинами людини. Переклад вимагає введення шаблону мРНК, рибосом, тРНК і різних ферментативних факторів (рис. \(\PageIndex{1}\)).

    Ілюстрація молекул, що беруть участь у трансляції білка. Показана рибосома з мРНК і тРНК. Амінокислоти з'являються, утворюючи білковий ланцюг.
    Малюнок \(\PageIndex{1}\): Машина синтезу білка включає велику і малу субодиниці рибосоми, мРНК і тРНК. (кредит: модифікація роботи NIGMS, NIH)

    У кишковій паличціє 200 000 рибосом, присутніх у кожній клітині в будь-який момент часу. Рибосома - це складна макромолекула, що складається з структурних та каталітичних РРНК та багатьох різних поліпептидів. У еукаріотів ядерце повністю спеціалізоване для синтезу та складання РРНК.

    Рибосоми розташовуються в цитоплазмі у прокаріотів і в цитоплазмі і ендоплазматичної мережі еукаріотів. Рибосоми складаються з великої та малої субодиниці, які збираються разом для перекладу. Мала субодиниця відповідає за зв'язування шаблону мРНК, тоді як велика субодиниця послідовно зв'язує тРНК, тип молекули РНК, яка приносить амінокислоти до зростаючого ланцюга поліпептиду. Кожна молекула мРНК одночасно транслюється багатьма рибосомами, всі синтезують білок в одному напрямку.

    Залежно від виду, в цитоплазмі існує від 40 до 60 типів тРНК. Служачи адаптерами, специфічні тРНК зв'язуються з послідовностями на шаблоні мРНК і додають відповідну амінокислоту в поліпептидний ланцюг. Тому тРНК - це молекули, які фактично «переводять» мову РНК на мову білків. Щоб кожна тРНК функціонувала, вона повинна мати свою специфічну амінокислоту, пов'язану з нею. У процесі «зарядки тРНК» кожна молекула тРНК зв'язується зі своєю правильною амінокислотою.

    Генетичний код

    Підсумовуючи те, що ми знаємо до цього моменту, клітинний процес транскрипції генерує РНК месенджера (мРНК), мобільну молекулярну копію одного або декількох генів з алфавітом A, C, G та урацилу (U). Переклад шаблону мРНК перетворює генетичну інформацію на основі нуклеотидів в білковий продукт. Білкові послідовності складаються з 20 часто зустрічаються амінокислот; тому можна сказати, що білковий алфавіт складається з 20 букв. Кожна амінокислота визначається послідовністю трьох нуклеотидів, яка називається триплетним кодоном. Взаємозв'язок між нуклеотидним кодоном і відповідною йому амінокислотою називається генетичним кодом.

    З огляду на різну кількість «букв» в мРНК і білкових «алфавітах», комбінації нуклеотидів відповідали одиничним амінокислотам. Використання трехнуклеотидного коду означає, що в цілому існує 64 (4 × 4 × 4) можливих комбінацій; отже, дана амінокислота кодується більш ніж одним нуклеотидним триплетом (рис. \(\PageIndex{2}\)).

    На малюнку показані всі 64 кодони. Шістдесят два цих коду для амінокислот, а три - стоп-кодони, показані червоним кольором. Початковий кодон, AUG, пофарбований у зелений колір.
    Малюнок \(\PageIndex{2}\): На цьому малюнку показаний генетичний код для перекладу кожної нуклеотидної триплети, або кодону, в мРНК в амінокислоту або сигнал закінчення в зароджується білку. (кредит: зміна роботи NIH)

    Три з 64 кодонів припиняють синтез білка і вивільняють поліпептид з перекладацької техніки. Ці трійки називаються стоп-кодонами. Інший кодон, AUG, також має спеціальну функцію. Окрім вказівки амінокислоти метіоніну, вона також служить початковим кодоном для ініціювання перекладу. Кадр зчитування для перекладу встановлюється початковим кодоном AUG поблизу 5' кінця мРНК. Генетичний код універсальний. За невеликим винятком, практично всі види використовують один і той же генетичний код для синтезу білка, що є потужним доказом того, що все живе на Землі має спільне походження.

    Механізм синтезу білка

    Так само, як і при синтезі мРНК, синтез білка можна розділити на три фази: ініціювання, подовження та припинення. Процес перекладу схожий у прокаріотів і еукаріотів. Тут ми вивчимо, як відбувається переклад в кишковій паличці, представнику прокаріоту, і уточнимо будь-які відмінності між прокаріотичним і еукаріотичним перекладом.

    Синтез білка починається з формування комплексу ініціації. У кишковій паличціцей комплекс включає невелику субодиницю рибосоми, шаблон мРНК, три фактори ініціації та спеціальний ініціатор тРНК. Ініціатор тРНК взаємодіє з початковим кодоном AUG і посилається на спеціальну форму метіоніну амінокислоти, яка зазвичай видаляється з поліпептиду після завершення перекладу.

    У прокаріотів і еукаріотів основи поліпептидного елонгації однакові, тому ми розглянемо подовження з точки зору кишкової палички. Велика рибосомальна субодиниця кишкової палички складається з трьох відділень: ділянка А зв'язує вхідні заряджені тРНК (тРНК з приєднаними до них специфічними амінокислотами). Сайт Р пов'язує заряджені тРНК, що несуть амінокислоти, які утворили зв'язки зі зростаючим поліпептидним ланцюгом, але ще не відмежувалися від відповідної тРНК. Сайт E випускає дисоційовані тРНК, щоб їх можна було заряджати вільними амінокислотами. Рибосома зміщує один кодон за один раз, каталізуючи кожен процес, що відбувається в трьох ділянках. З кожним кроком в комплекс надходить заряджена тРНК, поліпептид стає на одну амінокислоту довше, а незаряджена тРНК відходить. Енергія для кожної зв'язку між амінокислотами виходить з ГТП, молекули, подібної АТФ (рис. \(\PageIndex{3}\)). Дивно, але апарат для перекладу кишкової палички займає всього 0,05 секунди, щоб додати кожну амінокислоту, а це означає, що 200-амінокислотний поліпептид може бути переведений всього за 10 секунд.

    На ілюстрації показані етапи синтезу білка. По-перше, ініціатор тРНК розпізнає послідовність AUG на мРНК, яка пов'язана з малою рибосомальною субодиницею. Велика субодиниця приєднується до комплексу. Далі набирається друга тРНК на майданчику А. Пептидний зв'язок утворюється між першою амінокислотою, яка знаходиться на ділянці Р, і другий амінокислотою, яка знаходиться на ділянці А. Потім мРНК зміщується, і перша тРНК переміщується на ділянку Е, де вона від'єднується від рибосоми. Ще тРНК пов'язує ділянку А, і процес повторюється.
    Малюнок \(\PageIndex{3}\): Переклад починається тоді, коли антикодон тРНК розпізнає кодон на мРНК. Велика рибосомальна субодиниця приєднується до малої субодиниці, і набирається друга тРНК. У міру просування мРНК щодо рибосоми утворюється поліпептидний ланцюг. Введення коефіцієнта випуску на сайт A припиняє переклад і компоненти дисоціюють.

    Припинення перекладу відбувається, коли зустрічається стоп-кодон (UAA, UAG або UGA). Коли рибосома стикається з кодоном стоп, зростаючий поліпептид вивільняється, а субодиниці рибосоми дисоціюють і залишають мРНК. Після того, як багато рибосом завершили переклад, мРНК деградується, тому нуклеотиди можуть бути використані повторно в іншій реакції транскрипції.

    ПОНЯТТЯ В ДІЇ

    Транскрибувати ген і перевести його на білок, використовуючи комплементарне спарювання і генетичний код на цьому сайті.

    Резюме

    Центральна догма описує потік генетичної інформації в клітці від генів до мРНК до білків. Гени використовуються для виготовлення мРНК в процесі транскрипції; мРНК використовується для синтезу білків в процесі трансляції. Генетичний код - це відповідність між трехнуклеотидним кодоном мРНК і амінокислотою. Генетичний код «перекладається» молекулами тРНК, які пов'язують конкретний кодон з певною амінокислотою. Генетичний код вироджений, оскільки 64 триплетних кодони в мРНК вказують лише 20 амінокислот і три стоп-кодони. Це означає, що амінокислоті відповідає більше одного кодону. Майже кожен вид на планеті використовує один і той же генетичний код.

    Гравці в перекладі включають шаблон мРНК, рибосоми, тРНК і різні ферментативні фактори. Мала рибосомальна субодиниця зв'язується з шаблоном мРНК. Переклад починається з ініціювання AUG на мРНК. Освіта зв'язків відбувається між послідовними амінокислотами, заданими шаблоном мРНК за генетичним кодом. Рибосома приймає заряджені тРНК, і коли вона крокує по мРНК, вона каталізує зв'язок між новою амінокислотою і кінцем зростаючого поліпептиду. Вся мРНК перекладається в тринуклеотидні «кроки» рибосоми. Коли зустрічається стоп-кодон, фактор вивільнення зв'язує і дисоціює компоненти і звільняє новий білок.

    Глосарій

    кодон
    три послідовні нуклеотиди в мРНК, які визначають додавання певної амінокислоти або вивільнення поліпептидного ланцюга під час трансляції
    генетичний код
    амінокислоти, які відповідають тринуклеотидним кодонам мРНК
    рРНК
    рибосомальна РНК; молекули РНК, які об'єднуються, утворюючи частину рибосоми
    зупинити кодон
    один з трьох кодонів мРНК, що визначає припинення перекладу
    почати кодон
    AUG (або, рідко GUG) на мРНК, з якого починається переклад; завжди вказує метіонін
    тРНК
    переносна РНК; молекула РНК, яка містить специфічну тринуклеотидну послідовність антикодонів для пари з кодоном мРНК, а також зв'язується зі специфічною амінокислотою

    Дописувачі та атрибуції