Удължаване, образуване на пептидна връзка (реакция на транспептидация). Транслокация. Транслоказе. Прекратяване на договора. Ролята на протеиновите фактори на всеки етап от транслацията

След завършване на инициацията, рибозомата е разположена върху иРНК по такъв начин, че в Р-центъра има иницииращ кодон AUG с прикрепен към него Met-tRNAshMet, а в А-центъра има триплет, кодиращ включването на първата аминокиселина на синтезирания протеин. След това започва най-дългият етап на протеиновия синтез - удължаване, по време на което рибозомата, използвайки aa-tRNA, последователно "чете" иРНК под формата на триплети нуклеотиди, следващи иницииращия кодон в посока от 5" до 3" край, разширявайки полипептидната верига отвъд поради последователното добавяне на аминокиселини.

Включването на всяка аминокиселина в протеина става на 3 етапа, по време на които: 1) aa-tRNA на всяка аминокиселина, включена в протеина, се свързва с А-центъра на рибозомата; 2) пептидът от пептидил-tRNA, разположен в P-центъра, се присъединява към b-NH2-групата на аминоацилния остатък на aa-tRNA на A-центъра, за да образува нова пептидна връзка; 3) пептидил-тРНК, удължена с един аминокиселинен остатък, се движи от А-центъра към Р-центъра в резултат на рибозомна транслокация.

Свързване на аминоацил-тРНК в А-мястото. Кодонът на иРНК, разположен в А-центъра до началния кодон, определя природата на aa1tRNAaa1, която ще бъде включена в А-центъра. aa1tRNAaa1 взаимодейства с рибозомата под формата на троичен комплекс, състоящ се от фактор на удължаване EF-1, aa1tRNAaa1 и GTP. Комплексът ефективно взаимодейства с рибозомата само ако антикодонът aa-tRNAaa1 е комплементарен и антипаралелен на иРНК кодона в А-центъра. Включването на aa-tRNAaa1 в рибозомата се дължи на енергията на хидролиза на GTP до GDP и неорганичен фосфат. Образуване на пептидна връзканастъпва веднага след разцепването на EF-1 и GDP комплекса от рибозомата. Този етап от процеса се нарича реакции на транспептидация

По време на тази реакция метиониновият остатък Met-tRNAIMet се свързва с а-амино групата на първата аминокиселина, прикрепена към tRNAaa1 и разположена в А-центъра, се образува първата пептидна връзка.

Транслокация -трети етап на удължаване. Факторът на удължаване EF-2 се прикрепя към рибозомата и, използвайки енергията на GTP, задвижва рибозомата по протежение на иРНК един кодон до 3" края. В резултат на това дипептидил-тРНК, която не променя позицията си спрямо иРНК , се придвижва от А-центъра към Р-центъра tRNAiMet, свободен от метионин, напуска рибозомата и следващият кодон навлиза в областта на А-центъра.

След завършване на третия етап на удължаване, рибозомата има дипептидил-тРНК в Р-центъра, а триплет, кодиращ включването на втората аминокиселина в полипептидната верига, влиза в А-центъра. Започва следващият цикъл от етапа на удължаване, по време на който гореописаните събития отново протичат върху рибозомата. Повтарянето на такива цикли според броя на сенс кодоните в иРНК завършва целия етап на удължаване.

Прекратяване на договоратранслацията се осъществява, когато един от стоп кодоните: UAG, UAA или UGA влезе в А-центъра на рибозомата. Няма съответстващи тРНК за стоп кодони. Вместо това към рибозомата са прикрепени 2 протеинови освобождаващи фактора RF или терминиращи фактори. Един от тях, използвайки пептидил трансферазния център, катализира хидролитичното разцепване на синтезирания пептид от тРНК. Другият, поради енергията на хидролизата на GTP, причинява дисоциацията на рибозомата на субединици

По този начин шаблонният характер на процеса на транслация се проявява във факта, че последователността на влизане на аминоацил-тРНК в рибозомата за протеинов синтез е строго определена от иРНК, т.е. Редът на кодоните по дължината на иРНК веригата еднозначно определя структурата на синтезирания протеин. Рибозомата сканира веригата на иРНК под формата на триплети и последователно избира „необходимите“ аа-тРНК от околната среда, освобождавайки деацилирани тРНК по време на удължаване.

Малката и голямата субединица на рибозомата изпълняват различни функции по време на транслацията: малката субединица прикрепя тРНК и декодира информация, използвайки тРНК и механизма на транслокация, а голямата субединица е отговорна за образуването на пептидни връзки.

По време на излъчванияИнформацията, записана на иРНК като последователност от нуклеотидни бази, се преобразува в последователност от аминокиселини. Този процес протича върху рибозомите, като за успешното му осъществяване е необходим друг тип РНК – къса трансферна РНК (тРНК). Всяка молекула на тРНК има специфична пространствена конфигурация, донякъде напомняща на листо от детелина.

В центъра на молекулата (в горната част на средния „лист на детелина“) има триплет - антикодон, способен да се сдвоява с комплементарния си триплет (кодон) от иРНК. Триплетът в края на тРНК може да образува ковалентна връзка със специфична аминокиселина. В клетката има тРНК с различни антикодони, съответно способни да се свързват с всяка от аминокиселините, необходими за синтеза на протеини.

Самата рибозома е сложна биохимична система, предназначена да синтезира протеин в съответствие с инструкциите, записани в структурата на иРНК. Първо, рибозомата се свързва с иРНК, а след това тРНК, носеща аминокиселина, чийто антикодон е комплементарен на първия кодон на иРНК, се добавя към комплекса иРНК-рибозома. След това, до първата тРНК, се добавя втора с антикодон, комплементарен на втория кодон на иРНК и т.н. Специален ензим свързва заедно двете аминокиселини, доставени от тези две тРНК, които все още остават прикрепени към комплекса. След това първата tRNA напуска рибозомата, за да прикрепи нова молекула от съответната аминокиселина. Междувременно рибозомата се движи по иРНК и втора тРНК с прикрепена към нея аминокиселина заема мястото на първата. Всичко това се повтаря многократно, докато рибозомата достигне стоп кодона на иРНК, който завършва всеки структурен ген. Достигайки до него, рибозомата и новосинтезираният протеин се отделят от иРНК и преминават в цитоплазмата на клетката.

Много рибозоми обикновено са прикрепени към една иРНК молекула, която, движейки се по нея, транслира нови протеинови молекули кодон по кодон. Тази структура се нарича полизома. Рибозомите работят много ефективно: за 1 секунда човешкото тяло синтезира 5 · 10 14 молекули хемоглобин - протеин с уникална последователност от 574 аминокиселини.

Процесът на биосинтеза на протеини е една от най-енергоемките реакции в пластичния метаболизъм на клетката. Образуването на една пептидна връзка в синтезирания протеин изисква четири АТФ молекули – две при добавяне на аминокиселина към тРНК и две директно върху рибозомата.

Аминокиселините могат да се свързват една с друга чрез връзки, наречени пептидни връзки, като по този начин образуват полимерна молекула. Ако броят на аминокиселините не надвишава 10, тогава новото съединение се нарича пептид; ако от 10 до 40 аминокиселини – полипептид, ако повече от 40 аминокиселини – протеин.

Пептидната връзка е връзка между α-карбоксилната група на една аминокиселина и α-аминогрупата на друга аминокиселина.

Образуване на пептидна връзка

Ако е необходимо да се наименува пептидът, към имената на всички аминокиселини се добавя наставката „-yl“; само последната аминокиселина запазва името си непроменено. Например Алън тиня-сер тиня-триптоф enили γ-глутамин тиня-цистеин тиня-блясък И n (наричан по друг начин глутатион).

Свойствата на пептидната връзка включват:

1. Копланарност

Всички атоми, включени в пептидната група, са в една и съща равнина, като атомите "H" и "O" са разположени от противоположните страни на пептидната връзка.

2. Транс позиция на заместителите

Аминокиселинни радикали спрямо пептидната ос C-N- връзките са от “различни” страни, напречно.

3. Две еквивалентни форми

Пептидната връзка се намира в кето формата и енолната форма.

4. Способност за образуване на водородни връзки.

Кислородните и водородните атоми, включени в пептидната група, имат способността да образуват водородни връзки с кислородните и водородните атоми на други пептидни групи.

5. Пептидната връзка има частично характера на двойна връзка.

Дължината на пептидната връзка е по-къса от единичната връзка, тя е твърда структура и въртенето около нея е трудно. Но тъй като освен пептидната връзка в протеина има и други връзки, веригата от аминокиселини е способна да се върти около главната ос, което придава на протеините различни конформации (пространствено разположение на атомите).

Рибозоми- вътреклетъчни органели с диаметър 20-22 nm, които извършват протеинова биосинтеза. Те се намират в клетките на всички живи организми. Формата на рибозомите е близка до сферичната. Прокариотните клетки (бактерии, синьо-зелени водорасли), както и хлоропластите и митохондриите на еукариотите се характеризират с 70 S рибозоми; 80 S рибозоми се намират в цитоплазмата на всички еукариоти. S е индикатор за скоростта на отлагане (утаяване), колкото по-голямо е числото S, толкова по-висока е скоростта на отлагане. Местоположението на рибозомите в цитоплазмата може да бъде свободно, но най-често те са свързани с EPS, образувайки полизоми (асоциации на рибозоми).
Бозомите в цитоплазмата могат да бъдат свободни, но най-често те са свързани с EPS, образувайки полизоми (единици от рибозоми, използващи информационна РНК).
Състав и структура на рибозомите. Рибозомите се състоят от две субединици: голяма и малка. Голямата субединица на всяка рибозома е прикрепена към мембраната на най-грубия ER, а малката субединица изпъква в цитоплазмения матрикс. Малката обединява 1 рРНК молекула и 33 молекули от различни протеини, голямата - три рРНК молекули и около 40 протеина. rRNA (рибозомна) функционира като рамка за протеини (те играят структурна и ензимна роля), а също така осигурява свързването на рибозомите към специфична нуклеотидна последователност на иРНК (информационна РНК К). образование

Рибозомите в клетките протичат чрез самосглобяване от предварително синтезирана РНК и протеини. Прекурсорите на рибозомната РНК се синтезират в нуклеола върху нуклеоларна ДНК.
Функции на рибозомите:
. специфично свързване и задържане на компоненти на системата за синтез на протеини (информационна РНК; транспортна РНК, (GTP) и протеинови транслационни фактори);
. каталитични функции (образуване на пептидни връзки, хидролиза на гуанозин трифосфат);
. функции на механично движение на субстрати (информационна и транспортна РНК), или транслокация.
Излъчване- процесът на образуване на полипептидна верига върху матрица и РНК. Синтезът на протеинови молекули се извършва върху рибозоми, разположени или свободно в цитоплазмата, или върху грубия ER.
Етапи на превод (фиг. 13):


Ориз. 13. Схема на излъчване
Последователни етапи на синтеза на полипептиди:
. малката рибозомна субединица се свързва с met-tRNA, след това с mRNA;
. рибозомата се смесва по РНК, което е придружено от многократни повторения на цикъла на добавяне на следващата аминокиселина към нарастващата полипептидна верига;
. Рибозомата достига един от стоп кодоните на иРНК и полипептидната верига се освобождава и отделя от рибозомата.
Активиране на аминокиселини. Всяка от 20-те аминокиселини на протеина е свързана чрез ковалентни връзки към специфична тРНК, използвайки енергията на АТФ. Реакцията се катализира от специализиран ензим, който изисква присъствието на магнезиеви йони – аминоацил-тРНК синтетаза.
Започване на протеинова верига. В малката субединица на рибозомата има функционален център с два участъка – пептидилов (Р-участък) и аминоацилен (А-участък). В първата позиция има tRNA, носеща специфична аминокиселина, във втората има tRNA, която е заредена с верига от аминокиселини. Краят 5" на иРНК, който съдържа информация за този протеин, се свързва с Р-мястото с малка частица от рибозомата и с иницииращата аминокиселина (формилметионин в прокариотите; метионин в еукариотите), прикрепена към съответната тРНК. tRNA е комплементарна на триплета, съдържащ се в иРНК, сигнализирайки началото на протеинова верига.
Удължаването е циклично повтарящо се събитие, при което настъпва удължаване на пептида. Полипептидната верига се удължава чрез последователно добавяне на аминокиселини, всяка от които се доставя до рибозомата и се вмъква в специфична позиция с помощта на съответната tRNA. Пептидна връзка се образува между аминокиселина от пептидна верига и аминокиселина, свързана с тРНК. Рибозомата се движи по иРНК и тРНК с верига от аминокиселини навлиза в А-мястото. Тази последователност от събития се повтаря, докато рибозомите стигнат до терминаторен кодон, за който няма съответстваща тРНК.
Прекратяване на договора. След завършване на синтеза на веригата, което се сигнализира от т.нар. стоп кодон на иРНК (UAA, UAG, UGA). В този случай към последната аминокиселина в пептидната верига се добавя вода и карбоксилният й край се отделя от тРНК, а рибозомата се разпада на две субчастици.
Пептидният синтез се извършва не от една рибозома, а от няколко хиляди, които образуват комплекс - полизома.
Сгъване и обработка. За да приеме нормалната си форма, протеинът трябва да се сгъне в определена пространствена конфигурация. Преди или след сгъването, полипептидът може да претърпи обработка, извършвана от ензими и състояща се в отстраняване на излишните аминокиселини, добавяне на фосфатни, метилови и други групи и др.

Лекция, резюме. Рибозома, нейният състав и структура. Радиоразпръскване – понятие и видове. Класификация, същност и особености.

Под превод в биологията се отнася до синтеза на полипептиди от аминокиселиникоето се среща в цитоплазмата върху рибозомитес участието на 1) тРНКкато матрица, 2) тРНКкато носител на аминокиселини, както и 3) редица протеинови фактори, изпълняващи каталитична функция на различни етапи от процеса. Преводът се извършва в клетките на всички живи организми; това е основен процес на живата природа.

От информационна гледна точка транслацията може да се дефинира като механизъм за транслиране на последователност от триплети иРНК в аминокиселинна последователност на протеин.

Функцията на рибозомите е да задържат иРНК, тРНК и протеиновите фактори в позиция, докато настъпи определена химична реакция. Най-често това е образуването на пептидна връзка между съседни аминокиселини.

Транслация и биосинтеза на протеиниАобикновено означават едно и също нещо. Въпреки това, когато говорим за протеинова биосинтеза, тя често включва пост-транслационни модификации на полипептиди (придобиването им на вторични, третични и кватернерни структури), а понякога може да включва и процеса на транскрипция. От тази гледна точка транслацията се счита за важна стъпка в протеиновата биосинтеза.

Процесът на транслация при еукариоти и прокариоти има редица разлики, свързани главно с разнообразието и активността на протеиновите фактори.

Може да има няколко рибозоми на една иРНК верига, образувайки полизома. В този случай няколко идентични полипептида се синтезират наведнъж (но всеки е на свой собствен етап на синтез).

Синтезът на един протеин обикновено отнема няколко секунди.

Аминокиселините, от които се синтезира полипептидът, задължително преминават етап на активиране. Самият процес на превод включва три етапа: иницииране, удължаване и завършване.

Процесът на превод има свойството специфичност. Първо, специфичните иРНК кодони имат свои собствени тРНК. Второ, аминокиселините са прикрепени само към „техните“ тРНК.

Активиране на аминокиселини

Активирането на аминокиселините е необходимо, тъй като само в това състояние те могат да се комбинират с тРНК и по-късно да образуват пептидни връзки помежду си.

Цитоплазмата на клетките винаги съдържа свободни (некомбинирани с други вещества) аминокиселини. Специфични ензими, в присъствието на АТФ, превръщат аминокиселината в аминоациладенилат, който вече е способен да се свързва с тРНК.

Има клас ензими - аминоацил-тРНК синтетазас, – които активират аминокиселините, използвайки енергията на АТФ. Всяка аминокиселина се активира от собствен ензим, след което се прикрепя само към своята тРНК. Образува се комплекс от аминокиселини с тРНК - аминоацил-тРНК (аа-тРНК).

Иницииране на излъчване

Инициирането на транслацията включва следните последователни етапи с участието на иницииращи фактори:

Прикрепване на 5" края на иРНК към малката субединица на рибозомата. В този случай началният кодон (AUG) се намира в незавършеното (поради липсата на голяма субединица) Р-място на рибозомата.

Комплексът aa-tRNA със съответния антикодон е прикрепен към началния кодон на иРНК. При еукариотите кодонът AUG кодира аминокиселината метионин; при прокариотите той кодира формил-метионин. Тези изходни аминокиселини по-късно се изрязват от готовия полипептид.

Рибозомните субединици се обединяват, в резултат на което техните Р- и А-места са завършени.

Диаграма на структурата на рибозома (A, P, E - места за tRNA молекули)

Така на етапа на иницииране рибозомата разпознава началния кодон и се подготвя за началото на синтеза.

Получената връзка между рибозомата и иРНК е обратима; след синтеза на полипептид иРНК може да бъде прекъсната от рибозомата. Впоследствие иРНК се използва отново или се унищожава от специални ензими.

Началният кодон AUG се различава от други подобни кодони в средата на иРНК по това, че е предшестван от капачка и определени нуклеотидни последователности. Именно благодарение на тях АУГ е признат за титуляр. (Това се отнася главно за еукариотите.)

Излъчване на удължение

На този етап се осъществява директен синтез на полипептидната верига. Процесът на удължаване се състои от много цикли. Един цикъл на удължаване е добавянето на една аминокиселина към нарастваща полипептидна верига.

Още в етапа на иницииране Р-мястото на рибозомата е заето от първата тРНК, носеща аминокиселината метионин. В първия цикъл на удължаване, вторият aa-tRNA комплекс навлиза в А мястото на рибозомата. Това ще бъде тРНК, чийто антикодон е комплементарен на следващия (след началния AUG) кодон.

А(аминоацил) и Р(пептидил) местата позиционират аа-тРНК комплексите, така че да настъпи химична реакция между аминокиселините и да се образува пептидна връзка.

След това първата (разположена в P-сайта) тРНК се освобождава от своята аминокиселина. В резултат на това последният изглежда е свързан само с втората аминокиселина чрез пептидна връзка. Втората аминокиселина е свързана с втора тРНК, разположена в А мястото.

Рибозомата се движи по веригата на иРНК един триплет. В този случай първата тРНК се озовава в E-сайта (изхода) на рибозомата, след което я напуска. Втората тРНК, свързана с две аминокиселини, отива към Р мястото. Мястото А се освобождава за навлизането на третия aa-tRNA комплекс.

Следващите цикли на удължаване протичат подобно на първия. Когато А-мястото е освободено, в него може да навлезе aa-tRNA, чийто антикодон е комплементарен на иРНК кодона, намиращ се в момента в А-мястото.

Прекратяване на предаването

Терминирането е завършване на синтеза на полипептидна верига и нейното разделяне. Терминирането се случва, когато рибозомата срещне един от терминиращите кодони (UAA, UAG, UGA), за които няма тРНК. Тези участъци от иРНК се разпознават от специални протеини - фактори за прекратяване.