Pemanjangan, pembentukan ikatan peptida (tindak balas transpeptidasi). Translokasi. Translocase. Penamatan. Peranan faktor protein pada setiap peringkat terjemahan

Setelah selesai permulaan, ribosom terletak pada mRNA sedemikian rupa sehingga di pusat-P terdapat kodon permulaan AUG dengan Met-tRNAshMet dilekatkan padanya, dan di pusat-A terdapat pengekodan triplet kemasukan asid amino pertama bagi protein yang disintesis. Seterusnya, peringkat terpanjang sintesis protein bermula - pemanjangan, di mana ribosom, menggunakan aa-tRNA, secara berurutan "membaca" mRNA dalam bentuk triplet nukleotida mengikut kodon permulaan dalam arah dari 5" hingga 3" akhir, memanjangkan rantai polipeptida di luar kerana penambahan berurutan asid amino.

Penggabungan setiap asid amino ke dalam protein berlaku dalam 3 peringkat, di mana: 1) aa-tRNA setiap asid amino yang termasuk dalam protein mengikat ke pusat A ribosom; 2) peptida daripada peptidil-tRNA yang terletak di pusat P bergabung dengan kumpulan b-NH2 sisa aminoasil aa-tRNA pusat A untuk membentuk ikatan peptida baharu; 3) peptidyl-tRNA, dilanjutkan oleh satu residu asid amino, bergerak dari pusat A ke pusat P akibat translokasi ribosom.

Pengikatan aminoacyl-tRNA di tapak A. Kodon mRNA yang terletak di pusat A di sebelah kodon permulaan menentukan sifat aa1tRNAaa1 yang akan dimasukkan ke dalam pusat A. aa1tRNAaa1 berinteraksi dengan ribosom dalam bentuk kompleks terner yang terdiri daripada faktor pemanjangan EF-1, aa1tRNAaa1 dan GTP. Kompleks ini berinteraksi secara berkesan dengan ribosom hanya jika antikodon aa-tRNAaa1 adalah pelengkap dan antiselari dengan kodon mRNA di pusat A. Penggabungan aa-tRNAaa1 ke dalam ribosom berlaku disebabkan tenaga hidrolisis GTP kepada KDNK dan fosfat bukan organik. Pembentukan ikatan peptida berlaku serta-merta selepas pembelahan kompleks EF-1 dan KDNK daripada ribosom. Peringkat proses ini dipanggil tindak balas transpeptidasi

Semasa tindak balas ini, sisa metionin Met-tRNAIMet mengikat kumpulan a-amino asid amino pertama yang melekat pada tRNAaa1 dan terletak di pusat A, ikatan peptida pertama terbentuk.

Translokasi - peringkat ketiga pemanjangan. Faktor pemanjangan EF-2 melekat pada ribosom dan, menggunakan tenaga GTP, mendorong ribosom sepanjang mRNA satu kodon ke hujung 3". Akibatnya, dipeptidyl-tRNA, yang tidak mengubah kedudukannya berbanding mRNA. , bergerak dari pusat A ke pusat tRNAiMet tanpa metionin meninggalkan ribosom, dan kodon seterusnya memasuki kawasan pusat A.

Setelah selesai peringkat ketiga pemanjangan, ribosom mempunyai dipeptidyl-tRNA di pusat-P, dan pengekodan triplet kemasukan asid amino kedua dalam rantai polipeptida memasuki pusat A. Kitaran seterusnya peringkat pemanjangan bermula, di mana peristiwa yang diterangkan di atas sekali lagi berlaku pada ribosom. Mengulangi kitaran sedemikian mengikut bilangan kodon deria dalam mRNA melengkapkan keseluruhan peringkat pemanjangan.

Penamatan terjemahan berlaku apabila salah satu kodon hentian: UAG, UAA atau UGA memasuki pusat A ribosom. Tiada tRNA yang sepadan untuk kodon hentian. Sebaliknya, 2 faktor pelepas protein RF atau faktor penamatan dilekatkan pada ribosom. Salah satu daripadanya, menggunakan pusat pemindahan peptidil, memangkinkan pembelahan hidrolitik peptida yang disintesis daripada tRNA. Yang lain, disebabkan tenaga hidrolisis GTP, menyebabkan penceraian ribosom kepada subunit.

Oleh itu, sifat templat proses terjemahan ditunjukkan dalam fakta bahawa urutan kemasukan aminoasil-tRNA ke dalam ribosom untuk sintesis protein ditentukan dengan ketat oleh mRNA, i.e. Susunan kodon di sepanjang rantai mRNA secara unik menentukan struktur protein yang disintesis. Ribosom mengimbas rantai mRNA dalam bentuk kembar tiga dan secara berurutan memilih aa-tRNA "perlu" dari persekitaran, melepaskan tRNA terdeasilasi semasa pemanjangan.

Subunit kecil dan besar ribosom melakukan fungsi yang berbeza semasa terjemahan: subunit kecil melekat mRNA dan menyahkod maklumat menggunakan tRNA dan mekanisme translokasi, dan subunit besar bertanggungjawab untuk pembentukan ikatan peptida.

semasa siaran Maklumat yang direkodkan pada mRNA sebagai urutan bes nukleotida ditukar kepada urutan asid amino. Proses ini berlaku pada ribosom, dan untuk pelaksanaannya yang berjaya, jenis RNA lain diperlukan - RNA pemindahan pendek (tRNA). Setiap molekul tRNA mempunyai konfigurasi spatial tertentu, agak mengingatkan pada daun semanggi.

Di tengah-tengah molekul (di bahagian atas "daun semanggi") tengah terdapat triplet - antikodon, mampu berpasangan dengan triplet pelengkap (kodon) mRNA. Triplet pada hujung tRNA boleh membentuk ikatan kovalen dengan asid amino tertentu. Dalam sel, terdapat tRNA dengan antikodon yang berbeza, masing-masing, mampu mengikat setiap asid amino yang diperlukan untuk sintesis protein.

Ribosom itu sendiri adalah sistem biokimia kompleks yang direka untuk mensintesis protein mengikut arahan yang ditulis dalam struktur mRNA. Pertama, ribosom mengikat kepada mRNA, dan kemudian tRNA pembawa asid amino, antikodon yang merupakan pelengkap kepada kodon pertama mRNA, ditambah kepada kompleks mRNA-ribosom. Kemudian, di sebelah tRNA pertama, tRNA kedua ditambah dengan antikodon pelengkap kepada kodon kedua mRNA, dsb. Enzim khas mengikat bersama dua asid amino yang dihantar oleh dua tRNA ini, yang masih kekal melekat pada kompleks. Selepas ini, tRNA pertama meninggalkan ribosom untuk melekatkan molekul baru asid amino yang sepadan. Sementara itu, ribosom bergerak di sepanjang mRNA dan tRNA kedua dengan asid amino yang melekat padanya menggantikan yang pertama. Semua ini diulang berkali-kali sehingga ribosom mencapai kodon henti pada mRNA, yang menamatkan mana-mana gen struktur. Setelah mencapainya, ribosom dan protein yang baru disintesis dipisahkan daripada mRNA dan bergerak ke dalam sitoplasma sel.

Banyak ribosom biasanya dilekatkan pada satu molekul mRNA, yang, bergerak di sepanjangnya, menterjemahkan molekul protein baru kodon oleh kodon. Struktur ini dipanggil polisom. Ribosom berfungsi dengan sangat cekap: dalam 1 saat, tubuh manusia mensintesis 5 · 10 14 molekul hemoglobin - protein dengan urutan unik 574 asid amino.

Proses biosintesis protein adalah salah satu tindak balas yang paling intensif tenaga dalam metabolisme plastik sel. Pembentukan satu ikatan peptida dalam protein yang disintesis memerlukan empat molekul ATP - dua apabila asid amino ditambah kepada tRNA dan dua secara langsung pada ribosom.

Asid amino dapat berhubung antara satu sama lain melalui ikatan yang dipanggil ikatan peptida, dengan itu membentuk molekul polimer. Jika bilangan asid amino tidak melebihi 10, maka sebatian baru dipanggil peptida; jika dari 10 hingga 40 asid amino – polipeptida, jika lebih daripada 40 asid amino – protein.

Ikatan peptida ialah ikatan antara kumpulan α-karboksil satu asid amino dan kumpulan α-amino asid amino yang lain.

Pembentukan ikatan peptida

Jika perlu untuk menamakan peptida, akhiran "-yl" ditambah kepada semua nama asid amino hanya asid amino terakhir mengekalkan namanya tidak berubah. Contohnya, Alan kelodak-ser kelodak-triptof en atau γ-glutamin kelodak-sistein kelodak-glitz Dan n (jika tidak dipanggil glutation).

Sifat-sifat ikatan peptida termasuk:

1. Coplanarity

Semua atom yang termasuk dalam kumpulan peptida berada dalam satah yang sama, dengan atom "H" dan "O" terletak pada sisi bertentangan ikatan peptida.

2. Kedudukan trans bagi substituen

Radikal asid amino relatif kepada paksi peptida C-N- sambungan berada pada sisi "berbeza", dalam kedudukan trans.

3. Dua bentuk setara

Ikatan peptida terdapat dalam bentuk keto dan bentuk enol.

4. Keupayaan membentuk ikatan hidrogen.

Atom oksigen dan hidrogen yang termasuk dalam kumpulan peptida mempunyai keupayaan untuk membentuk ikatan hidrogen dengan oksigen dan atom hidrogen kumpulan peptida lain.

5. Ikatan peptida mempunyai sebahagian daripada sifat ikatan berganda.

Panjang ikatan peptida adalah lebih pendek daripada ikatan tunggal, ia adalah struktur tegar, dan putaran di sekelilingnya sukar. Tetapi kerana, sebagai tambahan kepada ikatan peptida, terdapat ikatan lain dalam protein, rantai asid amino mampu berputar di sekitar paksi utama, yang memberikan protein konformasi yang berbeza (susunan spatial atom).

Ribosom- organel intrasel dengan diameter 20-22 nm yang menjalankan biosintesis protein. Mereka ditemui dalam sel semua organisma hidup. Bentuk ribosom hampir dengan sfera. Sel prokariotik (bakteria, alga biru-hijau), serta kloroplas dan mitokondria eukariota, dicirikan oleh ribosom 70 S; Ribosom 80 S terdapat dalam sitoplasma semua eukariota. S ialah penunjuk kadar pemendapan (sedimentasi), semakin tinggi nombor S, semakin tinggi kadar pemendapan. Lokasi ribosom dalam sitoplasma boleh bebas, tetapi selalunya ia dikaitkan dengan EPS, membentuk polisom (persatuan ribosom).
Bosom dalam sitoplasma boleh bebas, tetapi selalunya ia dikaitkan dengan EPS, membentuk polisom (unit ribosom menggunakan RNA messenger).
Komposisi dan struktur ribosom. Ribosom terdiri daripada dua subunit: besar dan kecil. Subunit besar setiap ribosom dilekatkan pada membran ER yang paling kasar, dan subunit kecil menonjol ke dalam matriks sitoplasma. Yang kecil menggabungkan 1 molekul rRNA dan 33 molekul pelbagai protein, yang besar - tiga molekul rRNA dan kira-kira 40 protein. rRNA (ribosomal) berfungsi sebagai rangka kerja untuk protein (mereka memainkan peranan struktur dan enzimatik), dan juga memastikan pengikatan ribosom kepada urutan nukleotida tertentu mRNA (maklumat RNA K). Pendidikan

Ribosom dalam sel diteruskan dengan pemasangan sendiri daripada RNA dan protein pra-sintesis. Prekursor RNA ribosom disintesis dalam nukleolus pada DNA nukleolar.
Fungsi ribosom:
. pengikatan dan pengekalan khusus komponen sistem pensintesis protein (RNA messenger; RNA pengangkutan, (GTP) dan faktor terjemahan protein);
. fungsi pemangkin (pembentukan ikatan peptida, hidrolisis guanosin trifosfat);
. fungsi pergerakan mekanikal substrat (messenger dan transport RNA), atau translokasi.
Siarkan- proses pembentukan rantai polipeptida pada matriks dan RNA. Sintesis molekul protein berlaku pada ribosom yang terletak sama ada secara bebas dalam sitoplasma atau pada ER kasar.
Peringkat terjemahan (Gamb. 13):


nasi. 13. Skim penyiaran
Peringkat sintesis polipeptida berturut-turut:
. subunit ribosom kecil mengikat kepada met-tRNA, kemudian kepada mRNA;
. ribosom bercampur di sepanjang RNA, yang disertai dengan pelbagai ulangan kitaran menambah asid amino seterusnya kepada rantai polipeptida yang semakin meningkat;
. Ribosom mencapai salah satu kodon hentian mRNA, dan rantai polipeptida dilepaskan dan dipisahkan daripada ribosom.
Pengaktifan asid amino. Setiap daripada 20 asid amino protein dikaitkan dengan ikatan kovalen kepada tRNA tertentu menggunakan tenaga ATP. Reaksi ini dimangkinkan oleh enzim khusus yang memerlukan kehadiran ion magnesium - aminoacyl-tRNA synthetase.
Permulaan rantai protein. Dalam subunit kecil ribosom terdapat pusat berfungsi dengan dua bahagian - peptidil (P-section) dan aminoacyl (A-section). Pada kedudukan pertama terdapat tRNA yang membawa asid amino tertentu, pada kedudukan kedua terdapat tRNA yang dimuatkan dengan rantai asid amino. Hujung 5" mRNA, yang mengandungi maklumat tentang protein ini, mengikat tapak-P dengan zarah kecil ribosom dan dengan asid amino permulaan (formilmetionin dalam prokariot; metionin dalam eukariota) yang dilekatkan pada tRNA yang sepadan. tRNA adalah pelengkap kepada triplet yang terkandung dalam mRNA, menandakan permulaan rantai protein.
Pemanjangan ialah peristiwa berulang secara kitaran di mana pemanjangan peptida berlaku. Rantai polipeptida dipanjangkan dengan penambahan berurutan asid amino, setiap satunya dihantar ke ribosom dan dimasukkan ke dalam kedudukan tertentu menggunakan tRNA yang sepadan. Ikatan peptida terbentuk antara asid amino daripada rantai peptida dan asid amino yang disambungkan kepada tRNA. Ribosom bergerak sepanjang mRNA dan tRNA dengan rantaian asid amino memasuki tapak A. Urutan peristiwa ini diulang sehingga ribosom tiba pada kodon terminator yang tidak ada tRNA yang sepadan.
Penamatan. Selepas selesai sintesis rantai, yang diisyaratkan oleh apa yang dipanggil. hentikan kodon mRNA (UAA, UAG, UGA). Dalam kes ini, air ditambah kepada asid amino terakhir dalam rantai peptida dan hujung karboksilnya dipisahkan daripada tRNA, dan ribosom terbahagi kepada dua subzarah.
Sintesis peptida berlaku bukan oleh satu ribosom, tetapi oleh beberapa ribu, yang membentuk kompleks - polisom.
Lipatan dan pemprosesan. Untuk mengambil bentuk biasa, protein mesti dilipat ke dalam konfigurasi spatial tertentu. Sebelum atau selepas lipatan, polipeptida boleh menjalani pemprosesan, dijalankan oleh enzim dan terdiri daripada penyingkiran asid amino berlebihan, penambahan fosfat, metil dan kumpulan lain, dsb.

Kuliah, abstrak. Ribosom, komposisi dan strukturnya. Penyiaran - konsep dan jenis. Klasifikasi, intipati dan ciri.

Di bawah terjemahan dalam biologi merujuk kepada sintesis polipeptida daripada asid amino yang berlaku dalam sitoplasma pada ribosom dengan penyertaan 1) mRNA sebagai matriks, 2) tRNA sebagai pembawa asid amino, serta 3) nombor faktor protein, melaksanakan fungsi pemangkin pada peringkat proses yang berbeza. Terjemahan berlaku dalam sel semua organisma hidup; ia adalah proses asas alam hidup.

Dari sudut maklumat, terjemahan boleh ditakrifkan sebagai mekanisme untuk menterjemah urutan triplet mRNA ke dalam urutan asid amino protein.

Fungsi ribosom adalah untuk menahan mRNA, tRNA dan faktor protein dalam kedudukan sehingga tindak balas kimia tertentu berlaku. Selalunya ini adalah pembentukan ikatan peptida antara asid amino jiran.

Terjemahan protein dan biosintesisA selalunya bermaksud perkara yang sama. Walau bagaimanapun, apabila kita bercakap tentang biosintesis protein, ia selalunya termasuk pengubahsuaian selepas translasi polipeptida (pemerolehan struktur sekunder, tertiari dan kuaternari), dan kadangkala boleh juga termasuk proses transkripsi. Dari sudut pandangan ini, terjemahan dianggap sebagai langkah penting dalam biosintesis protein.

Proses terjemahan dalam eukariota dan prokariot mempunyai beberapa perbezaan, terutamanya dikaitkan dengan kepelbagaian dan aktiviti faktor protein.

Terdapat beberapa ribosom pada satu helai mRNA, membentuk polisom. Dalam kes ini, beberapa polipeptida yang sama disintesis sekaligus (tetapi setiap satu berada pada peringkat sintesisnya sendiri).

Sintesis satu protein biasanya mengambil masa beberapa saat.

Asid amino dari mana polipeptida disintesis semestinya menjalani peringkat pengaktifan. Proses terjemahan itu sendiri merangkumi tiga peringkat: permulaan, pemanjangan dan penamatan.

Proses terjemahan mempunyai sifat kekhususan. Pertama, kodon mRNA tertentu mempunyai tRNA sendiri. Kedua, asid amino hanya dilekatkan pada tRNA "mereka".

Pengaktifan asid amino

Pengaktifan asid amino adalah perlu, kerana hanya dalam keadaan ini mereka dapat bergabung dengan tRNA dan kemudian membentuk ikatan peptida antara satu sama lain.

Sitoplasma sel sentiasa mengandungi asid amino bebas (tidak digabungkan dengan bahan lain). Enzim khusus, dengan kehadiran ATP, menukar asid amino menjadi aminoacyladenylate, yang sudah mampu mengikat tRNA.

Terdapat kelas enzim - aminoacyl-tRNA synthetases, – yang mengaktifkan asid amino menggunakan tenaga ATP. Setiap asid amino diaktifkan oleh enzimnya sendiri, selepas itu ia hanya melekat pada tRNAnya. Kompleks asid amino dengan tRNA terbentuk - aminoacyl-tRNA (aa-tRNA).

Memulakan siaran

Permulaan terjemahan merangkumi peringkat berurutan berikut dengan penyertaan faktor permulaan:

Lampiran hujung 5" mRNA ke subunit kecil ribosom. Dalam kes ini, kodon permulaan (AUG) terletak di tapak P yang belum selesai (kerana ketiadaan subunit besar) ribosom.

Kompleks aa-tRNA dengan antikodon yang sepadan dilampirkan pada kodon permulaan mRNA. Dalam eukariota, kodon AUG mengekod untuk asid amino metionin; Asid amino permulaan ini kemudiannya dikeluarkan daripada polipeptida siap.

Subunit ribosom bersatu, akibatnya tapak P- dan A mereka selesai.

Gambar rajah struktur ribosom (A, P, E - tapak untuk molekul tRNA)

Oleh itu, pada peringkat permulaan, ribosom mengenali kodon permulaan dan bersedia untuk permulaan sintesis.

Sambungan yang terhasil antara ribosom dan mRNA boleh diterbalikkan; selepas sintesis polipeptida, mRNA boleh diputuskan daripada ribosom. Selepas itu, mRNA digunakan semula atau dimusnahkan oleh enzim khas.

Kodon permulaan AUG berbeza daripada kodon lain yang serupa di tengah-tengah mRNA kerana ia didahului oleh penutup dan jujukan nukleotida tertentu. Terima kasih kepada mereka bahawa AUG diiktiraf sebagai permulaan. (Ini terpakai terutamanya kepada eukariota.)

Pemanjangan siaran

Pada peringkat ini, sintesis langsung rantai polipeptida berlaku. Proses pemanjangan terdiri daripada banyak kitaran. Satu kitaran pemanjangan ialah penambahan satu asid amino kepada rantai polipeptida yang semakin meningkat.

Sudah pada peringkat permulaan, tapak-P ribosom diduduki oleh tRNA pertama yang membawa metionin asid amino. Dalam kitaran pemanjangan pertama, kompleks aa-tRNA kedua memasuki tapak A ribosom. Ini akan menjadi tRNA yang antikodonnya adalah pelengkap kepada kodon seterusnya (selepas permulaan AUG).

Tapak A(aminoasil) dan P(peptidil) meletakkan kompleks aa-tRNA supaya tindak balas kimia berlaku antara asid amino dan ikatan peptida terbentuk.

Selepas ini, tRNA pertama (terletak di tapak P) dibebaskan daripada asid aminonya. Akibatnya, yang terakhir nampaknya hanya disambungkan kepada asid amino kedua oleh ikatan peptida. Asid amino kedua terikat pada tRNA kedua yang terletak di tapak A.

Ribosom bergerak sepanjang untaian mRNA satu triplet. Dalam kes ini, tRNA pertama berakhir di tapak E (keluar) ribosom, selepas itu ia meninggalkannya. TRNA kedua, terikat kepada dua asid amino, pergi ke tapak P. Tapak A dibebaskan untuk kemasukan kompleks aa-tRNA ketiga.

Kitaran pemanjangan seterusnya berjalan sama seperti yang pertama. Apabila tapak A dilepaskan, aa-tRNA boleh memasukinya, yang antikodonnya adalah pelengkap kepada kodon mRNA yang kini terletak di tapak A.

Penamatan siaran

Penamatan ialah penyiapan sintesis rantai polipeptida dan pemisahannya. Penamatan berlaku apabila ribosom bertemu dengan salah satu kodon penamatan (UAA, UAG, UGA), yang tidak mempunyai tRNA. Bahagian mRNA ini diiktiraf oleh protein khas - faktor penamatan.