Лекция 31 тРансляция (биосинтез белка)

Трансляция (синтез белка) ‒ это процесс декодирования мРНК, в результате которого информация с «языка» последовательности нуклеотидов в мРНК «переводится» (транслируется) на «язык» последовательности аминокислот в полипептидной молекуле. Декодирование мРНК в процессе репликации и транскрипции осуществляется направлении 5ʹ→3ʹ.

Синтез белка протекает в несколько стадий: 1) активация аминокислот; 2) аминоацилирование тРНК; 3) собственно трансляция; 4) посттрансляционная модификация полипептидной цепи.

Для биосинтеза белка необходима информация о структуре синтезируемого белка (она заложена в нуклеотидной последовательности мРНК), рибосомы, транспортных РНК, 20 аминокислот, специфические ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы, осуществляющие активацию аминокислот и присоединение их к тРНК, белковые факторы трансляции, АТР и GTP, ионы Mg²⁺.

Система активации и транспорта аминокислот в рибосомы

В клетке аминокислоты, как правило, не существуют в свободном виде. Они взаимодействуют с тРНК и сохраняются в виде аминоацил-тРНК (аа-тРНК). Биологический смысл такой мобилизации тРНК заключен в том, что аминокислоты при этом предохраняются от действия катаболических ферментов и не сгорают в клетке, а используются для синтеза белка. Лишь при избытке какой-нибудь из аминокислот часть ее остается не связанной с тРНК и через реакции переаминирования вовлекается в цикл лимонной кислоты для энергетического обмена.

Аминокислота присоединяется ковалентной аминоацильной связью между СООН-группой АК и гидроксильной группой 3′-углеродного атома рибозы к 3′-концевому аденозину ССА-триплета тРНК. Аминоацильная связь является макроэргической, поэтому ее образование можно рассматривать как активирование аминокислоты. В последующем энергия этой связи используется для образования пептидной связи.

Процесс образования аа-тРНК складывается из двух реакций. Первая представляет собой взаимодействие аминокислоты с АТР. В результате этой реакции, катализируемой аа-тРНК-синтетазой и обозначаемой как реакция первичной активации карбоксила (реакция активирования аминокислоты), образуются аминоациладенилат и пирофосфат:

Аа-тРНК-синтетаза, Mg²⁺

1. АК + АТР → АК ~ АМР + Н₄Р₂О₇

Аминоациладенилат остается связанным с аа-тРНК в виде нековалентного комплекса до тех пор, пока не произойдет вторая реакция: акцептирование активированного аминокислотного остатка, или перенос его на концевую группу тРНК. Эта реакция также катализируется аа-тРНК-синтетазой:

Аа-тРНК-синтетаза

2. АК~ АМР + тРНК → АК~ тРНК + АМР

Мg²⁺

В результате этой реакции карбоксильная группа АК переносится на 3′-ОН группу рибозы концевого аденозина тРНК и образуется конечный продукт – аа-тРНК, а сама аа-тРНК-синтетаза и АМР высвобождаются.

Таким образом, аа-тРНК-синтетазы выполняют исключительно важную роль в реализации генетической информации. С помощью этих ферментов осуществляется специфический отбор аминокислот и «зашифровка», которая заключается в присоединении каждой аминокислоты к специальному адаптеру, способному узнавать кодон для нее на мРНК. Именно на уровне аа-тРНК-синтетаз происходит специфическая подготовка к переводу 4-буквенного генетического кода в 20-буквенный код белков. Ферментативное аминоацилирование тРНК, несомненно, выполняет кодирующую функцию.