Процесс трансляции в клетке осуществляется с участием – «ТРАНСЛЯЦИЯ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1)Определение понятия и общие особенности процесса 2)Компоненты трансляции 3) Этапы трансляции 4)Особенности процесса у про- и эукариот.». Скачать бесплатно и без регистрации.

Содержание

Трансляция | Биология

Под трансляцией в биологии понимают синтез из аминокислот полипептидов, который протекает в цитоплазме на рибосомах при участии 1) мРНК в качестве матрицы, 2) тРНК в качестве переносчика аминокислот, а также 3) ряда белковых факторов, выполняющих каталитическую функцию на разных этапах процесса. Трансляция протекает в клетках всех живых организмов, это фундаментальный процесс живой природы.

С информационной точки зрения трансляцию можно определить как механизм перевода последовательности триплетов мРНК в последовательность аминокислот белка.

Функция рибосом состоит в удерживании в нужном положении мРНК, тРНК и белковых факторов до тех пор, пока не произойдет определенная химическая реакция. Чаще всего это образование пептидной связи между соседними аминокислотами.

Трансляция и биосинтез белка обычно означают одно и то же. Однако, когда говорят о биосинтезе белка, то нередко в него включают посттрансляционные модификации полипептидов (приобретение ими вторичной, третичной и четверичной структур), а также иногда могут включать процесс транскрипции. С этой точки зрения трансляция рассматривается как важный этап в биосинтезе белков.

Процесс трансляции у эукариот и прокариот имеет ряд отличий, в основном связанный с разнообразием и активностью белковых факторов.

На одной цепочке мРНК может находится несколько рибосом, образуя полисому. При этом сразу происходит синтез нескольких идентичных полипептидов (но каждый находится на своей стадии синтеза).

Синтез одного белка обычно длится несколько секунд.

Аминокислоты, из которых синтезируется полипептид, обязательно проходят стадию активации. Сам же процесс трансляции включает три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

Процесс трансляции обладает свойством специфичности. Во-первых, определенным кодонам мРНК соответствуют свои тРНК. Во вторых, аминокислоты присоединяются только к «своим» тРНК.

Активация аминокислот

Активация аминокислот необходима, так как только в таком состоянии они способны соединяться с тРНК и позже образовывать между собой пептидные связи.

В цитоплазме клеток всегда находятся свободные (не соединенные с другими веществами) аминокислоты. Специфичные ферменты в присутствии АТФ преобразуют аминокислоту в аминоациладенилат, который уже способен соединяться с тРНК.

Существует класс ферментов – аминоацил-тРНК-синтетазы, – которые активируют аминокислоты, используя при этом энергию АТФ. Каждая аминокислота активируется своим ферментом, после чего присоединяется только к своей тРНК. Образуется комплекс аминокислоты с тРНК – аминоацил-тРНК (аа-тРНК).

Инициация трансляции

Инициация трансляции включает следующие последовательно протекающие при участии факторов инициации этапы:

  1. Присоединение 5′-конца мРНК к малой субъединице рибосомы. При этом стартовый кодон (AUG) размещается в недостроенном (из-за отсутствия большой субъединицы) P-сайте рибосомы.

  2. Комплекс аа-тРНК с соответствующим антикодоном присоединяется к стартовому кодону мРНК. У эукариот кодон AUG кодирует аминокислоту метионин, у прокариот — формил-метионин. Позже эти стартовые аминокислоты вырезаются из готового полипептида.

  3. Происходит объединение субъединиц рибосом, в результате чего достраиваются их P- и A-сайты.

Схема строения рибосомы (A, P, E — участки-сайты для молекул тРНК)

Таким образом, на этапе инициации происходит распознавание рибосомой стартового кодона и подготовка к началу синтеза.

Образующаяся связь между рибосомой и мРНК обратима, мРНК после синтеза полипептида может быть отсоединена от рибосомы. В последствии мРНК используется еще раз или разрушается специальными ферментами.

Стартовый кодон AUG отличается от других таких же кодонов в середине мРНК тем, что перед ним находится кэп и определенные нуклеотидные последовательности. Именно благодаря им AUG распознается как стартовый. (Это касается в основном эукариот.)

Элонгация трансляции

На этом этапе происходит непосредственный синтез полипептидной цепочки. Процесс элонгации состоит из множества циклов. Один цикл элонгации — это присоединение одной аминокислоты к растущей полипептидной цепочке.

Уже на этапе инициации P-сайт рибосомы оказывается занятым первой тРНК, несущей аминокислоту метионин. В первом цикле элонгации в A-сайт рибосомы заходит второй комплекс aa-тРНК. Это будет та тРНК, чей антикодон комплементарен следующему (за стартовым AUG) кодону.

A(аминоацил)- и P(пептидил)-сайты располагают комплексы аа-тРНК так, что между аминокислотами протекает химическая реакция, и образуется пептидная связь.

После этого первая (находящаяся в P-сайте) тРНК освобождается от своей аминокислоты. В результате последняя оказывается связанной только со второй аминокислотой пептидной связью. Вторая аминокислота связана со второй тРНК, находящейся в A-сайте.

Рибосома перемещается по нити мРНК на один триплет. При этом первая т-РНК оказывается в E-сайте (exit) рибосомы, после чего покидает ее. Вторая т-РНК, связанная с двумя аминокислотами, переходит в P-сайт. A-сайт освобождается для поступления третьего комплекса аа-тРНК.

Следующие циклы элонгации протекают аналогично первому. Когда A-сайт освобождается, в него может зайти аа-тРНК, чей антикодон комплементарен кодону мРНК, находящемся в этот момент в A-сайте.

Терминация трансляции

Терминация — это завершения синтеза полипептидной цепочки и ее отделение. Терминация наступает, когда рибосома встречает один из терминирующих кодонов (UAA, UAG, UGA), для которых не существует своих тРНК. Эти участки мРНК распознаются специальными белками — факторами терминации.

biology.su

Что такое трансляция в биологии? Основные этапы трансляции

Что такое трансляция в биологии? После транскрипции она является второй частью центральной догмы молекулярной биологии, которая описывает использование генетического кода для изготовления цепей аминокислот.

Трансляция и молекулы РНК

Три основных молекулярных класса рибонуклеиновой кислоты (РНК) принимают участие в экспрессии генов, которые закодированы в дезоксерибонуклеиновой кислоте (ДНК) клетки. Это:

  • информационная РНК (иРНК)
  • переносная РНК (тРНК)
  • рибосомальная РНК (рРНК)

При трансляции особую роль играют первых два вида РНК.

Принцип трансляции

В биологии трансляция представляет собой сложный процесс, во время которого из информации, содержащейся в молекуле РНК (иРНК), синтезируется белок. Последовательность иРНК считывается с помощью генетического кода. Сама трансляция происходит в структуре, называемой рибосомой, которая является своеобразной фабрикой для синтеза белков. Эта клеточная органелла имеет маленькие и большие субъединицы и представляет собой сложную молекулу, состоящую из нескольких рибосомных РНК-молекул, а также ряда белков.

Что такое трансляция в биологии?

Трансляция является вторым шагом после транскрипции. Во время этих процессов генетический код преобразуется в аминокислоты, которые соединяются между собой пептидными связями. Цепи аминокислот называются полипептидами и располагаются внутри рибосом, крошечных органелл клетки, которые играют важную роль в процессе синтеза белка. Можно дать следующее определение: трансляция в биологии — это клеточный процесс, в котором путем декодирования образуются цепи аминокислот. Синтез белка происходит в цитоплазме, где располагаются рибосомы.

Что такое трансляция в биологии и как на самом деле происходит сборка полипептида? Есть три важных шага — инициация, элонгация и прекращение. Те же термины используются и в транскрипции для описания стадий создания цепи РНК.

Нулевой фазой считается активация, когда нужная аминокислота ковалентно связывается с подходящей РНК (тРНК) и становится «заряженной». Хотя это технически не является этапом трансляции, этот шаг так же необходим, как и все последующие. Итак, рассмотрим этапы трансляции в биологии более подробно:

  1. Инициация. На данном этапе мРНК прикрепляется к тРНК, который присоединен к указанной аминокислоте. Все вместе, они объединяются в рибосоме.
  2. Элонгация. Это относительное удлинение путем добавления аминокислот, сопровождающееся образованием пептидных связей. В конечном счете создается полипептид. Процесс сложения продолжается снова и снова до тех пор, пока цепь не достигнет своего предела, а это около ста аминокислот.
  3. Прекращение. Когда сигнал окончания биосинтеза получен, полипептид отделяется от рибосомы. Когда высвобождается новый белок, весь комплекс трансляции распадается.

Сложный и точный процесс

Что такое трансляция в биологии? Это очень сложный и одновременно удивительно слаженный и точный процесс, который включает в себя много компонентов. Все движения, реакции и другие манипуляции прекрасно скоординированы. Превращение генов в белки, по существу, проходит в два этапа: транскрипция и трансляция. Несмотря на то что во время первого никакого синтеза белка не происходит, без него не представляется возможным второй.

Трансляция является завершающим этапом реализации информации на генном уровне. Этот процесс может проходить только в живых клетках и он гораздо сложнее, чем предыдущие матричные синтезы репликация и транскрипция. В трансляции принимают участие все разновидности РНК, двадцать видов аминокислот, разнообразные ферменты и так далее. Главенствующим центром всех событий выступает такая клеточная органелла, как рибосома.

Удивительным фактом является слаженность работы всех взаимодействующих элементов белкового биосинтеза: специфика многих ферментов направлена на взаимное узнавание на молекулярном уровне. Даже случайно обнаруженные сбои и ошибки мгновенно ликвидируются теми ферментами, которые, в принципе, за них и не отвечают.

Благотворное сотрудничество

По мере того как клеточные рибосомы продвигаются вдоль информационной РНК, постепенно освобождается ее стартовый участок, к которому присоединяется уже другая рибосома. И количество таких органелл, работающих одновременно на одной молекуле, может достигать нескольких десятков. Таким образом, всего одна матричная основа используется, чтобы синтезировать целый ряд молекулярных дуплекатов полипептида. такое благотворное сотрудничество получило название полирибосомой (полисомой).

В зависимости от того, какие белки необходимы определенной клетке или организму в целом, происходит многоступенчатый полипептидный биосинтез, контролируемый генами и некоторыми регуляционными механизмами, которые слаженно и последовательно действуют на определенных стадиях высвобождения генетической информации, в том числе и во время трансляции.

fb.ru

14. Биосинтез белков. Трансляция. Рибосомный цикл.

Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотных остатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекул мРНК и тРНК.

ББ протекает в два этапа – транскрипция (от ДНК до синтеза зрелой мРНК), трансляция (с выхода зрелой мРНК в цитоплазму и синтеза полипептида.)

Трансляция. В прокариотических клетках процесс трансляции сопряжен с синтезом мРНК: они происходят практически одновременно.

Белки в рибосоме держатся на каркасе, состоящем из рибосомной РНК. Формирование рибосомы начинается с того, что рибосомная РНК сворачивается и на нее в определенном порядке начинают налипать белки. На рисунке представлена рибосомная РНК. В ней самокомплементарные участки нити РНК спариваются, образуя шпильки (вторичная структура), и затем РНК сворачивается (третичная структура РНК), образуя каркас субчастиц.

Еще один вид РНК, участвующей в синтезе белка, это транспортная РНК (тРНК). Молекулы тРНК относительно небольшие (по сравнению с рибосомной или матричной РНК). Все тРНК имеют общую вторичную структуру. За счет спаривания комплементарных участков молекулы тРНК образуется три «стебля» с петлями на концах и один «стебель», образованный 5′- и 3′-концами молекулы тРНК (иногда образуется еще дополнительная пятая петля). Изображение этой структуры похоже на крест или клеверный лист. «Голова» на этом листе представлена антикодонной петлей, здесь находится антикодо – те три нуклеотида, которые комплементарно взаимодействуют с кодоном в мРНК. Противоположный антикодонной петле стебель, образованный концами молекулы, называется акцепторным стеблем – сюда присоединяется соответствующая аминокислота. Распознают подходящие друг другу тРНК и аминокислоты специальные ферменты, называемые аминоацил-тРНК синтетазами. Для каждой аминокислоты есть своя аминоацил-тРНК синтетаза.

В рибосоме находится матричная РНК (мРНК). С кодоном (тремя нуклеотидами) мРНК комплементарно связан антикодон транспортной РНК, на которой висит остаток аминокислоты. На рисунке видна такая структура (тРНК вместе с аминокислотой, которая называется аминоцил-тРНК).

Процесс трансляции, также как и процесс транскрипции, связан с перемещением вдоль молекулы нуклеиновой кислоты, разница в том, что рибосома шагает на три нуклеотида, в то время как РНК-полимераза — на один.

Рибосомы про- и эукариот очень сходны по структуре и функциям. Они состоят из двух субчастиц: большой и малой. У эукариот малая субчастица образована одной молекулой рРНК и 33 молекулами разных белков. Большая субчастица объединяет три молекулы рРНК и около 40 белков. Прокариотические рибосомы и рибосомы митохондрий и пластид содержат меньше компонентов.

15. Этапы трансляции (инициации, элонгации, терминации)

Инициация трансляции. Синтез белка в большинстве случаев начинается с AUG-кодона, кодирующего метионин. Этот кодон обычно называют стартовым или инициаторным. Инициация трансляции предусматривает узнавание рибосомой этого кодона и привлечение инициаторной аминоацил-тРНК. Для инициации необходимо также наличие определённых нуклеотидных последовательностей в районе стартового кодона. Немаловажн. роль в защите 5′-конца мРНК принадлеж. 5′-кэпу. Сущ. последовательности, отличающей стартовый AUG от внутренних совершенно необходимо, так как в противном случае инициация синтеза белка происходила бы хаотично на всех AUG-кодонах. Процесс инициации обеспеч. специальными белками — факторами инициации. (кот. подвижно связаны с малой субчастицей рибосомы. По завершении фазы инициации и образования комплекса рибосома — мРНК — инициирующая аминоацил-тРНК эти факторы отделяются от рибосомы.) Механизмы инициации трансляции у про- и эукариот существенно отличаются: прокариотические рибосомы потенциально способны нах. стартовый AUG и инициировать синтез на любых участках мРНК.

Фаза элонгации, или удлинения пептида, включает в себя все реакции от момента образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты. Она представляет собой циклически повторяющиеся события, при которых происходит специфическое узнавание аминоацил-тРНК очередного кодона, находящегося в А-участке, комплементарное взаимодействие между антикодоном и кодоном. В процессе наращивания полипептидной цепи принимают участие два белковых фактора элонгации. Первый (EF1a у эукариот, EF-Tu — у прокариот) переносит заряженную тРНК в А (аминоацил)-сайт рибосомы. После формирования пептидной связи, что катализируется рРНК, и переноса связанной с тРНК пептида в из Р-сайта в А-сайт второй белок (EF2 у эукариот, EF-G — у прокариот) катализирует перемещение рибосомы на один триплет. Таким образом петидил-тРНК оказывается вновь в Р-сайте, а «пустая» тРНК в Р-сайте — в Е-сайте. Цикл элонгации завершается, когда новая тРНК с антикодоном, подходящим к кодону в А-сайте доставлена EF1a (или EF-Tu). Сборка пептидной цепи осуществляется с достаточно большой скоростью, зависящей от температуры. У бактерий при 37 °С она выражается в добавлении к подипептиду от 12 до 17 аминокислот в 1 с. В эукариотических клетках эта скорость ниже и выражается в добавлении двух АК в 1 с.

Фаза терминации, или завершения синтеза полипептида, связана с узнаванием специфическим рибосомным белком одного из терминирующих кодонов (УАА, УАГ или У ГА), когда тот входит в зону А-участка рибосомы. При этом к последней аминокислоте в пептидной цепи присоединяется вода, и ее карбоксильный конец отделяется от тРНК. В результате завершенная пептидная цепь теряет связь с рибосомой, кот. распадается на две субчастицы.

studfiles.net

Трансляция в биологии — это поэтапный белковый синтез

В этой статье пойдет речь о жизненно важном для всех клеток явлении. Если кратко, трансляция в биологии представлена в виде белкового синтеза. Здесь мы рассмотрим ее этапы, их особенности протекания и многое другое.

Ознакомление с понятием трансляции в биологии. Что это такое?

Итак. Процессы белкового синтеза при помощи аминокислот, используемые в качестве строительного материала, на матрицах информационных рибонуклеиновых кислот (иРНК, мРНК) называют трансляцией в биологии. Это явление занимает одно из ключевых мест в развитии всех живых организмов. Так как белки являются важнейшими органическими соединениями среди известных липидов, углеводов, нуклеиновых кислот. Процесс трансляции осуществляется с участием рибосомы, она занимает основную роль в синтезе.

Принцип устройства механизма

Что такое трансляция биологии? Это, в первую очередь, основной процесс клеточной жизнедеятельности. Чтобы осуществить его, клетке необходимо наличие органел немембранного типа, называемых рибосомами. Рибосомами называют рибонуклеопротеидные структуры, состоящие из малых и больших субъединиц, каждой по одной. Рибосома занимается распознаванием кодонов, состоящих из трех букв мРНК. Далее происходит сопоставление с комплементарными антикодонами транспортной рибонуклеиновой кислотой, которая несет в себе ряд аминокислот и объединяет их с возрастающей белковой молекулой, ее цепью. Передвигаясь вдоль матричной РНК, рибосомы занимаются белковым синтезом, информация о котором заложена в самой матричной РНК.

Трансляция в биологии – это жизненно важный процесс, в котором узнавание клеточных аминокислот осуществляется при помощи «адаптеров». Они представляют собой молекулы РНК транспортного типа. Процесс соединения аминокислот с транспортной РНК носит характер энерго-зависимой, ферментативной, аминоацил-тРНК реакции.

Теперь, зная где происходит трансляция в биологии, а именно на матрице, рассмотрим этот механизм у эукариот и прокариот. Важно знать, что данное явление чрезвычайно сильно отличается у этих надцарств. Множество веществ, которые подавляют трансляцию у организмов прокариотического типа, гораздо слабее воздействуют на этот же процесс у многоклеточных организмов, что дает возможность эксплуатировать их в науке медицины. В трансляции выделяют этапы инициации, элонгации и терминации.

Существует понятие о рамке считывания. Его суть заключается в том, что наличие в кодоне трех нуклеотидов, создает возможность разного способа считывания текста генетической природы. Появляется три варианта его чтения, каждый из которых начинается с 1-го, 2-го или 3-го нуклеотида. Чаще всего важной является одна рамка, однако бывают и интересные исключения. Из этого следует, что позиционирование рибосомы на ее стартовом этапе будет очень важным.

Процесс инициации

Белковый синтез, чаще всего, берет свое начало от AUG-кодонов, которые занимаются кодировкой метионина. Такой кодон именуют инициаторым. Трансляционная инициация должна узнаваться рибосомой и привлекать к себе аминоацил транспортной РНК. А также важным пунктом в процессе инициации является наличие некоторых последовательностей нуклеотидов в области начального кодона. Наличие начальной последовательности AUG жизненно важно, так как в ином случаи синтез протекал бы в хаотичном порядке.

Инициация не может происходить без участия факторов инициации, особых белковых молекул. Устройство механизмов трансляционной инициации у эу- и прокариот различаются также тем, что рибосомы прокариотических организмов могут определять местоположения стартового AUG и начинать инициацию в любом участке матричной РНК. Рибосомы эукариот, как правило, соединяются с матричной РНК на участке кэпа и начинают сканирование, что направленно на поиск стартовых кодонов.

Введение в элонгацию

Трансляция в биологии – это поэтапный процесс, часть которого мы уже рассмотрели в пункте об инициации. Теперь рассмотрим элонгацию.

Наращивающий процесс цепи полипептидного типа осуществляется с участием двух факторов элонгации, белковых молекул. Первый фактор занимается доставкой аминоацилированной транспортной РНК к А-сайту рибосомы. В эукариотах этим занимается EF1а, а в прокариотах – EF-Tu. Рибосоме выпадает роль катализатора для пептидного переноса от транспортной РНК в Р и А-сайты, что образуются пептидными связями путем взаимодействия с остатками аминокислот. Это обуславливает рост пептидной цепи за счет аминоостатков. Далее вступает в процесс другой белок, роль которого заключается в катализе транслокации. EF2 – эукариоты, EF-G – прокариоты. Транслокацией именуют явление переноса рибосомы вдоль матричной РНК на 1 триплет. По завершению этого пути, рибосома вновь способна начинать цикл элонгации.

Заключительные этапы синтеза

В биологии трансляция – это не только стадии инициации и элонгации, но и терминация. Которая представляет собой завершительный этап белкового синтеза. Она протекает на рибосомном А-сайте, и для этого необходимо наличие одного из останавливающих кодонов: UAA, UAG, UGA. При этом, пептидил транспортной РНК продолжает оставаться связанным с Р-сайтом. На этом моменте в «игру» вступают белки RF 1 и 2, играющие роль катализаторов для отщепления цепи полипептидной природы от матричной РНК. Также здесь есть RF 3. Он обуславливает диссоциацию матричной РНК из рибосом. Терминация протекает качественнее со стоп-кодоном uaa.

Подводя итоги

Трансляция в биологии (казакша – иногда можно встретить данное название при поиске, что связанно с многочисленными поисками людей из стран СНГ) – является чрезвычайно важным процессом, необходимым для синтеза белковых молекул. Без этого процесса невозможным было бы наличие жизни на планете Земля. Трансляция имеет поэтапное строение, использует разнообразные белки. Сильно отличается между про- и эукариотами.

fb.ru

Транскрипция и трансляция — Науколандия

В биологии процессы транскрипции и трансляции рассматривают в рамках биосинтеза белка. Хотя в процессе транскрипции никакого синтеза белка не происходит. Но без нее невозможна трансляция (т. е. непосредственный синтез белка). Транскрипция предшествует трансляции.

Протекающие в клетках транскрипция и трансляция согласуются с так называемой догмой молекулярной биологии (выдвинутой Ф. Криком в середине XX века): поток информации в клетках идет в направлении от нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) к белкам, но никогда наоборот (то есть от белков к нуклеиновым кислотам). Это значит, что нуклеиновая кислота может служить информационной матрицей для синтеза белка, а белок не может выступать таковой для синтеза нуклеиновой кислоты.

Транскрипция

Транскрипция представляет собой синтез молекулы РНК на молекуле ДНК. То есть ДНК служит матрицей для синтеза РНК.

Транскрипция катализируется рядом ферментов, наиболее важный РНК-полимераза. Следует помнить, что ферменты — это в основном белки (это касается и РНК-полимеразы).

РНК-полимераза движется по двойной цепи ДНК, разъединяет цепочки и на одной из них по принципу комплементарности строит молекулу РНК из плавающих в ядре нуклеотидов. Таким образом, РНК по-сути идентична участку другой цепи ДНК (на которой не происходит синтез), так как цепи молекулы ДНК также комплементарны друг другу. Только в РНК тимин заменен на урацил.

Синтез нуклеиновых кислот происходит в направлении от 5′-конца молекул к их 3′-концу. При этом комплементарные цепи всегда антипараллельны (направлены в разные стороны). Поэтому сама РНК синтезируется в направлении 5’→3′, но по цепи ДНК движется в ее направлении 3’→5′.

Участок ДНК, на котором происходит транскрипция (транскриптон, оперон), состоит из трех частей: промотора, гена (в случае иРНК, вообще — транскрибируемой части) и терминатора.

Для инициации (начала) транскрипции нужны различные белковые факторы, которые прикрепляются к промотору, после чего к ДНК может быть присоединена РНК-полимераза.

Терминация (окончание) транскрипции происходит после того, как РНК-полимераза встретит один из стоп-кодонов.

У клеток эукариот транскрипция происходит в ядре. После синтеза молекулы РНК здесь же подвергаются созреванию (из них вырезаются ненужные участки, молекулы принимают соответствующую им вторичную и третичную структуру). Далее различные типы РНК выходят в цитоплазму, где участвуют в следующем после транскрипции процессе – трансляции.

Трансляция

Трансляция представляет собой синтез полипептидной (белковой) цепи на молекуле информационной (она же матричная) РНК. По-другому трансляцию можно описать как перевод информации, закодированной с помощью нуклеотидов (триплетов-кодонов), в информацию, представленную в виде последовательности аминокислот. Этот процесс протекает при участии рибосом (в состав которых входит рибосомальная РНК) и транспортной РНК. Таким образом, в непосредственном синтезе белка принимают участие все три основных типа РНК.

При трансляции рибосомы насаживаются на начало цепи иРНК и далее движутся по ней в направлении к ее концу. При этом происходит синтез белка.

Внутри рибосомы есть два «места», где могут поместиться две тРНК. Транспортные РНК, заходящие в рибосому, несут одну аминокислоту. Внутри рибосомы синтезируемая полипептидная цепь присоединяется к вновь прибывшей аминокислоте, связанной с тРНК. После чего эта тРНК передвигается на другое «место», из него же удаляется «старая», уже свободная от растущей полипепдидной цепи тРНК. На освободившееся место приходит еще одна тРНК с аминокислотой. И процесс повторяется.

Активный центр рибосомы катализирует образование пептидной связи между вновь прибывшей аминокислотой и ранее синтезированным участком белка.

В рибосому помещаются два кодона (всего 6 нуклеотидов) иРНК. Антикодоны тРНК, заходящих в рибосому, должны быть комплементарны кодонам, на которых «сидит» рибосома. Разным аминокислотам соответствуют разные тРНК (различающиеся своими антикодонами).

Таким образом, каждая тРНК несет свою аминокислоту. При этом следует иметь в виду, что аминокислот, принимающих участие в биосинтезе белка, всего около 20, а смысловых (обозначающих аминокислоту) кодонов около 60-ти. Следовательно, одну аминокислоту могут переносить разные тРНК, но их антикодоны соответствуют одной и той же аминокислоте.

scienceland.info

Трансляция

Трансляция

Трансляция (биосинтез белка) – этап реализации генатической программы клеток, в процессе которого информация, закодированная в первичной структуре нуклеиновых кислот, переводится в аминокислотную последовательность синтезируемых белков.

Условия трансляции:

  1. мРНК

  2. тРНК

  3. рРНК (в комплексе с белками образует рибосомы)

  4. белковые факторы транскрипции

  5. АТФ, ГТФ

  6. Mg2+

Перевод информации закодированной в ДНК на язык аминокислот осуществляется в соответствии с правилами генетического кода.

Генетический код – система записи генетической информации, выраженная в последовательности нуклеотидов мРНК.

Свойства кода:

  1. Триплетность. Три последовательно расположенных нуклеотида (триплет, кодон) кодируют включение одной аминокислоты в полипептидную цепь белка. Число возможных триплетных комбинаций составляет 64. 61 триплет используется для обозначения 20 аминокислот, остальные три являются стоп-кодонами, или теминирующими кодонами (УАА, УГА, УАГ).

  2. Непрерывность. В процессе синтеза белка последовательность мРНК считывается последовательно группами по три нуклеотида (код не содержит «запятых»).

  3. Вырожденность. 20 аминокислот, входящие в состав белков, кодируются 61 кодоном. Почти каждой аминокислоте (кроме метионина и триптофана) соответствует несколько кодонов-синонимов. Соответственно аминокислоты метионин и триптофан встречаются в белках значительно реже других аминокислот. Т.о. для каждой аминокислоты существует более одной тРНК (изоакцепторные тРНК). В трехбуквенном генетическом коде наиболее важны первые две буквы, тогда как третья буква часто бывает разной (вырожденность третьего основания).

  4. Универсальность. Генетический код практически всегда одинаков у всех живых организмов – от бактерий до человека. Небольшие отличия имеются в генетическом коде митохондрий и хлоропластов.

Активация аминокислот

Перед началом трансляции синтезированные в результате разнообразных биохимических реакций или полученные с пищей протеиногенные аминокислоты должны пройти стадию активации и присоединиться к тРНК, осуществляющими их доставку к рибосомам. Аминокислоты присоединяются к 3׳-концу тРНК. В результате присоединения аминокислоты к тРНК образуется аминоацил-тРНК. Для каждой аминокислоты существует свой фермент аминоацил-тРНК-синтетаза, присоединяющий ее к соответствующей тРНК. Процесс активации аминокислот происходит в два этапа: сначала к аминокислоте присоединяется молекула АТФ, с образованием аминоациладенилата, а потом происходит перенос аминокислоты на тРНК. После образования аминоацил-тРНК эти молекулы направляются к рибосомам – рибонуклеопротеиновым частицам, специально приспособленным к ׳биосинтезу полипептидных цепей белков.

Рибосомы

Рибосомы состоят из рРНК и белка. Прокариотические рибосомы имеют коэффициент седиментации 70S, а эукариотические 80S. Каждая рибосома состоит из большой и малой субъединиц. Основу (каркас) рибосомы составляет рРНК. В состав малой субъединицы рибосом прокариот входит 16S рРНК и 21 белок, в состав малой субъединицы рибосом эукариот — 18S рРНК и около 35 белков. В состав большой субъединицы рибосом прокариот входят 23S рРНК, 5S рРНК и 34 белка, в состав большой субъединицы рибосом эукариот входят 28S рРНК, 5,8S рРНК, 5S рРНК и около 50 белков. Рибосомы имеют очень сложную пространственную организацию.

У рибосом имеются несколько функционально активных центров:

  1. Центр связывания мРНК (М-центр). Образован участком 18S рРНК (5-9 н.п.), комплементарный фрагменту 5׳-концу мРНК.

  2. Пептидильный центр (Р-центр). С Р-центром в начале процесса связывается инициаторная аминоацил-тРНК (формилметиониновая тРНК у прокариот и метиониновая тРНК у эукариот). На последующих стадиях в Р-центре находится пептидил-тРНК.

  3. Аминоацильный центр (А-центр) является местом связывания очередной аминоацил-тРНК.

  4. Пептидил-трансферазный центр (ПТФ) является местом образования пептидной связи (СО-NH). Локализован в большой субъединице.

Процесс трансляции состоит из трех этапов: инициации, элонгации и терминации.

Инициация. Процесс прочтения (трансляции) мРНК стартует с определенного ее участка, где начинается кодирующая (транслируемая) последовательность нуклеотидов. Для обеспечения начала (инициации) трансляции необходим инициирующий (стартовый) кодон мРНК (это кодон АУГ), инициаторная аминоацил-тРНК и белковые факторы инициации.

Инициация белкового синтеза состоит из нескольких стадий и требует присутствия белковых факторов инициации (IF). Инициация приводит к формированию инициаторного комплекса, состояцего из рибосомы, мРНК и инициаторной формилметионин-тРНК. У бактерий существуют три фактора инициации: IF1, IF2, и IF3 (у эукариот их значительно больше – eIF1, eIF2, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF5 и др.). Фактор IF2 обладает ГТФазной активностью и играет центральную роль в связывании инициаторной аминоацил-тРНК. Два других фактора, вероятно, влияют на конформацию 30S-субъединицы, помогая ей связываться с формилметионин –тРНК.

Последовательность стадий инициации у прокариот:

  1. Образование двойного комплекса, состоящего из формилметионин-тРНК и фактора инициации IF2.

  2. Присоединение 30S-субъединицы к мРНК и узнавание инициирующего кодона АУГ среди других аналогичных кодонов, кодирующих метионин. Выбор стартового кодона определяется 30S-субъединицей. Для этого необходима короткая последовательность (5-8 нуклеотидов) в мРНК. Эта последовательность называется последовательностью Шайна-Дальгарно. Последовательность Шайна-Дальгарно комплементарно связывается с последовательностью, расположенной вблизи 3׳-конца 16S рРНК, локализованной в 30S-субъединице рибосомы. В образовании комплекса мРНК и 30S-субъединицы принимает участие фактор IF3.

  3. Присоединение двойного комплекса (формилметионин-тРНК-IF2) к комплексу 30S-мРНК. Для этого требуется энергия ГТФ. Формилметионин-тРНК располагается в недостроенном Р-участке.

  4. Присоединение 50S-субъединицы и образование полной рибосомы. При этом происходит отделение факторов инициации и гидролиз ГТФ. Объединение субъединиц приводит к формированию двух центров связывания тРНК: Р-центра и А-центра.

Функция фактора IF1 до конца не выяснена, предположительно он способствует высвобождению фактора IF2 из комплекса.

Последовательность стадий инициации у эукариот:

  1. Образование тройного комплекса, содержащего инициаторную метионин-тРНК, фактор eIF2 и ГТФ.

  2. Присоединение тройного комплекса к 40S-субъединице рибосомы. Процесс стимулируется факторами eIF3 и eIF4C, которые, возможно, стабилизируют комплекс.

  3. Присоединение мРНК к 40S-субъединице. Для этого требуется фактор еIF3 и другие дополнительные факторы (eIF1, eIF4A, eIF4B). 40S-субъединица присоединяется к 5׳-концу (кэпу) и мигрирует к инициирующему кодону АУГ (первый кодон АУГ по ходу мРНК). В присоединении используется энергия АТФ.

  4. Присоединение 60S-субъединицы происходит в присутствии фактора eIF5 и сопряжено с гидролизом ГТФ. После образования полной рибосомы все факторы инициации высвобождаются.

Элонгация. На стадии элонгации происходит рост полипептидной цепи. Элонгация у прокариот требует присутствия факторов EF-Tu, EF-Ts и EF-G и состоит из трех стадий, повторяющихся много раз:

  1. Присоединение к А-центру рибосомы аминоацил-тРНК, которая приносит второй (после формилметионина) аминокислотный остаток, кодируемый вторым (после триплета АУГ) кодоном мРНК. В последующих циклах к А-центру присоединяется аминоацил-тРНК, приносящая аминокислотный остаток, соответствующий находящемуся в А-центре кодону. Таким образом, создаются условия для образования пептидной связи между аминокислотными остатками, связанными с соответствующими тРНК закрепленными в А- и Р-центрах рибосомы. Для переноса аминоацил-тРНК на рибосому требуется фактор EFTu и ГТФ. При участии фактора EF-Tu осуществляется гидролиз ГТФ до ГДФ и фосфата, а выделяющаяся энергия расходуется на сближение двух акцептирующих концов молекул тРНК с прикрепленным к ним аминокислотными остатками. Комплекс EF-Tu-ГДФ при этом покидает рибосому и регенерируется с участием фактора EFTs, так что фактор EF-Tu вновь оказывается связанным с молекулой ГТФ, а затем и со следующей молекулой аминоацил-тРНК.

В элонгации трансляции у эукариот участвуют два фактора (eEF1 и eEF2), которые являются аналогами факторов EF-Tu и EF-G бактерий. Фактор eEF-1 образует комплекс с аминоацил-тРНК и ГТФ, и этот комплекс присоединяется к А-центру рибосомы.

  1. Пептидилтрансферазная реакция. В начале процесса первый (формилметиониновый) остаток переносится на свободную NH2 – группу второго аминокислотного остатка, связанного с тРНК, расположенной в А-центре рибосомы. В результате этой реакции образуется первая пептидная связь в молекуле синтезируемого белка и дипептидил-тРНК. В последующих циклах образуются пептидные связи между следующими аминокислотными остатками с образованием полипептида.

  2. Транслокация. Заключается в том, что дипептидил-тРНК, оставаясь связанной с соответствующим кодоном мРНК, перемещается из А-центра в Р-центр рибосомы, одновременно с продвижением транслируемой мРНК через рибосому. При этом освободившаяся от аминокислотного остатка формилметиониновая тРНК удаляется из рибосомы. Одновременно освобождается А-центр, необходимый для связывания следующей аминоацил-тРНК. Транслокация («шаг» рибосомы по мРНК в направлении 5׳-3׳) происходит строго на расстояние, соответствующее размеру триплета в мРНК. В результате транслокации напротив освободившегося А-центра располагается очередной кодон мРНК, определяющий присоединение соответствующей аминоацил-тРНК. Транслокация требует участия фактора ЕFG и сопровождается гидролизом еще одной молекулы ГТФ.

Многократное последовательное воспроизведение всех перечисленных стадий элонгации обеспечивает удлинение полипептидной цепи в соответствии с кодом мРНК.

Терминация. Терминация трансляции связана у бактерий с функционированием трех белковых факторов: RF1, RF2 и RF3 (релизинг-факторы). Эти факторы распознают стоп-кодоны в мРНК. Фактор RF1 узнает кодоны УАГ и УАА, фактор RF2 – УАА и УГА. Фактор RF3 выполняет вспомогательную роль, стимулируя работу RF1 и RF2. При поступлении в рибосому одного из терминирующих кодонов с ним связывается соответствующий RF-фактор и блокирует присоединение аминоацил-тРНК. Присоединение факторов терминации способствует отделению синтезированного полипептида от рибосомы. Одновременно отделяются тРНК и мРНК, а сама рибосома диссоциирует на 30S и 50S субъединицы. Для терминации также требуется молекула ГТФ.

В терминации трансляции эукариот принимет участие один фактор – eRF, узнающий все три стоп-кодона на мРНК.

Синтезированная полипетидная цепь должна свернуться в правильную пространственную структуру, характерную для каждого белка. Этап формирования функционально активной структуры белка называется фолдингом. Фолдинг включает формирование правильной третичной и четветичной структуры. Если белок состоит из нескольких полипептидных цепей, фолдинг включает их объединение в функционально активную молекулу. В настоящее время выявлены ферменты фолдинга – фолдазы и вспомогательные белки, участвующие в фолдинге – шапероны. Механизм фолдинга еще недостаточно изучен.

studfiles.net

— трансляция — Биохимия

Трансляция (синтез белка)

Трансляция (англ. translation – перевод) – это биосинтез белка на матрице мРНК.

После переноса информации с ДНК на матричную РНК начинается синтез белков. Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной полипептидной цепи. Если клетке необходимы другие белки, то необходимо транскрибировать мРНК с иных участков ДНК.

Биосинтез белков или трансляция происходит на рибосомах, внутриклеточных белоксинтезирующих органеллах, и включает 5 ключевых элементов:

  • матрица – матричная РНК,
  • растущая цепь – полипептид,
  • субстрат для синтеза – 20 протеиногенных аминокислот,
  • источник энергии – ГТФ,
  • рибосомальные белки, рРНК и белковые факторы.

Выделяют три основных стадии трансляции: инициация, элонгация, терминация.

Инициация

Для инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосомы, три белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), метионин и тРНК для метионина.

В начале этой стадии формируются два тройных комплекса: 

  • первый комплекс – мРНК + малая субъединица + ИФ-3,
  • второй комплекс – метионил-тРНК + ИФ-2 + ГТФ.

После формирования тройные комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы. В этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации, источником энергии служит ГТФ. После сборки комплекса инициирующая метионил-тРНК связывается с первым кодоном АУГ матричной РНК и располагается в П-центре (пептидильный центр) большой субъединицы. А-центр (аминоацильный центр) остается свободным, он будет задействован на стадии элонгации для связывания аминоацил-тРНК.

События стадии инициации

После присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации.

Элонгация

Для этой стадии необходимы все 20 аминокислот, тРНК для всех аминокислот, белковые факторы элонгации, ГТФ. Удлинение цепи происходит со скоростью примерно 20 аминокислот в секунду.

Элонгация представляет собой циклический процесс. Первый цикл (и следующие циклы) элонгации включает три шага:

  1. Присоединение аминоацил-тРНК (еще  второй)  к кодону мРНК (еще второму),  аминокислота при этом встраивается в А-центр рибосомы. Источником энергии служит ГТФ.
  2. Фермент пептидилтрансфераза осуществляет перенос метионина с метионил-тРНК (в П-центре) на вторую аминоацил-тРНК (в А-центре) с образованием пептидной связи между метионином и второй аминокислотой. При этом уже активированная СООН-группа метионина связывается со свободной NH2-группой второй аминокислоты. Здесь источником энергии служит макроэргическая связь между аминокислотой и тРНК.
  1. Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, что первый кодон АУГ оказывается вне рибосомы, второй кодон (на рисунке ) становится напротив П-центра, напротив А-центра оказывается третий кодон (на рисунке ). Для этих процессов необходима затрата энергии ГТФ. Так как вместе с мРНК перемещаются закрепленные на ней тРНК, то инициирующая первая тРНК выходит из рибосомы, вторая тРНК с дипептидом помещается в П-центр.
Последовательность событий стадии элонгации

Второе повторение цикла – начинается с присоединения третьей аминоацил-тРНК к третьему кодону мРНК, аминокислота-3 становится в А-центр. Далее трансферазная реакции повторяется и образуется трипептид, занимающий А-центр, после чего он смещается в П-центр в транслоказной реакции..

В пустой А-центр входит четвертая аминоацил-тРНК и начинается третий цикл элонгации:

Образование пептидной связи при встраивании четвертой аминокислоты в пептид.
Субъединицы рибосомы, большая часть транспортных РНК и матричная РНК не показаны.

Цикл элонгации (реакции 1,2,3) повторяется столько раз, сколько аминокислот необходимо включить в полипептидную цепь.

Терминация

Синтез белка продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет на мРНК особых терминирующих кодонов – стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. Данные триплеты не кодируют ни одной из аминокислот, их также называют нонсенс-кодоны. При вхождении этих кодонов внутрь рибосомы происходит активация белковых факторов терминации, которые последовательно катализируют:

  1. Гидролитическое отщепление полипептида от конечной тРНК.
  2. Отделение от П-центра последней, уже пустой, тРНК.
  3. Диссоциацию рибосомы.

Источником энергии для завершения трансляции является ГТФ.

Реакции стадии терминации

Полирибосомы

По причине того, что продолжительность жизни матричной РНК невелика, перед клеткой стоит задача использовать ее максимально эффективно, т.е. получить максимальное количество «белковых копий». Для достижения этой цели на каждой мРНК может располагаться не одна, а несколько рибосом, встающих последовательно друг за другом и синтезирующих пептидные цепи. Такие образования называются полирибосомы.

Вы можете спросить или оставить свое мнение.

biokhimija.ru

Author: alexxlab

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о