Курс лекций для студентов IV курса факультета биологии РГПУ им. А.И. Герцена Направление 050100 Педагогическое образование Профиль 01 Биологическое образование Профессор кафедры Зоологии д.б.н., проф. Цымбаленко Надежда Васильевна
С И Н Т Е З Б Е Л К А В К Л Е Т К Е МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ ч. 2
Синтез белка в клетке состоит из трех этапов: рекогниция, трансляция - собственно синтеза полипептида на рибосоме, посттрансляционная модификация (процессинг и фолдинг). Ключевым субстратом рекогниции является транспортная РНК.
Структура транспортной РНК Транспортные РНК (тРНК) - короткие молекулы (70-90 нукл.), имеющие и вторичную, и третичную структуру.
Рекогниция Рекогниция - это подготовительный этап трансляции, суть которого в образовании ковалентной связи между тРНК и соответствующей аминокислотой. 1. Активирование аминокислоты. 2. Присоединение аминокислоты к тРНК - аминоацилирование. Обе стадии рекогниции осуществляются ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой (APC-азой, кодазой). Существует 20 вариантов кодаз (по числу аминокислот). У каждой кодазы 3 центра опознавания. Каждая АРС-аза узнает третичную структуру tРНК.
Аминоацилирование - это образование связи между аминокислотой и тPHК.
тРНК, имеющие разную первичную, но одинаковую третичную структуру, акцептируют одну и ту же аминокислоту и называются изоакцепторными
Структура рибосом Рибосомы - немембранные самые мелкие клеточные органеллы 1. Прокариотические 70S. 2. Эукариотические 80S. 3. Р ибосомы митохондрий (55S - у животных, 75S - у грибов). 4. Рибосомы хлоропластов (70S у высших растений). S - коэффициент седиментации или константа Сведберга. Отражает скорость осаждения молекул или их компонентов при центрифугировании, зависящую от конформации и молекулярного веса.
Каждая рибосома состоит из 2-х субъединиц (большой и малой).
Диаграмма вторичной структуры бактериальных рибосомальных ( 16S и 5 S ) РНК
Каталитические центры рибосом прокариотов
Синтез полипептидов на рибосоме У прокариот перед каждым геном и соответственно в мРНК перед копией каждого гена имеется лидерная последовательность (сайт связывания с рибосомой).
Инициирующий кодон находится на расстоянии 3-10 нукл. от последовательности Шайна-Дальгарно.
1
2. Пептидилтрансфераза отрывает формилметионин в Р-центре и переносит его в А-центр. Образуется пептидная связь между формилметионином и аминоацил-тРНК.
3. Рибосома претерпевает конформационные изменения и сдвигается на один кодон. Формилметиониновая тРНК покидает рибосому. Второй кодон оказывается напротив Р-центра. Сюда же переходит тРНК, несущая на хвосте дипептид. В Асп-центр попадает третий кодон, а в А-центр очередная аминоацил-тРНК.
4. Теперь в Р-центре отрывается дипептид, переносится в А-центр и соединяется с третьей аминоацил-тРНК. Так продолжается до тех пор, пока в Асп-центр не приходит терминирующий кодон. Полипептид отрывается в Р-центре, переносится в А-центр и, т.к. присоединиться ему не к чему, он отваливается от рибосомы. Рибосома диссоциирует и малая субъединица сканирует мРНК.
2 3 4
In vivo на каждой стадии (образования инициаторного комплекса, инициации, элонгации и терминации) участвуют различные белковые факторы, которые препятствуют посадке на рибосому деацилированных тРНК или запрещают посадку формилметиониновой-тРНК в А-центр. На всех этапах принимают участие молекулы ГТФ, которые дефосфорилируются. Смысл гидролиза ГТФ не в отдаче энергии, а в свидетельстве того, что данный этап трансляции пройден.
Компоненты, необходимые для пяти основных стадий синтеза белка у E.coli
Полисомы
ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ (фолдинг и процессинг) 1.Частичный протеолиз. 2. Модификация аминокислот (карбоксилирование, фосфорилирование, иодирование, гидроксилирование, ацилирование, гликозилирование). 3. Фолдинг – формирование пространственной структуры с помощью шаперонов для правильной укладки полипептидной цепи). 4. Образование дисульфидных связей. 5. Присоединение простетических групп 6. Образование олигомерных структур (четвертичная структура) с участием шаперонов.
ИНГИБИТОРЫ СИНТЕЗА БЕЛКА Пуромицин – связывается с А центром рибосомы за счет сходства структуры с 3-концом тРНК, прекращает трансляцию, отрывая стройщийся полипептид. Тетрациклин - блокирует А центр рибосомы, препятствует связыванию тРНК. Хлорамфеникол – блокирует перенос пептидила (у бактерий, в митохондриях и хлоропластах). Рицин (белок) – очень токсический белок деструктурирует эукариотические рибосомы путем депуринизации рРНК.
Таблица матричных синтезов
