Биосинтез белка: Транскрипция. Процессинг мРНК. Трансляция. Фолдинг

Процессинг иРНК – процесс созревания зрелой иРНК
5’
3’
Кэпирование
Присоединение полиаденилового «хвоста»
Вырезание интронов
Сплайсинг экзонов
Модификация нуклеотидов
Незрелая мРНК
Кэп (7метил-гуанозинтирфосфат)
Хвост из 200 остатков аденина
Зрелая мРНК выходит в цитоплазму

Трансляция – это синтез белковой молекулы (полипептида) на матрице и-РНК.
Проходит в цитоплазме клетки или на гранулярной ЭПС с помощью рибосом.
В цитоплазме синтезируются белки для собственных нужд клетки, белки, синтезируемые на ЭПС, транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки.

Для трансляции необходимы:
1. иРНК, кодирующая последовательность аминокислот в полипептиде;
2. рибосомы, образующие полипептид;
3. тРНК, транспортирующие аминокислоты в рибосомы;
4. энергия в форме АТФ;
5. аминокислоты, строительный материал;
6. ферменты, ионы Mg

Т- РНК
В тРНК различают антикодоновую петлю и акцепторный участок.
В антикодоновой петле РНК имеется антикодон, комплементарный кодовому триплету определенной аминокислоты.
Место прикрепления аминокислот
антикодон
Водородные связи
Петля для контакта с рибосомой
Петля для контакта с ферментом

Акцепторный участок на 3'-конце способен с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы (кодазы) присоединять именно эту аминокислоту к участку ЦЦА.
связи
Место прикрепления аминокислот
антикодон
Водородные связи
Петля для контакта с рибосомой
Петля для контакта с ферментом
У каждой аминокислоты есть свои тРНК и свои ферменты, присоединяющие аминокислоту к тРНК.

В малой субъединице рибосомы расположен функциональный центр рибосомы (ФЦР) с двумя участками — пептидильным (донорный или Р-сайт) и аминоацильным (акцепторный или А-сайт). В ФЦР может находиться шесть нуклеотидов иРНК, три - в пептидильном и три - в аминоацильном участках.
(донорный)
(акцепторный)
40S
40S
60S

Различают три этапа в трансляции:
Инициация. Синтез белка начинается с того момента, когда к 5'-концу иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, в Р-участок которой заходит метиониновая тРНК. (старт-кодон АУГ)
Элонгация. В А-участок ФЦР поступает вторая тРНК, чей антикодон комплементарно спаривается с кодоном иРНК, находящимся в А-участке. Между аминокислотами возникает пептидная связь и первая тРНК покидает ФЦР (пептидил-трансфераза)
Терминация. Когда в А-участок попадает кодон-терминатор (УАА, УАГ или УГА), полипептидная цепь отделяется от тРНК и покидает рибосому. Происходит разъединение субъединиц рибосомы.

А У Г Ц У У Г У Ц У Ц У Г Г Ц Ц Ц У УАГ
мет
лей
мет
вал
мет
лей
МЕХАНИЗМ ТРАНСЛЯЦИИ
сер
вал
лей
мет
сер
вал
лей
мет
гли

Для увеличения производства белка через иРНК могут одновременно проходить несколько рибосом, последовательно транслирующие один и тот же белок. Такую структуру, объединенную одной молекулой иРНК называют полисомой.

1.Инициация. Трансляция начинается с того, что иРНК соединяется с малой субъединицей рибосомы
АУГ
УАЦ
Большая субъединица присоединяется потом
5’- конец
Кэп

2. Элонгация. У рибосомы формируется функциональный центр
А У Г Ц Г Г Г Ц Ц А А А У У У У А А
кодоны
У А Ц
Г Ц Ц
метионин
аргинин
антикодоны
рибосома
иРНК
В нем различают Р и А сайты. Первый (стартовый) кодон для метионина находится в Р-сайте (пептидильном), а второй (он может быть любым) – в А -сайте (аминоацильном). Иногда еще выделяют Е-сайт (от Exit – выход) – место выхода тРНК из рибосомы
Таким образом, в ФЦР находятся две тРНК со своими аминокислотами
Р А
Р А
иРНК
Е

2. Элонгация. Между аминокислотами возникает пептидная связь СО-NH
А У Г Ц Г Г Г Ц Ц А А А У У У У А А
кодоны
У А Ц
Г Ц Ц
метионин
аргинин
Ц Г Г
аланин
антикодоны
аминокислоты
рибосома
иРНК
тРНК

2. Элонгация. После образования пептидной связи тРНК уходит, а рибосома сдвигается на 1 триплет, что называется транслокацией рибосомы.
А У Г Ц Г Г Г Ц Ц А А А У У У У А А
кодоны
Г Ц Ц
метионин
аргинин
Ц Г Г
аланин
аминокислоты
рибосома
иРНК
тРНК

2. Элонгация. Подходят новые тРНК, образуются пептидные связи, рибосома движется вдоль иРНК…
А У Г Ц Г Г Г Ц Ц А А А У У У У А А
кодоны
Г Ц Ц
метионин
аргинин
Ц Г Г
аланин
иРНК
тРНК
У У У
лизин
Направление движения рибосомы

3. Терминация. Когда в А-участке оказывается один из трех возможных стоп-триплетов трансляция заканчивается
А У Г Ц Г Г Г Ц Ц А А А У У У У А А
кодоны
метионин
аргинин
аланин
иРНК
тРНК
лизин
А А А
фенилаланин
У У У
стоп-кодон

Рибосома вновь распадается на субъединицы
В синтезе длинного полипептида может участвовать несколько рибосом. Они образуют полисому
полисома
полипептид

4. Процессинг белка.
В ходе трансляции образуется полипептид (цепь аминокислотных остатков) - это первичная структура белка.
Затем белок обретает вторичную, третичную и четвертичную структуру.
Пептиды короче 10-20 аминокислотных остатков могут также называться олигопептидами, при большей длине они называются полипептидами. Белками обычно называют полипептиды, содержащие более 50 аминокислотных остатков.

Процессинг индивидуален у каждого белка
Фолдинг – преобретение белком его трехмерной структуры.

К основным реакциям процессинга белков относятся:
1. Удаление с N-конца метионина или даже нескольких аминокислот.
2. Образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина.
3. Частичный протеолиз – удаление части пептидной цепи, как в случае с инсулином или протеолитическими ферментами ЖКТ.
4. Присоединение химической группы к аминокислотным остаткам :
фосфорной кислоты – например, фосфорилирование по аминокислотам Серину, Треонину, Тирозину используется при регуляции активности белков или для связывания ионов кальция,
метильной группы – например, метилирование аргинина и лизина в составе гистонов используется для регуляции активности генов,
гидроксильной группы – например, присоединение ОН-группы к лизину и пролину необходимо для созревания молекул коллагена.
5. Включение простетической группы: гема – например, при синтезе гемоглобина, миоглобина,
6. Объединение пептидных цепей в единый белок (четвертичная структура), например, гемоглобин, коллаген.

Фолдинг белков
Фолдинг – это процесс укладки вытянутой полипептидной цепи в правильную трехмерную структуру. Для обеспечения фолдинга используется группа белков под названием шапероны (chaperon, франц. – спутник, нянька). Шаперон — одно из названий наставника и помощника молодого человека или девушки, когда последним требуется поддержка со стороны.
Шапероны способствуют переходу структуры белков от первичного уровня до третичного и четвертичного.
При нарушении функции шаперонов и в отсутствии фолдинга в клетке формируются белковые отложения (АМИЛОИДЫ) – развивается амилоидоз.