Общее представление о трансляции. Материальное обеспечение процесса.

Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Казанский государственный медицинский университет

Кафедра медицинской биологии и генетики

Трансляция. Экспрессия гена. Основные закономерности в регуляции экспрессии генов.

Казань, 2005

Рассматриваемые вопросы

1. Общее представление о трансляции. Материальное обеспечение процесса.

2. Периоды трансляции.

а. Инициация.

б. Элонгация

в. Терминация.

г. Нарушение трансляции

3. Посттрансляционные процессы. Фолдинг и модификация белка.

4. Экспрессия генов. Особенности экспрессии генов у про- и эукариот.

а. Этапы экспрессии генов у эукариот.

б. Особенности экспрессии генов у прокариот.

5. Регуляция экспрессии гена.

5.1. Регуляция экспрессии генов у прокариот, на уровне инициации транскрипции.

5.1. Регуляция экспрессии генов у эукариот.

Общее представление о трансляции. Материальное обеспечение процесса.

Трансляция – это процесс переноса информации (декодирование её) в рибосомах с иРНК в аминокислотную последовательность белка. Это сложный процесс, имеющий собственное сырьевое, ферментативное и энергетическое обеспечение.

В трансляции задействованы следующие органические соединения и органоиды.

1. иРНК

2. тРНК.

3. рРНК.

4. Различные ферменты.

5. Рибосомы

6. АТФ

Рассмотрим каждое из них.

а) иРНК

В предыдущем разделе мы описали, как «созревает» иРНК во время и после транскрипции. У эукариот этот процесс идёт практически всё время пока иРНК находится в ядре, где она связана с белком и представляет собой рибонуклеопротеид называемый информосомой. Переходя в цитоплазму, иРНК выходит из комплекса с ядерным белком и через ядерные поры попадает в цитоплазму, где вновь связывается с белком, формируя цитоплазматическую информосому. В виде информосомы иРНК может существовать в цитоплазме достаточно долго. Фактически это выработанная в эволюции форма депонирования иРНК в клетке. При необходимости, например во время митоза, когда сильная компактизация хромосом практически выключает синтез всех видов РНК, информосомы распадаются и освободившаяся иРНК включается в трансляцию.

б) тРНК

тРНК в ядре, также как и иРНК, соединена с белком и представляет собой рибонуклеопротеид. Попадая в цитоплазму, она также соединяется с белками. Основная функция тРНК – доставка аминокислот

Рис. 63. Пространственная структура тРНК.

к месту синтеза белка. Существует около 20 тРНК. Их пространственная структура, независимо от типа, универсальна (см. рис. 63).

Отметим три особенности в структуре тРНК.

1. Наличие в тРНК минорных оснований. Эти основания существенно отличаются по физико-химическим параметрам от классических оснований имеющихся в иРНК и рРНК. Это придаёт молекуле тРНК целый ряд свойств, которые не характерны для других РНК. Например, молекулы тРНК достаточно стойкие и не подвергаются разрушительному действию внутриклеточных нуклеаз.

2. В нити тРНК выявлены участки, где имеются обратные повторы нуклеотидов. Это приводит к тому, что при сближении между собой обратные повторы создают двунитчатые структуры за счёт образования комплементарных пар между основаниями обратных повторов. На рисунке один такой участок обозначен буквой «Д». Другие участки тРНК из-за отсутствия комплементарных повторов остаются не спаренными. На этом же рисунке один такой участок обозначен буквой «Н». Наличие в нити тРНК участков с уникальной последовательностью нуклеотидов и обратными повторами создаёт своеобразную вторичную структуру тРНК называемую «кленовым листом».

3. В структуре тРНК имеются две области значимые для трансляции – область антикодона и область присоединения аминокислоты. Антикодон – группа из трёх нуклеотидов, располагающаяся на одном из конце РНК. Антикодон занимает фиксированное положение и комплементарен кодону, находящемуся в информационной РНК. Другая область – 3^’ конец. К нему специальный фермент присоединяет аминокислоту. Комплекс тРНК с аминокислотой носит название аминоацил-тРНК. Таким образом, в синтезе белка принимают участие не свободные аминокислоты, а аминокислоты в составе аминоацил-тРНК.

Фермент, который присоединяет аминокислоту к тРНК, имеет два распознающих центра (рис. 64). Один центр определяет необходимую тРНК путём

Аминокислота

Петля

тРНК

Фермент

А Б В

Рис.64. Схема формирования аминоацил-тРНК. А – компоненты –тРНК, аминокислота, фермент. Б – фермент присоединяет аминокислоту к тРНК в соответствии с петлёй тРНК. В – после присоединения фермент удаляется, а тРНК остаётся с присоединённой аминокислотой.

взаимодействия с некоторыми специфическими областям на её молекуле (петлями и в некоторых случаях с антикодоном. Другой центр распознаёт среди массы окружающих его в цитоплазме аминокислот ту, которая соответствует триплету в антикодоне.

После того как фермент определил необходимую тРНК и аминокислоту происходит присоединение аминокислоту к 3^’ концу тРНК.

в) рРНК.

рРНК синтезируются на структурных генах и после процессинга накапливаются в ядрышке ядра. В ядрышке в зависимости от молекулярного веса различают несколько типов рРНК. Все они участвуют в строительстве рибосом, являясь своеобразным каркасом к которому прикрепляются множество различных по структуре и функции белков. Объединяет белки то, что они являются участниками различных этапов трансляции. Белки в ядрышко поступают через ядерные поры из цитоплазмы.. Таким образом, в ядрышках формируются «полуфабрикаты» малой и большой субъединицы рибосом. В таком виде они выходят через ядерные поры в цитоплазму, где формирование малой и большой субъединицы полностью заканчивается. В полностью сформированной малой субъединице расположена одна рРНК, в большой – их несколько. рРНК находясь в рибосомах выполняет несколько функций, главные из которых следующие:

- рРНК является каркасом для формирования белковой основы рибосом,

- рРНК принимает участие в формировании инициаторного комплекса,

- рРНК обеспечивает взаимодействие тРНК с мРНК.

В цитоплазме малая и большая субъединица находятся в диспергированном состоянии (отдельно друг от друга).

г) Рибосома.

Состоит из малой и большой субъединицы. Важно отметить, что в большой и малой субъединице имеются два функциональных центра: - «П» (пептидильный) и «А» (аминоацильный), которые объединяются после соединения субъединиц. Белки, находящиеся в составе рибосомы, выполняют структурную и ферментативную роль.

Рис. 64. Два функциональных центра в рибосомах до соединения субъединиц и после.

Процесс трансляции, как и любой процесс матричного синтезе, состоит из трёх стадий – инициации, элонгации и терминации.