ЭЛОНГАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ
ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ У ЭУКАРИОТ
Инициация трансляции у эукариот несколько отличается от таковой у прокариот. Во-первых, у эукариот в качестве инициирующего используется только кодон AUG. Во-вторых, каждая из двух видев тРНКMet аминоацилируется метионином, но метионии в составе инициирующей met-TPHKiMet не формилирован. Узнавание внутренних кодонов AUG в эукариотических иРНК осуществляется другим видом метионил-тРНК met-PHKMMet. Таким образом; различия между молекулами met-тРНК, участвующими в инициации и элонгацищ у эукариот, заключаются в самих тРНК.
Как было показано, первой узнаваемой рибосомами структурой является метилированный «кэп» на 5'-конце молекулы мРНК, который и связывается с рибосомной 40S-субчастицей.
Одна из наиболее часто рассматриваемых моделей инициации предполагает, что 40S-cy бчастица сначала узнает 5-концевой «кэп» и затем перемещается при помощи неизвестного пока механизма от кэпированного конца до инициторного кодона AUG. После этого взаимодействие мРНК и 40S-cy6частицы стабилизируется и происходит присоединение большой субъединицы.
В эукариотических клетках функционирует гораздо больше факторов инициации. В ретикулоцитах, на которых была выполнена основна часть экспериментов, описано по меньшей мере девять факторов инициации.
Факторы эти обозначаются так же, как у бактерий, но имеют приставку «е», что указывает на их эукариотическое происхождение: elF-1., elF-2. eIF-3, elF- 4A, elF-4IB eIF-4C, eIF-4D, eIF-5 и eIF- 6.
Инициация у эукариот начинается с образования тройного комплекса, состоящего из met-тРНКi, еIF-2 GTP. Указанный комплекс образуется в две стадии: сначала GTP связывается с elF-2, увеличивая сродство фактора к met-TPHKiMet, а это приводит к формированию комплекса [GTP•eIF- 2-• metnРНКimet], который взаимодействует непосредственно со свободне й 40S-субчастицей. Процесс стимулируется факторами elF -3 и eIF-4C, стабилизирующими комплекс.
У млекопитающих фактор eIF-2 пр дставлен белком, состоящим из трех субъединиц - α, β и γ .
Взаимодействие тройного комплекса и малой субъединицы рибосомы зависит от фактора eIF-3, который поддерживает 40S в свободном состоянии. Связывание 60S-субчастицы с инициирующим комплексом происходит в присутствии фактора eIF-5 и зависит от гидролиза GTP. После образования полной рибосомы все эукариотические факторы после инициации освобождаются.
После инициации начинается основной этап трансляции _ процесс элонгации ( удлинения пептидной цепи).
В цикле элонгации различают 3 стадии.
а) Связывание аа-тРНК На первой стадии цикла со свободным А-центром рибосомы связывается очередная аа-тРНК -та, чей антикодон комплементарен кодону мРНК, находящемуся в А- центре. При этом используются молекула ГТФ и два белковых фактора — факторы элонгации EF-lu н EF-ls (от elongation factor).
Фактор EF-lu (подобно фактору elF-2) образует комплекс с ГТФ и с проникающей в рибосому очередной аа-тРНК. В случае комплементарного
взаимодействия антикодона с кодоном вышеуказанный комплекс распадается: его аа-тРНК связывается с А-центром, ГТФ гидролизуется до ГДФ и последний высвобождается вместе с фактором EF-lu. Затем EF-lu, при участии фактора EF-ls обменивает ГДФ на ГТФ и связывает очередную молекулу аа- тРНК.
б) Замыкание пептидной связи.В рибосоме после первой стадии цикла оказываются друг возле друга пептидил-тРНК (в П-центре) и аа-тРНК (в А-центре). Причем их акцепторные етли н связанные с ними аминокислотные остатки располагаются в каталитическом (ПТФ-) центре.
Последний и осуществляет пептидилтрансферазную (ПТФ) реакцию — переносит пептидил (или инициирующую аминокислоту) с его тРНК на аминокислоту пришедшей аа-тРНК.
ПТФ-реакция сопровождается выделением некоторого количества энергии. Поэтому ГТФ в качестве источники энергии не требуется.
Не требуются и какие-либо дополнительные белковые факторы.
В результате ПТФ-реакции пептидил удлиняется на один аминокислотный остаток и оказывается связанным через этот остаток с другой тРНК. При этом антикодоновая петля этой тРНК еще находится в А-области рибосомы, а акцепторная петЛя вместе с пептидилом, возможно, оказывается в ходе реакции в П-цевтре (А П ориентация). Это может быть причиной создания стерического напряжения.
Прежняя же тРНК пептидила становится свободной: ее «голова.» (антикодоновая петля) еще находится в П-центре, а освободившийся «хвост» (акцепторная петля) релаксирует в сторону Е(exit)участка П-центра.
в) Транслокация (см. рис. 3.6). Завершающая стадия цикла — перемещение (транслокация) мРНК вместе с вновь образованной пептидил-тРНК относительно рибосомы на длину одного кодона.
Или можно сказать, что рибосома перемещается относительно мРНК — в направлении ее З'-коица.
Движущей силой транслокации может быть стерическое напряжение в структуре новой пептидил-тРНК. «Хвост» (пептидил, зафиксированный в П-центре) втягивает в П-центр и «голову» (тРНК). А так как последняя связана с кодоном мРНК, то и мРНК тоже перемещается относительно рибосомы.
В процессе участвуют ГТФ и белковый фактор элонгации EF-2, называемый также транслоказой.
В результате транслокации в П-центре рибосомы оказываются новая пептиднаятРНК и соответствующий ей кодон мРНК. Освободившаяся тРНК вытесняется из рибосомы.
Что же касается А центра то он содержит теперь следующий кодон мРНК и готов к приему новой аа-тРНК.
На этом цикл злонгацин заканчивается и начинается очередной цикл. Как видим, удлинение пептидной цепи на один аминокислотный остаток требует расхода 2 молекул ГТФ (по одной — на связывание аа-тРНК и на транслокацню).
Многократное повторение таких циклов и приводит к включению в строящуюся пептидную цепь аминокислотных остатков в соответствии с последовательностью кодонов в мРНК.
Терминация трансляции
Сигналом об окончании трансляции служит появление в рибосоме одного из «бессмысленных кодонов мРНК – УАА, УАГ или УГА. Этот кодон узнается белковыми факторами терминации (eRF; от eucariotic releasing factor). Таких факторов два: один узнает последовательность У-А-Пур, т. е. кодоны УАА и УАГ; второй – последовательность У-Пур-А, т.е опять таки кодон УАА, а также кодон УГА.
Фактор eRF, узнав свой антикодон, стимулирует гидролазную активность пептидилтрансферазного центра, Благодаря этому гидролизуется связь между тРНК и пептидом.
После этого пептидная цепь, тРНК и мРНК покидают рибосому, а субъединицы последней диссоциируют друг от друга и теперь готовы начать синтез очередной пептидной цепи.
Терминация (другой вариант, Бокуть, с.388).
9.5.4. Терминация
Сигналом об окончании трансляции служит появление в рибосоме одного из терминирующих кодонов мРНК – УАА, УАГ или УГА.
Им присвоены случайные названия, отражающие историю их открытия. Триплет UAG называется амбер-кодоном, UAA – охра- кодоном, a UGA иногда называют опал- кодоном.
У Е. coli обнаружены два белка, участвующие в терминации. Они получили название факторов освобождения – RF (от англ. термина releasing factors). Фактор терминации RF-1 узнает кодоны UAA и UAG, фактор RF-2 - кодоны UАА и UGA, соответственно. Для осуществления реакции терминирования синтеза полипептидной цепи необходимо, чтобы Р-центр был занят полипептидил-тРНК, а А-центр оставался свободным. Очевидно, что если стоп-кодоном является UAA - эффективность процесса терминации оказывается наибольшей, поскольку этот триплет узнают два фактора – RF-1 и RF- 2.
В эукариотических системах вначале был обнаружен только один рилизинг-фактор - eRF. Не так давно было охарактеризовано целое семейство эукариотических полипептидов, обладающих свойствами фактора eRF.
Для связывания eRF с рибосомой необходимо присутствие GTP. Полагают, что последующий гидролиз гуанозинтрифосфата обеспечивает диссоциацию еRF от рибосомы.
Реакция терминации включает отделение полипептида от последней тРНК, вытеснение этой тРНК из рибосомы и отделение рибосомы от иРНК. Факторы освобождения изменяют специфичность пептидилтрансферазы таким образом, что акцептором активированного полипептидильного фрагмента становится не аминокислота, а вода. В результате полипептидная цепь покидает рибосому.
В настоящее время механизм, обеспечивающий отделение рибосомы от мРНК неизвестен.