Лекция 8 Биосинтез белка РНК полипептид белок Мяндина

Лекция 8. Биосинтез белка: РНК →полипептид →белок Мяндина Галина Ивановна Д. б. н. , профессор

Трансляция – это процесс синтеза полипептидной цепи в рибосомах • Синтез белка - это циклический многоступенчатый энергозависимый процесс, в котором свободные аминокислоты полимеризуются с образованием полипептидов • Информация о последовательности аминокислот в белке записана в генах в виде триплетов ДНК (РНК)

Компоненты белок синтезирующего комплекса

Первичная структура белка – это последовательность аминокислот в полипептиде • Информация о первичной структуре белка записана в ДНК (гене) с помощью генетического кода

Таблица генетического кода

Генетический код: • Триплетный: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов ДНК и соответствующим кодоном и. РНК. • Однозначный: один кодон соответствует одной аминокислоте • Непрерывный: кодоны м. РНК не отделены друг от друга (отсутствуют «запятые» ) • Вырожденный (избыточный): одна аминокислота может кодироваться разными кодонами • Не перекрывающийся: каждый нуклеотид в м. РНК принадлежит только одному кодону (исключения обнаружены у вирусов). • Универсальный: генетический код одинаков для всех организмов. • в митохондриях и у инфузорий генетический код имеет некоторые отличия

Строение м. РНК прокариот и эукариот • 5’- UTR (лидер)содержит последовательность Шайна-Далгарно (прокариоты), или М. Козак (эукариоты) • ORF(рамка считывания): от старт-кодона (AUG) до стоп-кодона • 3’-UTR (трейлер) • м. РНК эукариот дополнительно содержит 5’- кэп и 3’-поли(А)фрагмент

Схема строения м. РНК эукариот 5’- m 7 G_5’-UTR____АУГ_________stop_3’-UTR____poly(А) -3’ 5’- m 7 G – кэп (7’- метилгуанозин) 5’-UTR – 5’- не транслируемый участок м. РНК АУГ – инициирующий кодон м. РНК _________ - кодирующая часть Stop – стоп- кодон 3’-UTR – 3’- не транслируемый участок м. РНК poly(А) - 3’ – поли(А) фрагмент

Структура и функции т. РНК • Транспорт аминокислот к рибосоме • Узнавание кодона м. РНК

Образование аминоацил-т. РНК • Каждая т. РНК специфична к одной аминокислоте и к одному кодону м. РНК • Аминокислота активируется (+АТФ) и присоединяется к т. РНК с помощью фермента аминоацил-т. РНК синтетазы

Узнавание кодона м. РНК • Взаимодействие кодон - антикодон основано на принципах комплементарности и антипараллельности: • 3’----Ц - Г- А*------5’ Антикодон т. РНК • 5’-----Г- Ц- У*------3’ Кодон м. РНК • Гипотеза качания (wobble) была предложена Ф. Криком: • 3’- основание кодона м. РНК имеет нестрогое спаривание с 5’- основанием антикодона т. РНК: • У (м. РНК) может взаимодействовать с А и Г (т. РНК)

Строение рибосом

Отличия рибосом прокариот и эукариот Рибосомы 70 S (прокариоты) 80 S (эукариоты) Субъдиницы 30 S 50 S 40 S 60 S Типы р. РНК 16 S 23 S; 5 S 18 S 28 S; 5, 8 S; 5 S Количество молекул белков в субъединица х 21 “S” 32 “L” 33 45 -50

Функциональные участки рибосом • Р – пептидильный участок для пептидил-т. РНК • А – аминоацильный участок для аминоацил-т. РНК • Е – участок для выхода т. РНК из рибосомы

Этапы трансляции 1. Инициация 2. Элонгация 3. Терминация

Инициация трансляции прокариот • 30 S – субъединица • факторы инициации IF (initiation factor): IF 1, IF 2 и IF 3 • инициаторная т. РНКf • инициирующая аминокислота: N- fmet • (N-формилметионин) • комплекс–fmet- т. РНКf • м. РНК • ГТФ • 50 S – субъединица

Элонгация трансляции прокариот • • Факторы элонгации: EF-Tu+ГТФ – перемещает аминоацил-т. РНК в А-сайт EF-Ts восстанавливает активную форму EF-Tu (+ГТФ) Пептидилтрансфераза – катализирует образование пептидной связи между аминокислотами • EF-G участвует в транслокации рибосомы, используя энергию ГТФ.

Элонгационный цикл рибосомы

Элонгационный цикл рибосомы • Факторы элонгации EF (elongation factors): EF-Tu и EF-Ts, EF-G и ГТФ • EF-Tu-ГТФ – перемещает аминоацил-т. РНК в А-сайт • EF-Ts восстанавливает активную форму EF-Tu: • EF-Tu – ГДФ + EF-Ts- ГТФ → EF-Tu – ГТФ + EF-Ts- ГДФ • Пептидилтрансфераза – катализирует образование пептидной связи. Находится в 50 S субъединице рибосомы. • т. РНК в Р-участке отрезается и покидает рибосому. • Фактор EF-G участвует в транслокации, происходит гидролиз ГТФ. • В Р-участке находится пептидил-т. РНК, А-участок свободен. • Следующая аминоацил-т. РНК занимает А-сайт и т. д.

Терминация трансляции • Факторы терминации (releasing factors): RF 1, RF 2 и RF 3 и ГТФ • в А-участок входит стоп-кодон (УАА, УАГ или УГА), с которым • связывается фактор RF 1 или RF 2 (необходим фактор RF 3 и ГТФ) • Происходит гидролиз связи между пептидом и пептидил-т. РНК • т. РНК, м. РНК и полипептид покидают рибосому, • рибосома распадается на субъединицы (необходим фактор IF 3)

Инициация трансляции эукариот: сканирующая модель (М. Козак, 1982 г. ) • 40 S субъединица с факторами инициации e. IF (e. IF 1, e. IF 2, e. IF 3, e. IF 4, e. IF 5) и мет-т. РНКi присоединяется к кэпу и движется вдоль м. РНК, сканируя 5’- UTR (лидер) • 40 S субъединица находит старт-кодон АУГ • к комплексу присоединяется 60 S субъединица и начинается элонгация

Отличия трансляции прокариот и эукариот • Отличия имеются в процессе инициации трансляции • Процессы элонгации и терминации трансляции в клетках эукариот и прокариот аналогичны, но • у эукариот функции EF-Tu и EF-G выполняют белки e. EF 1α e. EF 2 • в терминации трансляции эукариот участвует два белковых фактора

Ингибитор Механизм действия Ингибиторы трансляции прокариот Хлорамфеникол Ингибирует действие пептидилтрансферазы прокариот Стрептомицин Ингибирует инициацию синтеза белка у прокариот Тетрациклин Ингибирует связывание аминоацил-т. РНК субъединицей рибосомы прокариот Неомицин Действие аналогично стрептомицину Эритромицин Ингибирует прокариот транслокацию большой с малой субъединицы Ингибиторы трансляции эукариот Пуромицин Препятствует транслокации пептида, происходит ранняя терминация трансляции у прокариот и эукариот Дифтерийный токсин инактивирует действие фактора элонгации эукариот е. EF -2 Рицин Обнаружен в бобах, катализирует разрезание р. РНК больщой субъединицы рибосом эукариот Циклогексамид Ингибирует действие пептидилтрансферазы эукариот