Инициация трансляции

Трансляция осуществляется на рибосомах – своеобразных молекулярных машинах, функционирующих в цитоплазме и ориентированных на биосинтез всех видов белковых макромолекул. Рибосомы удерживают в функциональном состоянии многокомпонентную белок-синтезирующую систему, а также обеспечивают точность считывания и реализации генетической информации. Они обладают каталитическими свойствами, образуя пептидную связь, а также выполняют функцию механического переноса пептидил–тРНК. Кроме основных функций – синтеза белка,- рибосомы регулируют собственный биогенез и ряд других метаболических процессов, например, аминоацилирование тРНК. Рибосомы прокариот состоят из двух субчастиц, отличающихся по размеру. Малая субчастица имеет коэффициент седиментации 30S (1 молекула рРНК и 21 тип белков), а большая – 50S и состоит из двух молекул рРНК и 34 различных белков. В функциональном состоянии субчастицы ассоциируют, образуя полную 70S рибосому. У эукариот размеры частиц рибосом составляют: малая- 40S (около 33 различных белков), большая- 60S (порядка 50 белков), а полная рибосома – 80S (см. рис. 17, модуль 2).

Инициация трансляции у прокариот. При образовании полной рибосомы формируются два центра трансляции: донорный (пептидильный, Р-центр) и акцепторный (аминоацильный, А-центр) (рис. 24).

Инициация начинается с образования малых инициирующих комплексов, которые затем ассоциируют в большой инициирующий комплекс. В этом процессе участвуют рибосомы, мРНК, аминоацил-тРНК, белковые факторы инициации (IF₁, IF₂, IF₃), а также макроэрг ГТФ. В клетках эукариот первой инициирующей аминокислотой, соединенной с тРНК, является метионин, а у прокариот - формилметионин. тРНК, которая соединяется с формилметионином, обозначают тРНК^fМеt, а комплекс с аминокислотой: fМеt - тРНК^fМеt. В мРНК обнаружены специальные инициирующие кодоны.

У прокариот такими кодонами являются АУГ, ГУГ и, значительно реже, УУГ. Эти кодоны в процессе инициации трансляции взаимодействуют с одним и тем же антикодоном 3′ - УАЦ.

Инициация трансляции представляет собой импульс, сообщаемый молекулярной машине, ориентированной не биосинтез белка.

При этом аминокислоты соединяются друг с другом именно в той последовательности, которая была запрограммирована в мРНК. У прокариот очередность событий образования инициирующих комплексов следующая:

- 30S рибосома соединяется с IF₃;

- к комплексу 30S-IF₃ присоединяется инициирующий фактор IF₁, и образуется малый инициирующий комплекс;

- одновременно при ассоциации fМеt - тРНК^fМеt с ГТФ и с IF₂ образуется малый инициирующий комплекс;

- 30S-IF₁-IF₃ связывается с 5′-концом мРНК и узнает инициирующий кодон. При этом образуется комплекс - 30S-IF₁-IF₃ – мРНК, а инициирующий кодон находит сайт, который затем преобразуется в Р - центр полной рибосомы.

Для процесса трансляции весьма важно правильное положение инициирующего кодона мРНК в этом сайте, так как от этого зависит его попадание в пептидильный (Р) центр полной рибосомы. Оказалось, что у 5′- конца мРНК имеется специальная последовательность нуклеотидов, комплементарная участку 16S, входящему в малую рибосомальную субчастицу. Взаимодействие этих комплементарных участков тРНК и мРНК ориентирует положение кодона в пептидильном сайте.

Рис. 24 Стадии образования инициирующего комплекса

- Два малых инициирующих комплекса ассоциируют в следующую структуру: - 30S-IF₁-IF₂-IF₃ –мРНК- fМеt - тРНК^fМеt – ГТФ, образуя большой инициирующий комплекс. Последний взаимодействует с 50S рибосомальной субчастицей, при этом формируется активная белок-синтезирующая система, включающая в себя полную рибосому, мРНК и тРНК. Факторы инициации отделяются от комплекса и поступают в цитоплазму в функционально активном состоянии. Энергию, необходимую для процессов комплексообразования, предоставляет ГТФ; после гидролиза макроэргической связи ГДФ отделяется от комплекса и поступает в цитоплазму. При ассоциации малой и большой рибосомальных субчастиц происходит образование пептидильного и аминоацильного центров трансляции, причем в пептидильном Р- центре находится инициирующий кодон мРНК, комплементарно соединенный с fМеt - тРНК^fМеt. В аминоацильном А- центре расположен только кодон м РНК.