ТРАНСЛЯЦИЯ в биологии

ТРАНСЛЯЦИЯ в биологии (лат. translatio перенос, передача) — процесс синтеза белковых молекул в клетке. Т. следует за транскрипцией (см.) и обеспечивает перевод генетической информации, заключенной в матричной РНК — мРНК (см. Рибонуклеиновые кислоты), в последовательность аминокислотных остатков в строящейся полипептидной цепи белка (см. Белки, биосинтез белков). Т. осуществляется на рибосомах (см.), с к-рыми связываются мРНК и активированные аминокислотные производные транспортных РНК, так наз, аминоацил-мРНК. «Прочитывание» мРНК, начиная с определенной точки, осуществляется группами из трех нуклеотидов — кодонами (см. Генетический код). Сочетание нуклеотидов в кодоне определяет, какая из 20 аминокислот должна быть добавлена к растущей полипептидной цепи. В каждой тРНК находится антикодон — участок, состоящий из трех нуклеотидов и способный комплементарно взаимодействовать с соответствующим ему кодоном мРНК. Кроме того, молекулы тРНК обладают свойством связываться со строго определенными аминокислотами, образуя аминоацил-тРНК. Синтез полипептидов начинается с N-концевой аминокислоты иолипептидной цепи, элонгация (удлинение) цепи происходит путем последовательного присоединения аминокислот. Распознавая очередность кодонов мРНК, аминоацил-тРНК обеспечивают правильность включения аминокислот в синтезируемую полипептидную цепь.

Процесс образования полипептидной цепи на рибосомах обычно подразделяют на три стадии: инициацию (начало), элонгацию и терминацию (завершение).

Стадия инициации синтеза белка начинается с инициирующего кодона на мРНК, чаще всего им оказывается АУГ, реже ГУГ, где: А — аденозин, У — урацил, Г — гуанозин. В распознавании «стартового» сигнала важную роль играет последовательность азотистых оснований, предшествующая инициирующему кодону, т. к. АУГ и ГУ Г встречаются в других участках мРНК, а не только в точках инициации. У бактерий пептидные цепи всегда начинаются аминокислотой N-формилметионином:

Т. о., на стадии инициации происходит связывание рибосомы с инициирующим кодоном мРНК и с молекулой формилметионил-тРНК. Выбор истинного инициирующего кодона из многих АУГ и ГУГ, содержащихся в середине цепи мРНК, происходит, по-видимому, путем комплементарного взаимодействия РНК малой рибосомной субчастицы с начальным участком мРНК, в к-ром принимает участие также один из рибосомных белков. Кроме того, в образовании и стабилизации комплекса инициации (мРНК — РНК малой рибосомной субчастицы) существенную роль играют белки, называемые факторами инициации — IF (F, или FI, FII, FIll). На этой же стадии осуществляется взаимодействие формилметионил-тРНК с мРНК, при этом антпкодон тРНК комплементарно связывается с инициирующим кодоном мРНК. Полагают, что затем происходит связывание формилметионил-тРНК в центре (сайте) специфического связывания аминоацил-тРНК (A-сайте, или Асп) большой рибосомной субчастицы, в результате чего образуется целая рибосома. Далее происходит транслокация (см.) формилметионил-тРНК в пентидильный участок большой рибосомной субчастицы, причем на этот процесс затрачивается энергия, высвобождающаяся при гидролизе одной молекулы гуанозинтрифосфата (ГТФ).

В отличие от бактерий в клетках высших организмов роль инициаторной аминоацил-тРНК играет не формилметионил-тРНК, а метионил-тРНК. Так же как и у бактерий, существенное значение в инициации Т. имеют факторы инициации и комплементарное взаимодействие мРНК и РНК малой рибосомной субчастицы.

Стадия элонгации, на к-рой происходит рост полипептидной цепи, начинается после того, как инициирующая формилметионил-тРНК перемещается в пептидильный центр (сайт) большой рибосомной субчастицы. При этом против аминоацильного участка оказывается следующий кодон мРНК, к-рый определяет связывание соответствующей ему аминоацил-тРНК в соответствующем Асп. В результате альфа-NH2группа второй аминокислоты оказывается в непосредственной близости от эфирной связи, соединяющей альфа-карбоксильную группу (альфа-COOH-группу) формилметионина с ее тРНК. Происходит реакция обмена, в результате к-рои образуется пептидная связь и разрывается эфирная связь, соединявшая первую аминокислоту с ее тРНК. Т. о., ко второй тРНК оказывается присоединенным дипептид, а первая тРНК остается свободной. На следующем этапе тРНК с дипептидом перемещается из Асп рибосомы в пептидильный центр, вытесняя из последнего свободную тРНК. Это перемещение сопровождается «протягиванием» мРНК, и в результате против аминоацильного центра оказывается третий кодон. Этим заканчивается первый цикл элонгации, к-рый повторяется до тех пор, пока не закончится образование всей иолипептидной цепи белка. Каждый шаг элонгации нуждается в участии специфических белков, так наз. факторов элонгации, а также в энергии гидролиза ГТФ для транслокации (см.) пептидил-тРНК из Асп рибосомы в пентидильный центр.

Стадия терминации синтеза полипептидной цепи начинается в тот момент, когда против Асп на рибосоме оказывается терминирующий кодон мРНК, для к-рого в клетке нет соответствующей аминоацил-тРНК. Существует три кодона такого рода — УАГ, УАА и УГА. Эти триплеты узнаются специфическими вне-рибосомными белковыми факторами терминации ((RF-1 или RF-2), к-рые расщепляют эфирную связь, соединяющую завершенный полипептид с тРНК аминокислоты, вошедшей в полипептидную цепь последней. При этом полипептид и тРНК покидают рибосому, после чего она диссоциирует на две субчастицы.

Как правило, молекула мРНК транслируется одновременно несколькими рибосомами. Как только 5'-конец молекулы мРНК выходит из одной рибосомы, он может сразу же взаимодействовать с другой рибосомой, инициируя Т. следующей полипептидной цепи. Т. о., возникает структура, называемая полирибосомой, или полисомой, и представляющая собой гроздь рибосом, соединенных молекулой мРНК. Количество рибосом в одной полисоме в значительной степени определяется длиной мРНК, а также соотношением скорости инициации и элонгации.

Взаимодействие кодонов мРНК с антикодонами тРНК на рибосомах осуществляется на основании принципа комплементариости. Однако оказалось, что один и тот же антикодон тРНК может взаимодействовать более чем с одним кодоном мРНК. На основании этого Ф. Крик предложил гипотезу о так наз. неоднозначном соответствии, согласно к-рой первые две пары оснований кодона и анти-кодона должны взаимодействовать между собой по принципу комплементарности. Что же касается третьей пары оснований (3'-конец кодона и 5'-конец антикодона), то для нее стерические ограничения не столь жестки, и в этом случае возможны нек-рые отклонения от абсолютной комплементарности. В целом эта гипотеза подтвердилась полученными данными о последовательности антикодонов многих тРНК.

В основе действия многих антибиотиков лежит блокирование синтеза белка на бактериальных рибосомах. В молекулах стрептомицина в (см.), неомицинов (см.) и канамицина (см.) содержится общая хим. структурная группировка, однако с рибосомами эти антибиотики связываются по-разному. В результате действия стрептомицинов рибосомы начинают неправильно считывать генетический код. Устойчивость бактерий к стрептомицину (см. Лекарственная устойчивость микроорганизмов) возникает при мутационных изменениях отдельных белков малой рибосомной субчастицы. Тетрациклины (см.) ингибируют связывание аминоацил-тРНК с Асп рибосомы. Хлорамфеникол (см. Левомицетин) ингибирует образование пептидной связи между остатками аминокислот и действует на большую субчастицу рибосомы. Эритромицин (см. Макролиды) также связывается с большой субчастицей рибосомы, однако он, по всей видимости, блокирует транслокацию, задерживая, т. о., пептидил-тРНК в Асп рибосомы. Мутации (см. Мутация), приводящие к устойчивости микроорганизмов к эритромицину, затрагивают один из белков большой субчастицы рибосомы.

Из веществ, влияющих на синтез белков на рибосомах у высших организмов, известны циклогексимид, фусидиевая к-та, дифтерийный токсин. Первые два соединения блокируют транс локацию пептидил-тРНК из Асп рибосомы в пептидильный центр. Дифтерийный токсин, попадая в клетку, также блокирует транслокацию, воздействуя на один из факторов элонгации.

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что в клетках высших организмов аппарат синтеза белков является в значительной степени универсальным: мРНК одного клеточного типа могут эффективно транслироваться в бесклеточных системах и даже интактных клетках другого типа без необходимости введения каких-либо специфических факторов.

В клетках млекопитающих регуляция Т. осуществляется прежде всего через воздействие на стадию инициации Т. Такого рода контроль показан на примере действия гемина на синтез белка в ретикулоцитах. При нарушениях синтеза гема (см. Гемоглобин), наследственных или же вызванных дефицитом железа, свинцовым отравлением и др., интенсивность синтеза глобинов в ретикулоцитах снижается. Оказалось, что угнетение синтеза белка осуществляется на стадии инициации Т. В отсутствие гемина образуется ингибитор — фермент протеинкиназа (см. Киназы), блокирующий присоединение инициирующей метионил-тРНК к малой рибосомной субчастице путем непосредственного воздействия на один из белковых факторов инициации. Возможно, в клетках существует множество регулирующих систем такого рода, зависящих от разных компонентов внутриклеточной среды. Регуляторную роль в процессе Т. могут играть также белки, находящиеся в комплексе с мРНК в виде цитоплазматических рибонуклеопротеидов — информосом.

В осуществлении процессов Т. у высших организмов большое значение имеет структура мРНК. В составе мРНК, помимо транслируемых, имеются нетранслируемые последовательности, расположенные в начале и в конце молекул мРНК. Последовательность нуклеотидов в них позволяет образовываться здесь двуспиральным и петельным структурам, к-рые могут быть вовлечены во взаимодействие с различными компонентами системы Т., а также определять стабильность и срок жизни мРНК. Транслируемые последовательности мРНК могут быть также вовлечены в регуляцию синтеза белка. В отдельных мРНК предпочтительно для кодирования нек-рых аминокислот используются определенные кодоны. Это дает возможность клетке регулировать Т. благодаря тем или иным наборам изоакцепторных тРНК, различающихся своими антикодонами.

Универсальность системы синтеза белка у высших организмов заставляет предположить, что генетические дефекты любого из ее компонентов должны отражаться на общем синтезе клеточных белков, у гомозигот такие мутации могут оказаться летальными. Изменения в структуре мРНК в результате генных мутаций (см.) являются причинами моногенных наследственных болезней (см.) у человека, приводя к резкому снижению или полному отсутствию синтеза данного белка или же обусловливая образование структурно и функционально аномальных белков.



Библиогр.: Ашмарин И, П. Молекулярная биология, с. 141, Л., 1974; Бреслер С. Е. Молекулярная биология, с. 493, Л., 1973; Гайцхоки В. С. Информационные РНК клеток животных, М., 1980; Спирин А. С. и Гаврилова Л, П. Рибосома, М., 1971; Стент Г. и Кэлиндар Р. Молекулярная генетика, пер. с англ., М., 1981; Уотсон Д ж. Молекулярная биология гена, пер. с англ., М., 1978; Crick F. Н. С. Codon — anticodon pairing, the wobble hypothesis, J.; molec. Biol., v. 19, p. 548, 1966; LodishH. F* Translational control of protein synthesis, Ann. Rev, Biochem., v, 45, p. 39, 1976.




Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание