Состав белково-синтезирующей системы клетки. Структура и функциональное значение рРНК и тРНК.

В состав белково-синтезирующей системы входят следующие структуры:

- рибосомы - нуклеопротеиды, содержащие примерно 60% рибосомальной РНК и 40% различных белков; В природе существует только два класса рибосом — 70S и 80S (Рибосомы эукариот 80S, рибосомы прокариот 70S). Они имеют сходную молекулярную структуру и механизм функционирования, хотя и различаются по размерам, составу и специфичности белков и белковых факторов.

- матричная РНК;

- транспортная РНК;

- белковые факторы и ферменты инициации, элонгации и терминации трансляции;

- набор аминокислот;

- набор аминоацил -тРНК-синтетаз, образующих аминоацил-тРНК;

- макроэрги: АТФ и ГТФ;

- ионы Мg²⁺, Са²⁺, К⁺ , NH₄ ⁺.

Транспортная РНК — рибонуклеиновая кислота, функцией которой является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка. Имеет типичную длину от 73 до 93 нуклеотидов и размеры около 5 нм. тРНК также принимают непосредственное участие в наращивании полипептидной цепи, присоединяясь — будучи в комплексе с аминокислотой — к кодону мРНК и обеспечивая необходимую для образования новой пептидной связи конформацию комплекса.

Рибосомальные рибонуклеиновые кислоты — несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции — считывания информации с мРНК при помощи адапторных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами.

Функционирование белково-синтезирующей системы клетки. Молекулярные механизмы реакции.

Белковые факторы инициации (англ. initiation factors — IF) получили свое название потому, что они участвуют в организации активного комплекса (708-комплекса) из субъединиц 30S (малой) и 50S (большой), мРНК и инициаторной аминоацил-тРНК (у прокариот — формилметионил-тРНК), который «запускает» (инициирует) работу рибосом — трансляцию мРНК.

Белковые факторы элонгации (англ. elongation factors — EF) участвуют в удлинении синтезируемой полипептидной цепи.

Белковые факторы терминации или освобождения (англ. — release factors — RF) обеспечивают кодон-специфическое отделение полипептида от рибосомы и окончание синтеза белка.

Для осуществления трансляции необходимо участие ГТФ. Потребность белок­синтезирующей системы в ГТФ очень специфична: он не может быть заменен ни одним из других трифосфатов. На биосинтез белка клетка затрачивает энергии больше, чем на синтез любого другого биополимера. Образование каждой новой пептидной связи требует расщепления четырех высокоэнергетических связей (АТФ и ГТФ): двух для того, чтобы нагрузить аминокислотой молекулу тРНК, и еще двух в ходе элонгации — одну при связывании аа-тРНК и другую при транслокации.

Рибосома выполняет следующие функции, необходимые для биосинтеза белка.

1. Функция динамического связывания и удержания всех компонентов белоксин­тезирующей системы, благодаря чему создаются условия для встречи и взаимопрочитывания двух основных потоков информации, один из которых запрограммирован в мРНК, а другой - в антикодонах аа-тРНК; одновременно формируется биологическая машина, синтезирующая белок в строгом соответствии с последовательностью поступления в рибосому этой информации.

2. Каталитические функции, в частности образование пептидных связей между аминокислотами в синтезируемом полипептиде и гидролиз ГТФ.

3. Функция механического перемещения (транслокации): транслокация растущего пептида, связанного с тРНК, с одного участка рибосомы на другой и продвижение рибосомы вдоль мРНК. Выполнение этих функций обеспечивается наличием на рибосоме особых активных участков. Таких участков три. С одним из них связывается мРНК. Два других разных участка предназначены для связывания молекулы тРНК. В одном из них, получившем название пептидил-тРНК-связывающего участка, или Р-участка, прикрепляется тРНК, присоединенная к растущему концу полипептидной цепи — донорная тРНК. В другом — аминоацил-тРНК-связывающем участке, или А-участке, — связывается только что поступившая молекула тРНК, нагруженная аминокислотой - акцепторная тРНК. В обоих участках молекулы тРНК прочно прикрепляются лишь в том случае, если их антикодоны комплементарны кодонам мРНК и с ними спариваются.

А- и Р-участки располагаются очень близко друг от друга, и поэтому связанные с ними молекулы тРНК связываются с двумя соседними кодонами в молекуле мРНК. Благодаря такому близкому расположению донорной тРНК, несущей пептидил, и акцепторной тРНК, несущей активированную аминокислоту, облегчается образование пептидных связей в синтезируемой полипептидной цепи. В процессе элонгации карбоксильный конец растущего пептидила отделяется в Р-участке от молекулы донорной тРНК и образует пептидную связь с аминокислотой, присоединенной к молекуле акцепторной аа-тРНК. Эта реакция катализируется пептидилтрансферазой — ферментом, прочно связанным с рибосомой.

Посттрансляционные преобразования белков.

Просинтезированные полипептидные цепи являются посредниками белков то есть находятся, на данном этапе, в неактивной форме, для того чтобы они стали полноценными белками и могли выполнять какие-либо функции данные полипептидные цепи подвергаются модификациям, или посттрансляционным преобразованиям после отделения их от рибосом.

Модификации включают удаление части полипептидной цепи (частичный протеолиз), ковалентное присоединение одного или нескольких низкомолекулярных лигандов, связывание между собой субъединиц олигомерного белка, приобретение белком нативной конформации (фолдинг).
При частичном протеолизе, например, неактивные предшественники секретируемых ферментов – зимогены – образуют активный фермент после расщепления по определенным участкам молекулы. Наглядным примером последовательного протеолиза служит и образование активных форм инсулина или глюкагона из препрогормонов.
В ходе ковалентных модификаций структурные белки и ферменты могут активироваться или инактивироваться в результате присоединения различных химических групп: фосфатных, ацильных, метильных, олигосахаридных и др. Многочисленным модификациям подвергаются боковые радикалы некоторых аминокислот: в тиреоглобулине йодируются остатки тирозина, в факторах свертывания крови карбоксилируются остатки глутамата, в цепях тропоколлагена гидроксилируются остатки пролина и лизина.
Существование посттрансляционной модификации расширяет возможности клеток в регуляции метаболизма. Изменения количества или активности ферментов, участвующих в модификации белков, приводят к снижению или увеличению концентрации последних, что отражается на скорости соответствующих процессов.