Транскрипция, трансляция и посттрансляционная модификация белка

ТЕКСТ: Для нормального функционирования организма необходимо постоянное поступление питательных веществ. Организм не может использовать для строительства питательные вещества в том виде, в котором они поступают с пищей. В процессе пищеварения ферменты расчепляют пищевые компоненты на более мелкие частицы, которые могут быть поглощены каждой клеткой организма. В каждой клетке имеется инструкция по синтезу всех видов белков необходимых для жизни самой клетки и всего организма. Эта инструкция находится в генах молекулы ДНК. Ген – последовательность нуклеотидов ДНК, кодирующий синтез РНК. Ген начинается «промотором» и заканчивается «терминатором». Гены также содержат регуляторные последовательности, которые обычно располагаются рядом с промотором или на более существенном растоянии от него. Белковые гены кодируют иРНК для последующего синтеза белка. Этот процесс называется экспрессией гена. Экспрессия гена включает два последовательных этапа: транскрипцию и трансляцию. В эукариотических клетках транскрипция происходит в ядре, где по матрице ДНК синтезируется иРНК. Трансляция происходит в цитоплазме клетки в рибосомах, где по матрице иРНК синтезируется полипептид. В транскрипции синтез иРНК по матрице ДНК осуществляет фермент «ДНК-зависимая РНК-полимераза 2». Транскрипция происходит в три этапа: инициация, элонгация, терминация. На стадии инициации промотор гена используется как узнающий сайт для связывания РНК-полимеразы. Это своего рода посадочная площадка для этого фермента. Промотор контролирует эффективность экспрессии большинства генов петем облегчения взаимодействия с ним РНК-полимеразы или путем блокирования её присоединения. После прикрепления РНК-полимеразы к промотору гена происходит локальное разъединение двух цепочек ДНК. Затем наступает элонгация. РНК-полимераза скользит по цепи ДНК и по принципу комплементарности синтезирует иРНК от её 5 штрих к 3 штрих концу. Как только РНК-полимераза достигает терминатора гена, синтез информационной ДНК заканчивается и РНК-полимераза отделяется от ДНК и синтезированной иРНК. Это незрелая преинформационная РНК. Она состоит из экзонов кодирующих белок и некодирующих интронов, расположенных друг за другом. Для того чтобы иРНК могла быть использована для синтеза белка, она проходит созревание (процессинг) – вырезание интронов (сплайсинг), кипирование 5 штрих конца и полеаденилирование 3 штрих конца. Сплайсинг осуществляется комплексом белков-ферментов, формирующих сплайсосому. Сплайсосома вырезает участки с интронами и соединяет соседние экзоны. В результате созревания образуется зрелая иРНК, которая покидает ядро через ядерные поры и следует в цитовлазму для трансляции. Как информация содержащаяся в зрелой иРНК транслируется в белок? Азотистые основания, кодирующие части иРНК, сгруппированы по триплетам (кодонам). Генетический код состоит из 64-ех кодонов. 61 кодон кодирует 20 видов протеиногенных кислот, при этом кодон АУГ является стартовым (с него начинается трансляция), а три оставшихся кодона являются стоп-кодонами. Инициация трансляции заключается в присоединении к 5 штрих концу иРНК малой субъдиницы рибосомы рядом со стартовым кодоном. Каждая аминокислота доставляется к рибосоме специфической транспортной РНК. Вид аминокислоты определяет последовательность антикодона на транспортной РНК. По принципу комплементарности кодон иРНК соединяется с антикодоном тРНК. Таким образом инициаторная транспортная РНК с метионином связывается со старт-кодоном иРНК и к полученному комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы. Инициация трансляции закончена. В большой субъединице рибосомы определяют три участка (сайта): Е-сайт (элиминационный), П-сайт (пептидильный) и А-сайт (аминоацильный). Наступает элонгация, впроцессе которой новые аминоацил-тРНК поставляют новые аминокислоты в рибосому. Проверка соответствия требуемой доставленной аминокислоты происходит по комплементарности кодонов иРНК и антикодонов транспортных. Каждый антикодон тРНК соответствует определенной аминокислоте. Каждая новая аминоацил-тРНК поступает в А-сайт рибосомы и аминокислота, присоединенная к тРНК в П-сайте переносится и соединяется пептидной связью с аминокислотой, находящейся в А-сайте. Весь трансляционнный комплекс затем перемещается на один кодон. При этом разгруженная тРНК оказывается в элиминационном Е-сайте и покидает его. А-сайт освобождается для приема очередной аминоацил-тРНК. Элонгация продолжается до тех пор пока стоп-кодон не достигнет А-сайта. В этот момент в А-сайт поступает белковый релизинг-фактор, что приводит к освобождению синтезированногог полипептида из П-сайта. Весь комплекс распадается, но может снова воссоединиться для повторения трансляции с 5 штрих конца иРНК. Цель трансляции – быстро и точно создать белки. Транслированнный полипептид часто затем дополнительно химически модифицируется прежде чем начнет выполнять свои функции в клетке.