§ 24-1. Трансляцыя. Выспяванне бялкоў

Трансляцыя. Працэс сінтэзу бялку з амінакіслот, які ажыццяўляецца ў рыбасомах, называецца трансляцыяй.

Дастаўка амінакіслот да рыбасом ідзе з дапамогай транспартных РНК. Як вы ведаеце, малекулы тРНК маюць форму, якая нагадваае ліст канюшыны (мал. 24-1.1). Пры гэтым *3'-канец ланцуга тРНК —* акцэптарны хвост служыць для далучэння амінакіслаты. У процілеглай частцы малекулы тРНК ёсць асаблівы трыплет — антыкадон. Паслядоўнасць нуклеатыдаў у саставе антыкадона вызначае, з якім менавіта кадонам мРНК будзе камплементарна злучацца тая ці іншая тРНК і якую амінакіслату яна будзе пераносіць. Напрыклад, тРНК, якая мае антыкадон У А Ц, можа звязацца па прынцыпе камплементарнасці толькі з трыплетам мРНК А У Г. Паколькі гэты трыплет кадзіруе метыянін (Мет), да­дзеная тРНК служыць для транспарту менавіта гэтай амінакіслаты.

*Амінакіслата здольная далучыцца да акцэптарнага хваста тРНК толькі ў тым выпадку, калі яна была папярэдне актывавана энергіяй, што вылучылася пры расшчапленні адной малекулы АТФ. Актывацыю амінакіслот і іх наступнае звязванне з малекуламі тРНК ажыццяўляюць ферменты амінаацыл-тРНК-сінтэтазы (кадазы). Пры гэтым для кожнай з 20 бялокутваральных амінакіслот існуе асаблівая кадаза. Яна здольная адрозніць дадзеную амінакіслату ад іншых амінакіслот, звязацца з ёй, актываваць і далучыць да тРНК, якая мае адпаведны антыкадон.

Спачатку ў актыўны цэнтр амінаацыл-тРНК-сінтэтазы трапляюць амінакіслата і малекула АТФ (мал. 24-1.2, а). Адбываецца расшчапленне АТФ да АМФ. Пры гэтым вызваляецца энергія, якая ідзе на фарміраванне макраэргічнай сувязі паміж амінакіслатой і АМФ. Утвараецца багаты энергіяй комплекс «амінакіслата ~ АМФ», амінакіслата ў яго саставе ўжо актывавана. Гэта значыць, што яна валодае запасам энергіі для таго, каб далучыцца да тРНК, а потым ужо ў рыбасоме ўтварыць пептыдную сувязь з іншай амінакіслатой.

Далей з актыўным цэнтрам кадазы звязваецца малекула тРНК (мал. 24-1.2, б). Актываваная амінакіслата адрываецца ад АМФ і далучаецца да акцэптарнага хваста тРНК (мал. 24-1.2, в). АМФ і злучэнне «амінакіслата — тРНК» (амінаацыл-тРНК) пакідаюць актыўны цэнтр кадазы. Апісаныя працэсы можна прадставіць сумарным ураўненнем (для спрашчэння не паказаны малекулы дыгідрамонааксіду, патрэбныя для гідролізу АТФ):

*

*Утвораныя амінаацыл-тРНК транспартуюцца да рыбасом, дзе і адбываецца трансляцыя. Сінтэз бялкоў у пракарыёт і эўкарыёт ажыццяўляецца падобным чынам, асноўнымі этапамі трансляцыі з'яўляюцца ініцыяцыя, элангацыя і тэрмінацыя. Разгледзім гэтыя этапы на прыкладзе сінтэзу бялку ў эўкарыятычнай клетцы.

1. Ініцыяцыя. Да малой субадзінкі рыбасомы далучаецца мРНК. Як вы ведаеце, 5'-канец гэтай малекулы змяшчае асаблівую нуклеатыдную паслядоўнасць, патрэбную для правільнага злучэння з рыбасомай. Таму прымацаванне мРНК да малой субадзінкі адбываецца менавіта ў вобласці 5'-канца паблізу стартавага кадона А У Г. Гэты трыплет кадзіруе амінакіслату метыянін.

Да стартавага кадона з дапамогай свайго антыкадона камплементарна далучаецца тРНК, якая нясе метыянін, — так званая ініцыятарная тРНК. Паколькі сінтэз бялку пачынаецца з трыплета А У Г, практычна ўсе бялкі, якія ўтвараюцца ў ходзе трансляцыі (за рэдкім выключэннем), пачынаюцца з астатку метыяніну. Пазней у большасці бялкоў адбываецца адшчапленне гэтага астатку.

Пасля звязвання ініцыятарнай тРНК да ўтворанага комплексу далучаецца вялікая субадзінка рыбасомы (мал. 24-1.3, а). У ёй прысутнічаюць два асаблівыя ўчвсткі — пептыдыльны цэнтр (П-цэнтр) і амінаацыльны цэнтр (А-цэнтр). Прымацаванне вялікай субадзінкі адбываецца такім чынам, што ў П-цэнтры аказваецца ініцыятарная тРНК, звязаная са стартавым кадонам, а ў А-цэнтры — другі кадон (той, які ідзе непасрэдна за стартавым).

2. Элангацыя. У амінаацыльны цэнтр трапляе тРНК, якая прынесла другую амінакіслату, і дзякуючы свайму антыкадону камплементарна звязваецца з другім кадонам мРНК (мал. 24-1.3, б). Потым першая амінакіслата (метыянін) адшчапляецца ад ініцыятарнай тРНК і пераносіцца з П-цэнтра да другой амінакіслаты, што знаходзіцца ў А-цэнтры. Паміж дзвюма амінакіслотамі ўзнікае пептыдная сувязь (мал. 24-1.3, в). Падобны перанос і ўтварэнне пептыднай сувязі каталізуе не адзін з рыбасомальных бялкоў, а малекула рРНК, г. зн. рыбазім.

Далей спецыяльны бялок зрушвае мРНК на адзін трыплет (мал. 24-1.3, г). Разам з мРНК зрушваюцца і звязаныя з ёй транспартавыя РНК. Пры гэтым першая тРНК выходзіць з П-цэнтра, аддзяляецца ад малекулы мРНК і пакідае рыбасому. Другая тРНК, злучаная з дыпептыдам, перамяшчаецца з А-цэнтра ў П-цэнтр і займае месца першай.

У вызвалены А-цэнтр трапляе наступная амінаацыл-тРНК і за кошт антыкадона камплементарна звязваецца з трэцім кадонам мРНК. Пасля гэтага адбываецца перанос утворанага раней дыпептыду з пептыдыльнага цэнтра ў амінаацыльны і яго далучэнне да трэцяй амінакіслаты (мал. 24-1.3, д). Потым мРНК і звязаныя з ёй тРНК зрушваюцца яшчэ на адзін трыплет.

Апісаная вышэй паслядоўнасць працэсаў (перанос пептыду → утварэнне новай пептыднай сувязі → зрух мРНК) шматразова паўтараецца. Так адбываецца нарошчванне поліпептыднага ланцуга. Пры гэтым счытванне інфармацыі  мРНК адбываецца ў напрамку 5' → 3', а сінтэз бялковай малекулы — ад N-канца да С-канца. Гэта значыць, што ў саставе поліпептыду астатак першай амінакіслаты мае свабодную амінагрупу, а апошні амінакіслотны астатак — карбаксільную.*

*3. Тэрмінацыя. Біясінтэз бялку працягваецца да той пары, пакуль у амінаацыльны цэнтр рыбасомы не трапіць адзін са стоп-кадонаў мРНК — У А А, У А Г  ці  У Г А (мал. 24-1.3, е). У клетках не існуюць тРНК, антыкадоны якіх адпавядалі б гэтым кадонам. Такім чынам, у А-цэнтры не можа замацавацца ніводная малекула тРНК, з прычыны чаго працэс трансляцыі спыняецца. Адбываецца аддзяленне ад рыбасомы малекулы мРНК і сінтэзаванага поліпептыднага ланцуга. Рыбасома пры гэтым, як правіла, распадаецца на дзве асобныя субадзінкі.

*Трэба адзначыць, што для працякання трансляцыі патрэбныя не толькі рыбасома, мРНК і розныя амінаацыл-тРНК. У гэтым працэсе таксама ўдзельнічаюць асаблівыя бялкі — так званыя фактары ініцыяцыі, элангацыі і тэрмінацыі. Пастаўшчыкамі энергіі для сінтэзу бялку служаць макраэргічныя злучэнні АТФ і ГТФ. Для ўтварэння кожнай пептыднай сувязі трэба разарваць чатыры макраэргічныя. Дзве з іх рвуцца пры расшчапленні малекулы АТФ да АМФ у ходзе актывацыі амінакіслаты. Яшчэ дзве макраэргічныя сувязі разбураюцца пры гідролізе дзвюх малекул ГТФ да ГДФ у кожным цыкле элангацыі.*

Па меры перамяшчэння мРНК праз рыбасому з яе вызваленым канцом можа звязвацца наступная рыбасома. Дзякуючы гэтаму на адной малекуле мРНК могуць адначасова знаходзіцца некалькі рыбасом, якія сінтэзуюць з невялікай разбежкай у часе ідэнтычныя малекулы бялку. Такія комплексы рыбасом, звязаных адной малекулай мРНК, называюцца палісомамі.

Такім чынам, генетычная інфармацыя, якая змяшчаецца ў ДНК, у выніку працэсаў транскрыпцыі і трансляцыі рэалізуецца ў выглядзе малекул бялкоў. Сінтэз бялку забяспечваецца ўзаемадзеяннем розных відаў РНК. Рыбасомныя РНК з’яўляюцца галоўным структурным кампанентам рыбасом, *некаторыя з іх каталізуюць рэакцыі сінтэзу бялку.* Матрычная РНК — гэта носьбіт інфармацыі пра першасную структуру бялку. Транспартныя РНК дастаўляюць у рыбасому амінакіслоты.

Біясінтэз РНК (транскрыпцыя) і біясінтэз бялку (трансляцыя) ажыццяўляюцца з выкарыстаннем матрыц — ДНК і мРНК адпаведна. Таму, гэтак жа як і рэплікацыя, працэсы транскрыпцыі і трансляцыі з’яўляюцца рэакцыямі матрычнага сінтэзу.

*Выспяванне бялкоў. Бялкі, утвораныя непасрэдна ў выніку трансляцыі, у большасці выпадкаў не з'яўляюцца спелымі, функцыянальна актыўнымі. Для таго каб яны сталі здольнымі выконваць свае функцыі, патрабуюцца пэўныя змяненні саставу і структуры бялковых малекул. Такія змяненні, якія называюцца выспяваннем бялкоў ці посттрансляцыйнай мадыфікацыяй, ажыццяўляюцца пераважна ў эндаплазматычнай сетцы і комплексе Гольджы.

Як ужо адзначалася, у большасці бялкоў адбываецца адшчапленне N-канцавога астатку метыяніну. Гэта можа адбывацца як ў час трансляцыі, так і пасля яе завяршэння. У ходзе выспявання бялкі набываюць характэрную прасторавую канфігурацыю. Спачатку фарміруецца другасная структура бялковай малекулы, потым трацічная і, калі гэта патрэбна для функцыянавання бялку, чацвярцічная. Многія поліпептыды злучаюцца з пэўнымі рэчывамі небялковай прыроды (прастэтычнымі групамі) — неарганічнымі іонамі, вугляводамі, ліпідамі і інш. Так фарміруюцца складаныя бялкі.

Да амінакіслотных астаткаў некаторых бялкоў далучаюцца тыя ці іншыя функцыянальныя групы: гідраксільнвыя, карбаксільныя, фасфатныя і г. д. Напрыклад, многія бялкі, якія забяспечваюць згусанне крыві, карбаксіліруюцца. Толькі пасля гэтага яны становяцца здольнымі злучацца са сваімі актыватарамі — іонамі Са²⁺.

Шэраг бялкоў (ферменты лізасом, пепсін, трыпсін, інсулін і інш.) сінтэзуецца ў выглядзе неактыўных папярэднікаў, для пераводу якіх у актыўную форму патрабуецца адшчапленне пэўных поліпептыдных фрагментаў. Так, напрыклад, інсулін утвараецца на рыбасоме ў выглядзе папярэдніка (прэпраінсуліну), які складаецца з 110 амінакіслотных астаткаў. У эндаплазматычнай сетцы спецыяльны фермент адшчапляе ад яго N-канцавы фрагмент з 24 астаткаў амінакіслот. Пры гэтым утвараецца  праінсулін, які транспартуецца ў комплекс Гольджы, дзе падлягае адшчапленню яшчэ аднаго поліпептыднага фрагмента. У выніку фарміруецца ўласна інсулін, малекула якога ўключае 51 амінакіслотны астатак.

Такім чынам, працэсы, якія адбываюцца ў ходзе посттрансляцыйнай мадыфікацыі, забяспечваюць набыццё бялкамі структуры, патрэбнай для выканання імі сваіх біялагічных функцый.*