Параграф 82. генетический код. синтез белка трансл

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна. Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив НЕ НУЖНО зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

См. 78, 83, 55-59, 8.

ПАРАГРАФ 82:
«ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД.
СИНТЕЗ БЕЛКА: ТРАНСЛЯЦИЯ.»

Содержание параграфа:

Генетический код. Определение.
Свойства генетического кода.
Процесс синтеза белка.
Активация и рекогниция аминокислот.
Т р а н с л я ц и я
1. ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ.
2. ЭЛОНГАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ
 (1-я фаза элонгации)
 (2-я фаза элонгации)
 (3-я фаза элонгации)
3. ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ

Организм способен синтезировать свои белки из аминокислот
за счёт образования связей (пептидных) между аминокислотными остатками (аминоацилами),
образуя «цепочки» аминоацилов, связанных пептидными связями,
то есть полипептидные цепи (ППЦ).

При этом ППЦ может состоять из сотни и более аминоацилов,
а при синтезе используются 20 различных аминокислот.
Эти аминокислоты, которые используются для синтеза белка, называются БЕЛКОВЫМИ.
8 из них могут поступать в организм только с пищей
и поэтому называются НЕЗАМЕНИМЫМИ.
При отсутствии в пище незаменимых аминокислот синтез собственных белков организма становится невозможным,
и поэтому появляются симптомы дефицита белков.
Позже уже в составе белка аминоацилы могут измениться (модифицироваться – п.83),
но при самом синтезе используются только 20 аминокислот.

Аминокислотные остатки нужно соединить в строго определённом порядке.

Генетический код. Определение.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД – это набор правил, по которым
порядок аминоацилов белка закодирован в молекуле мРНК,
которая в свою очередь образуется при «считывании» (транскрипции) участка ДНК,
являющегося гЕном (см. п. 80).
ТРАНСЛЯЦИЯ – это синтез ППЦ
(соединение аминоацилов пептидными связями)
на матрице мРНК в соответствии с правилами генетического кода.

Трансляция осуществляется РИБОСОМАМИ:
комплексами белков и рибосомальных РНК (рРНК).

ПОРЯДОК (последовательность), в котором соединяются аминоацилы,
диктуется ПОРЯДКОМ НУКЛЕОТИДОВ в матричной РНК (мРНК),
поэтому говорят, что синтез ППЦ происходит на матрице мРНК,
что мРНК при трансляции выполняет функцию МАТРИЦЫ.

В мРНК всего 4 разновидности нуклеотидов (АМФ, ГМФ, УМФ и ЦМФ),
а аминокислот 20,
поэтому в мРНК каждая из 20-ти аминокислот «закодирована» не одним нуклеотидом,
а последовательностью из ТРЁХ соседних нуклеотидов (то есть триплетом),
которая называется КОДОНОМ (то есть кодирующим триплетом).

Существует 64 триплета РНК.

Из них 61 триплет кодирует аминокислоту (является кодоном),
а 3 триплета не кодируют аминокислоты
и называются СТОП-КОДОНАМИ
или терминирующими кодонами – подробнее о них далее.

Свойства генетического кода.

1. Свойство генетического кода, заключающееся в том,
что аминокислоты кодируются триплетами,
называется ТРИПЛЕТНОСТЬЮ.
Например, участок мРНК из таких нуклеотидов: АУУЦАГГАУУЦГУЦАЦЦГ образует такую последовательность триплетов (кодонов): АУУ—ЦАГ—ГАУ—УЦГ—УЦА—ЦЦГ. Это НЕ НАДО УЧИТЬ, это иллюстрация свойств генетического кода. Тут видно, что –

2. Триплеты мРНК (кодоны) идут один за другим,
между ними нет нуклеотидов, которые не входили бы в состав кодонов –
это свойство генетического кода называется НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ («без запятых»).

3. Нуклеотид мРНК не может входить в состав сразу двух соседних кодонов,
каждый нуклеотид принадлежит только одному кодону,
он не может принадлежать и предыдущему кодону, и следующему,
благодаря чему кодоны не «накладываются» один на другой –
это свойство генетического кода называется НЕПЕРЕКРЫВАЕМОСТЬЮ.

4. Конкретный кодон кодирует только одну единственную аминокислоту –
это свойство генетического называется ОДНОЗНАЧНОСТЬЮ (то есть значение кодона только одно).

5. Но конкретная аминокислота может кодироваться не одним кодоном, а несколькими –
это свойство генетического кода называется ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ генетического кода
(имеется в виду то, что есть избыток кодонов –
хватило бы одного кодона для кодирования одной аминокислоты, но есть больше одного) или ВЫРОЖДЕННОСТЬЮ.

6. Правила генетического кода одинаковы почти для всех живых организмов
(нюансы есть у прокариот), поэтому говорят, что
генетический код универсален,
а это свойство генетического кода называется УНИВЕРСАЛЬНОСТЬЮ.

Процесс синтеза белка.
 
Как уже говорилось, при трансляции происходит
соединение аминоацилов пептидными связями, в результате чего образуется ППЦ.

Активация и рекогниция аминокислот.

Чтобы аминокислоты могли участвовать в трансляции –
Сначала аминоацилы должны вступить в реакцию с транспортными РНК (тРНК).

В результате реакции образуется соединение, которое называется аминоацилом-тРНК
и считается активной формой аминокислот
(а реакция образования формы из-за этого называется активацией аминокислот).

С тРНК МАКРОЭРГИЧЕСКОЙ связью
соединяется первый атом углерода аминокислоты –
углерод карбоксильной группы аминокислоты, теряющий при реакции ОН атомы.
Реакция протекает с затратой 2 молекул АТФ
(потому что АТФ расщепляется до АМФ и ФФн – см. п.45).
Таким образом, при синтезе ППЦ из сотни аминокислот
потребуется 100*2=200 молекул АТФ на одну только активацию аминокислот.
Ферменты, катализирующие синтезы с затратой АТФ, называются синТЕтазами. Синтетаза, катализирующая синтез аминоацил-тРНК,
называется синтетазой аминоацил-тРНК или аминоацил-тРНК/синтетазой.

Самое главное:
Каждая из аминокислот вступает в реакцию со строго определённой, со «своей» тРНК.
То есть с той тРНК, у которой есть (триплет) АНТИКОДОН,
который может комплементарно связаться с кодоном мРНК,
кодирующем только эту аминокислоту).
Если кодон мРНК – ЦЦЦ,
то антикодон тРНК, способный связаться с этим кодоном ЦЦЦ – это ГГГ
(состоит из нуклеотидов с гуанином).

Определение АНТИКОДОНА:
это триплет тРНК, который нужен для комплементарного связывания с кодоном мРНК.
К тРНК с данным антикодоном
способна присоединиться только одна строго определённая аминокислота,
что нужно для обеспечения ОДНОЗНАЧНОСТИ генетического кода,
для выстраивания аминоацилов будущей ППЦ в строго определённом порядке.

Связывание аминокислот с определёнными тРНК
обеспечивают ферменты реакции – аминоацил-тРНК/синтетазы.
Поскольку при реакции ферменты должны распознать аминокислоты и тРНК
и правильно их соединить,
то реакции аминокислот с тРНК называют РЕКОГНИЦИЕЙ («узнаванием») аминокислот.

Активация и рекогниция аминокислот (реакции с тРНК)
считаются ПЕРВЫМ ЭТАПОМ СИНТЕЗА БЕЛКА,
а трансляция считается следующим этапом синтеза белка.

Т р а н с л я ц и я

Когда есть аминоацил-тРНК, мРНК и рибосомы
(малые и большие субъединицы (субчастицы) рибосом),
может происходить соединение аминоацилов в полимер (ППЦ),
то есть синтез ППЦ, то есть сама трансляция.

В рибосоме различают 2 центра – А-центр и П-центр:
аминоацил-тРНК-связывающий центр
и пептидил-тРНК-связывающий центр.
В А и П центрах рибосомы располагаются два соседних кодона мРНК:
в начале трансляции в П-центре – первый кодон мРНК, а в А-центре – второй кодон мРНК,
затем в П-центре – второй кодон, а в А-центре – третий кодон и т.д., то есть
в А-центре – следующий кодон, а в П-центре – предыдущий кодон.

1. ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ.

Самый первый аминоацил-тРНК связывается с первым кодоном мРНК в П-центре рибосомы.
Все последующие аминоацил-тРНК связываются со своими кодонами в А-центре
(поэтому он и называется А-центром).

Самым первым аминоацилом-тРНК (при трансляции) всегда является метиониЛ-тРНК
(у человека и других эукариот).
Стадия трансляции, во время которой происходит
объединение двух субчастиц рибосомы с мРНК,
образование А и П центров рибосомы,
а также соединение антикодона первого аминоацила-тРНК с кодоном мРНК,
называется началом трансляции или ИНИЦИАЦИЕЙ трансляции.

Инициация трансляции – это первая стадия трансляции
и вторая стадия в синтезе белка
(первая стадия синтеза белка – активация и рекогниция аминокислот).

Комплекс из:
двух субъединиц рибосомы,
мРНК
и первого аминоацил-тРНК
называеся комплексом инициации или инициационным комплексом.

Связывание антикодона аминоацила-тРНК
с комплементарным ему кодоном мРНК
ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ МАЛОЙ СУБЧАСТИЦЕЙ рибосомы
и считается ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИЕЙ рибосомы.

2. ЭЛОНГАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ
(2-я стадия трансляции и 3-й этап в синтезе белка).

Определение – стадия трансляции, в ходе которой происходит
присоединение ВСЕХ ОСТАЛЬНЫХ аминоацилов будущей ППЦ (кроме первого),
благодаря которому происходит удлинение (элонгация) ППЦ,
называется элонгацией трансляции;
считается 2-й стадией трансляции и третьей стадией синтеза белка.

Ход элонгации:

После инициации в П-центре рибосомы находится первый аминоацил-тРНК
(антикодон которого связан с первым кодоном мРНК),
а в А-центре рибосомы находится второй кодон мРНК.

2.1. (1-я фаза элонгации)
Ко второму кодону мРНК (в А-центре) комплементарно присоединяется антикодон второго аминоацила-тРНК.
Какой это будет аминоацил-тРНК – зависит от того, каков второй кодон мРНК, а он у всех мРНК разный.
Это присоединение аминоацила-тРНК в А-центре называется ПЕРВОЙ ФАЗОЙ ЭЛОНГАЦИИ. Происходит с затратой ГТФ (не АТФ, как обычно), поэтому ГТФ считается мароэргом синтеза белка.
Присоединение антикодона второго (как и первого, и последующих) аминоацил-тРНК к кодону мРНК осуществляется малой субчастицей рибосомы и считается генетической функцией рибосомы.

2.2. (2-я фаза элонгации)

После этого (то есть после присоединения второго аминоацил-тРНК в А-центре)
первый и второй аминоацилы могут соединиться пептидной связью.

Это происходит так:
Первый аминоацил-тРНК (первый атом УГЛЕРОДА аминоацила)
1) отщепляется от своей тРНК в П-центре,
2) переносится (из П-центра) на второй аминоацил-тРНК
в А-центр (на атом АЗОТА аминоацила)
3) и присоединяется ко второму аминоацил-тРНК пептидной связью (в А-центре
атом C перенесённого аминоацила соединяется c атомом N второго аминоацила),
в результате чего второй аминоацил-тРНК превращается в ДИПЕПТИД(ил)-тРНК
(в А-центре).
После этого в А-центре находится дипептид(ил)-тРНК
связанный со вторым кодоном через антикодон),
а в П-центре – только тРНК
(связанная с мРНК через антикодон).

Все эти события (отщепление, перенос и присоединение пептидной связью)
считаются ВТОРОЙ ФАЗОЙ ЭЛОНГАЦИИ,
которая называется ТРАНСПЕПТИДАЦИЕЙ
(потому что при транспептидации происходит транспорт (перенос) пептида из П центра в А-центр).
Процессы второй фазы элонгации осуществляются БОЛЬШОЙ субчастицей рибосомы
и считаются КАТАЛИТИЧЕСКОЙ функцией рибосомы.

При этом катализ при транспептидации осуществляет рибосомальная РНК, которая относится к рибозимам – каталитически активным РНК (п.80).

2.3. (3-я фаза элонгации)

Далее обе субчастицы рибосомы смещаются вдоль мРНК
ровно НА ОДИН КОДОН.
Это смещение называется ТРАНСЛОКАЦИЕЙ рибосомы
и считается ТРЕТЬЕЙ ФАЗОЙ ЭЛОНГАЦИИ.
Происходит с затратой ГТФ, как и первая фаза.

Благодаря смещению рибосомы на один кодон
дипептид(ил)-тРНК, связанный со вторым кодоном в А-центре,
ОКАЗЫВАЕТСЯ в П-центре
(от кодона мРНК он при этом не отщепляется!).
тРНК из П-центра при этом «уходит»),
а в А-центре оказывается ТРЕТИЙ кодон мРНК,
который готов связать третий аминоацил-тРНК,
если его антикодон окажется комплементарен третьему кодону мРНК.

То есть после третьей фазы опять может происходить 1-я фаза,
но уже при присоединении нового аминоацил-тРНК.
Присоединение каждого нового аминоацила к синтезируемой ППЦ
требует повторения процессов всех трёх фаз.

После присоединения третьего аминоацил-тРНК в А-центре (после 1-й фазы)
на него переносится дипептид из П-центра (2-я фаза),
в результате чего в А-центре появляется трипептид(ил)-тРНК.
После этого рибосома опять смещается вдоль мРНК на один кодон,
в результате чего трипептид(ил)-тРНК оказывается в П-центре, а в А-центре оказывается четвёртый кодон.
Все эти процессы (элонгация) продолжаются до тех пор, пока:

3. ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ
(3-я стадия трансляции, 4-я стадия синтеза белка).

… пока в А-центр после очередного смещения рибосомы
не попадёт не обычный кодон (кодирующий аминокислоту),
а – НЕ кодирующий аминокислоту триплет (стоп-кодон).

Это приводит к прекращению синтеза ППЦ, к остановке трансляции,
поэтому такие триплеты, не кодирующие аминокислоты,
называются стоп-кодонами или терминирующими кодонами.

После этого все участники процесса разъединяются:
субчастицы рибосомы отделяются от мРНК,
синтезированная ППЦ отделяется от тРНК
и подвергается дальнейшим превращениям – см. параграф 83.

Эта стадия трансляции (с момента попадания стоп-кодона в А-центр)
называется ТЕРМИНАЦИЕЙ трансляции (прекращением, окончанием).
Хотя при терминации прекращается (завершается) синтез данной молекулы ППЦ,
на предыдущих участках мРНК рибосомы
может продолжаться синтез других молекул ППЦ,
(из-за чего мРНК с «сидящими на ней» рибосомами называется полисомой).

Для трансляции нужны регуляторные факторы белковой природы.

Трансляция, как и все этапы экспрессии гена, регулируется.