Биосинтез белка

Кратко: биосинтез белка — это преобразование генетической информации в полипептидную цепь через две стадии: транскрипцию ДНК в РНК и трансляцию РНК в аминокислотную последовательность, которая затем сворачивается и модифицируется в функциональный белок. 1) Основные этапы - Транскрипция: ДНК → мРНК (у эукариот — в ядре, у прокариот — прямо в цитоплазме). В эукариотах мРНК подвергается обработке: убыточная 5'-мечта (кэп), 3'-поли-А хвост, удаление интронов (сплайсинг). - Трансляция: мРНК → полипептид. Происходит на рибосомах и делится на три этапа: инициация, элонгация, терминация. - После трансляции белок сворачивается и может претерпевать посттрансляционные модификации (гликозиляция, фосфорилирование и т.д.) и направляется в нужную клеточнуюCompartment (цитоплазма, ER, митохондрии и т. д.). 2) Трансляция: детали - Рибосомы: прокариоты — 70S (состоит из 50S и 30S); эукариоты — 80S (60S и 40S). Рибосомы распознают старт-кодоны и кодоны мРНК. - ТРНК и аминокислоты: процесс корректируется аминокислотными т azúcar synthetases (аффинисация аминокислот к соответствующим тРНК). В процессе присоединения к растущей полипептидной цепи участвуют энергетически богатые метаболические соединения (ГТФ). - Кодоны и антит codоны: генетический код — триплеты нуклеотидов; старт-кодон AUG кодирует метионин (у прокариот — формилметионин в первых позициях); стоп-кодоны UAA, UAG, UGA завершают синтез. - Инициация: - Прокариоты: малый субъединица 30S узнаёт Shine-Dalgarno последовательность на мРНК; крутится сочетание инициационных факторов; присоединяется первый тРНК, несущий формилметионин. - Эукариоты: мРНК узнаётся через «шапочку» 5'cap и инициационные факторы; поиск старт-кодона сканированием; стартовая метионил-тРНКиИнициация образуют функциональный комплекс. - Элонгация: - Аминокислотная цепь наращивается тРНК, чьи антитcodоны соответствуют очередному кодону мРНК. - Факторы элонгации (EF-Tu/EF-T1, EF-G/EF2 и др.) обеспечивают захват аминокислотвтреску и перемещение по мРНК. - Энергия: каждый шаг элонгации требует ГТФ. - Пептидная связь образуется каталитически рибосомой (рибосомная РНК образует каталитическую активность). - Терминация: - При попадании стоп-кодона в место A происходит распознавание фактором высвобождения (release factor), полипептид освобождается, рибосома разбирается на субединицы. 3) Специфические детали - Shine-Dalgarno в прокариотах и Казак-мотивы в эукариотах помогают распознаванию начала трансляции. - В эукариотах типично кап-зависимое сканирование от 5' конца к старт-кодону (иногда используют IRES). - В прокариотах часто начинается с формилметионина (fMet) — далее цепь может начинаться без него в других контекстах. - Вариабельность: существуют вариации in initiation (например, внутренние IRES) и регуляция транслляции через структуры мРНК ( hairpins, upstream AUGs). 4) Где происходит и какие различия - Прокариоты: транскрипция и трансляция Coupled (одновременные процессы). Рибосомы, чаще на свободных полисомы; отсутствие ядерной мембраны. - Эукариоты: транслacja редко начинается до завершения транскрипции, обработанная мРНК покидает ядро; белки идут в цитоплазму или секреторную систему через ER/Гольджи; старт через 5' cap и сканирование, кооперирование с казак-секвенсом. - Митохондрии и пластиды: имеют свои рибосомы и свои генетические коды (частично различаются от клеточного кода). 5) Посттрансляционные модификации и направление - Фолдинг: молекулярные шаперы (Hsp70, груффионы GroEL/GroES) помогают сворачиванию. - Модификации: фосфорилирование, гликозилирование, окисление, сигнальные пептиды для транспорта в секреторную систему. - Таргетинг: сигнальные пептиды направляют белки в ER и далее в секреторную систему, в митохондрии, пероксисомы и т. д. 6) Регуляция и биологический контекст - Регуляция на уровне транскрипции (операоны у бактерий, транскрипционные факторы), на уровне трансляции (ИФs и регуляторные структуры мРНК), на уровне стабильности мРНК. - Энергетика процесса: каждый удельный аминокислотный шаг требует ГТФ; инициация и терминация — отдельные энергозатраты. - В клеточных процессах: насыщение синтезом белка во время роста клеток, ответ на стресс и сигналы (например, синтез специфических белков при стрессовых условиях). 7) Короткие вопросы для повторения - Какой стартовый кодон у эукариот и у прокариот, и чем он отличается по функции? - Что делает Shine-Dalgarno последовательность? - Какие три фазы трансляции и какие факторы участвуют в каждой? - В чем различие между кап-подобной обработкой мРНК у эукариот и отсутствием таковой у прокариот? - Какие функции выполняют посттрансляционные модификации? Если хотите, могу привести примеры задач на тему: сравнить трансляцию в эукариотах и прокариотах, расписать конкретный путь полипептида от гена до секретируемого белка, или разобрать схему регуляции синтеза белка в стрессовых условиях.