Активация аминокислот это

Активация аминокислот это

244-245

Генетический код, активация аминокислот

А. Генетический код

Большая часть генетической информации, содержащейся в ДНК, кодирует последовательность аминокислот. Процесс экспрессии генетической информации включает транскрипцию «текста», записанного на «языке нуклеиновой кислоты», в текст, записанный на «языке белков». Таково происхождение термина трансляция (дословно — перевод), используемого для обозначения процесса биосинтеза белков. Правила, которым следует трансляция, называют генетическим кодом .

Поскольку в биосинтезе участвуют 20 аминокислот, называемых протеиногенными, «язык» нуклеиновых кислот должен содержать по крайней мере 20 слов ( кодонов ) Однако в аминокислотном «алфавите» имеется только четыре «буквы» (А, Г, Ц и У или Т [или в англ. транскрипции: A, G, С и U или Т*]), так что для получения 20 различных слов каждое должно состоять по крайней мере из трех букв. Кодоны действительно включают три азотистых основания ( триплет нуклеотидов ). На схеме 1 представлен стандартный код ДНК ( последовательность триплетов в некодирующей цепи ), изображенный в виде круга. Схема читается от центра наружу, так что, например, триплет CAT кодирует аминокислоту гистидин. ДНК-кодоны идентичны таковым в мРНК (mRNA), за исключением того, что в мРНК вместо урацила (U), характерного для ДНК, стоит тимин (Т).

В качестве примера прочтения кода на схеме 2 показаны короткие участки нормального и мутантного гена β-глобина вместе с соответствующими последовательностями мРНК и аминокислот. Здесь показаны относительно часто встречающиеся точковые мутации, в результате которых остаток глутаминовой кислоты в положении 6 β-цепи заменен на валин. Такой мутантный гемоглобин в дезоксиформе склонен к агрегации, что вызывает деформацию эритроцитов и уменьшает эффективность транспорта кислорода ( серповидноклеточная анемия ).

В триплетном генетическом коде для 20 аминокислот потенциально существует 4 3 = 64 кодона. Таким образом, большинство аминокислот записывается несколькими кодонами, т. е. генетический код является вырожденным . Кроме того, имеются три триплета, которые обозначают конец транскрипции ( стоп-кодоны ). Еще один специальный кодон, стартовый (инициирующий) кодон, маркирует начало трансляции. Генетический код, показанный на рисунке, является почти универсальным. Этому стандарту не полностью соответствуют только митохондрии (см. с. 212) и некоторые микроорганизмы.

Б. Активация аминокислот

Для каждой из 20 аминокислот имеется соответствующая аминоацил-тРНК-лигаза, которая в цитоплазме соединяет аминокислоту с тPHK(tRNA) (см. с. 88). Этот процесс активации аминокислот осуществляется в две стадии. Сначала аминокислота связывается с ферментом и реагирует с АТФ (АТР), образуя макроэргический смешанный ангидрид — аминоациладенилат. Затем аминоацильный остаток переносится на концевую 3′-ОН-группу концевого остатка рибозы тРНК (другой группой лигаз аминоацил переносится на 2′-ОН-группу). В аминоацил-тРНК карбоксильная группа аминокислотного остатка этерифицируется остатком рибозы 3′-концевого остатка аденозина, входящего в последовательность . ССА-3′.

Точность трансляции зависит, прежде всего, от субстратной специфичности аминоацил-тРНК-лигаз. Корректирующий механизм активного центра лигазы обеспечивает немедленное удаление ошибочно присоединенных аминокислотных остатков. В среднем встречается только одна ошибка на 1300 аминокислотных остатков — поразительно высокая точность «работы», если представить, насколько близки структуры некоторых аминокислот.

В. Asp-тРНК-лигаза (димер)

Процесс активации аминокислот представлен на примере лигазы, специфичной для аспарагиновой кислоты. Молекулы фермента (окрашены в оранжевый цвет) связаны между собой в димер, причем каждая субъединица ассоциирована с одной молекулой тРНК (окрашены в голубой цвет). В активном центре присутствует остаток АТФ (окрашен в зеленый цвет), связанный с 3′-концом тРНК Другой домен белка (слева вверху) отвечает за «узнавание» антикодона тРНК.

* Эти буквы обозначают основания, входящие в нуклеотиды, и происходят от их английских названий: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и урацил (U) или тимин (Т). — Прим. ред.

Активация — аминокислота

Указанная реакция, а следовательно, и суммарная реакция оказывается сильно сдвинутой вправо, в сторону синтеза аминоациладенилата и аминоацил-т РНК, благодаря протеканию реакции гидролиза неорганического пирофосфата, катализируемой пирофосфатазой. Таким образом, тот факт, что в результате реакции активации аминокислоты освобождается пирофосфат, далее гидролизуемый до неорганического орто-фосфата, играет важную роль в энергетическом обеспечении направленности всего процесса. [16]

Здесь следует упомянуть о работах, посвященных механизму синтеза полипептидов. Как предполагается в этих работах, первая стадия переноса аминокислотного остатка к РНК-переносчику заключается в активации аминокислоты при реакции с АТФ. [17]

Читайте также:  Биологические пищевые добавки

Информационные РНК служат матрицамтгдля синтеза различных белковых молекул. Перевод генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот — сложный многостадийный процесс, включающий активацию аминокислот , образование ими комплексов с особым видом РНК ( транспортными РНК, или тРНК), взаимодействие этих комплексов с иРНК, связанной с рибосомой, приводящее в конечном итоге к формированию полипептидной цепи, аминокислотный состав которой изначально запрограммирован в определенном участке ДНК. В осуществлении каждой из стадий, ведущих к синтезу молекулы белка, участвует несколько различных ферментов. [18]

Есть данные, что активность бластицидина состоит в передаче аминокислоты протеину микросом. Доказательством является тот факт, что бластицидин ингибирует передачу С14 аминокислоты рибосомам, но яе активацией аминокислоты и передачей С-аминокислоты растворимой РНК. Это же подтверждает и тот факт, что бластицидин повреждает те растения риса, которые содержат большое количество протеинов РНК. Бластицидин аккумулиру-ет и физические, и химические свойства природной РНК. [19]

Синтез белка представляет собой циклический энергозависимый многоступенчатый процесс, в котором свободные аминокислоты полимеризуются в генетически детерминированную последовательность с образованием полипептидов. В табл. 14.1 обобщены известные к настоящему времени данные о составе белоксинтезирующей системы у про — и эукариот в каждой из 5 стадий синтеза, из которых 3 стадии ( инициация, элонгация и терминация) по аналогии со стадиями синтеза полимерных молекул ДНК и РНК ( см. главу 13) считаются главными и основными, а 2 стадии ( активация аминокислот и постсинтетический процессинг) рассматриваются в качестве дополнительных, вспомогательных стадий синтеза. Более 100 макромолекул участвует в активировании аминокислот и их переносе на рибосомы ( все тРНК, аминоацил-т РНК-синтетазы), более 60 макромолекул входит в состав 70S и 80S рибосом, и около 10 макромолекул, называемых белковыми факторами, принимающих непосредственное участие в системе трансляции. Не разбирая подробно природу других важных для синтеза факторов, рассмотрим механизм индивидуальных путей синтеза белковой молекулы в искусственной синтезирующей системе. [20]

Легко подсчитать число макроэргов, которые расходуются на образование одной полипептидной связи. При активации аминокислот АТФ гидролизуется до АМФ, что эквивалентно затрате двух макроэргов, а инициация трансляции требует один макроэрг ГТФ. В процессе элонгации затрачивается два макроэрга ГТФ: один на доставку аминоацил-т РНК в А-центр рибосомы, а второй — на процесс транслокации. И наконец, на терминацию требуется один макро-эрг ГТФ. [21]

Они катализируют множество реакций: рацемизацию, трансаминирова-ние, декарбоксилирование, реакции замещения и элиминации и являются своего рода универсальными. По-видимому, роль этих коферментов состоит в активации аминокислот , что облегчает их взаимодействие с апоферментом. Мы рассмотрим здесь лишь несколько ферментов из этой группы. Так, L-тирозин — фенол-лиаза ( р-тирозиназа) катализирует реакцию р-элимина-ции, в которой тирозин распадается с образованием пируватаг фенола и аммиака. [23]

Возможность включения отдельных аминокислот в белки была впервые показана после того, как в биохимических исследованиях стали применять аминокислоты, меченные радиоактивным углеродом, тяжелым азотом или радиоактивной серой. Механизм этого процесса тесно связан с биосинтезом белка заново. Аминокислоты перед включением в белок должны быть активированы. Активация аминокислот осуществляется под действием АТФ с образованием аденилатов аминокислот. Включение аминокислот в белки тесно связано с нуклеиновыми кислотами. [24]

Активирование аминокислот на первом этапе биосинтеза приводит к тому, что молекулы их становятся гораздо более активными, более реакционноспособны-ми, что облегчает взаимодействие их друг с другом. В лабораторных условиях, для того чтобы соединить аминокислоты друг с другом, химик должен предварительно активировать их по линии либо карбоксильной, либо аминной группы введением какого-нибудь радикала. Только после этого аминокислоты могут взаимодействовать друг с другом. В организме активация аминокислот происходит иными, более мягкими путями, чем это обычно делает химик. В некоторой степени это вещество нам уже известно, так как это один из обычных нуклеотидов — адениловая кислота ( см. стр. [25]

Далее, по мере изучения этих явлений стало очевидным, что определенные ферменты активируют определенную аминокислоту. Другими словами, для активирования каждой отдельной аминокислоты требуется свой особый специальный фермент. Подобные ферменты активирования аминокислот были обнаружены в препаратах ( рН5 — фракция) из дрожжей и бактерий, а затем были найдены во всех изучавшихся тканях животных и растений. Таким образом, активация аминокислот во всем органическом мире, видимо, осуществляется одними и теми же способами. [26]

Читайте также:  Боковые махи в блочной раме

Получающиеся аминоацил-т РНК поступают в рибосому в качестве субстрата для синтеза белка. Кроме того, энергия химической связи между аминокислотным остатком и тРНК используется для реакции образования пептидной связи в рибосоме. Таким образом, активация аминокислот и образование — аминоацил-т РНК обеспечивают поток как материала, так и энергии для рибосомного синтеза белка. [28]

В 1957 г. Крик [ 37а ] предположил, что для расположения аминокислот в ряд, соответствующий расположению их кодонов в транскрибированной РНК, необходимы специальные адапторные молекулы. Крик считал, что адаптерами могут служить полинуклеотиды. К тому времени в результате химических исследований клеточной РНК было обнаружено, что в клетках на долю РНК с низким молекулярным ве — j сом приходится до 15 % общего количества РНК. В том же году ( 1957) открытие Хоглендом ферментативной активации аминокислот перед их включением в состав белка позволило предположить, что молекулы именно этой низкомолекулярной РНК играют роль постулированных адаптеров. [29]

Функция рибосом состоит, надо полагать, в удержании и — РНК в развернутом состоянии, чтобы все ее кодоны были легко доступны и и — РНК могла бы осуществить свои функции, как матрица. Цепь и — РНК одновременно связывается с несколькими рибосомами, образуя активный структурный элемент для синтеза белка — полисому. В молекуле т — РНК есть два активных участка — антикодон, который соединяется с кодоном и — РНК, и участок с триплетом ЦЦА, связывающимся с активирующим аминокислоты ферментом аминоацил-т — РНК-синтетазой. Эти ферменты специфичны по отношению к соответствующим аминокислотам. В активации аминокислот принимает также участие АТФ. Соединение антикодона т — РНК с кодоном и — РНК происходит только после образования комплекса аминокислота — фермент — т — РНК. Следовательно, из фонда клеточных аминокислот т — РНК выбирает соответствующую своему антикодону аминокислоту и занимает свое место на кодоне и — РНК. [30]

На стадии подготовки к синтезу каждая из 20 протеиногенных аминокислот присоединяется α‑карбоксильной группой к 2’‑ или 3’‑гидроксильному радикалу акцепторного конца соответствующей тРНК с образованием сложноэфирной связи. Эти реакции, происходящие в цитозоле, катализирует семейство аминоацил‑тРНК‑синтетаз (аа‑тРНК‑синтетаз). Каждый фермент этого семейства узнаёт только одну определенную аминокислоту и те тРНК, которые способны связаться с этой аминокислотой. Аминоацил‑тРНК‑синтетазы активируют аминокислоты в 2 стадии. В ходе первой аминокислота присоединяется к ферменту и реагирует с АТФ с образованием богатого энергией промежуточного соединения – аденилата. На второй стадии аминокислотный остаток аминоациладенилата, оставаясь связанным с ферментом, взаимодействует с молекулой соответствующей тРНК с образованием аминоацил‑тРНК. Энергия, заключенная в макроэргической связи аминоацил

тРНК, впоследствии используется на образование пептидной связи в ходе синтеза белка.

Высокая специфичность аа‑тРНК‑синтетаз в связывании аминокислоты с соответствующими тРНК лежит в основе точности трансляции генетической информации. В активном центре этих ферментов есть 4 специфических участка для узнавания: аминокислоты, тРНК, АТФ и четвертый – для присоединения молекулы Н2О, которая участвует в гидролизе неправильных аминоациладенилатов. То есть, в активном центре этих ферментов существует корректирующий механизм, обеспечивающий немедленное удаление ошибочно присоединенного аминокислотного остатка.

Аминокислота, присоединяясь к тРНК, в дальнейшем не определяет специфических свойств аа‑тРНК, её структуру не узнает ни рибосома, ни мРНК. И участие конкретной аминокислоты в синтезе белка зависит только от структуры тРНК, а точнее, от комплементарного взаимодействия антикодона аминоацил‑тРНК с кодоном мРНК. Иными словами, молекулы тРНК в синтезе белка играют роль адапторов, т.е. приспособлений, при помощи которых аминокислоты включаются в определенном порядке в растущую полипептидную цепь.

Читайте также:  Безуглеводная диета видео

Синтез белка у эукариот

В ходе синтеза белка считывание информации с мРНК идет в направлении от 5’‑ к 3’‑концу, обеспечивая синтез пептида от N‑ к C‑концу. События на рибосоме включают этапы инициации, элонгации и терминации (Рис.7.1.).

Инициация

Инициация трансляции представляет собой процесс, в ходе которого происходит образование комплекса, включающего инициирующую метионил‑тРНК (мет‑тРНКi), мРНК и рибосому. В этом процессе участвуют не менее 10 факторов инициации (eIF). Первоначально 40S субъединица рибосомы соединяется с фактором инициации, который препятствует её связыванию с 60 S субъединицей, но стимулирует объединение с мет‑тРНКi, ГТФ и другим фактором инициации. Этот сложный комплекс связывается с 5’‑концом мРНК при участии нескольких eIF, один из которых присоединяется к кэп‑участку. Прикрепившись к мРНК, 40S субъединица начинает скользить по некодирующей части мРНК до тех пор, пока не достигнет инициирующего кодона АУГ кодирующей нуклеотидной последовательности. Скольжение 40S субъединицы по мРНК сопровождается гидролизом АТФ, энергия которого затрачивается на преодоление участков спирализации в нетранслируемой части мРНК.

Достигнув начала кодирующей последовательности мРНК, 40S субъединица останавливается и связывается с другими факторами инициации, ускоряющими присоединение 60S субъединицы и образование 80S рибосомы за счет гидролиза ГТФ. При этом формируются А (аминоацильный) и Р (пептидильный) центры рибосомы, причем в Р‑центре оказывается кодон АУГ с присоединенной к нему мет‑тРНКi.

Элонгация.

На данном этапе полипептидная цепь удлиняется за счет ковалентного присоединения последующих аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определенное положение с помощью соответствующей тРНК.

Это самый продолжительный этап белкового синтеза. В начале данного этапа в Р‑центре находится инициирующий кодон с присоединенной к нему мет‑тРНКi, а в А‑центре – триплет, кодирующий включение следующей аминокислоты синтезируемого белка. Включение каждой аминокислоты происходит в 3 стадии.

аа‑тРНК следующей входящей в белок аминокислоты связывается с А‑центром рибосомы. Включение аа‑тРНК в рибосому происходит за счет энергии гидролиза ГТФ при участии белкового фактора элонгации.

Метионин от инициаторной метионил‑тРНК, находящейся в Р‑центре, присоединяется к α‑NH2‑группе аминоацильного остатка аа‑тРНК А‑центра с образованием пептидной связи. Эта реакция называется реакцией транспептидации и катализируется 28S рРНК большой субъединицы. Это один из примеров РНК, обладающих свойствами ферментов (рибозимов).

Удлиненная на один аминокислотный остаток дипептидил‑тРНК перемещается из А‑центра в Р‑центр в результате транслокации рибосомы. Процесс происходит за счет энергии гидролиза ГТФ и с участием ещё одного фактора элонгации. Свободная от метионина тРНКiMet покидает рибосому, а в область А‑центра попадает следующий кодон.

По завершении третьей стадии элонгации рибосома в Р‑центре имеет дипептидил‑тРНК, а в А‑центр попадает триплет, кодирующий включение в полипептидную цепь новой аминокислоты. Начинается следующий цикл элонгации, в ходе которого на рибосоме снова проходят описанные выше события. Повторение этих циклов по числу смысловых кодонов мРНК завершает весь этап элонгации.

Терминация

Терминация трансляции наступает в том случае, когда в А‑центр рибосомы попадает один из стоп‑кодонов (УАГ, УАА, УГА). Для этих кодонов нет соответствующих тРНК. Вместо них к рибосоме присоединяются 2 белковых фактора терминации (рилизинг‑фактора). Один из них катализирует отщепление синтезированного пептида от тРНК, другой за счет энергии гидролиза ГТФ вызывает диссоциацию рибосомы на субъединицы.

Все освободившиеся компоненты белоксинтезирующей системы используются вновь в очередном цикле. Реакции белкового синтеза протекают по конвейерному типу, они синхронизированы, что обеспечивает максимальную скорость и эффективность процесса.

Почти всегда на одной молекуле мРНК трансляцию осуществляют несколько рибосом, образуя полирибосомы или полисомы. Каждая рибосома в полисоме способна синтезировать полную полипептидную цепь. Образование групп рибосом повыщает эффективность использования мРНК, поскольку на ней может одновременно синтезироваться несколько идентичных полипептидных цепей. Полисомы находятся или в свободном состояни, или в тесной связи с мембранами эндоплазматической сети. мРНК, кодирующие внутриклеточные белки, содержатся преимущественно в свободных полисомах, а мРНК, кодирующие секреторные белки, – в мембраносвязанных.

Дата добавления: 2016-01-30 ; просмотров: 3592 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
Академия т tetramin
TetrAmin от ACADEMY-T TetrAmin — уникальный аминокислотный комплекс, содержащий гидролизат концентрата белка молочной сыворотки и аминокислоты для восстановления организма после...
Steel power пермь
Телефон: Адрес: г. Пермь, ул. Героев Хасана, 105, корп. 17/3 График работы: Бабин Валерий Анатольевич Начальник отдела продаж Серегин Евгений...
Street workout pro
Движение Street Workout широко известно во всем мире - это бренд, несущий социальную миссию. Наша цель - Здоровое и Успешное...
Аквааэробика в ванной
Сколько времени занимает противостояние лишним килограммам-сантиметрам? В идеале этому важному делу нужно посвящать все свободные минуты. Их очень мало? Тогда...
Adblock detector