Инициация трансляции

Инициация трансляции - это серия молекулярных событий, происходящих с рибосомой, которая приводит к взаимодействию рибосомы с началом кодирующей нуклеотидной последовательности мРНК и последующему считыванию (трансляции) этой последовательности.

У E.coli трансляция начинается с образования комплекса между малой субъединицей, мРНК, заряженной тРНК, GTP, неорганическим магнием (Mg2+) и тремя факторами инициации (IF), усиливающими сродство (аффинность) различных компонентов трансляционного комплекса.

Инициирующим кодоном мРНК у прокариот является AUG, соответствующий модифицированной аминокислоте — формилметионину (fmet). Метионин, присоединяемый к инициаторной тРНК, подвергается формилированию по NH2-группе. Этот процесс катализирует трансформилаза, использующая N(10)-формилтетрагидрофолат в качестве донора формильной группы. Инициаторная аминоацил-тРНК имеет структурные особенности, которые распознаются фактором инициации IF2, доставляющим инициаторную аминоацил-тРНК к формирующемуся инициаторному комплексу.

Способность рибосомы к трансляции матричного полинуклеотида (мРНК) и направляемому ей синтезу полипептидной цепи белка не обеспечивает пути вхождения в эти процессы. Синтез полипептида требует присутствия предобразованной пептидил-тРНК в качестве одного из субстратов реакции транспептидации. Другими словами, донорный субстрат должен присутствовать в рибосомном Р-участке, чтобы далее удлиняться за счет присоединения следующего аминоацильного остатка. Но когда рибосома начинает трансляцию, никакого пептида и соответствующего донорного субстрата в виде пептидил-тРНК в рибосоме еще нет.

Для того чтобы решить эту проблему и запускаются специальные механизмы инициации: специальная инициаторная аминоацил-тРНК во взаимодействии со специальными белками (факторами инициации) связывается со специальным инициирующим участком мРНК на рибосоме. При этом связывающаяся инициаторная аминоацил-тРНК поступает именно в Р-участок рибосомы, что позволяет ей служит в качестве донорного субстрата в образовании первой пептидной связи. Таким образом, инициаторная аминоацил-тРНК в Р-участке рибосомы имитирует пептидил-тРНК, что и позволяет решить трудность начала элонгации пептида. У прокариотических организмов (бактерий) инициаторная аминоацил-тРНК похожа на пептидил-тРНК также и химически: ее аминогруппа формилирована, то есть связана с формильной группой амидной связью. Итак, введение донорного субстрата в Р-участок рибосомы и есть одна из основных функций механизма инициации трансляции.

Инициация трансляции означает не просто начало синтеза полипептидной цепи, то есть элонгационного процесса. Инициация — это также и начало считывания мРНК, которое должно всегда осуществляться со строго фиксированной определенной точки матричного полинуклеотида. Это начало считывания - никогда не начало полинуклеотидной цепи мРНК (то есть не ее 5'-конец), а всегда находится несколько или даже много отступя от начала цепи. Следовательно, требуется механизм точного узнавания первого кодона на мРНК, чтобы начать синтез полипептида именно с его первого аминокислотного остатка.

Узнавание рибосомой стартовой точки трансляции мРНК должно быть очень точным еще по одной причине. Рибосома читает кодоны мРНК строго последовательно, триплет за триплетом, и это устанавливает так называемую рамку или фазу считывания. Никаких "пробелов" или "запятых" между триплетами нет: их правильное считывание определяется только изначально заданной триплетной рамкой. Поэтому начало потриплетного считывания одним нуклеотидом раньше или одним нуклеотидом позже привело бы к сдвигу рамки, а тем самым не только к утрате первой аминокислоты пептида, но и к полной бессмысленности всей остальной аминокислотной последовательности. Таким образом, строгое, безошибочное нахождение рибосомой первого кодона определяет и старт, и рамку трансляции мРНК, и это есть еще одна фундаментальная функция механизма инициации.

Наконец, третий важнейший аспект при рассмотрении функциональной значимости механизма инициации - это его ключевая роль в регуляции биосинтеза белка на уровне трансляции. Именно инициация является точкой приложения регуляторных механизмов, определяющих интенсивность трансляции различных мРНК и, следовательно, продукцию соответствующих белков в клетке, а также прекращение трансляции под действием определенных внутриклеточных сигналов или, наоборот, индукцию трансляции прежде "молчавших" мРНК. Регуляция биосинтеза белка на уровне трансляции может быть рассмотрена как разрешение или запрещение инициации на данной мРНК. Этим путем достигается избирательная или преимущественная трансляция лишь определенных мРНК и, наоборот, трансляционная инактивация других мРНК. Кроме того, различные скорости инициации на различных мРНК определяют необходимые соотношения продукции разных белков.

Пути инициации трансляции

Имеются два способа, два пути поиска стартовой точки трансляции на мРНК в живой природе. У высших организмов - эукариот - рибосомная частица, как правило, сначала присоединяется к 5'-концу мРНК, а затем движется вдоль цепи мРНК и сканирует ее, пока не встретит инициирующий кодон (рис. 1, вверху). Этот способ получил название терминальной инициации. Для осуществления этого пути эукариотические клетки обладают набором специальных мРНК-связывающих белков, помогающих рибосомной частице узнать 5'-конец мРНК и далее двигаться вдоль цепи мРНК, и в том числе расщеплять АТФ и использовать энергию ее расщепления для расплетания вторичной структуры мРНК и движения.

Другой путь - так называемая внутренняя инициация (рис. 1, внизу) используется главным образом одноклеточными прокариотическими организмами. В этом случае рибосомная частица ассоциирует непосредственно с локальной структурой мРНК, содержащей инициирующий кодон независимо от 5'-конца мРНК и его удаленности от начала кодирующей последовательности. Так как у прокариот очень часто одна длинная полинуклеотидная цепь мРНК содержит несколько кодирующих последовательностей для различных белков (полицистронные мРНК), то этот способ обеспечивает инициацию трансляции сразу нескольких кодирующих последовательностей внутри такой мРНК более или менее независимо друг от друга.

Следует отметить, что в некоторых специальных случаях эукариоты тоже могут использовать путь внутренней инициации. Так, мРНК, кодирующие некоторые регуляторные белки, необходимые для эмбрионального развития, транслируются, по-видимому, через внутреннюю инициацию. Наиболее изученный пример внутренней инициации у эукариот - трансляция мРНК некоторых малых вирусов (так называемых пикорнавирусов) при инфекции ими человеческой или животной клетки. Такие мРНК имеют специальные внутренние структуры, привлекающие рибосомные частицы хозяйской клетки и связывающие их, после чего происходит инициация трансляции в точке этого связывания.

Рис. 1. Схематическое представление двух способов выхода рибосомной частицы (малой рибосомной субчастицы) на стартовую позицию трансляции мРНК: способ терминальной инициации, свойственный эукариотам (вверху), и способ внутренней инициации, используемый в основном прокариотами (внизу).

Последовательность действий при инициации трансляции

Диссоциация рибосомы на составляющие ее субчастицы, малую и большую является необходимой предпосылкой для инициации трансляции. На самом деле тенденция к диссоциации рибосом наблюдается сразу после того, как рибосома дочитала кодирующую последовательность мРНК и терминировала - окончила синтез полипептида. После терминации рибосомные субчастицы становятся слабо ассоциированными друг с другом (и с мРНК) и скорее находятся в динамическом равновесии с ассоциированной формой, чем в прочной ассоциации (рис. 2, вверху). Специальные белки вмешиваются в это равновесие таким образом, что, связываясь со свободной малой рибосомной субчастицей (30S в случае прокариот или 40S в случае эукариот), препятствуют ее реассоциации с большой субчастицей и тем самым сдвигают равновесие в сторону диссоциации. Именно свободная малая рибосомная субчастица, а не целая рибосома вовлекается в дальнейший процесс инициации.

Рис. 2. Последовательность событий в процессе инициации трансляции.

1. Свободная малая субчастица рибосомы имеет сродство факторам инициации или IF (Initiation Factors). Таких белков у прокариот три, а у эукариот - целая дюжина, и обозначаются они как IF1, IF2, IF3 и т.д. Из них будут рассмотрены два главных фактора инициации, взаимодействующие с малой рибосомной субчастицей и сопровождающие ее в процессе инициации, - это белки IF2 и IF3 (при обозначении эукариотических факторов инициации часто используют префикс е - еIF2 и еIF3). Белок IF3 первым вступает в дело: именно он ввиду сильного сродства к свободной малой субчастице связывается с ней и выводит ее из равновесной реакции ассоциации с большой рибосомной субчастицей (рис. 2, шаг 1 ), поэтому этот белок иногда называют также фактором диссоциации.

Другие факторы инициации, включая IF2, также садятся на свободную малую субчастицу, особенно после ее ассоциации с IF3, и далее сопровождают ее в ходе дальнейших событий инициации вплоть до присоединения большой субчастицы. Такие свободные субчастицы, нагруженные факторами инициации и не ассоциирующие в полные рибосомы, иногда называют нативными субчастицами (в отличие от "производных" субчастиц, получаемых в результате искусственной диссоциации полных рибосом, например при понижении концентрации ионов магния в растворе). Однако белку IF2 принадлежит особая роль: он хоть и может находиться на свободной малой субчастице, но главную функцию начинает выполнять лишь на последующих стадиях инициации, при взаимодействии с гуанозин-трифосфатом (ГТФ) и инициаторной аминоацил-тРНК.

2. Дальнейшие события инициации могут идти двумя путями: либо нативная малая субчастица сначала садится на мРНК, а затем связывает инициаторную аминоацил-тРНК в комплексе с IF2 и ГТФ (рис. 2, шаги 2 и 3, левый путь), либо к малой субчастице сначала присоединяется инициаторная аминоацил-тРНК с IF2 и ГТФ, а затем этот комплекс ассоциирует с мРНК (рис. 2, шаги 2 и 3, правый путь). Считается, что оба пути могут сосуществовать в клетке или бесклеточной системе трансляции. В обоих случаях достигается один и тот же результат: образуется так называемый инициаторный комплекс, состоящий из малой рибосомной субчастицы, мРНК, инициаторной аминоацил-тРНК и инициаторных факторов.

Взаимодействие рибосомной частицы с мРНК в прокариотах и эукариотах происходит по-разному. Малая субчастица всегда обладает некоторым собственным сродством к любому матричному полинуклеотиду, может сесть на него и скользить вдоль него, а затем диссоциировать и снова лабильно реассоциировать. У прокариот малая рибосомная субчастица с факторами инициации имеет повышенное сродство к специальному внутреннему (неконцевому) участку мРНК, называемому инициаторным, или рибосомосвязывающим участком. Поэтому, когда субчастица путем "проб и ошибок" (за счет лабильной ассоциации, скольжения, диссоциации и реассоциации) оказывается в контакте с этим участком мРНК, она закрепляется там. Если рибосомная субчастица еще не была связана с инициаторной аминоацил-тРНК, то она на этом месте ждет ее прихода. Приход инициаторной аминоацил-тРНК в этом случае (рис. 2, шаг 3, левый путь) сопровождается взаимодействием инициаторного кодона, находящегося в данном рибосомосвязывающем участке мРНК, с антикодоном аминоацил-тРНК. Если реализуется альтернативный путь - рибосомная частица, уже несущая на себе инициаторную аминоацил-тРНК, связывается с инициаторным участком мРНК (рис. 2, шаг 3, правый путь), то антикодон инициаторной аминоацил-тРНК участвует в закреплении рибосомной частицы на данном участке за счет кодон-антикодонового взаимодействия. Таким образом, в обоих случаях малая рибосомная субчастица оказывается точно установленной на начале кодирующей последовательности мРНК.

У эукариот малая рибосомная субчастица с факторами инициации ("нативная" субчастица) имеет большое сродство к 5'-концевому участку мРНК и, как правило, ассоциирует с ним. Считается, что эукариотическая малая субчастица взаимодействует с инициаторной аминоацил-тРНК преимущественно до ассоциации с мРНК, то есть идет в основном по правому пути рис. 2. Связавшись с 5'-концом мРНК и неся на себе инициаторную аминоацил-тРНК и факторы инициации, малая рибосомная субчастица начинает двигаться от 5'-конца по направлению к 3'-концу (вниз по течению) и сканировать нуклеотидную последовательность мРНК, потребляя энергию АТФ. В АТФ-зависимом расплетании вторичной структуры мРНК и сканировании первичной структуры ей помогает специальный эукариотический фактор инициации eIF4, обладающий АТФазной и хеликазной (спиралерасплетающей) активностью. Когда сканирующая рибосомная частица встречается с инициаторным кодоном, антикодон инициаторной аминоацил-тРНК взаимодействует с ним, и сканирование прекращается: рибосомная частица нашла начало кодирующей последовательности мРНК.

В качестве инициирующего кодона в большинстве случаев выступает триплет AUG; у эукариот он практически единственный инициаторный кодон, а у прокариот 90% всех кодирующих последовательностей начинаются с него. Однако некоторая часть прокариотических мРНК инициирует трансляцию на других триплетах - GUG, реже UUG и совсем редко на некоторых других. Очевидно, что у прокариот способность некоторых триплетов быть инициирующими определяется их положением в инициаторном, или рибосомосвязывающем участке мРНК. Эти же триплеты, когда они встречаются в кодирующей последовательности в ходе элонгации, кодируют ту или иную аминокислоту: AUG - метионин, GUG - валин, UUG - лейцин.

Инициаторная аминоацил-тРНК всегда метионил-тРНК, как у прокариот, так и у эукариот. Однако у прокариот ее аминогруппа блокирована формильным остатком, так что она представляет собой формил-метионил-тРНК. Ее антикодон всегда CAU, так что он полностью комплементарен кодону AUG и частично комплементарен другим возможным инициаторным кодонам прокариот (например, GUG и UUG):

Структура остатка тРНК молекулы инициаторной метионил-тРНК несколько отличается от структур других - элонгаторных тРНК, в том числе и от структуры элонгаторной метионил-тРНК, что и делает ее функцию в качестве инициатора трансляции уникальной. Особенности структуры инициаторной метионил-тРНК обеспечивают ее специфическое комплексирование с белком IF2 при наличии ГТФ (ГТФ, присоединяясь к белку, наводит сродство белка к инициаторной метионил-тРНК). Универсальность инициации с участием инициаторной метионил-тРНК приводит к тому, что всегда и везде любая полипептидная цепь, синтезируемая на рибосоме, начинается с метионина. Лишь потом, в ходе трансляции или после нее, этот концевой метионин может отщепиться специальной протеазой, что и происходит в большинстве случаев.

3. Итак, по завершении трех описанных выше шагов процесса инициации (рис. 2, шаги 1-3 ) малая рибосомная субчастица оказывается сидящей на инициирующем кодоне - стартовом триплете кодирующей последовательности мРНК со связанной инициаторной метионил-тРНК, своим антикодоном взаимодействующей с инициирующим кодоном, и с набором факторов инициации; при этом фактор инициации IF2 несет на себе нерасщепленную молекулу ГТФ и взаимодействует с инициаторной метионил-тРНК. На этом этапе в процесс включается свободная большая рибосомная субчастица (рис. 2, шаг 4 ). Она, ассоциируя с малой субчастицей и взаимодействуя со связанным IF2, наводит ГТФазную активность на IF2, в результате чего ГТФ гидролизуется на ГДФ и ортофосфат, сродство IF2 к инициаторной метионил-тРНК теряется и IF2 с ГДФ легко вытесняются из рибосомы. При этом инициаторная метионил-тРНК после ухода IF2 оказывается в Р-участке рибосомы. Большая субчастица при ассоциации с малой субчастицей вытесняет и все другие факторы инициации, включая IF3. В итоге образуется полная 70S (у прокариот) или 80S (у эукариот) рибосома с Р-участком, занятым инициаторной метионил-тРНК, и с вакантным А-участком.

За этим завершающим шагом процесса инициации начинаются образование и элонгация пептида: вакантный А-участок принимает первую элонгаторную аминоацил-тРНК в комплексе с фактором элонгации EF1 и ГТФ, после чего ГТФ гидролизуется, EF1 с ГДФ уходят из рибосомы, а элонгаторная аминоацил-тРНК, связанная в А-участке, остается бок о бок с инициаторной метионил-тРНК, связанной в Р-участке (рис. 2, шаг 5 ). В результате аминоацил-тРНК получает возможность реагировать с инициаторной метионил-тРНК в реакции транспептидации, катализируемой большой субчастицей рибосомы.

Met-tRNAi + Aa-tRNAe Met-Aa-tRNAe + tRNAi .

Так образуется первая пептидная связь.

Последовательность событий инициации, разыгрывающихся сначала только на малой рибосомной субчастице, а затем в полной рибосоме с участием большой рибосомной субчастицы, схематически представлена на рис. 3. Следует еще раз указать на два важных момента. Здесь последовательность событий дана в соответствии с левым путем рис. 2: сначала малая субчастица связывает мРНК, а затем инициаторную метионил-тРНК. Это классическая последовательность событий для прокариот. Однако инициаторная метионил-тРНК может также связываться с малой субчастицей до связывания мРНК в соответствии с правым путем на рис. 2. У эукариот реализуется, по-видимому, в основном правый путь. Второй момент - это свойственное эукариотам сканирование мРНК малой рибосомной субчастицей, сопровождающееся расплетанием спиралей мРНК и гидролизом АТФ, на стадии, непосредственно предшествующей присоединению большой рибосомной субчастицы.

Рис. 3. Схема, демонстрирующая участие двух рибосомных субчастиц — малой (желтая) и большой (красная) — в процессе инициации трансляции. A и P — два участка связывания тРНК. Цифрами обозначены соответсвующие факторы инициации (IF2, IF3). Инициаторная тРНК изображена в виде зеленой фигуры с кружком (метионином) на акцепторном конце, мРНК показана синей линией.

Элонгация трансляции

Элонгация - это и есть собственно трансляция кодирующей последовательности мРНК рибосомой. Она имеет два аспекта: генетический (сканирование значащих кодонов мРНК) и биохимический (синтез полипептидной цепи).

В собранной из двух субъединиц рибосоме есть два сайта для заряженных тРНК: P-сайт (пептидильный) и A-сайт (аминоацильный). Если триплет AUG находится в нужной позиции, то инициаторная тРНК связывается с P-сайтом на малой субъединице.

Последовательность второго триплета мРНК определяет, какая тРНК свяжется с A-сайтом. После связывания соответствующей тРНК с этим сайтом пептидилтрансфераза, входящая в состав большой субъединицы рибосомы, катализирует образование пептидной связи между двумя аминокислотами. Одновременно происходит гидролиз ковалентной связи между аминокислотой и тРНК, связанной с P-сайтом. В результате образуется дипептид, присоединенный к 3'-концу тРНК, находящейся в A-сайте.

После того как произошла инициация трансляции, рибосома осуществляет прочный комплементарный контакт связанных с ней молекул аминоацил-тРНК - инициаторной метионил-тРНК в Р-участке рибосомы и первой "элонгаторной" аминоацил-тРНК в А-участке - с двумя смежными триплетами (кодонами) мРНК (рис. 4, а ). В таком состоянии происходит реакция транспептидации между этими двумя аминоацил-тРНК, результатом чего является образование дипептидил-тРНК, связанной с триплетом (кодоном) в А-участке рибосомы (рис. 4, б ). При последующей транслокации остаток тРНК этой молекулы дипептидил-тРНК двигается из А-участка в Р-участок, таща за собой связанный с ней триплет мРНК (рис. 4, в ). В итоге цепь мРНК протаскивается относительно рибосомы ровно на один триплет нуклеотидов, и теперь в А-участке устанавливается смежный с предыдущим триплет нуклеотидов, то есть следующий кодон.

Рис. 4. Элонгация пептида на рибосоме: а — инициаторная аминоацил-тРНК (Met-tRNAi) находится в P-участке, и первая элонгаторная аминоацил-тРНК (в данном случае Val-tRNAval, соответсвующая следующему кодону GUG, приходит в A-участок; б — транспептидация приводит к переносу аминокислотного остатка (Met) от инициаторной тРНК на аминоацил-тРНК в A-участке: образуется дипептидил-тРНК (MetVal-tRNAval); в — транслокация перемещает тРНК из А-участка в Р-участок, и эта тРНК увлекает за собой связанный с ней (комплементарный) кодон мРНК. Таким образом, мРНК оказывается сдвинутой относительно рибосомы на один триплет нуклеотидов, и в А-участке устанавливается очередной кодон (CUG); г — аминоацил-тРНК, комплементарная этому кодону (Leu-tRNAleu), связывается с А-участком; д — транспептидация переносит дипептид на аминоацил-тРНК в А-участке: образуется трипептидил-тРНК (MetValLeu-tRNAleu); е — транслокация перемещает тРНК из А-участка в Р-участок, что приводит к сдвигу мРНК еще на один триплет. В А-участке устанавливается новый кодон (UCU). Далее процесс продолжается по описанной выше схеме (г >> д >> е).

Далее события происходят аналогичным образом:

1. аминоацил-тРНК, соответствующая (комплементарная) вновь установленному в А-участке кодону, связывается из окружающей рибосому среды с этим кодоном в А-участке (рис. 4, г );
2. дипептидил-тРНК в Р-участке реагирует с новоявленной аминоацил-тРНК в А-участке путем транспептидации, что приводит к образованию трипептидил-тРНК в А-участке (рис. 4, д );
3. транслокация перебрасывает остаток тРНК молекулы трипептидил-тРНК из А-участка в Р-участок вместе со связанным с ней триплетом мРНК (рис. 4, е ). За этим следует аналогичный ряд событий (1-3), начинающийся с комплементарного связывания очередной аминоацил-тРНК с новым кодоном в А-участке.

Каждый раз вслед за связыванием аминоацил-тРНК с А-участком рибосомы происходит реакция транспептидации между этой аминоацил-тРНК (акцепторный субстрат) и сидящей в Р-участке молекулой пептидил-тРНК (донорный субстрат). Реакция приводит к замещению остатка тРНК в молекуле пептидил-тРНК на остаток аминоацил-тРНК, так что аминогруппа аминоацил-тРНК образует пептидную связь с карбоксильной группой пептидильного остатка:

NH2CH(CH2CH2SCH3)CO-NHCH(R')CO-tRNA' + NH2CH(R")CO-tRNA" >> NH2CH(CH2CH2SCH3)CO-NHCH(R')CO-NHCH(R")CO-tRNA" + tRNA'

Таким образом, в процессе элонгации в каждом шаге прочитывания триплета и транспептидации новый аминокислотный остаток добавляется к карбоксильному концу (или С-концу) пептида. Другими словами, рост пептида в рибосоме идет от N-конца к С-концу.

В цитоплазме есть два белковых фактора элонгации. Они являются G-белками, которые в комплексе с молекулой GTP связываются с рибосомами. Оба белка представляют собой GTPазы. На рибосоме они гидролизуют связанную молекулу GTP до GDP и Pi; освобождение последнего вызывает конформационные изменения в данных белках. В комплексе с GDP они отсоединяются от рибосомы. В цитоплазме GDP обменивается на GTP, и факторы готовы участвовать в следующем этапе элонгации. Этими двумя факторами являются EF-Tu (нетермостабильный фактор элонгации, elongation factor temperature unstable) и EF-G. Задача EF-Tu состоит в доставке аминоацил-тРНК к рибосоме. Как только аминоацильная группа добавится к растущему пептиду, EF-G способствует продвижению рибосомы по мРНК в направлении 5'-3' к следующему кодону. Эти два фактора попеременно двигаются по рибосоме в GTP-связанном состоянии, выполняют свои задачи и отсоединяются в GDP-связанном состоянии, чтобы затем повторно участвовать в последующих раундах элонгации.

Аминоацил-тРНК образуют комплекс с фактором элонгации EF-Tu, связанным с молекулой GTP. Комплекс EF-Tu-GTP-аминоацил-тРНК связывается с рибосомой таким образом, что аминоацил-тРНК занимает А-участок, а ее антикодон располагается у кодона мРНК. EF-Tu-GTP не связывается с fMet-тРНКf (инициаторной тРНК), а взаимодействует только с аминоацил-тРНК, участвующими в элонгации. На рибосоме EF-Tu, обладающий GTPазной активностью, гидролизует связанную молекулу GTP до GDP и Pi, высвобождая последний. Это служит сигналом для отделения EF-Tu от аминоацил-тРНК вследствие аллостерических изменений, а EF-Tu-GDP покидает рибосому для регенерации в ходе обмена GDP-GTP в цитоплазме.

Пространственная структура домена IV полипептидной цепи фактора элонгации EF-G имитирует структуру тРНК в ее комплексе с другим фактором элонгации EF-Tu. При этом структура соответствующей части полипептидной цепи EF-G напоминает форму антикодоновой петли тРНК в комплексе с фактором элонгации, ее положение относительно коровой части EF-Tu и даже распределение электростатических зарядов на поверхности полипептида, которое соответствовало таковому углевод-фосфатного остова тРНК. Это открытие позволяет по-новому смотреть на механизм действия EF-G в процессе трансляции. Такого рода данные позволили предположить, что домен IV фактора EF-G занимает во время некоторых этапов транслокации ту же часть А-участка рибосом, что и тРНК.

Аминоацильные группы на двух молекулах тРНК, расположенных в P- и A-участках, находятся вблизи рибосомной пептидилтрансферазы, которая катализирует перенос fMet от тРНК, расположенной в P-участке, на свободную аминогруппу аминоацил-тРНК в А-участке, образуя дипептид, присоединенный к тРНК.

После синтеза первой пептидной связи А-участок заполнен пептидил-тРНК (тРНК, несущая растущую полипептидную цепь), а P-участок содержит ненагруженную тРНК. Рибосома передвигается на один кодон вдоль мРНК (этот процесс называется транслокацией). Освободившаяся от аминокислоты первая тРНК проходит через третий, E-сайт (от exit — выход), т.е. комплекс мРНК-тРНК-аминокислота 2-аминокислота 1 продвигается в направлении к P-сайту на один шаг, равный трем нуклеотидам. Для движения рибосомы по мРНК необходим фактор EF-G (транслоказа) и энергия, которая освобождается при гидролизе GTP. В результате, уже третий триплет мРНК перемещается в A-сайт, акцептируя соответствующую аминоацил-тРНК. После одного сдвига, или шага рибосомы, в P-сайте находится тРНК с растущей полипептидной цепью, а в A-сайте — тРНК с аминокислотой.

У прокариотических организмов (бактерий), где ДНК не отделена мембраной от цитоплазмы и присутствующих там рибосом, последние начинают трансляцию на цепях мРНК, еще находящихся в стадии роста на комплексах ДНК с РНК-полимеразами (рис. 5). Другими словами, молекулы РНК-полимеразы ползут по ДНК и синтезируют цепи мРНК, начиная от 5'-конца РНК в направлении к 3'-концу, а рибосомы присоединяются к свешивающимся с полимераз 5'-концевым участкам, инициируют трансляцию и двигаются в процессе элонгации по направлению к молекуле полимеразы. Это явление получило название сопряженной транскрипции-трансляции. В бактериальных клетках скорость синтеза РНК (транскрипции) - около 30-45 нуклеотидов в секунду при 37°С - строго координирована со скоростью трансляции - около 10-15 триплетов в секунду, так что один триплет нуклеотидов синтезируется приблизительно за то же время, за которое он прочитывается и образуется одна пептидная связь. Таким образом, сопряжение транскрипции и трансляции у прокариот осуществляется как в пространстве (комплекс ДНК : РНК-полимераза: мРНК), так и во времени (координация скоростей транскрипции и трансляции).

Рис. 5. Сопряженная транскрипция-трансляция у прокариот.

У эукариот сопряжение транскрипции и трансляции невозможно. Во-первых, ДНК (хромосомы) эукариот отделены от цитоплазмы, содержащей рибосомы, ядерной мембраной. Эукариотическая мРНК синтезируется полностью в клеточном ядре, а лишь затем транспортируется из ядра в цитоплазму, где и встречается с рибосомами. Во-вторых, для инициации трансляции мРНК эукариотическими рибосомами требуется не только 5'-концевая часть мРНК, но и готовая 3'-концевая часть, являющаяся "усилителем" инициации. В отличие от бактерий скорость элонгации у эукариот варьирует в широких пределах, обычно от 1 до 10 триплетов в секунду, в зависимости от типа клеток, их физиологического состояния и природы транслируемой мРНК, будучи регулируема с помощью каких-то пока неизвестных клеточных механизмов.

Итак, точкой роста пептида в рибосоме является его С-конец и, следовательно, в течение роста пептида его N-конец все более отодвигается от точки роста, то есть от пептидилтрансферазного центра рибосомы. Довольно скоро N-концевой сегмент растущего пептида высовывается из рибосомы в окружающую ее среду. Показано, что рибосома может вмещать не более чем 10-30 аминокислотных остатков растущего полипептида, считая от его С-конца или пептидилтрансферазного центра. Как правило, полные полипептидные цепи синтезируемых рибосомой белков состоят из 100-300 и более аминокислотных остатков. Это значит, что через какое-то время после начала трансляции N-концевая часть растущего полипептида оказывается вне рибосомы и затем по мере роста полипептида все большая часть его свешивается с рибосомы в среду.

Поскольку рибосому окружает физиологическая среда, а не денатурирующий раствор, полипептидная цепочка в такой среде не может оставаться в виде развернутой цепи: ее гидрофобные боковые группы взаимодействуют друг с другом, а гидрофильные - с окружающей водой и ионами. Это создает условия для сворачивания, компактизации и самоорганизации внерибосомной части растущего полипептида в пространственную (вторичную и третичную) структуру. Следовательно, сворачивание полипептида в компактную структуру происходит по мере его роста, то есть в течение трансляции, а значит, тоже полярно, от N-конца к С-концу. Такое постепенное полярное сворачивание растущей полипептидной цепи на рибосоме обозначается как котрансляционное формирование структуры белка (котрансляционное сворачивание). Рис. 6 иллюстрирует это на примере котрансляционного формирования глобулярной структуры глобина - субъединицы гемоглобина, кислородпереносящего белка крови.

Рис. 6. Котрансляционное сворачивание растущей цепи глобина на рибосоме: а — формирование начальных спиральных участков в растущей полипептидной цепи до момента связывания гема; б — формирование спиралей E и F, связывание гема между ними и складывание цепи в третичную структуру; в — дальнейший рост цепи и завершение формирования вторичной и третичной структуры глобина на рибосоме.

В некоторых случаях белок, синтезируемый рибосомой, не предназначен для немедленного использования в клеточной цитоплазме, а должен быть сначала транспортирован через мембрану либо вне клетки, либо в одну из внутриклеточных органелл (например, в митохондрию или хлоропласт). Транспорт белков через мембрану требует несвернутого состояния их полипептидной цепи. В таких случаях используются две альтернативные стратегии:

1. рибосомы, синтезирующие белок, предназначенный для транспорта через мембрану, сами сидят на мембране (мембраносвязанные рибосомы), и растущий полипептид в развернутом виде поступает из них непосредственно в мембрану;
2. свободные (не прикрепленные к мембране) рибосомы цитоплазмы синтезируют полипептидную цепь, которая по мере выхода из рибосомы взаимодействует со специальными белками - молекулярными шаперонами. Шапероны препятствуют полному сворачиванию белка в компактную структуру и поддерживают его недосвернутое состояние в растворе. После освобождения из рибосомы эти недосвернутые белки взаимодействуют с мембраной и транспортируются через нее. Поддержание недосвернутого состояния белков шаперонами может требоваться также и для интеграции этих белков в надмолекулярные структуры клетки, для сборки четвертичных структур сложных белков, для вступления в комплексы с некоторыми лигандами и т.п. В этих случаях белки досворачиваются уже в составе указанных структур и комплексов.

Терминация трансляции

Сканируя цепь мРНК по триплетам и соответственно удлиняя полипептидную цепь, транслирующая рибосома доходит до конца кодирующей последовательности и встречается с одним из трех триплетов, не кодирующих аминокислоты и обозначаемых как стоп-кодоны, или кодоны терминации - UAG, UAA или UGA. В результате завершающей транслокации полипептидил-тРНК оказывается связанной с последним значащим триплетом в Р-участке рибосоме, а в А-участке устанавливается кодон терминации (рис. 7, а ). В клетке нет аминоацил-тРНК, способных комплементарно связываться с терминирующим кодоном, и потому А-участок не заполняется обычным акцепторным субстратом, каковым является аминоацил-тРНК. Вместо этого в дело вступают специальные белки, называемые факторами терминации, или факторами освобождения (release factors, RF). Один из них, RF1 (или похожий на него RF2), взаимодействует непосредственно с кодоном терминации в А-участке, а другой, RF3, при содействии первого и с участием ГТФ - с большой субчастицей рибосомы (рис. 7, б ) и, возможно, непосредственно с пептидилтрансферазным центром. Результатом связывания этих факторов с рибосомой является наведение гидролазной активности в рибосоме: пептидилтрансферазный центр рибосомы катализирует реакцию взаимодействия полипептидил-тРНК как донорного субстрата с молекулой воды как акцепторным субстратом:

NH2CHR'CO-(NHCHRCO)n-NHCHR*CO-tRNA* + H2O >> NH2CHR'CO-(NHCHRCO)n-NHCHR*COOH + tRNA*

Таким образом, связь между синтезированным полипептидом (его С-концом) и тРНК гидролизуется и полипептид уже не удерживается в рибосоме и освобождается в раствор в виде готового белка (рис. 7, в).

Рис. 7. Терминация трансляции: а — после добавления последнего (С-концевого) аминокислотного остатка к растущему полипептиду, т.е. образования последней пептидной связи, и завершающей транслокации, в А-участке устанавливается триплет, не кодирующий никакой аминокислоты — кодон терминации (UAG, UAA или UGA). Завершенный полипептид остается ковалентно связанным с тРНК, которая принесла последний аминокислотный остаток в рибосому; б — А-участок с кодоном терминации воспринимает специальные белки — факторы терминации RF1 (или RF2), непосредственно узнающий кодон терминации на малой субчастице рибосомы, и RF3, взаимодействующий с большой субчастицей рибосомы вблизи пептидилтрансферазного центра; в — пептидилтрансферазный центр рибосомы под действием факторов терминации катализирует реакцию переноса С-конца синтезированного полипетида от тРНК на молекулу воды: происходит гидролиз связи между тРНК и полипептидом, и полипептид освобождается из рибосомы в среду; г — далее вследствие гидролиза ГТФ, связанного с RF3, деацилированная тРНК освобождается из рибосомы; д - «пустая» рибосома легко диссоциирует на субчастицы, причем малая субчастица может некоторое время оставаться в лабильной ассоциации с мРНК и скользить вдоль нее, находя следующий кодон инициации (реинициация следующей кодирующей последовательности в полицистронных мРНК). Удалению деацилированной тРНК и диссоциации рибосом может содействовать специальный белок — фактор освобождения (RRF).

Заключительным актом терминации является выход деацилированной тРНК из Р-участка и диссоциация рибосомы на субчастицы. Диссоциация происходит спонтанно вследствие ослабления связи между двумя рибосомными субчастицами в отсутствие лигандов (пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК), и у бактерий может значительно ускоряться под действием специального белка, называемого фактором освобождения рибосом.

После диссоциации терминировавшей рибосомы на субчастицы малая субчастица не обязательно покидает мРНК: она может задержаться на ней и в случае полицистронных мРНК у прокариот проскользнуть по цепи мРНК до начала следующей кодирующей последовательности и инициировать новую трансляцию (реинициация). Так как малая субчастица до инициации слабо удерживается на мРНК, то, если ей нечего реинициировать на этой же цепи мРНК, она скоро соскочит с нее и окажется среди пула свободных субчастиц цитоплазмы, готовых к инициации трансляции других мРНК.

Имеется три стоп-кодона: UAG, UAA и UGA (терминирующие, или нонсенс-кодоны). Один или несколько этих кодонов, располагаются в A-сайте, терминируют трансляцию. Эти триплеты не кодируют аминокислот и не служат для сявзывания тРНК. Синтезированный полипептид некторое время связан с последней тРНК в P-сайте (A-сайт не занят). Затем факторы терминации способствуют отделению готового полипептида от тРНК, вызывая изменение пептидилтрансферазы, в результате которых последняя гидролизует эфирную связь между COOH-группой белка и OH-группой 3'-концевого нуклеотида. Рибосома отделяется от мРНК и диссоциирует на субъединицы, готовые к следующей инициации.

Для того, чтобы рибосома оставшегося комплекса рибосома-мРНК-тРНК могла вступить в следующий цикл трансляции, она должна освободиться из него. Установлено, что рибочомные рилизинг-факторы (RF) совместно с фактором EF-G при участии молекулы GTP обеспечивают диссоциацию комплекса на составные компоненты, которые затем вступают в новый раунд белкового синтеза. Фактор RF4 (иначе называемый RRF — ribosome-recykling factor) не имеет аналога у эукариот. Его роль заключается в стимуляции перемещения молекулы деацилированой тРНК из Р-участка в Е-участок рибосомы и (или) удалении оставшегося RF-фактора из А-участка. Это способствует полному освобождению рибосомы и ее вовлечению в новый в новый цикл трансляции в результате инициации или реинициации синтеза белка. Рилизинг-фактор RF4 предотващает распознавание аминоацилированной тРНК кодона, находящегося в А-участве рибосомы, который в мРНК следует за терминирующим. Отделившаяся от мРНК рибосома перед вступлением в новый цикл диссоциирует на две субчастицы под действием фактора инициации трансляции IF3. Альтернативно, в том случае, если новый инициирующий кодон полицистронной матрицы находится достаточно близко от стоп-кодона, синтез белка может быть реинициирован.

Таблица 1. Белковые факторы, вовлеченные в процесс трансляции у E.coli

Регуляция трансляции

Регуляция биосинтеза белка - принципиальный атрибут любой живой клетки. Регуляция необходима для поддержания баланса разнообразных белков в клетке или организме, для изменения этого баланса в меняющихся условиях окружающей или внутриорганизменной среды, для обеспечения смены белков в процессах клеточной дифференцировки и развития организма, для адекватного ответа на специфические внешние сигналы или неблагоприятные воздействия.

Синтез белков в клетке регулируется на трех уровнях:

1)путем изменения активности генов, то есть через тотальную или избирательную модуляцию продукции мРНК на матрице ДНК (уровень транскрипции); 2)путем изменения активности мРНК в ее трансляции рибосомами (уровень трансляции); 3)путем деградации мРНК посредством ее тотального или избирательного расщепления рибонуклеазами.

Живые клетки используют несколько различных способов или путей такой регуляции, но практически во всех случаях она осуществляется через регуляцию инициации трансляции. Это означает, что регуляторные механизмы трансляции направлены на то, чтобы разрешить или не разрешить инициацию трансляции данной мРНК, и если разрешить, то с какой эффективностью (скоростью инициации).

Существуют три основных способа, как регулировать трансляцию:

1. Позитивная регуляция на основе сродства мРНК к инициирующей рибосоме и факторам инициации (дискриминация мРНК).
2. Негативная регуляция с помощью белков-репрессоров, которые, связываясь с мРНК, блокируют инициацию (трансляционная репрессия). Этими двумя способами регулируются индивидуальные мРНК, то есть трансляция каждой мРНК может специфически контролироваться независимо от других мРНК клетки.
3. Тотальная регуляция трансляции всей совокупности мРНК клетки посредством модификации факторов инициации.

При наличии общих черт регуляции на уровне трансляции у прокариотических (бактерии) и эукариотических (животные, растения, грибы и простейшие) организмов эти два надцарства живых существ обладают также только им свойственными путями или способами регуляции, обусловленными спецификой их мРНК и их аппарата инициации трансляции. Так, тотальная регуляция за счет модификации факторов инициации характерна, по-видимому, только для эукариот.

Дискриминация мРНК

Скорость или частота инициации трансляции рибосомами может сильно различаться для разных мРНК. У прокариотических организмов это определяется тем, что инициирующие или рибосомосвязывающие участки разных мРНК имеют разное сродство к рибосомам и, таким образом, с разной эффективностью связывают рибосомные частицы. На основании разницы в эффективности инициации можно говорить о «сильных» и «слабых» мРНК. На сильных мРНК инициация происходит часто, на них нанизывается много рибосом (образуются плотные полирибосомы) и соответственно продуцируется много молекул белка (рис. 8). Редкая инициация трансляции на слабых мРНК дает в результате редкую посадку рибосом на эти мРНК и, следовательно, низкую белковую продукцию.

Похожая ситуация наблюдается и в эукариотических клетках, но там дискриминация мРНК обусловлена скорее разным сродством факторов инициации, а не самих рибосом к разным 5'-проксимальным инициаторным структурам мРНК. Так как факторы инициации в любом случае локализуются на инициирующих малых рибосомных субчастицах, то они и определяют разную эффективность посадки рибосом на разные мРНК и, таким образом, дискриминируют их на сильные и слабые.

Различная сила мРНК в значительной мере определяет соотношение продукции различных белков в клетке. Так, структурные белки мембран, рибосомные белки, факторы элонгации, белки оболочки вирусов и другие белки, требуемые в большом количестве, кодируются сильными мРНК, а многие специализированные ферменты и регуляторные белки - слабыми мРНК. Как правило, если белок имеет четвертичную структуру, построенную из разных субъединиц в различном соотношении, то сила мРНК или ее отдельных участков (цистронов), кодирующих эти субъединицы, координирована с пропорцией субъединиц в структуре. Например, мембранный комплекс протонной АТФазы бактерий построен из трех типов субъединиц: a, b и c - в соотношении 1 : 2 : 10 (a₁b₂c₁₀), и соответственно субъединица c кодируется очень сильным цистроном мРНК, субъединица a - слабым, а субъединица b - цистроном промежуточной силы. Таким образом, дискриминацию мРНК можно рассматривать как механизм конститутивного контроля надлежащего фиксированного соотношения продуктов белкового синтеза.

Рис. 8. Дискриминация мРНК рибосомными частицами. Различные мРНК обладают разным сродством к инициирующим рибосомным частицам. В случае слабого сродства (вверху) скорость инициации низка, вследствие чего образующиеся полирибосомы содержат немного транслирующих рибосом и соответственно продукция белка невысока. При сильном сродстве мРНК к инициирующим рибосомным частицам (внизу) скорость инициации высока, что дает в результате образование плотных полирибосом и, следовательно, высокую продукцию белка.

Трансляционное сопряжение у прокариот

У прокариот одна длинная полинуклеотидная цепь мРНК может содержать несколько кодирующих последовательностей (цистронов) для различных белков и такие мРНК называются полицистронными. Пользуясь механизмом внутренней инициации, во многих случаях рибосомы могут инициировать трансляцию последовательных цистронов независимо друг от друга (рис. 9, а), и интенсивность инициации и, следовательно, продуктивность цистронов будут определяться их собственной силой (см. выше). В других случаях, однако, инициация трансляции внутренних цистронов зависит от трансляции предшествующего (5'-проксимального) цистрона: часто инициация трансляции внутреннего цистрона оказывается невозможной без трансляции предшествующего (рис. 9, б и в). Это и есть трансляционное сопряжение.

Рис. 9. Независимая и сопряженная инициация трансляции последовательных цистронов (белоккодирующих последовательностей) прокариотических мРНК: а — независимая инициация трансляции: свободные рибосомные частицы связываются с началом каждого цистрона независимо от трансляции другого цистрона; б - инициация трансляции, зависимая от трансляции предшествующего цистрона: инициаторный участок второго цистрона открывается для свободных рибосомных частиц только при трансляции первого цистрона; в — реинициация: инициаторный участок второго цистрона вообще недоступен для свободных инициирующих рибосомных частиц (30S субчастиц) и трансляцию второго цистрона инициируют лишь частицы, закончившие трансляцию первого цистрона и не успевшие диссоциировать от мРНК.

Различают два типа трансляционного сопряжения. Первый тип - когда рибосомы, транслирующие предшествующий цистрон, расплетают вторичную и / или третичную структуру мРНК, в которой участвует инициаторный участок последующего цистрона. В результате этот инициирующий участок освобождается и становится доступным для инициации свободными рибосомами (рис. 9, б ). Другой тип трансляционного сопряжения - реинициация: сам по себе внутренний цистрон вообще недоступен для свободных инициирующих рибосомных частиц и его инициация может быть осуществлена только частицами, терминировавшими на предыдущем цистроне и еще не успевшими соскочить с мРНК (рис. 9, в).

Трансляционная репрессия

Типичный механизм трансляционной репрессии состоит в том, что специальный белок-репрессор специфически связывается с участком мРНК, перекрывающимся, как правило, с участком связывания рибосомной частицы при инициации трансляции. Таким образом, связываемый белок-репрессор мешает связываться инициирующей рибосомной частице и тем самым либо уменьшает скорость инициации, либо полностью блокирует ее. Часто в месте связывания белка-репрессора имеется не очень стабильная двуспиральная структура - шпилька, которая легко расплетается инициирующей рибосомой. Белок-репрессор стабилизирует шпильку, превращая ее в плохо преодолимый барьер для инициирующей рибосомы (рис. 10).

Рис. 10. Трансляционная репрессия. Белок-репрессор (R) имеет специфическое сродство к участку мРНК в районе инициации трансляции (часто к участку с нестабильной вторичной структурой) и, связываясь с ним (и стабилизируя его), создает барьер либо для посадки инициирующих рибосомных частиц (а), либо для движения рибосомы к месту инициации (б)

Часто репрессором является сам белок, кодируемый данной мРНК. Другими словами, мРНК репрессируется своим же продуктом. В результате получается регуляция по типу обратной связи: производство избыточного количества белка на данной мРНК приводит к связыванию этого белка с инициаторным участком своей мРНК и таким образом к репрессии собственного синтеза. Пример регуляции трансляции по типу обратной связи - репрессия синтеза фермента треонил-тРНК-синтетазы бактерии избыточным количеством этого фермента, связывающегося с инициаторным участком своей мРНК.

В других случаях репрессором является специальный белок, и его способность связываться с определенными мРНК зависит от присутствия того или иного низкомолекулярного компонента - эффектора. Яркий пример такого рода: в животных клетках белок-репрессор блокирует инициацию синтеза белка ферритина, а железо в качестве эффектора лишает репрессор его мРНК-связывающих свойств и дерепрессирует ферритиновую мРНК, тем самым разрешая ее трансляцию.

В целом механизмы трансляционной репрессии обеспечивают пути модуляции скоростей инициации трансляции в широких пределах либо в зависимости от внешних сигналов (эффекторов), либо по типу обратной связи. Трансляционная репрессия используется для тонкой регуляции белкового синтеза как прокариотическими, так и эукариотическими организмами.

Маскирование мРНК у эукариот

Кроме типичной трансляционной репрессии эукариоты выработали интересный механизм маскирования мРНК, когда соответствующая мРНК становится недоступной не только для инициации трансляции, но и фактически выведена из всех других процессов ее возможных превращений или изменений - деградации нуклеазами, ферментативной модификации ее 3'-конца путем полиаденилирования. Маскирование, как и типичная трансляционная репрессия, тоже осуществляется белками и зависит от внешних сигналов (эффекторов). Маскирование и демаскирование мРНК являются особенно характерными для процессов гаметогенеза (оогенеза и сперматогенеза), раннего эмбрионального развития, клеточной дифференцировки, гормонального включения или выключения функций. Например, в оогенезе происходит запасание некоторых материнских мРНК в маскированной форме, и часть этих мРНК демаскируется в ответ на оплодотворение яйцеклетки, обеспечивая белковый синтез на самых ранних стадиях эмбриогенеза: дробления, бластулы и ранней гаструлы.

Маскирующий белок связывается не с 5'-проксимальным участком инициации трансляции на мРНК, а с нетранслируемым хвостом мРНК - с 3'-проксимальной некодирующей областью, так называемой 3'-UTR (3'-UnTranslated Region) или 3'-НТО. В пределах 3'-НТО имеется специальная посадочная площадка для маскирующего белка - сегмент маскирования. Связывание маскирующего белка с сегментом маскирования 3'-НТО приводит не только к блокаде событий, развивающихся при 3'-конце мРНК, таких, как 3'-экзонуклеазная деградация и полиаденилирование, но и к репрессии - блокаде - инициации трансляции при 5'-конце мРНК (рис. 11).

Рис. 11. Маскирование мРНК у эукариот. Связывание маскирующего белка с сегментом маскирования в 3'-нетранслируемой области (3'-UTR) мРНК приводит к инактивации ее функций по всей длине, включая как 3'-концевую деградацию (и полиаденилирование), так и 5'-концевую инициацию трансляции.

Каким же образом воздействие на хвост мРНК может закрыть ей рот? Существуют два, необязательно взаимоисключающих объяснения этого явления. Первое состоит в допущении, что 5'- и 3'-проксимальные нетранслируемые области (5'-UTR и 3'-UTR) эукариотических мРНК пространственно сближены, образуя своего рода циклическую структуру, как показано на рис. 11. Тогда маскирующий белок, сидящий в 3'-НТО, может прямо или через сегмент маскирования блокировать участок инициации трансляции мРНК. Другое объяснение предполагает, что связывание маскирующего белка с 3'-НТО приводит к глобальной структурной перестройке всей молекулы мРНК, делающей ее компактной и недоступной для взаимодействий с другими макромолекулами, включая рибосомные частицы, нуклеазы, ферменты полиаденилирования и деаденилирования. Действительно, маскирование требует не только посадки маскирующего белка на 3'-НТО, но и присутствия большого количества менее специфического РНК-связывающего белка на всей мРНК, с которым мРНК образует рибонуклеопротеидные комплексы, в свое время названные информосомами. Можно полагать, что маскирование мРНК есть компактизация информосом.

Тотальная регуляция трансляции у эукариот

Наиболее обычный путь тотальной регуляции белкового синтеза у эукариот, во всяком случае у животных и грибов, - это активация специальной фосфокиназы, которая фосфорилирует фактор инициации eIF2, что приводит к подавлению инициации трансляции всех мРНК клетки. Сигналами для активации фосфокиназы в клетке являются тепловой шок и другие виды стрессовых воздействий, недостаток ростовых факторов, аминокислотное голодание, недостаток железа, вирусные инфекции. Сильное подавление синтеза белка в этих условиях есть следствие именно активации фосфокиназы и катализируемого ею фосфорилирования eIF2. Степень подавления белкового синтеза может варьировать в зависимости от уровня стресса.

Рис. 12. Тотальная регуляция (подавление) трансляции у эукариот в результате индуцируемого фосфорилирования фактора инициации eIF2

Что же происходит в результате фосфорилирования eIF2? Для связывания инициаторной аминоацил-тРНК (Met-tRNAi) с малой рибосомной субчастицей в процессе инициации трансляции требуется eIF2 в комплексе с ГТФ (GTP); в ходе инициации ГТФ гидролизуется на ГДФ (GDP) и ортофосфат и eIF2 в комплексе с ГДФ (eIF2 : GDP) освобождается из рибосомы. На рис. 12 показано, что в норме дополнительный фактор eIF2В принимает участие в том, чтобы превратить отработанный (неактивный) eIF2 : GDP в необходимый для следующей инициации eIF2 : GTP. Этот фактор играет каталитическую роль в обмене ГДФ на ГТФ, и его в клетке мало. Когда eIF2 фосфорилируется фосфокиназой (eIF2Р), он может обычным образом участвовать в инициации трансляции, но, освободившись из рибосомы с ГДФ (в форме eIF2Р : GDP), он образует прочный комплекс с eIF2В (eIF2В : eIF2Р : GDP) и тем самым связывает весь eIF2В клетки, лишая последнюю возможности катализировать регенерацию eIF2 : GTP из eIF2 : GDP.

Список литературы:

[1]	Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та: Сиб. унив. изд-во, 2002. - 459 с.: ил.

[2]	Эллиот В. Биохимия и молекулярная биология; М.:МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002. - 446 с.:ил.

[3]	Клаг Уильям С., Каммингс Майкл Р. Основы генетики:Москва. Техносфера, 2009. - 896с.

[4]	Спирин А.С. Биосинтез белка: инициация трансляции // Соросовский Образовательный Журнал. 1999. № 5.

[5]	Спирин А.С. Биосинтез белка: элонгация полипептида и терминация трансляции // Соросовский Образовательный Журнал. 1999. № 6.

[6]	Спирин А.С. Биосинтез белка: регуляция на уровне трансляции // Соросовский Образовательный Журнал. 2000. № 5.