Pod tłumaczenie w biologii odnosi się do syntezy polipeptydów z aminokwasów co zachodzi w cytoplazmie na rybosomach z udziałem 1) mRNA jako macierz, 2) tRNA jako nośnik aminokwasów, a także 3) liczba czynniki białkowe, pełniąc funkcję katalityczną różne etapy proces. Tłumaczenie zachodzi w komórkach wszystkich żywych organizmów i jest podstawowym procesem żywej przyrody.
Z informacyjnego punktu widzenia translację można zdefiniować jako mechanizm translacji sekwencji tripletów mRNA na sekwencję aminokwasów białka.
Funkcją rybosomów jest utrzymywanie mRNA, tRNA i czynników białkowych w pożądanej pozycji do pewnego momentu Reakcja chemiczna. Najczęściej jest to utworzenie wiązania peptydowego pomiędzy sąsiadującymi aminokwasami.
Translacja i biosynteza białekA zwykle oznacza to samo. Kiedy jednak mówimy o biosyntezie białek, często obejmuje ona potranslacyjne modyfikacje polipeptydów (nabycie przez nie struktur drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych), a czasami może obejmować także proces transkrypcji. Z tego punktu widzenia translację uważa się za ważny etap biosyntezy białek.
Proces translacji u eukariontów i prokariotów charakteryzuje się wieloma różnicami, związanymi głównie z różnorodnością i aktywnością czynników białkowych.
Na jednej nici mRNA może znajdować się kilka rybosomów polisom. W tym przypadku syntezowanych jest kilka identycznych polipeptydów jednocześnie (ale każdy jest na swoim własnym etapie syntezy).
Synteza jednego białka trwa zwykle kilka sekund.
Aminokwasy, z których syntetyzowany jest polipeptyd, koniecznie przechodzą etap aktywacji. Sam proces tłumaczenia składa się z trzech etapów: inicjacji, elongacji i terminacji.
Proces tłumaczenia ma cechę specyficzności. Po pierwsze, specyficzne kodony mRNA mają swoje własne tRNA. Po drugie, aminokwasy są przyłączone tylko do „swoich” tRNA.
Aktywacja aminokwasów
Aktywacja aminokwasów jest konieczna, gdyż tylko w tym stanie są one w stanie łączyć się z tRNA i później tworzyć między sobą wiązania peptydowe.
Cytoplazma komórek zawsze zawiera wolne (niepołączone z innymi substancjami) aminokwasy. Specyficzne enzymy w obecności ATP przekształcają aminokwas w aminoacyladenylan, który jest już w stanie związać się z tRNA.
Istnieje klasa enzymów - syntetaza aminoacylo-tRNAS, – które aktywują aminokwasy wykorzystując energię ATP. Każdy aminokwas jest aktywowany przez własny enzym, po czym przyłącza się wyłącznie do swojego tRNA. Tworzy się kompleks aminokwasów z tRNA - aminoacylo-tRNA (aa-tRNA).
Rozpoczęcie transmisji
Inicjacja tłumaczenia obejmuje następujące kolejne etapy z udziałem czynników inicjujących:
Przyłączenie 5" końca mRNA do małej podjednostki rybosomu. W tym przypadku kodon start (AUG) znajduje się w niedokończonym (z powodu braku dużej podjednostki) miejscu P rybosomu.
Kompleks aa-tRNA z odpowiednim antykodonem jest przyłączony do kodonu start mRNA. U eukariontów kodon AUG koduje aminokwas metioninę, u prokariotów formylometioninę. Te wyjściowe aminokwasy są później wycinane z gotowego polipeptydu.
Podjednostki rybosomów łączą się, w wyniku czego ich miejsca P i A są uzupełniane.
Zatem na etapie inicjacji rybosom rozpoznaje kodon start i przygotowuje się do rozpoczęcia syntezy.
Powstałe połączenie między rybosomem a mRNA jest odwracalne; po syntezie polipeptydu mRNA można odłączyć od rybosomu. Następnie mRNA jest ponownie wykorzystywane lub niszczone przez specjalne enzymy.
Kodon start AUG różni się od innych podobnych kodonów w środku mRNA tym, że jest poprzedzony czapeczką i pewnymi sekwencjami nukleotydowymi. To dzięki nim AUG zyskał miano startera. (Dotyczy to głównie eukariontów.)
Wydłużenie rozgłoszeniowe
Na tym etapie następuje bezpośrednia synteza łańcucha polipeptydowego. Proces wydłużania składa się z wielu cykli. Jeden cykl wydłużania polega na dodaniu jednego aminokwasu do rosnącego łańcucha polipeptydowego.
Już na etapie inicjacji miejsce P rybosomu jest zajęte przez pierwszy tRNA niosący aminokwas metioninę. W pierwszym cyklu elongacji drugi kompleks aa-tRNA wchodzi do miejsca A rybosomu. Będzie to tRNA, którego antykodon jest komplementarny do następnego (po start AUG) kodonu.
Miejsca A(aminoacyl) i P(peptydyl) pozycjonują kompleksy aa-tRNA w taki sposób, że pomiędzy aminokwasami zachodzi reakcja chemiczna i tworzy się wiązanie peptydowe.
Następnie pierwszy (zlokalizowany w miejscu P) tRNA jest uwalniany od aminokwasu. W rezultacie wydaje się, że ten ostatni jest połączony tylko z drugim aminokwasem wiązaniem peptydowym. Drugi aminokwas jest związany z drugim tRNA zlokalizowanym w miejscu A.
Rybosom porusza się wzdłuż jednej trypletu nici mRNA. W tym przypadku pierwszy tRNA trafia do miejsca E (wyjścia) rybosomu, po czym je opuszcza. Drugi tRNA, związany z dwoma aminokwasami, trafia do miejsca P. Miejsce A jest wolne dla wejścia trzeciego kompleksu aa-tRNA.
Kolejne cykle wydłużania przebiegają analogicznie do pierwszego. Kiedy miejsce A zostanie opuszczone, może do niego wejść aa-tRNA, którego antykodon jest komplementarny do kodonu mRNA aktualnie zlokalizowanego w miejscu A.
Zakończenie transmisji
Terminacja to zakończenie syntezy łańcucha polipeptydowego i jego rozdzielenie. Terminacja następuje, gdy rybosom napotka jeden z kodonów terminacyjnych (UAA, UAG, UGA), dla którego nie ma tRNA. Te odcinki mRNA są rozpoznawane przez specjalne białka - czynniki zakończenia.
Pierwsze wiązanie peptydowe powstaje w wyniku reakcji transpeptydacji, podczas której metionina z inicjatora tRNA jest przenoszona do grupy a-aminowej aa-tRNA w centrum A, tworząc dipeptydylo-tRNA. Katalizuje reakcję transferazy peptydylowej rRNA dużej podjednostki rybosomu.
Translokacja. W Na tym etapie, pod wpływem energii GTP i przy udziale czynnika wydłużającego EF2, rybosom przesuwa się o jeden kodon w kierunku od końca 5" do końca 3" mRNA. W rezultacie dipeptydylo-tRNA z centrum A wchodzi do centrum P, a następny kodon pojawia się w centrum A. tRNAMet opuszcza rybosom. Następnie proces przebiega według opisanego schematu, powtarzając etapy 1-»2-»3.
Zakończenie translacja następuje po włączeniu jednego z kodonów terminacyjnych w centrum A: UAG, UGA, UAA. Przy udziale specjalnych białek – 3 czynników terminacji (RF1, RF2 i RF3) – następuje hydrolityczne odszczepienie syntetyzowanego polipeptydu od tRNA. tRNA jest uwalniany z rybosomu w wyniku hydrolizy GTP, a „pusty” rybosom łatwo dysocjuje na podjednostki.
Podczas translacji małe i duże podjednostki rybosomu pełnią różne funkcje. mała podjednostka przyłącza mRNA i dekoduje informację wykorzystując tRNA i mechanizm translokacji, duża podjednostka odpowiedzialny za edukację Wiązania peptydowe. Główny wkład w organizację i manifestację aktywności transferazy peptydylowej ma rRNA.
W translacji jednego mRNA może jednocześnie brać udział wiele rybosomów. Każdy rybosom zajmuje obszar równy około 80 nukleotydom mRNA. Zatem rybosomy znajdują się na mRNA w odstępach około 100 nukleotydów, tworząc kompleks zwany polisom.
W rezultacie powstają funkcjonalnie aktywne białka modyfikacje potranslacyjnełańcuchy polipeptydowe syntetyzowane na rybosomach. Modyfikacje te obejmują:
A. Częściowa proteoliza.
B. Modyfikacje aminokwasów: karboksylacja, fosforylacja, jodowanie, hydroksylacja, acylacja i glikozylacja.
B. Formacja strukturę przestrzenną, czyli fałdowanie, w którym biorą udział białka opiekuńcze, zapewniające prawidłowe fałdowanie łańcucha polipeptydowego.
D. Tworzenie wiązań dwusiarczkowych pomiędzy resztami cysteiny biorących udział w tworzeniu trójwymiarowej struktury białka.
D. Dodanie grup prostetycznych.
E. Tworzenie struktur oligomerycznych, które odbywa się również przy udziale białek opiekuńczych
Tłumienie biosyntezy macierzy można osiągnąć albo poprzez modyfikację strukturalną macierzy i rybosomów, albo przez inaktywację enzymów. Zatrzymanie syntezy DNA, RNA czy białka powoduje śmierć wszystkich komórek, dlatego wiele inhibitorów biosyntezy matrixu jest truciznami dla organizmu człowieka.
a-Amanityna- toksyna zawarta w organizmie perkoza białego Amanita phalloides i hamująca eukariotyczne polimerazy RNA, zwłaszcza polimerazę RNA II. Enterotoksyna Czynnikiem sprawczym błonicy jest specyficzny inhibitor translacji u eukariontów, blokujący jeden z czynników wydłużania.
antybiotyki, hamujące proces transkrypcji i translacji, specyficzne dla układu syntezy białek prokariotów, mogą być stosowane jako leki przeciwbakteryjne, a antybiotyki zaburzające funkcję macierzową DNA znalazły zastosowanie w leczeniu nowotworów złośliwych i są lekami przeciwnowotworowymi (np. doksorubicyna, daunomycyna).
W ostatnie lata Prowadzone są badania nad stworzeniem leków zapewniających dostarczenie inhibitora wyłącznie do komórek nowotworowych. Osiąga się to poprzez wiązanie cytotoksycznych antybiotyków z białkami, których receptory znajdują się głównie na komórkach nowotworowych.
Niektóre antybiotyki - ryfampicyna, erytromycyna, tetracyklina i inne - selektywnie hamują syntezę RNA lub białek w komórkach bakteryjnych, praktycznie nie wpływając na syntezę białek w komórkach ssaków. Wysoką selektywność tej grupy związków tłumaczy się różnicami w budowie polimeraz RNA i rybosomów komórek eukariotycznych i prokariotycznych. Na przykład erytromycyna hamuje translokację, tetracyklina hamuje wiązanie aa-tRNA w centrum A.
Wiele wirusów, takich jak wirus ospy, grypy i polio, dostając się do organizmu człowieka, wyłącza syntezę DNA, RNA i białek w komórkach organizmu żywiciela i przełącza aparat syntetyzujący RNA i białka na reprodukcję wirusa kwasy nukleinowe i białka.
Interferony chronią organizm przed infekcjami wirusowymi. Ta rodzina białek jest syntetyzowana w komórkach eukariotycznych w odpowiedzi na infekcję wirusową. Poprzez hamowanie czynnika inicjującego eIF2 zatrzymują funkcjonowanie aparatu syntezy białek. Interferony zwiększają aktywność rybonukleazy, która rozszczepia macierz i rybosomalny RNA w komórkach, co również zmniejsza syntezę białek w zakażonych komórkach.
Dostosowanie organizmy na różne wpływy środowisko przeprowadził w szczególności poprzez zmianę ekspresji (aktywności) genów. Proces ten, szczegółowo badany u bakterii i wirusów, polega na oddziaływaniu określonych białek z regionami DNA w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca startu transkrypcji. Komórki eukariotyczne kierują się tą samą zasadą, choć w regulacji ekspresji genów wykorzystywane są także inne mechanizmy.
U prokariotów pewne białka wiążą się z regionami regulatorowymi operonu i zapobiegają lub wzmacniają wiązanie polimerazy RNA z promotorem.
Jeśli operon jest regulowany przez mechanizm indukcyjny(na przykład operon laktozowy), wówczas przy braku induktora (laktozy) białko represorowe jest powiązane z operatorem. Ponieważ regiony operatora i promotora nakładają się na siebie, przyłączenie represora do operatora zapobiega wiązaniu się polimerazy RNA z promotorem i transkrypcji geny strukturalne operon nie działa. Kiedy induktor pojawia się w środowisku, wiąże się z białkiem represorowym, zmienia jego konformację i zmniejsza jego powinowactwo do operatora. Polimeraza RNA wiąże się z promotorem i dokonuje transkrypcji genów strukturalnych.
Kiedy operon jest regulowany przez mechanizm represji(np. operony histydynowe lub tryptofanowe) białko represorowe nie ma powinowactwa do operatora. Kiedy przyłącza się do białka represorowego mała cząsteczka- korepresor (histydyna lub tryptofan), wówczas w wyniku zmian konformacyjnych zachodzących w cząsteczce białka kompleks białko-represor-korepresor nabiera powinowactwa do operatora i zatrzymuje transkrypcję.
W komórkach ssaków istnieją dwa rodzaje regulacji biosyntezy białek:
Krótkoterminowe, zapewniające przystosowanie organizmu do ewentualnych zmian środowiskowych;
Długoterminowe, stabilne, determinujące różnicowanie komórek i różne skład białka narządy i tkanki.
W chromatynie różnych narządów i tkanek, wraz z ogromnymi transkrypcyjnie nieaktywnymi lub obszary stale represjonowane dostępny obszary aktywne lub potencjalnie aktywne. Z kilkoma wyjątkami (limfocyty) każda komórka w organizmie zawiera ten sam zestaw genów. Istnienie wyspecjalizowanych narządów i tkanek zależy od zróżnicowanej ekspresji genów, co oznacza, że w różnicujących się komórkach różnych tkanek transkrybowane są różne obszary chromatyny.
Ryc.4 Adaptacyjna regulacja transkrypcji.
Regulacja adaptacyjna w organizmach wyższych różni się od regulacji transkrypcji u prokariotów różnorodnością sygnałów kontrolujących 1. początek procesu na cząsteczce DNA, 2. częstotliwość, z jaką on zachodzi.
Region TATA promotora przyłącza białko wiążące TATA (czynnik TATA), czynniki transkrypcyjne A i B, które zapewniają interakcję z polimerazą RNA i wyznaczają punkt początkowy transkrypcji (ryc. 4).
Minimalna synteza mRNA staje się możliwa po związaniu polimerazy RNA z czynnikami transkrypcyjnymi F, E, H.
Jeżeli oprócz wskazanych składników białka przyłączone do regionów regulatorowych DNA utworzą kompleks z białkiem wiążącym TATA, wówczas zmienia się szybkość transkrypcji. Wzrośnie, jeśli są to białka aktywujące, które zapewniają interakcję ze wzmacniaczami (wzmacniaczami) i maleje, jeśli do białka wiążącego TATA zostanie przyłączone białko oddziałujące z miejscem wyciszającym (wygaszacz transkrypcji).
Strefy regulacyjne DNA – wzmacniacze i tłumiki – różnią się liczbą i lokalizacją na cząsteczce DNA dla różnych genów w różnych tkankach, tj. są cechami specyficznymi dla tkanki. Mogą znajdować się tysiące par nukleotydów od punktu początkowego transkrypcji przed, za lub wewnątrz genu, wiążą kompleksy białkowe z metabolitami lub hormonami i wpływają na konformację genu.
Dobór naturalny i ewolucja biologiczna są niemożliwe bez zmienności genetycznej, która powstaje w wyniku mutacji i rekombinacji w procesie mejozy. W tym drugim przypadku fragmenty DNA podlegają wymianie pomiędzy homologicznymi chromosomami rodziców. Mutacje to zmiany nienaprawione struktura pierwotna DNA, pojawiające się w cząsteczce w odpowiedzi na defekty w funkcjonowaniu polimeraz DNA lub systemu naprawy DNA, narażenie na czynniki zewnętrzne i środowisko wewnętrzne. 2.Mutacje punktowe przeważnie są trzy typy:
Substytucje (jest to najczęstszy rodzaj uszkodzenia cząsteczki DNA; (Istnieją 2 rodzaje podstawień zasad: przejścia i transwersje. Przejścia oznaczają zastąpienie zasad purynowych zasadami purynowymi i zasad pirymidynowych zasadami pirymidynowymi (T-C i A-G). Transwersje to zastąpienie zasad purynowych zasadami pirymidynowymi i odwrotnie. Innym powodem podstawienia zasady jest błędne włączenie chemicznie zmienionej zasady (lub zmodyfikowanej zasady) do nici DNA. Należy zauważyć, że mutacje genów, takie jak podstawienia zasad, zachodzą albo przed replikacją, albo w jej trakcie. Jeśli zmiany te nie zostaną skorygowane w procesie naprawy, stają się własnością najpierw jednej, a następnie dwóch nici DNA. W konsekwencji źródłem tej kategorii mutacji są błędy w procesach replikacji lub naprawy).
Wkładki;
Delecje (lub utrata) nukleotydów
Każdy rodzaj mutacji powoduje inne konsekwencje. Zatem zamiana nukleotydu:
Może "cichy" i nie pojawiają się w białku, jeśli triplet kodujący, w którym znajduje się zmutowany nukleotyd, ze względu na degenerację kodu, zapewnia włączenie do białka tego samego aminokwasu, co kodon wyjściowy;
Może towarzyszyć włączenie do białka jednego zmienionego aminokwasu (mutacja zmiany sensu). Ten typ mutacji zachodzi pod wpływem czynników alkilujących (grupa alkilowa przyłącza się do N7 pierścienia purynowego guaniny, zmieniając jego jonizację i charakter wiązania z innym nukleotydem w komplementarnej parze. W efekcie tymina stoi naprzeciwko alkilowana guanina, a co za tym idzie, w kolejnej generacji pary G-C zastąpiony przez A-T).
Może skutkować utworzeniem kodonu stop (bezsensowna mutacja), w którym zatrzymana zostanie praca aparatu do syntezy białka i powstanie skrócona wersja białka.
Skreślenia i wstawienia również prowadzić do mieszanych rezultatów:
Jeżeli jeden nukleotyd lub sekcja DNA, w której liczba nukleotydów nie jest wielokrotnością 3, zostanie uwzględniona lub usunięta, wówczas przesunięcie ramki odczytu a podczas translacji wszystkie informacje znajdujące się za miejscem mutacji są odczytywane niepoprawnie. Powstaje białko, w którym za miejscem mutacji znajduje się losowa sekwencja aminokwasów. Ten typ mutacji jest powodowany przez substancje interkalujące pomiędzy zasadami azotowymi cząsteczki DNA;
Jeśli region o długości łańcucha będącej wielokrotnością 3 zostanie usunięty lub włączony do DNA, wówczas nie następuje przesunięcie w ramce odczytu informacji (podział lub wstawienie bez przesuwania ramki odczytu informacji). Białko zaszyfrowane przez taką matrycę zostanie albo skrócone (przez podział), albo wydłużone (przez insercję) o jeden lub więcej aminokwasów.
3. W większości przypadków mutacje wpływają na ekspresję lub strukturę genów, co objawia się zmniejszeniem ilości lub zmianą struktury produktu białkowego, a w konsekwencji jego aktywności funkcjonalnej. Czasami spadek lub całkowity brak białka jest wynikiem mutacji w regionach regulatorowych genów.
W konsekwencji w przypadku mutacji genów schemat wygląda następująco: w wyniku mutacji genu (defekt molekularny) pojawia się patologiczny efekt pierwotny, co prowadzi do kaskady zaburzeń biochemicznych w komórkach, narządach i organizmie. Ta sekwencja zdarzeń leży u podstaw chorób genetycznych. Zaobserwowano cztery warianty patologicznych skutków pierwotnych.
Pierwsza opcja wiąże się z wytwarzaniem nadmiernej ilości produktu na skutek zwiększonej aktywności genów.
Druga opcja wiąże się z wytwarzaniem nieprawidłowych białek. Prowadzi to do zakłócenia działania układu, którego działanie zapewnia to białko.
Na przykład (w wyniku zastąpienia jednego aminokwasu) w przypadku anemii sierpowatokrwinkowej syntetyzowana jest nieprawidłowa hemoglobina, która ma zmniejszoną rozpuszczalność i zdolność do polimeryzacji. W rezultacie przy braku tlenu taka hemoglobina szybko krystalizuje, czerwone krwinki przyjmują kształt sierpa i szybko sklejają się, co prowadzi do zablokowania naczyń włosowatych.
Trzecia opcja wiąże się z brakiem produktów podstawowych. Jest to najczęstsza opcja. W wyniku braku tego lub innego białka (najczęściej enzymu) nie zachodzą reakcje biochemiczne z jego udziałem. Prowadzi to do gromadzenia się produktów prekursorowych, najczęściej toksycznych. Na przykład w przypadku fenyloketonurii konwersja fenyloalaniny do tyrozyny nie następuje z powodu braku odpowiedniego enzymu. W rezultacie synteza osłonki mielinowej w aksonach ośrodkowego układu nerwowego zostaje zakłócona i na poziomie ciała rozwija się ciężka postać niedoboru umysłowego. Innym przykładem niedoboru białka jest niedobór enzymów naprawczych lub replikacyjnych. Prowadzi to do rozwoju nowotworów złośliwych.
Czwartą opcją jest produkcja zmniejszonej ilości produktu, na przykład białek. Prowadzi to do ich niedoborów w organizmie i zaburzeń metabolicznych.
Wraz z powstałym aminoacylo-tRNA reszty aminokwasowe niezbędne do syntezy białek dostają się do rybosomów, gdzie przeprowadzana jest synteza wiązań peptydowych. Ustalono, że zaopatrując rybosomy w aminokwasy do tworzenia białka, tRNA pełni funkcję katalityczną, gdyż po przeniesieniu aminokwasu do rybosomu uwolnione tRNA może ponownie połączyć się z resztą aminokwasu i może zostać wykorzystane do nowy akt przeniesienia. Na przykład tempo obrotu tRNA w przypadku syntezy hemoglobiny na rybosomie wynosi 30–40 transferów na 10 minut.
Synteza łańcucha polipeptydowego w rybosomie rozpoczyna się od przyłączenia N-końcowego aminokwasu nowo powstałego białka w pewnym miejscu rybosomu. Na pierwszym etapie przyłączania następuje komplementarne oddziaływanie odcinka łańcucha polinukleotydowego odpowiedniego aminoacylo-tRNA z odcinkiem mRNA zlokalizowanym w rybosomie. Zakłada się wówczas, że podczas syntezy białka N-końcowy aminokwas pozostaje wolny, a przyłączenie zsyntetyzowanego łańcucha polipeptydowego do rybosomu następuje za pomocą kolejnego tRNA, które sprowadza pożądany do rybosomu. ten moment aminokwas.
Proces biosyntezy białek w rybosomie odbywa się w 3 etapach, podobnie jak w syntezie kwasów nukleinowych:
Etap I– inicjacja zachodzi przy udziale 3 czynników białkowych - IF-1, IF-2, IF-3 (czynniki inicjujące), które są białkami o różnej masie cząsteczkowej. Czynnik IF-3 powoduje zmiany konformacyjne w małej podjednostce rybosomu, ułatwiając jego związanie formylometionylo-tRNA, co następnie zapewnia wejście do rybosomu pierwszego N-końcowego aminokwasu – formylometioniny, co otwiera łańcuch polipeptydowy dowolnego białka syntetyzowany w bakteriach. Proces ten wiąże się z kosztami energii wynikającymi z rozkładu trifosforanu guanozyny:
GTP ® HDF + H 3 PO 4
Etap II – wydłużenie. Ten etap biosyntezy białek w komórce bakteryjnej obsługiwany jest przez trzy czynniki wydłużania białek: EF-T U, EF-TS i EF-G. Proces wydłużania rozpoczyna się od związania aminoacylo-tRNA zawierającego resztę aminokwasową, która powinna być drugą od N-końca cząsteczki białka syntetyzowanego na rybosomie. W centrum peptydylowym zachodzi reakcja pomiędzy formylometionylo-tRNA i aminoacylo-tRNA, w wyniku której reszta formylometioniny zostaje przeniesiona na wolną grupę aminową reszty aminokwasowej, która jest część integralna aminoacylo-tRNA. W rezultacie pojawia się dipeptydylo-tRNA, czyli zamyka się pierwsze wiązanie peptydowe w przyszłej cząsteczce białka i powstaje również deacylowany formylometionylo-tRNA.
Proces ten nazywany jest reakcją transpeptydacji. Powtarza się to wiele razy, aż do zakończenia pełnej syntezy cząsteczki białka.
Etap III – zakończenie synteza białek w rybosomie odbywa się także przy udziale trzech czynników białkowych – RF-1, RF-2 i RF-3 u bakterii oraz jednego czynnik białkowy R – w organizmach wyższych. Gdy tylko kodon terminacyjny mRNA zajmie odpowiednie miejsce w centrum aminoacylowym rybosomu, przyłącza się do niego jeden z czynników terminacyjnych, blokując w ten sposób możliwość przyłączenia kolejnej cząsteczki aminoacylo-tRNA. Kodony stop nie odpowiadają żadnemu z antykodonów tRNA. Dodatek czynnika terminacji pobudza aktywność esterazy peptydylowej białek rybosomalnych, które hydrolizują wiązanie estrowe pomiędzy nowo utworzonymi polipeptydami a ostatnim tRNA zlokalizowanym w rybosomie. W rezultacie syntetyzowane białko zostaje od niego oddzielone, rybosom rozpada się na subcząstki, które dostają się do ogólnej puli subcząstek komórki. GTP bierze udział w zakończeniu syntezy białek zarówno u bakterii, jak i ssaków.
Wydłużenie, utworzenie wiązania peptydowego (reakcja transpeptydacji). Translokacja. Translokaza. Zakończenie. Rola czynników białkowych na każdym etapie translacji
Po zakończeniu inicjacji rybosom zostaje umiejscowiony na mRNA w taki sposób, że w centrum P znajduje się kodon inicjacyjny AUG z przyłączonym do niego Met-tRNAshMet, a w centrum A znajduje się triplet kodujący włączenie pierwszy aminokwas syntetyzowanego białka. Następnie rozpoczyna się najdłuższy etap syntezy białek – elongacja, podczas której rybosom za pomocą aa-tRNA sekwencyjnie „odczytuje” mRNA w postaci trójek nukleotydów podążając za kodonem inicjacyjnym w kierunku od 5” do 3” końcu, wydłużając łańcuch polipeptydowy dalej w wyniku sekwencyjnego dodawania aminokwasów.
Wbudowanie każdego aminokwasu do białka następuje w 3 etapach, podczas których: 1) aa-tRNA każdego aminokwasu zawartego w białku wiąże się z centrum A rybosomu; 2) peptyd z peptydylo-tRNA zlokalizowanego w centrum P łączy grupę b-NH2 reszty aminoacylowej aa-tRNA centrum A, tworząc nowe wiązanie peptydowe; 3) peptydylo-tRNA, przedłużony o jedną resztę aminokwasową, przemieszcza się z centrum A do centrum P w wyniku translokacji rybosomu.
Wiązanie aminoacylo-tRNA w miejscu A. Kodon mRNA zlokalizowany w centrum A obok kodonu start określa charakter aa1tRNAaa1, który będzie zawarty w centrum A. aa1tRNAaa1 oddziałuje z rybosomem w postaci trójskładnikowego kompleksu składającego się z czynnika elongacji EF-1, aa1tRNAaa1 i GTP. Kompleks skutecznie oddziałuje z rybosomem tylko wtedy, gdy antykodon aa-tRNAaa1 jest komplementarny i antyrównoległy do kodonu mRNA w centrum A. Wbudowanie aa-tRNAaa1 do rybosomu następuje dzięki energii hydrolizy GTP do PKB i nieorganicznego fosforanu. Tworzenie wiązania peptydowego zachodzi natychmiast po odszczepieniu kompleksu EF-1 i PKB od rybosomu. Ten etap procesu nazywa się reakcje transpeptydacyjne
Podczas tej reakcji reszta metioninowa Met-tRNAIMet wiąże się z grupą a-aminową pierwszego aminokwasu przyłączonego do tRNAaa1 i zlokalizowaną w centrum A, powstaje pierwsze wiązanie peptydowe.
Translokacja - Trzeci etap wydłużania. Czynnik wydłużający EF-2 przyłącza się do rybosomu i wykorzystując energię GTP wprawia rybosom wzdłuż mRNA o jeden kodon do końca 3". W efekcie powstaje dipeptydylo-tRNA, które nie zmienia swojej pozycji względem mRNA , przemieszcza się z centrum A do centrum P. Wolny od metioniny tRNAiMet opuszcza rybosom, a następny kodon wchodzi do regionu centrum A.
Po zakończeniu trzeciego etapu wydłużania rybosom ma dipeptydylo-tRNA w centrum P, a triplet kodujący włączenie drugiego aminokwasu do łańcucha polipeptydowego wchodzi do centrum A. Rozpoczyna się kolejny cykl etapu elongacji, podczas którego na rybosomie ponownie mają miejsce opisane powyżej zdarzenia. Powtarzanie takich cykli w zależności od liczby kodonów sensownych w mRNA kończy cały etap wydłużania.
Zakończenie translacja następuje, gdy jeden z kodonów stop: UAG, UAA lub UGA wchodzi do centrum A rybosomu. Nie ma odpowiednich tRNA dla kodonów stop. Zamiast tego do rybosomu przyłączone są 2 czynniki uwalniające białko RF lub czynniki terminacyjne. Jeden z nich, wykorzystując centrum transferazy peptydylowej, katalizuje hydrolityczne odszczepienie syntetyzowanego peptydu od tRNA. Drugi, dzięki energii hydrolizy GTP, powoduje dysocjację rybosomu na podjednostki
Zatem szablonowy charakter procesu translacji objawia się tym, że sekwencja wejścia aminoacylo-tRNA do rybosomu w celu syntezy białka jest ściśle określona przez mRNA, tj. Kolejność kodonów wzdłuż łańcucha mRNA jednoznacznie określa strukturę syntetyzowanego białka. Rybosom skanuje łańcuch mRNA w postaci trójek i sekwencyjnie wybiera „niezbędne” aa-tRNA ze środowiska, uwalniając deacylowane tRNA podczas wydłużania.
Małe i duże podjednostki rybosomu pełnią różne funkcje podczas translacji: mała podjednostka przyłącza mRNA i dekoduje informację za pomocą tRNA i mechanizmu translokacji, a duża podjednostka odpowiada za tworzenie wiązań peptydowych.
