КАТАБОЛІЗМ ПРОСТИХ БІЛКІВ

ОБМІН СКЛАДНИХ БІЛКІВ. РОЗПАД ТА УТВОРЕННЯ КІНЦЕВИХ ПРОДУКТІВ, ГЕМПРОТЕЇНІВ ТА НУКЛЕОПРОТЕЇНІВ. БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ ТА НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

 

В процесі травлення нуклеїнові кислоти їжі розпадаються до нуклеотидів і нуклеозидів, які всмоктуються клітинами слизової кишечника.

Але наявність їх у їжі не обов'язкова, оскільки майже всі клітини організму синтезують нуклеотиди із амінокислот, діоксиду вуглецю й аміаку. Синтез пуринових і піримідинових нуклеотидів із ненуклеотидних попередників — багатостадійний процес, що вимагає затрат енергії. Крім цього шляху біосинтезу, який називають de novo, нуклеотиди можуть синтезуватись із готових пуринових і піримідинових основ, що утворюються із нуклеїнових кислот і нуклеотидів у кишковому тракті чи в процесі внутрішньоклітинного розпаду. Другий шлях синтезу нук­леотидів значно простіший, ніж синтез de novo, вимагає меншої кількості АТФ і позначається як запасний шлях. Відносне значення цих двох шляхів синтезу нуклеотидів може значно відрізнятись для різних клітин. Нуклеїнові кислоти гідролізуються під дією нуклеаз підшлункового соку. Розрізняють рибонуклеази (РНКази) і дезоксирибонуклеази (ДНКази). Продуктами гідролізу є оліго- і мононуклеотиди. Фосфоді-естерази слизової кишечника розщеплюють олігонуклеотиди до мононуклеотидів. Вільні нуклеотиди гідролізуються кишковими фосфатазами до нуклеозидів і фосфорної кислоти. Нуклеозиди абсорбуються і в клітинах слизової кишечника можуть розщеплюватись до вільних азотових основ. Тканинні нуклеази, нуклеотидази, нуклеозидази і нуклеозидфос-форилази поетапно розщеплюють клітинш нуклешові кислоти до вільних азотових основ, які перетворюються далі у кінцеві продукти — сечову кислоту із пуринів та сечовину і бета-амінокислоти із піримідинів.

Дослідження сполук, що містять мічені ізотопи 14С і 15N, дозволили виявити попередники нуклеотидів. Встановлено, що пуринове ядро нуклеотидів синтезується із атомів амінокислот гліцину, глутаміну, аспартату, СО2 і одновуглецевих груп, які також утворюються із амінокислот і переносяться тетрагідрофолієвою кислотою.

Донором аміногрупи при синтезі АМФ служить аспартат, а для ГМФ — глутамін. Реакції амінування вимагають затрати енергії; при синтезі АМФ використовується ГТФ, при утворенні ГМФ — АТФ. Розглянутий шлях утворення пуринових нуклеотидів із простих ациклічних попередників називається синтезом de novo.

На іншому шляху, названому запасним, використовуються вільні пуринові основи, які утворюються при розпаді нуклеїнових кислот чи нуклеотидів.

Розпад пуринових нуклеотидів включає реакції відщеплення фосфатного залишку, рибози й аміногрупи у вигляді аміаку, що призводить до утворення із АМФ гіпоксантину, а із ГМФ — ксантину.

Фермент ксантиноксидаза каталізує окиснення гіпоксантину в ксантин і ксантину в сечову кислоту:

В організмі людини щоденно утворюється 0,5-1 г сечової кислоти, яка виводиться головним чином через нирки. Сечова кислота і її солі (урати) погано розчинні у воді. Навіть нормальна концентраця сечової кислоти в крові (чоловіки — 0,24-0,50 ммоль/л, жінки — 0,16-0,40 ммоль/л) і у міжклітинній рідині наближується до межі розчинності. Тому незначне збільшення вмісту сечової кислоти в крові призводить до перенасичення розчину. Підвищення концентрації сечової кислоти в крові називається гіперурикемією. За походженням вона може бути спадкова, що проявляється у вигляді подагри або хвороби Леш-Ніхана (це так звані первинні гіперурикемїї), і набута (вторинна). Остання спостерігається при захворюваннях крові, нирок, отруєнні свинцем.

Подагра — це спадкова хвороба, яка уражає чоловіків у 20 разів частіше, ніж жінок, але генетика її дуже складна. До підвищеного синтезу сечової кислоти можуть призводити дефекти ряду ферментів. У хворих на подагру виявлені варіанти фосфорибозилпірофосфатсинтетази з підвищеною активністю, недостатність глюкозо-6-фосфатази, гіпоксантин-гуанін-фосфорибозилтрансферази (ГГФТ).

Відкладання уратів можливе під шкірою — у вушних раковинах, сухожилках, ліктьових і колінних суглобах. При цьому утворюються подагричні вузлики — тофуси, які є нешкідливими, але спотворюють хворого.

Піримідинові нуклеотиди, як і пуринові, синтезуються із простих сполук, а саме з СО2, глутаміну, аспартату і рибозо-5-фосфату.

Але у цьому випадку спочатку утворюється шестичленне піримідинове кільце, а потім до нього приєднується рибозофосфат.

У результаті утворюється оротидилова кислота (ОМФ), декарбоксилювання якої дає уридинмонофосфат (УМФ). Із УМФ шляхом фосфорилювання утворюються УДФ і УТФ:

УТФ приєднує аміногрупу від глутаміну, перетворюючись у цитидинтрифосфат. Цю реакцію стимулює ГТФ. Крім вказаного ланцюга реакцій, може мати місце пряме включення вільних піримідинових основ у склад нуклеотидів за аналогічним ме­ханізмом, як для пуринових нуклеотидів.

Спадкове порушення синтезу піримідинів, відоме як оротацидурія, характеризується утворенням надлишку оротової кислоти і виведенням її з сечею. Кількість виведеної оротової кислоти при цьому може сягати 1,0-1,5 г, що в 1000 разів більше, ніж у нормі. Причиною є низька ак­тивність ферментів оротат-фосфорибозилтрансферази і декарбоксилази, які каталізують дві останні реакції синтезу УМФ.

Нестача піримідинових нуклеотидів буде сприяти підвищеному утворенню оротової кислоти, оскільки не відбуватиметься гальмування синтезу ггіримідишв кінцевим продуктом. Спостерігаються затримка росту і розумового розвитку дітей у ранньому віці, мегалобластична анемія. Вказані порушення розвиваються внаслідок нестачі піримідинових нуклеотидів, необхідних для синтезу нуклеїнових кислот. Прийом уридину чи цитидину призводить до зниження утворення й екскреції оротової кислоти, відновлює нормальний ріст і розвиток. Таке лікування повинно продовжуватись протягом усього життя людей із цим спадковим дефектом.

Розпад піримідинових основ, на відміну від пуринових, супроводжується розкриттям кільця. Цитозин на першій стадії дезамінується, перетворюючись в урацил. Далі йде відновлення урацилу в дигідроура-цил, розщеплення кільця і гідроліз до СО2, NH3 і бета-аланіну. Розпад тиміну за таким же механізмом призводить до утворення бета-аміноізомасляної кислоти.

Аміак і СО2 використовуються для синтезу сечовини. Бета-аланін може включатись у структуру коферменту А. Гама-аміноізомасляна кислота перетворюється через метилмалонову кислоту в сукциніл-КоА.

 

Існують три різновиди пере­дачі генетичної інформації:

1. Реплікація — синтез дочірніх молекул ДНК, ідентичних материнській ДНК (ДНК -> ДНК).

2. Транскрипція — синтез на матриці ДНК молекул РНК, нуклеотид-на послідовність яких комплементарна певній ділянці матриці (ДНК—> РНК).На ДНК-матрицях утворюються всі три типи РНК — мРНК, рРНК, тРНК.

3. Трансляція — синтез білків, амінокислотна послідовність якихвизначається нуклеотидною послідовністю мРНК (мРНК —> білок).

Крім того, важливими процесами у передачі генетичної інформації є репарація, рекомбінація і транспозиція ДНК.

1. Репарація — ферментативне видалення і повторний синтез ділянок ДНК, що отримали пошкодження під дією фізичних та хімічних агентів.

2.   Рекомбінація — обмін генетичним матеріалом між різними молекулами ДНК. За цих умов утворюються так звані рекомбінантні ДНК.

3.   Транспозиція — переміщення гена чи групи генів із одного місця геному в інше. Такі гени називаються транспозонами, або стрибаючи­ми генами. Вони можуть викликати перебудову тих ділянок ДНК, поряд з якими вони розміщуються, впливають на мінливість організмів і їх еволюцію.

 

Біосинтез ДНК (реплікація)

Для реплікації необхідні материнська дволанцюгова ДНК, чотири дезоксирибонуклеозидтрифосфати (дАТФ, дГ ТФ, дТТФ, дІДТФ), іони Мд2+, Zn2+, ферменти і білкові фактори реплісоми. У кільцевих молекулах ДНК реплікація починається з певної ділянки (нуклеотидної послідовності завдовжки 100-200 пар основ) і перебігає в обох напрямках до повної реплікації молекули. Ділянка, що є точкою початку росту в процесі реплікації ДНК і має V-подібну конфігурацію, називається репліка-тивною вилкою. Реплікація ДНК еукаріотів починається одночасно у багатьох місцях; вважають, що число точок початку реплікації перевищує тисячу. Із кожної точки одночасно у протилежних напрямках рухаються дві реплікативні вилки.

Перед точкою початку реплікації під дією ферментів геліказ (від helix — спіраль) невеличка ділянка подвійної спіралі розплітається, при­чому на розділення кожної пари основ витрачається енергія гідролізу двох молекул АТФ. Далі до ділянки ланцюгів, що розділились, приєднується декілька молекул ДНК-зв'язаних білків, які перешкоджають зворотному з'єднанню ланцюгів. Завдяки цьому нуклеотидні послідовності ланцюгів ДНК стають доступними для дії ДНК-полімерази. Остання синтезує нові ланцюги ДНК, комплементарні ланцюгу матриці. Тобто, якщо в матричному ланцюгу знаходиться тимін, то у дочірньому ланцюгу на це місце стає залишок аденіну, і навпаки. Аналогічним чином, якщо в матричному ланцюгу стоїть залишок цитозину, то у дочірній ланцюг включається залишок гуаніну, і навпаки. Дезоксирибонуклеотиди приєднуються своєю а-фосфатною групою до вільного гідроксилу 3-кінця ланцюга, що синтезується . Енергія на утворення кожного нового фосфодіефірно-го зв'язку забезпечується відщепленням від дезоксирибонуклеозидтрифосфату пірофосфатного залишку.

Синтез нових ланцюгів відбувається тільки в напрямку 5'—>3', причому антипаралельно до матричного ланцюга. Синтез фрагмента Оказакі починається з праймера, який після завершення синтезу фрагмента видаляється, а розриви між фрагментами заповнюються де-зоксирибонуклеотидами під дією ДНК-полімерази І. Врешті фрагменти Оказакі з'єднуються один з одним за допомогою ферменту ДНК-лігази. Два нові ланцюги, з'єднані зі своїми комплементарними ланцюгами, утворюють дві дочірні подвійні спіралі, кожна з яких містить один материнський і один новосинтезований ланцюг.

Біосинтез РНК (транскрипція)

Для транскрипції необхідні ДНК-матриця, фермент ДНК-залежна РНК- полімераза, 4 нуклеозидтрифосфати й іони Мд2+. Як матриця використовується тільки один ланцюг ДНК.

Друга відмінність транскрипції від реплікації: транскрибується не вся молекула ДНК, а лише певна ділянка (ген чи група генів). Тому в ДНК є сигнальні нуклеотидні послідовності, які вказують на початок та кінець ділянок молекули, що підлягають транскрипції (промоторні і термінальні послідовності).

У прокаріотів є тільки одна РНК-полімераза, яка каталізує синтез усіх 3 типів РНК, а в еукаріотів є три ядерні РНК-полімерази (І, II і III) і одна мітохондріальна. РНК-полімераза І бере участь у транскрипції рРНК, II — у транскрипції мРНК і III — у транскрипції тРНК і 5S-pPHK.

Спочатку РНК-полімераза розпізнає промоторну ділянку ДНК і зв'язується з нею. Це зумовлює локальне розходження ланцюгів подвійної спіралі ДНК. Для початку синтезу РНК не потрібна приманка. Фермент розміщує перший нуклеозидтрифосфат (звичайно ГТФ або АТФ) комп­лементарно до матриці і послідовно приєднує нуклеотиди фосфодіефір-ним зв'язком до вільної З'-ОН групи рибози. Таким чином, ланцюг РНК синтезується у напрямку 5'-3'. Комплементарні пари у процесі транскрипції Г—Ц і А—У, тобто замість тимінових залишків ДНК у РНК включається залишок урацилу. РНК-полімераза, на відміну від ДНК-полімерази, не здатна виправити помилки. Синтез ланцюга РНК припиняється, як тільки РНК-полімераза доходить до термінальної послідовності ДНК (стоп-сигналу).

 

Після завершення транскрипції і звільнення РНК відновлюється двоспіральна структура ДНК. Відзначимо, що з одного гена можуть одночасно транскрибуватись багато ланцюгів РНК (рис. ). Ряд антибіотиків гальмують синтез РНК і використовуються для вивчення механізму цього процесу. Одні з них зв'язуються з матрицею ДНК, інші — з РНК-полімеразою. Актиноміцин Д проникає (інтеркалює) всередину між сусідніми основами Г-Ц.

Це зумовлює  локальну деформацію матриці перешкоджає рухові НК-полімерази по матриці. Актиноміцин Д гальмує синтез всіх типів РНК як у прокаріотів, так і в еукаріотів. Він проявляє протипухлинну дію, але внаслідок великої токсичності використовується рідко. Аналогічним чином діє рубоміцин.

Рифампіцин зв'язується з Р-субодиницею РНК-полімерази прокаріотів, гальмуючи ініціацію синтезу РНК. На РНК-полімерази еукаріотів рифампіцин не діє і широко використовується як протимікробний препарат. Стрептолідигін також зв'язується з Р-субодиницею, але інгібує процес елонгації після ініціації росту ланцюга РНК. а-аманітин, отруйна речовина із блідої поганки, є сильним інгібітором РНК-полімерази II еукаріотів, пригнічує синтез матричних РНК.

Дозрівання РНК

 

Усі типи РНК синтезуються у вигляді РНК-попередників, які після транскрипції зазнають певних змін, перетворюючись у біологічно ак­тивні РНК. Цей процес називається дозріванням, або процесингом. Молекули 5S-PHK, 8S-pPHK, 18S-pPHK і 28S-pPHK утворюються із одного попередника (прерибосомної РНК) шляхом фрагментації і відщеплення нуклеотидів під дією ендо- і екзонуклеаз. тРНК також утворю­ються із більш довгих РНК-попередників у результаті видалення зайвих нуклеотидів, крім того, ряд основ модифікуються (шляхом мети-лювання, дезамінування, відновлення). До тРНК у ході процесингу приєднується З'-кінцева послідовність - Ц-Ц-А.

Дуже складним процесом є утворення еукаріотних матричних РНК із попередників, що мають назву гетерогенні ядерні РНК (гяРНК). До 3'-кінця гяРНК послідовно приєднуються 100-200 залишків аденілової кислоти, утворюється полі (А) — хвіст мРНК. До 5'-кінцевого залишка приєднується трифосфатним зв'язком 7-мєтилгуанозин, утворюючи "шапочку", або "кеп". "Хвіст" і "шапочка", вірогідно, підвищують стабільність мРНК, охороняючи її від розщеплення під дією цитоплазматичних нуклеаз. Крім того, "шапочка" бере участь у зв'язуванні мРНК з рибосомами на початкових стадіях біосинтезу білків (рис. ).

Як відомо, еукаріотні гени містять два види нуклеотидних послідовностей — екзони та інтрони. Екзони кодують амінокислотну послідовність білків, а інтрони не кодують, тобто не транслюються. Функція інтронів точно не встановлена, можливо, вони є регуляторними сигналами. У процесі транскрипції РНК-полімераза списує шформацію із екзошв та інтронів. Тому первинні транскрипти (гяРНК) значно довші, ніж мРНК. На гяРНК діють специфічні ферменти, вирізають інтрони і зшивають екзони. В цьому процесі бере участь мала ядерна РНК (мяРНК). Ферментативне з'єднання екзонів називається сплайсингом. Після завершення сплайсингу зрілі мРНК виходять із ядра в цитоплазму, а інтронні фрагменти розщеплюються нуклеазами до нуклеотидів, які знову використовуються для синтезу РНК в ядрі (рис.).

Особливості реплікації геному вірусів

 

Віруси містять тільки один вид нуклеїнових кислот — або ДНК, або РНК. ДНК вірусів може бути дволанцюговою або одноланцюговою, мати форму кільця або лінійну. Вірусні нуклеїнові кислоти кодують синтез специфічних білків, характерних тільки для вірусних частинок, а також деяких ферментів, необхідних для реплікації вірусу у клітині-господарі. Після проникнення вірусної нуклеїнової кислоти у клітину-господаря відбувається реплікація вірусної нуклеїнової кислоти, синтез вірусних білків, утворення нових вірусних частинок і вихід їх із клітин (або шляхом руйнування, лізису її, або без руйнування).

Реплікація ДНК вірусів відбувається за загальним для всіх ДНК напівконсервативним механізмом. Також на матриці ДНК синтезуються мРНК, які спрямовують синтез вірусних білків. Ці процеси синтезу забезпечуються метаболічним апаратом клітини-господаря. РНК-вмісні віруси використовують як генетичний матеріал РНК. Реплікація вірусних РНК може відбуватись двома способами. За першим способом РНК вірусів грипу, кору, везикулярного стоматиту, поліовірусу,реовірусу, ряду бактеріофагів реплікуються під дією РНК-залежної РНК-полімерази (РНК - реплікази). Цей фермент відсутній у клітинах-господарях, а синтезується на вихідній вірусній РНК в інфікованих клітинах і каталізує утворення великої кількості молекул вірусних РНК. Одночасно проходить трансляція цих РНК і утворюються структурні білки вірусів. РНК-репліказа не може використовувати як матрицю ДНК чи РНК клітини-господаря реплікацїї геному другої групи РНК-вмісних вірусів (онкогенних) бере участь унікальний фермент — РНК-залежна ДНК-полімераза (інакше зворотна транскриптаза, або ревертаза).

Розмноження онкогеннихвірусів у заражених клітинах відбувається наступним способом: на вірусній РНК зворотна транскриптаза синтезує комплементарний ланцюг ДНК;

1)  на цьому ланцюгу синтезується другий ланцюг ДНК, нуклеотидна послідовність якого ідентична послідовності вірусної РНК;

2)  новосинтезована дволанцюгова ДНК включається у ДНК клітини-господаря;

3)  інтегровані у геном клітини-господаря вірусні гени транскрибуються, мРНК переходять у цитоплазму і використовуються для синтезу вірусних білків;

4)  з білків і РНК збирається серцевина вірусних частинок, яка покривається глікопротеїнами оболонки.

Новоутворені віруси відділяються від поверхні клітини-господаря. ірусна ДНК, включена у геном клітини-господаря, може залишатись і у прихованому стані, без розмноження вірусів. а певних умов вірусні гени можуть сприяти перетворенню інфікованих клітин у ракові. воротні транскриптази вірусів проявляють найбільшу активність при використанні як матриці РНК свого вірусу, але можуть викорис­товувати як матрицю різні РНК, що широко застосовується у генній інженерії.

 

БІОСИНТЕЗ БІЛКА І ЙОГО РЕГУЛЯЦІЯ

 

Процес синтезу білків (трансляція) значно складніший за синтез нуклеїнових кислот. В ньому беруть участь не менше 20 ферментів, необхідних для активації амінокислот, понад 70 (40S і 30S) різних рибосомних білків, більше десяти білкових факторів ініціації, елонгації і термінації синтезу поліпептидних ланцюгів, понад 70 видів транспортних і рибосомних РНК. Крім того, не менше 100 додаткових ферментів каталізують реакції посттрансляційних модифікацій білків.

Етапи біосинтезу білка

Першим етапом біосинтезу білків є активація і відбір амінокислот. На цьому етапі, що відбувається у цитозолі клітин, 20 амінокислот приєднуються ефірним зв'язком до відповідних "своїх" тРНК. Високоспецифічні ферменти аміноацил-тРНК-синтетази каталізують дві стадії цього етапу:

На першій стадії за рахунок енергії АТФ карбоксил амінокислоти приєднується високоенергетичним зв'язком до залишку аденілової кислоти. Аміноациладенілат залишається зв'язаним з активним центром ферменту, а під час другої стадії фермент каталізує перенесення аміноациль­ного залишку на 3'‑кінцевий залишок аденілової кислоти в молекулі тРНК (рис. ). Складноефірний зв'язок карбоксилу амінокислоти з гід­ро­ксилом тРНК є високоенергетичним.

Для кожної із 20 амінокислот є своя аміноацил-тРНК-синтетаза, що також розпізнає одну чи де­кілька тРНК, відповідних даній амінокислоті.

Таким чином, аміноацил-тРНК-синтетази мають специфічні ділянки для зв'язування амінокислоти, тРНК і АТФ. Фермент розпізнає ­послідовність нуклеотидів у дигідроуридиловій петлі тРНК, що містить модифіковану основу дигідроуридину, тому цю стадію називають ще ­рекогніцією (з англ. recognition – розпізнавання). Вірогідно, що всі тРНК, специфічні до одної амінокислоти, мають у цій ділянці однакову послідовність нуклеотидів, хоч і різні антикодони в антикодоновій петлі. Точність синтезу поліпептидного ланцюга визначається, головним чином, специфічністю аміноацил-тРНК-синтетазної реакції. Так, якщо після утворення синтетазою аміноацил-тРНК амінокислотний залишок перетворити хімічним шляхом в інший (наприклад, аланін у цистеїн), то під час трансляції у відповідних положеннях поліпептидного ланцюга замість аланіну включається цистеїн.

Після активації молекули аміноацил-тРНК дифундують до рибосом, на яких проходить біосинтез білка. Їх діаметр дорівнює близько 21 нм, маса близько 4 млн, коефіцієнти седиментації цілої рибосоми – 80S, великої субчастинки – 60S і малої – 40S.

У процесі синтезу поліпептидного ланцюга білка розрізняють стадії ініціації, елонгації і термінації (рис. ).

Стадія ініціації починається з утворення комплексу між малою (40S) субчастинкою рибосоми, молекулами матричної РНК і ініціаторної аміноацил-тРНК. Зв'язування мРНК з рибосомою відбувається за рахунок локального спарювання рРНК з короткою ділянкою на 5'-кінці мРНК. Ініціаторною аміноацил-тРНК при синтезі будь-якого білка служить у прокаріотів N-формілметіонін-тРНК, в якої аміногрупа метіонінового залишку з'єднана з формільною групою, а в еукаріо­тів – метіонін-тРНК.

 Ініціаторна аміноацил-тРНК, що містить антикодон УАЦ, розпізнає ініціаторний кодон тРНК-АУГ і завдяки комплементарній ­взаємодії АУГ – УАЦ, а також взаємодії ­певної ділянки тРНК з рибосомою встановлюється у так званому пептидильному (П) центрі рибосоми, що утворюється після приєднання великої (60S) субчастинки рибосоми. В утворенні ініціаторного функціонально активного комплексу задіяні також додаткові нерибосомні білки – фактори ініціації (близько 10 білків). Під час ініціації також відбувається зв'язування і гідроліз однієї молекули ГТФ.

Крім П-центру, в рибосомі є аміноацильний (А) центр. Обидва вони утворені завдяки специфічному сполученню 40S- і 60S-субчастинок. Під час ініціації в П-центрі розмістилась метіонін-тРНК. Далі у процесі елонгації аміноацил-тРНК приєднується в А-центрі.

Елонгація починається з відбору і приєднання аміноацил-тРНК з антикодоном, комплементарним кодону мРНК, що йде за ініціаторним (на схемі – УУУ). Зв'язування аміноацил-тРНК в А-центрі здійснюється за участю білка-фактора елонгації (ФТ-1) і супроводжується гідролізом ГТФ. Між метіоніном (у прокаріотів – формілметіоніном) і амінокислотою, що знаходиться в А-центрі, утворюється пептидний зв'язок. При цьому залишок метіоніну зі своєї тРНК переноситься на аміногрупу другої амінокислоти, тобто метіонін взаємодіє з карбоксильною групою, а аміногрупа його буде вільною. Таким чином, синтез поліпептидного ланцюга починається з N-кінця і йде у напрямку до С-кінця. Реакцію утворення пептидного зв'язку каталізує пептидилтрансфераза, що входить до складу 60S-субчастинки рибосоми. В результаті реакції в П-центрі буде вільна метіонінова тРНК, а в А‑центрі – дипептидил-тРНК.

Далі рибосома переміщується вздовж мРНК у напрямі до 3'-кінця на один кодон, метіонінова тРНК вивільняється із комплексу, а дипептидил-тРНК попадає в П-центр. Ця фаза елонгації називається транслокацією і потребує участі другого фактора елонгації (ФТ-2) і гідролізу ще однієї молекули ГТФ. У звільненому А-центрі рибосоми до наступного кодону мРНК приєднується аміноацил-тРНК із відповідним антикодоном і цикл повторюється. Таким чином, під час стадії елонгації відбувається послідовне нарощення поліпептидного ланцюга по одній амінокислоті відповідно до порядку кодонів мРНК.

Швидкість нарощення поліпептидного ланцюга оцінюється в 10 амі­нокислотних залишків за секунду. На включення в поліпептид одного амінокислотного залишку затрачається 1 молекула АТФ (на стадії активації) і 2 молекули ГТФ (на стадії елонгації). Оскільки АТФ розщеплюється до АМФ, всього затрачаються 4 високоенергетичні зв'язки. Така велика витрата енергії на синтез білка служить одним із факторів забезпечення точності трансляції.

Процес елонгації продовжується до тих пір, поки в А-центр рибосоми не потрапить один із термінальних кодонів мРНК (УАА, УАГ, УГА), які служать сигналами закінчення синтезу поліпептидного ланцюга. Вони розпізнаються не комплементарними антикодонами аміноацил-тРНК (до термінальних кодонів таких немає), а специфічними білками – факторами термінації.

За участю останніх відбувається гідролітичне відщеплення синтезованого поліпептиду від кінцевої тРНК, звільнення його, а також кінцевої тРНК і мРНК від рибосоми, дисоціація рибосоми на субодиниці.

Майже завжди мРНК транслюється одночасно багатьма рибосомами, які, розміщуючись досить близько одна від одної, послідовно рухаються з 5'-кінця до 3'-кінця мРНК. Така структура називається полірибосомою (полісомою). Кількість рибосом, що складає полісому, залежить від довжини мРНК. Звичайно полісоми містять 3-20 рибосом, а дуже довгі мРНК можуть утворювати комплекси з 50-100 рибосомами. Одночасна трансляція одної мРНК багатьма рибосомами значно збільшує ефективність використання матриці, підвищує швидкість синтезу білка. У бактерій трансляція на мРНК починається ще під час її транскрипції на ДНК.

 

Посттрансляційні зміни білків

У міру синтезу поліпептидного ланцюга формується вторинна і третинна структура білка, яка визначається амінокислотною послідовністю, тобто первинною структурою. Досить часто синтезований по­ліпептидний ланцюг набуває біологічно активної конформації тільки після додаткових змін структури. Ці зміни можуть бути різними і об'єднуються під поняттям посттрансляційних модифікацій, які включають:

1. Утворення дисульфідних зв'язків (містків) між залишками ­цистеїну.

2. Відщеплення одного чи декількох амінокислотних залишків з кінця поліпептидного ланцюга (наприклад, метіоніну, сигнальної послідовності).

3. Розщеплення певних пептидних зв'язків у молекулі білка-попередника і видалення фрагмента ланцюга, наприклад, при перетворенні проінсуліну в інсулін, хімотрипсиногену в хімотрипсин.

4. Хімічні модифікації певних амінокислотних залишків (фосфорилювання, метилювання, гідроксилювання, карбоксилювання, йодування, ацетилювання).

5. Приєднання простетичних груп чи кофакторів, наприклад гему, піридоксальфосфату, біотину, іонів металів.

6. Утворення олігомерних білків із декількох поліпептидних ланцюгів, мономерів.

Деякі із посттрансляційних модифікацій відбуваються спонтанно, без участі ферментів. Інші, зокрема ковалентні модифікації амінокислотних залишків і реакції обмеженого протеолізу, є ферментативними процесами. Посттрансляційні модифікації приводять до утворення біологічно активної структури білка. У ряді випадків вони є зворотними і служать для регуляції активності ферментів, наприклад фосфорилювання-дефосфорилювання фосфорилази і глікогенсинтетази. Приєднання простетичних груп до апоферментів відіграє безпосередню роль у ферментативній функції і менш важливе як фактор, що визначає структуру білка.