baltymų biosintezė

baltymų biosintezė prokariotuose

baltym biosiñtezė, transliãcija (lot. translatio – pernešimas, perdavimas), daugiastadijinis energiją naudojantis procesas, kai genuose užkoduota seka jungiasi aminorūgštys, sudarydamos polipeptidus. Skiriamos 4 baltymų biosintezės stadijos: aminorūgščių aktyvacija, sintezės iniciacija (pradžia), elongacija (polipeptido ilginimas), terminacija (pabaiga). Antra, trečia ir ketvirta stadijos vyksta ribosomose. Baltymų biosintezėje dalyvauja aminorūgštys, informacinės ribonukleorūgštys (mRNR), pernašos ribonukleorūgštys (tRNR), baltyminiai faktoriai (inicijavimo – IF, elongavimo – EF, terminavimo – RF; eukariotų baltyminiai faktoriai žymimi su raide e), magnio Mg katijonai ir kaip energijos šaltinis adenozintrifosfatas (ATP) ir guanozintrifosfatas (GTP).

Aktyvacija

Aktyvacijos stadijoje aminorūgštys aktyvinamos ir prijungiamos prie joms specifinių tRNR molekulių. Šį procesą katalizuoja aminoacil‑tRNR sintetazės (labai specifiniu veikimu pasižymintys fermentai). Aminorūgštis prisijungia prie tRNR esteriniu ryšiu.

Iniciacija

Iniciacijos metu mRNR prisijungia prie mažojo ribosomos subvieneto. Inicijavimo aminoacil‑tRNR atpažįsta inicijavimo mRNR kodoną. Prisijungia didysis ribosomos subvienetas ir susidaro inicijavimo kompleksas. Prokariotuose inicijavimo formilmetionil‑tRNR_f^met (fmet‑tRNR_f^met) atpažįsta AUG (ar GUG, kartais UUG) kodoną, kuris yra sintetinamo polipeptido N‑galo pradžios signalas. Atpažinime dalyvauja mažojo ribosomos subvieneto 16S rRNR, kurios 3′ galo pirimidininiai nukleotidai sudaro vandenilinius ryšius su mRNR 5′ galo nuo inicijavimo kodono purininiais nukleotidais. Iniciacija prasideda, kai 30S ribosomos subvienetas, sudarantis kompleksą su IF₃ ir IF₁, prisijungia mRNR ir IF₂, kuris yra susijungęs su GTP ir fmet‑tRNR_f^met. IF₃ trukdo mažajam ribosomos subvienetui susijungti su didžiuoju, iki jų susijungimo IF₃ atskyla. mRNR inicijavimo kodonas yra 30S ribosomos subvieneto P centre, kuriame prisijungia fmet‑tRNR_f^met (ją pristato IF₂). Po GTP hidrolizės atskyla visi IF ir prisijungia 50S ribosomos subvienetas. Susidaro 70S inicijavimo kompleksas. Eukariotų ląstelėse inicijavimo aminoacil‑tRNR yra metionil‑tRNR_i^met, kuri prisijungia prie ribosomos dar prieš mRNR. Metionil‑tRNR_i^met į ribosomos 40S subvienetą atgabena eIF₂, susijungęs su GTP molekule. Kartu su eIF_1A ir eIF₃ susidaro 43S preinicijavimo kompleksas, kuris jungiasi prie mRNR 5′ galo struktūros, vadinamos kepure. 40S ribosomos subvienetas atpažįsta pradinį AUG kodoną, įvyksta GTP hidrolizė, eIF disociacija. Prie mažojo ribosomos subvieneto jungiasi didysis 60S subvienetas. Susidaro 80S inicijavimo kompleksas, kurio P centre yra AUG kodonas ir metionil‑tRNR_i^met.

Elongacija

Elongacija yra ciklinis procesas, susidedantis iš trijų stadijų: atitinkamos aminoacil‑tRNR prisijungimo inicijavimo komplekso A centre; peptidinio ryšio susidarymo; translokacijos. Prokariotuose elongavimo faktorius Tu (EFTu) prisijungia aminoacil‑tRNR ir GTP. Po GTP hidrolizės aminoacil‑tRNR prijungiama 70S ribosomos A centre. Susidaro EFTu:GDP kompleksas, kuriame EFTs GDP liekaną vėl pakeičia į GTP. Baltymų biosintezės pagrindinė cheminė reakcija yra peptidinio ryšio susidarymas. Reakciją katalizuoja peptidiltransferazė. Šio fermento aktyvumas aptiktas 50S ribosomos subvieneto 23S rRNR. Reakcijos metu peptidilo liekana, esanti P centre, reaguoja su A centre esančios aminoacil‑tRNR aminorūgšties α‑aminogrupe. Susidariusi peptidil‑tRNR pailgėja viena aminorūgšties liekana ir lieka prisijungusi A centre, o P centre – deacilinta tRNR. Translokacijos metu iš P centro pašalinama deacilinta tRNR ir iš A centro į P centrą pernešama peptidil‑tRNR. Ribosoma pasislenka per vieną kodoną mRNR 3′ galo kryptimi, A centre atsiranda kitas kodonas. Ribosomos judėjimą katalizuoja EFG, perduodamas GTP hidrolizės metu išsiskyrusią energiją. Eukariotuose elongacija vyksta labai panašiai.

Terminacija

Terminacija prasideda, kai RF, kurie prisijungia ribosomos A centre, atpažįsta terminavimo kodonus. Prokariotuose polipeptidas ilginamas tol, kol 70S ribosomos A centre atsiranda terminavimo kodonas. Ląstelėse nėra aminoacil‑tRNR, kurios atpažintų šį kodoną, todėl į ribosomos A centrą nebeatnešamos aktyvintos aminorūgštys. RF₁ atpažįsta UAA ir UAG, RF₂ – UAA ir UGA terminavimo kodonus. RF₃ padeda prisijungti RF₁ ir RF₂. Susidaro ribosomos:RF₁(ar RF₂):RF₃‑GTP terminavimo kompleksas, kuriame peptidiltransferazinis aktyvumas pasikeičia į hidrolazinį. Įvyksta esterinio ryšio, kuriuo susintetintas polipeptidas yra prisijungęs prie tRNR, hidrolizė. Terminavimo komplekse, hidrolizuojantis GTP molekulei, įvyksta konformaciniai pokyčiai, nuo ribosomos atsiskiria susintetintas polipeptidas, deacilinta tRNR ir RF. 70S ribosoma atsiskiria nuo mRNR ir disocijuoja į 30S ir 50S subvienetus. Prie 30S prisijungia IF₃, kuris trukdo subvienetams susijungti. Eukariotuose yra tik vienas eRF, kuris atpažįsta visus tris terminavimo kodonus ir prisijungia 80S ribosomos A centre.

Struktūrinis baltymų biosintezės vienetas yra poliribosomos, arba polisomos (kelios arba daug ribosomų vienu metu prisijungusių prie vienos mRNR molekulės). Polisomose greičiau ir daugiau susintetinama baltymo. Polipeptido erdvinė struktūra pradeda formuotis dar nepasibaigus jo sintezei. Dažnai polipeptidai įvairiai chemiškai modifikuojami, kol tampa biologiškai aktyviais baltymais.

baltymų sintezė; -baltymo biosintezė; -baltymo sintezė

2014