Стадия V - посттрансляционная модификация полипептидной цепи

Многие полипептиды, образующиеся при трансляции мРНК подвергаются модификации различными способами и включают следующие процессы:

1. Модификация N-конца и С-конца. Удаление формильной группы и формилметионина на N-конце бактериальных белков катализируется деформилазами.Под действием аминопетидазы может произойти отщепление одного или нескольких N-концевых остатков. У прокариот и эукариот концевой метионин иногда отщепляется в то время, когда синтез остальной полипептидной цепи еще продолжается.

2. Удаление сигнальных последовательностей. Некоторые белки содержат на N-конце дополнительную полипептидную последовательность, которая направляет этот белок к месту его назначения в клетке. Такие сигнальные последовательности удаляются с помощью особых пептидаз.

3. Образование дисульфидных мостиков, которые помогают уберечь нативную конформацию от денатурации.

4. Модификация боковых цепей аминокислот:

4.1) гидроксилирование остатков пролина и лизина в коллагене;

4.2) фосфорилирование гидроксильных групп серина, треонина и тирозина (увеличение отрицательного заряда, например, в казеине молока для связывания с ионами кальция или для активации некоторых ферментов, например, гликоген-фосфорилазы);

4.3) карбоксилирование (белок свертывания крови протромбин, содержит в своей N-концевой области несколько остатков g-карбоксиглутаминовой кислоты, которые включаются в белок при помощи фермента, зависимого от витамина К);

4.4) метилирование групп (мышечные белки и цитохромы);

4.5) присоединение боковых углеводных цепей (протеогликаны).

5. Присоединение простетических групп (например, молекула биотина, ковалентно связанная с ацетил-КоА-карбоксилазой).

6. Частичный протеолиз (например, при превращении проколлагена в коллаген и проинсулина в инсулин).

Сравнительная характеристика синтеза белков у прокариот и эукариот.

Кратко подытожим особенности трансляции у эукариот и прокариот. Общий план биосинтеза белков у эукариот аналогичен таковому у прокариот. Однако, у эукариот участвуют большее количество факторов регуляции и некоторые этапы являются более сложными. Основные признаки сходства и различий:

1. Рибосомы.Рибосомы эукариот больше по размеру по сравнению с рибосомами прокариот и имеют молекулярную массу 4200 кДа (рибосома 70S прокариот имеет молекулярную массу 2700 кДа).

2. Инициирующая аа-тРНК.У эукариот инициирующей аминокислотой является метионин и инициириующей аминоацил-тРНК выстпает метионин-тРНК.

3. Инициация.Инициирующим кодоном мРНК у эукариот всегда выступает АУГ.Эукариоты, в отличие от прокариот, не используют специфический обогащенный пуринами участок мРНК на 5′ -конце мРНК дистальнее инициирующего кодона АУГ. Однако, именно с этого инициирующего кодона мРНК начинается процесс трансляции. Малая субъединица рибосомы (40S) связывается с кэпом на 5′ -конце молекулы мРНК и поиск инициирующего кодона АУГ идет при передвижении по мРНК к 3′ -концу молекулы. Этот процесс сканирования у эукариот обеспечивается энергией каталитического гидролиза АТФ (хеликаза). В большинстве случаев эукариотические мРНК имеют только одно место старта простой полипептидной цепи, одного белка. У прокариот имеется несколько последовательностей Shine-Dalgarno в мРНК и, следовательно, несколько мест начала синтеза полипептидных цепей. У эукариот используется большее количество белковых факторов инициации (eIF), чем у прокариот. Например, eIF-4E является белком, который связывает напрямую 7-метилгуанозин (кэп), а eIF-4A является хеликазой. Различия механизмов инициации между прокариотами и эукариотами касаются и процессинга мРНК. У прокариот 5′ -конец мРНК, синтезируемой при транскрипции, способен немедленно связываться с рибосомой для начала трансляции. У эукариот предшественник мРНК должен подвергнуться созреванию (сплайсинг, образование кэп, полиА), транспортироваться в цитозоль и лишь затем связываться с рибосомами для трансляции.

4. Элонгация и терминация.Факторы элонгации у эукариот EF1  и EF1   аналогичны EFTu и EF-Ts у прокариот. ГТФ-EF1  обеспечивает поступление аа-тРНК в А-участок рибосомы, а EF1    катализирует гидролиз ГТФ до ГДФ. Эукариотический фактор еEF2 опосредует ГТФ-зависимую транслокацию по механизмам, аналогичным действию EF-G у прокариот. Терминация у кариот определяет фактор eRF1, а у прокариот – 2 фактора. И, наконец, фактор eIF3, как и у прокариот IF3, препятствует реассоциации субъединиц рибосомы при отсутствии инициаторного комплекса, соответствующего инициирующему кодону мРНК.

Регуляция биосинтеза белка

Живые клетки имеют точно запрограмированные механизмы, регулирующие синтез различных белков таким образом, что в любой клетке присутствует определенное количество молекул каждого белка, позволяющее ей осуществлять свои метаболические процессы плавно и с максимальной эффективностью.

В клетке существует 7 процессов, которые определяют концентрацию белков и каждый из этих процессов подвергается регуляции:

1. Синтез первичного РНК транскрипта.

2. Посттранскрипционный процессинг

3. Разрушение мРНК.

4. Синтез белка (трансляция).

5. Посттрансляционная модификация белка.

6. Разрушение белка.

7. Транспорт белка.

Основным механизмом регуляции биосинтеза белка является регуляции инициации транскрипции.

Гены для белков, которые требуются постоянно, экспрессируются на относительно постоянном уровне в каждой клетке организма. Гены ферментов основных метаболических путей (например, цикла трикарбоновых кислот) относятся к этой категории генов и называются конституитивными генами. Неизменная экспрессия генов называется конституитивной экспрессией генов. Внутриклеточный уровень некоторых белков повышается или снижается под действием различных сигналов. Белки, концентрация которых повышается, называются индуцибельными. Процесс повышения экспрессии генов называется индукцией. Например, экспрессия генов, кодирующих ферменты репарации ДНК, индуцируется при повреждении ДНК. Белки, концентрация которых снижается в ответ на молекулярные сигналы, называются репрессибельными, а процесс подавления экспрессии генов – репрессия. Например, достаточное поступление триптофана приводит к подавлению генов для ферментов, которые участвуют в синтезе триптофана у бактерий.

Скорость и объем синтеза белка определяется концентрацией аминокислоты, присутствующей в наименьшем количестве.

9.7.1. Фолдинг и разрушение полипептидной цепи. Оценим характеристики биосинтеза белков в клетках кишечной палочки (E. сoli). Для удвоения числа клеток за 40 мин при 37 º С требуется синтез примерно 1000 полипептидов со средней молекулярной массой 40 кДа за секунду. Эти полипептиды локализуются в минимальном объеме цитоплазмы, менее чем 1мкм³. Общая концентрация макромолекул в цитозоле клеток E. сoli достигает 340 г/л (напомним, что в сыворотке крови человека концентрация общего белка не превышает 85 г/л). Таким образом, синтезированная полипептидная цепь оказывается в пространстве, заполненном белками и другими макромолекулами при наличии протеолитических ферментов, способных ее гидролизовать. Возможны три негативных варианта судьбы полипептидной цепи: 1) протеолитическая деградация; 2) преципитация со снижением растворимости белка и 3) неправильное складывание полипептидной цепи. Все вышесказанное позволяет утверждать, что в процессе эволюции должны были отобраться механизмы, способные 1) сформировать правильную третичную (нативную) структуру белковой молекулы и 2) гидролизовать белки с неправильной конформацией полипептидной цепи. Для реализации таких механизмов используются белки шапероны, которые относятся к белкам теплового шока (hsp60, hsp70, hsp90, hsp100). Свое название эти белки получили потому, что их синтез возрастает при повышении температуры и других формах стресса. Параллельно они выполняют функцию защиты белков клетки от денатурации. Шапероны участвуют в трех процессах: 1) hsp60, hsp70, hsp90 определяют зависимое от АТФ правильное формирование третичной структуры белковой молекулы; 2) hsp70 и hsp100 определяют процессы агрегации-дезагрегации полипептидных цепей и 3) hsp70 обеспечивает разрушение неправильных полипептидов после мечения их убиквитином в протеасомах.

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться: