Молекулярная биология

 
 
Трансляция (рис.10)  
также состоит из инициации, элонгации и терминации. 
Местом трансляции являются рибосомы. В рибосомах есть два активных функциональных центра - пептидильный и аминоацильный. Не работающая рибосома диссоциирована на две субъединицы: малую и большую.  
Инициация трансляции начинается со связывания мРНК с малой субъединицей рибосомы, причём необходимо чтобы в её пептидильном центре оказался триплет АУГ - это инициирующий кодон. С этим кодоном связывается тРНК-f-метионин, а затем малая и большая субъединицы рибосомы объединяются. Рибосома готова к работе. В аминоацильном центре рибосомы находится другой триплет нуклеотидов мРНК, с которым может связаться тРНК, имеющая комплементарный антикодон. Когда это произойдёт, то между двумя аминокислотами (одна - f-метионин в пептидильном центре, вторая - в аминоацильном центре) возникает пептидная связь - образуется дипептид, инициация завершилась. Рибосома передвигается по мРНК на один триплет, который оказывается в аминоацильном центре, тРНК из него перемещается в пептидильный центр; она связана с дипептидом, а первая тРНК уходит в цитоплазму. Аминоацильный центр свободен, в нем находится новый кодон, с которым может связаться тРНК с комплементарным антикодоном. Так, передвигаясь по мРНК, рибосома "прочитывает" информацию, переводит её на язык аминокислот и полипептидная цепь наращивается. Это - элонгация. Элонгация происходит до тех пор, пока на пути рибосомы в А-центре не окажется кодон-терминатор. Тогда полипептидная цепь отсоединяется от рибосомы, мРНК тоже отделяется от рибосомы, рибосома диссоциируется на субъединицы, происходит терминация Этапы трансляции (рис.10): 
Инициация 1-5. Начало матричного синтеза (трансляции) происходит поэтапно:  
1- связывание мРНК с малой (30 S) субъединицей рибосомы 
2 - установка в пептидильном центре (Р) инициирующего кодона АУГ (AUG) 
3 - связывание тРНК с аминокислотой формил-метионин (тРНК - f-met) с кодоном АУГ (образование инициирующего комплекса) 
4 - присоединение большой (50 S) субъединицы рибосомы 
5.1-образование комплекса кодон-антикодон в аминоацильном (А) центре 
5.2 - образование пептидной связи между формил-метионином и второй аминокислотой(образование дипептида) 
5.3 - транспозиция рибосомы (перемещение) по мРНК на один триплет (при этом первая тРНК покидает рибосому, вторая тРНК, с которой связан дипептид, перемещается из А - в Р центр, а в А центре появляется новый кодон). 
Элонгация 6 - 9. Углубление и ускорение процесса трансляции, результатом чего является наращивание полипептидной цепи. Состоит из многократно повторяющихся этапов: 
6 - транспортировка аминокислот в рибосому с помощью тРНК 
7.1-образование комплекса кодон-антикодон в А центре 
7.2 - образование пептидной связи между аминокислотами 
8 - транспозиция рибосомы по мРНК на один триплет 
Терминация 10-11. Окончание трансляции. 
10 - появление в А центре после очередной транспозиции рибосомы терминирующего кодона (УАА, УАГ, УГА) 
11.1-в Р- центре дестабилизируется и утрачивается связь между тРНК и мРНК 
11.2 - полипептид отщепляется от тРНК 
11.3 - мРНК покидает рибосому 
11.4 - диссоциация рибосомы на субъединицы  
 

 
 
V. Репликация ДНК 
Самовоспроизведение (ауторепродукция) ДНК называется репликацией. Репликация ДНК происходит перед делением клетки; в результате этого процесса содержание ДНК в клетке удваивается, а так как репликация протекает по правилу комплементарности, то две дочерние молекулы идентичны материнской и друг другу. Следовательно, каждая новая клетка получает информацию в количественном и качественном отношении одинаковую с родительской клеткой. Разъединение двух цепей ДНК у эукариот начинается одновременно в нескольких участках (у прокариот в одном месте). Такой участок называется - репликон (рис. 11а). В эукариотической клетке может быть более 2000 репликонов. Репликация - это реакция матричного синтеза; матрицей служит молекула ДНК, основными ферментами являются ДНК-полимераза, лигаза, рестриктаза. 
 

 
 
Начинается процесс с разрыва водородных связей между азотистыми основаниями ДНК на участке, включающем около 300 пар нуклеотидов - это место называется точка инициации. Так как разъединение цепей ДНК от точки инициации идет вправо и влево одновременно, цепи ДНК антипараллельны, а фермент ДНК-полимераза может работать только в одном направлении (соединяя нуклеотиды от 5 углерода последующего к 3 углероду предыдущего), то синтез дочерних цепей идет по-разному на разных участках одного репликона. Одна цепь - лидирующая, синтезируется непрерывно, а вторая - отстающая, синтезируется фрагментарно (Рис. 11б). 
На цепи 3/_5/ рядом с точкой инициации есть особая последовательность нуклеотидов - сайт инициации, на котором синтезируется небольшая молекула РНК (РНК-затравка). У РНК-затравки свободен 3/ - конец, к которому присоединяется первый нуклеотид ДНК, к нему второй и т. д. В результате синтезируется лидирующая дочерняя цепь. На противоположной, антипараллельной цепи (5/-3/) сайта инициации нет и проходит время, пока в 
 

 
 
результате разрыва водородных связей обнаружится такой сайт; РНК-затравка синтезируется и от неё в сторону противоположную направлению разъединения ДНК синтезируется небольшой фрагмент дочерней цепи. После разъединения следующего участка молекулы ДНК, следующая молекула РНК-затравка находит свой сайт и синтезируется новый фрагмент дочерней цепи ДНК в направлении 5/ -3/ и т.д. Таким образом, эта цепь синтезируется небольшими фрагментами (фрагменты Оказаки) и отстаёт во времени. На другой половине репликона, где разъединение цепей ДНК идёт в другую сторону, также, в одном направлении дочерняя цепь синтезируется непрерывно, в другом - фрагментарно. Затем рестриктазы вырезают РНК-затравки (одну - из лидирующей цепи и от каждого фрагмента Оказаки на отстающей цепи), ДНК-полимераза достраивает молекулу ДНК на местах вырезанных РНК-затравок, а лигазы соединяют фрагменты в непрерывную цепь. В каждой новой молекуле ДНК одна цепь старая (материнская), а вторая - новая (дочерняя). Такой способ репликации называется полуконсервативным. 
 
VI. Обратная транскрипция 
Представление о направлении потока информации в клетке и последо-вательности процессов получило название центральной догмы молекулярной биологии. Передача генетической информации идёт в направлении  
 

 
 
Однако, оказалось, что иногда информация может передаваться от РНК к ДНК. Это явление было изучено у вирусов, генетический аппарат которых представлен не ДНК, а РНК. Это группа ретровирусов, к которым относится вирус гриппа, СПИДа и др. Чтобы после внедрения таких вирусов в клетку хозяина их генетическая информация могла быть использована для синтеза вирусных белков, необходимо на вирусной РНК синтезировать ДНК, с последующим встраиванием ее в геном клетки. Этот процесс идёт под контролем фермента ревертазы (обратной транскриптазы) и называется обратной транскрипцией. Таким образом, направление потока генетической информации в клетке в окончательном виде выглядит так:  
 

 
 
Открытие явления обратной транскрипции сыграло большую роль в развитии генной инженерии, микробиологии. С помощью ревертаз получают важные лекарственные препараты белковой природы (интерферон, гамма- глобулин и др.), вводя в микробную клетку мРНК человека с информацией о строении этих белков.

Bazzaeva A.V. 2013