Синтез белка и трансляция

Синтез белка, или трансляция, — это процесс, при котором рибосома считывает последовательность матричной РНК и собирает соответствующую цепь аминокислот в белок. Это этап, который преобразует генетический код в функциональные молекулы клетки и является конечной точкой для аминокислот, участвующих в метаболизме белков и аминокислот.

Definition

Трансляция — это катализируемый рибосомой синтез полипептида, аминокислотная последовательность которого определяется кодонами матричной РНК, с использованием аминоацил-транспортных РНК в качестве адаптеров, считывающих генетический код.

Scope

Эта статья охватывает активацию аминокислот и их сопоставление с кодонами посредством синтеза аминоацил-тРНК, а также фазы инициации, элонгации и терминации трансляции на рибосоме, наряду с основными точками регуляции этого процесса. Она рассматривает трансляцию как биохимический и молекулярный процесс.

Core questions

• Как каждая аминокислота связывается с транспортной РНК, которая распознает ее кодон?
• Как рибосома выбирает стартовый сайт и считывает кодоны в рамке?
• Как регулируется скорость трансляции в ответ на клеточные условия?

Key concepts

• Генетический код и кодон-антикодоновое спаривание
• Аминоацил-тРНК-синтетазы и зарядка тРНК
• Рибосома и А-, Р- и Е-сайты
• Инициация, элонгация и терминация
• Факторы инициации трансляции и регуляция
• Рибосомное профилирование как метод измерения

Mechanisms

Каждая аминокислота сначала присоединяется к своей когнатной транспортной РНК с помощью аминоацил-тРНК-синтетазы — АТФ-зависимой реакции, точность которой, включая коррекцию, определяет верность генетического кода. Заряженные тРНК доставляют аминокислоты к рибосоме, где трансляция протекает в три фазы. В фазе инициации малая субъединица рибосомы, с помощью факторов инициации, находит стартовый кодон, обычно путем сканирования у эукариот, и присоединяется большая субъединица. В фазе элонгации рибосома движется кодон за кодоном, катализируя образование пептидной связи между последовательными аминокислотами в своем пептидил-трансферазном центре, в то время как тРНК циклически проходят через ее А-, Р- и Е-сайты. Терминация происходит, когда стоп-кодон распознается факторами высвобождения и завершенный полипептид освобождается. Инициация является наиболее строго регулируемой фазой; ее контроль через факторы инициации позволяет клеткам быстро регулировать общий и специфический для мРНК синтез белка. Рибосомное профилирование позволяет измерять трансляцию в масштабе всего генома с разрешением, близким к кодону.

Clinical relevance

Трансляция является мишенью для нескольких классов антибиотиков, которые используют различия между бактериальными и человеческими рибосомами, а ее регуляция изменяется при многих заболеваниях. Эта статья описывает механизм и методы его изучения, но не предоставляет индивидуальных рекомендаций по лечению.

Evidence & guidelines

Механизм и его регуляция являются установленными положениями молекулярной биологии, подтвержденными обширной первичной и обзорной литературой; это справочная тема, а не область клинических рекомендаций.

History

Генетический код был расшифрован в 1960-х годах благодаря работам Маршалла Ниренберга, Хара Гобинда Хораны и других, в то время как открытие транспортной РНК в качестве адаптера Мэлоном Хогландом и его коллегами объяснило, как считывается код. Позднее структурные и биохимические исследования позволили определить структуру рибосомы и факторы, контролирующие каждую фазу трансляции.

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Mahlon Hoagland
• Alan Hinnebusch

Seminal works

• ibba-soll-2000
• sonenberg-hinnebusch-2009
• jackson-2010

Frequently asked questions

Какова роль транспортной РНК в трансляции?

Транспортная РНК действует как адаптер: каждая заряженная тРНК несет специфическую аминокислоту и спаривает свой антикодон с соответствующим кодоном на матричной РНК, чтобы рибосома могла добавлять правильную аминокислоту по мере считывания кода.

Почему этап инициации трансляции так важен для регуляции?

Инициация обязывает рибосому синтезировать белок, поэтому контроль этого процесса через факторы инициации позволяет клетке быстро увеличивать или уменьшать производство белка, как в целом, так и для конкретных мРНК, в ответ на ее потребности.