Рибосомы и трансляция

Трансляция — это процесс, посредством которого рибосома считывает кодоны матричной РНК и собирает соответствующую цепь аминокислот. Рибосома представляет собой крупный комплекс рибосомальной РНК и белков, организованный в малую субъединицу, которая декодирует мРНК, и большую субъединицу, которая катализирует образование пептидных связей. Структурные исследования показали, что этот катализ осуществляется рибосомальной РНК, что делает рибосому рибозимом.

Definition

Трансляция — это опосредованный рибосомой синтез полипептида, при котором транспортные РНК доставляют аминокислоты, соответствующие последовательным кодонам мРНК, а РНК-ядро рибосомы катализирует образование пептидных связей между ними.

Scope

Эта тема охватывает структуру рибосомы и ее субъединиц, три фазы трансляции (инициация, элонгация, терминация), роль транспортной РНК и генетического кода, а также регуляцию инициации трансляции как контрольной точки экспрессии генов. Это справочник по молекулярной биологии, не содержащий клинических рекомендаций.

Core questions

• Как кодон мРНК соотносится с правильной аминокислотой?
• Каковы роли малой и большой рибосомальных субъединиц?
• Как определяются начало и конец трансляции?
• Почему инициация является основным регулируемым этапом трансляции?

Key concepts

• Малая и большая рибосомальные субъединицы
• Рибосомальная РНК и рибосомальные белки
• А-, Р- и Е-сайты связывания тРНК
• Транспортная РНК и аминоацилирование
• Генетический код и кодон-антикодоновое спаривание
• Инициация, элонгация и терминация
• Пептидилтрансферазный центр
• Кэп-зависимая инициация трансляции

Key theories

Рибосома как рибозим

Структуры большой субъединицы с высоким разрешением показали, что в пептидилтрансферазном центре находится только рибосомальная РНК, а не белок, что подтверждает точку зрения о том, что образование пептидных связей катализируется РНК, и согласуется с гипотезой РНК-мира как источника трансляции.

Mechanisms

Рибосома собирается на мРНК, при этом малая субъединица позиционирует стартовый кодон и инициирующую тРНК; у эукариот эта кэп-зависимая инициация является основным регулируемым этапом, контролируемым посредством факторов инициации (Sonenberg & Hinnebusch, 2009). Во время элонгации аминоацил-тРНК входят в А-сайт, пептидилтрансферазный центр большой субъединицы образует пептидную связь, и рибосома транслоцируется, так что цепь растет кодон за кодоном; структурные исследования локализовали эту каталитическую активность в рибосомальной РНК (Nissen et al., 2000). Распознавание стоп-кодона факторами высвобождения завершает синтез и освобождает завершенный полипептид, который затем сворачивается в соответствии со своей последовательностью (Anfinsen, 1973).

Clinical relevance

Поскольку трансляция определяет, какие белки производит клетка и в каких количествах, ее регуляция имеет центральное значение для нормального роста клеток, и несколько антибиотиков действуют, воздействуя на бактериальные рибосомы. Эта статья описывает механизм и его общее значение; она не является руководством по выбору лекарств или уходу за пациентами.

History

Основы трансляции, генетический код и адаптерная роль тРНК были установлены в середине XX века в рамках молекулярной биологии. Кристаллические структуры рибосомальных субъединиц с атомным разрешением, полученные около 2000 года, включая демонстрацию того, что РНК образует каталитическое ядро (Nissen et al., 2000), изменили понимание того, как работает рибосома, и были отмечены Нобелевской премией по химии 2009 года.

Key figures

• Thomas Steitz
• Venkatraman Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Nahum Sonenberg

Seminal works

• nissen-2000
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

В чем разница между транскрипцией и трансляцией?

Транскрипция копирует ген ДНК в матричную РНК; трансляция считывает эту матричную РНК на рибосоме и строит соответствующий белок. Трансляция — это этап синтеза белка.

Почему рибосома называется рибозимом?

Поскольку ее каталитический центр, который образует пептидные связи между аминокислотами, построен из рибосомальной РНК, а не из белка, рибосома является РНК-ферментом, или рибозимом.