Биосинтез белка (трансляция)
Трансляция представляет собой процесс, в результате которого про¬являются, все генотипические и фенотипические признаки организма, тка¬ней, клеток. Процессы транскрипции и трансляции происходят в клетке постоянно, замедляясь лишь во время митоза.
В синтезе белка участвуют следующие компоненты и ферменты:
-   аминокислоты как исходный материал,
-   транспортные РНК - переносчики аминокислот к месту синтеза белка,
-   аминоацил-т-РНК-синтетазы - ферменты, образующие транспортные формы аминокислот путем их связывания со "своими" т-РНК,
-   матричная (информагщонная) РНК - источник информации о структу¬ре белка,
-   рибосомы - место синтеза белка,
-   АТФ, ГТФ как энергетический материал,
-   ионы Mg2* - кофактор ферментов синтеза белка,
-   факторы трансляции - белки, участвующие в отдельных стадиях син¬теза.
В отличие от репликации и транскрипции, при трансляции нет соот¬ветствия между знаками в матрице (м-РНК) и в продукте реакции (белке): в м-РНК имеется лишь 4 разных знака-нуклеотида, а в белке - 20 разных
знаков-аминокислот. Если репликацию и транскрипцию можно сравнить с переписыванием текста, то трансляция - это реализация информации пу¬тем ее дешифровки. Способ кодирования информации в м-РНК и в ДНК о первичной структуре белка получил название генетического кода.
Каким образом зашифрована структура белка? Первым был вопрос о кодовом числе - количестве нуклеотидных остатков, кодирующих одну аминокислоту. Ясно, что кодовое число не может быть равным 1, так как 4 нуклеотида могут кодировать только 4 разных аминокислоты. При кодо¬вом числе 2 количество разных нуклеотидных пар из четырех элементов может быть 42 = 16, что тоже недостаточно для кодирования всех амино¬кислот. При кодовом числе 3 количество вариантов равняется 43 = 64, что в три раза больше, чем требуется для кодирования 20 аминокислот. В экспе-риментах было установлено, что кодовое число действительно равно трем, т.е. код триплетный. Эту тройку нуклеотидных остатков (триплет) назы¬вают кодоном.
Второй экспериментально разрешенный вопрос - о смысле кодонов. Из 64 триплетов 61 используется для кодирования аминокислот, а три -УАА, УАГ и УГА - являются бессмысленными, или некодирующими. Впоследствии оказалось, что они служат для терминации синтеза белка.
Свойства генетического кода:
1.  Каждый триплет кодирует только одну аминокислоту; это свойство ко¬да называется однозначностью, или специфичностью.
2.  Одна аминокислота может кодироваться двумя - шестью разными три¬плетами, что обозначается как избыточность, или вырожденность кода.
3.  Код однонаправленный, т.е. он считывается только в одну сторону.
4.  Код неперекрывающийся, т.е. каждый нуклеотид входит в состав только одного триплета, и кодоны используются всегда целиком.
5- Код считывается без запятых, т.е. последовательно, без пропуска нук¬леотидов.
о. Код универсален: триплеты кодируют одни и те же аминокислоты прак¬тически во всех живых организмах. Благодаря этому при наличии соот¬ветствующих м-РНК белки, характерные для организма человека, могут
быть синтезированы микроорганизмами, что широко используется в биотехнологии.
Транспортная РНК - молекула-адаптор, или дешифровщик. По¬скольку между нуклеотидами и аминокислотами невозможны специфиче¬ские взаимодействия (по типу комплементарных нуклеотидных пар), то появилось предположение о существовании молекул-адапторов, которые могут взаимодействовать как с определенным кодоном, так и с определен¬ной аминокислотой.
Такими молекулами оказались транспортные РНК. 3'-Конец всех их молекул заканчивается одинаковой последовательностью ЦЦА, к которой могут присоединяться аминокислоты. Каждая т-РНК специфично связыва¬ется только с одной определенной аминокислотой, а общее количество ви¬дов т-РНК - 61, т.е. столько же, сколько имеется смысловых кодонов. В то же время одна аминокислота может взаимодействовать с двумя-шестью разными т-РНК, что объясняет вырожденность кода.
Связывание т-РНК с аминокислотой происходит в цитоплазме клет¬ки. Оно контролируется специфическим для каждой аминокислоты фер¬ментом - аминоацил-т-РНК-синтетазой, представленной в клетке не ме¬нее чем двадцатью разновидностями. Реакция протекает при наличии ио-нов Mg2+ и с использованием энергии АТФ. Образуется активная транс¬портная форма аминокислоты - аминоацил-т-РНК, содержащая макроэр-гическую связь (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Образование аминоацил-т-РНК
В рибосомах аминоацил-т-РНК может взаимодействовать с матрич¬ной РНК благодаря тому, что молекула т-РНК в одной из петель имеет специфичный для каждого вида антикодон - нуклеотидный триплет, ком¬плементарный ко дону м-РНК (рис. 9.7).
Роль м-РНК в трансляции сводится к переносу информации, запи¬санной в виде нуклеотидных триплетов, от ДНК к месту синтеза белка (ри¬босомы). Последовательность кодонов в м-РНК определяет последова¬тельность остатков аминокислот в синтезируемом белке, т.е. его первичную структуру- В процессе реализации наследственной информации м-РНК соединяется с рибосомами, на которых и осуществляется реальный синтез белка (образование пептидных связей между остатками аминокислот). Ри¬босомы состоят из двух субчастиц и содержат участки, обеспечивающие взаимодействие с м-РНК и аминоацил-т-РНК, ферменты и другие факторы, необходимые для трансляции.

Рис. 9.7. Взаимодействие молекул аминоацил-т-РНК с матрицей м-РНК
Собственно трансляция (функционирование рибосом). "Перевод" чередования триплетов в аминокислотную последовательность осуществ¬ляет т-РНК. В процессе образования полипептидной цепи выделяют ста¬дии инициации, элонгации и терминации.
Синтез начинается с образования инициирующего комплекса, содер¬жащего м-РНК, рибосому, "начальную" аминоацил-т-РНК и специфиче¬ские белки - факторы инициации. Вначале поступающая из ядра м-РНК своим кэп-участком соединяется с малой субчастицей рибосомы и ини¬циирующей метионил-т-РНК. Затем с затратой энергии ГТФ присоединя¬йся большая субчастица рибосомы, и метионил-т-РНК взаимодействует воим антикодоном с кодоном м-РНК в присутствии специфических бел-к°в (рис. 9.8).
Элонгация. К инициирующему комплексу с затратой энергии ГТф ц с участием белков-факторов элонгации присоединяется аминоадил-т-РЫК^ содержащая аминокислоту в соответствии с первым кодоном м-РНК, сле¬дующим за кэп-участком. После этого с помощью рибосомального фер¬мента пептидил-трансферазы происходит перенос остатка метионина к аминокислоте в составе аминоацил-т-PHKi и образование между ними пептидной связи. Образуется дипептидил-т-PHKi, связанная с первым ко¬доном м-РНК и с рибосомой.
Далее осуществляется транслокация - перемещение рибосомы на один триплет относительно м-РНК и дипептидил-т-PHKi с участием спе¬цифического белка и затратой энергии 2 ГТФ; при этом освободившаяся "пустая" метионил-т-РНК выходит из комплекса. Дальнейшее удлинение пептидной цепи происходит путем повторения описанных фаз элонгации.

Рис. 9.8. Этапы трансляции (синтеза пептидной цепи на матрице м-РНК)
Терминация. Пептидная цепь удлиняется до тех пор, пока рибосома не встретится на м-РНК с одним из терминирующих (бессмысленных) ко-
донов - УАА, УАГ или УГА. Тогда при участии белков-факторов термина-ции с затратой энергии ГТФ происходит отщепление новосинтезированно-го пептида (белка), освобождение последней т-РНК и отделение большой и малой субчастиц рибосомы от м-РНК. Остаток инициирующей аминокис¬лоты - метионина - также отщепляется от сформированной белковой цепи. В процессе трансляции рибосомы связываются с 5'-кэп-участком м-РНК и движутся по направлению к З'-концу молекулы. По мере освобо¬ждения кэп-участка к нему присоединяются новые рибосомы, и на цепи м-РНК могут одновременно функционировать до 40 рибосом - образуется полирибосома {полисома), напоминающая цепочку бусинок в движении по нити (рис. 9.9).  В результате на одной молекуле м-РНК могут синтезиро¬ваться сразу много молекул одного и того же белка, что значительно уско¬ряет образование его нужного количества в клетке.

Рис. 9.9. Образование и функционирование полисомы
Формирование вторичной и третичной структур синтезированного белка осуществляется с участием специализированных белков - шаперонов (англ."chaperon" - спутник, компаньон), которые осуществляют сворачи¬вание полипептидной цепи и ее пространственную укладку, т.е. придают белку его окончательную форму. Кроме того, большинство белковых мо¬лекул подвергается посттрансляционным изменениям: образуются ди-сульфидные связи, может отщепляться часть цепи, у сложных белков при¬соединяется простетическая группа, объединяются субъединицы олиго-мерных белков и т.д.
Молекула м-РНК с З'-конца подвергается действию ферментов-нуклеаз. По мере укорочения поли-А-фрагмента синтез белка на ней пре¬кращается, м-РНК "выходит из строя" и расщепляется