Синтез белка в клетке происходит в результате трансляции иРНК. Трансляцией называется процесс пере­вода генетической информации, содержащейся в иРНК, на специфическую последовательность аминокислот. Иными словами, в процессе трансляции осуществляется перевод 4-буквенного языка азотистых оснований на 20-буквенный язык аминокислот.

Транспортные РНК. Свою аминокислоту тРНК узнают по конфигурации ее боковой цепи, а специфический фермент аминоацил-синтетаза катализирует ассоциацию тРНК с аминокислотой. В клетке существует большое количество разнообразных видов тРНК. Поскольку для каждой аминокислоты должна быть своя тРНК, количе­ство видов тРНК должно быть не меньше 20, однако в клетке их значительно больше. Это связано с тем, что для каждой аминокислоты существует не один, а несколь­ко видов тРНК. Молекула тРНК представляет собой однонитчатую РНК со сложной структурой в виде клено­вого листа (рис. 18). Один ее конец связывается с амино­кислотой (конец а), а противоположный — с нуклеоти-дами иРНК, которым они комплементарны (конец б). Три нуклеотида на иРНК кодируют одну аминокислоту и называются «триплет» или «кодон», комплементарные кодону три нуклеотида на конце тРНК называются «антикодон».

Рибосомы. Синтез белка в клетке осуществляется на   рибосоме.   Рибосома   состоит   из   двух   субъединиц,

Рис. 18. Строение транс­портной РНК. а — участок связывания с аминокислотой; б — участок связывания с нРНК (анти-кодон).

большой и малой, 'малая субъединица примерно в два раза меньше большой. Обе субъединицы содержат по одной молекуле рибосомальной РНК и ряд белков. Рибо-сомальные РНК синтезируются в ядре на матрице ДНК с помощью РНК-полимеразы I. В малой рибосомальной субъединице есть канал, в котором находится информа­ционная РНК. В большой рибосомальной субъединице есть две полости, захватывающие также малую рибосо-мальную субъединицу. Одна из них содержит аминоациль-ный центр (А-центр), другая — пептидильный центр (П-центр)  (рис. 19).

Фазы трансляции. Процесс трансляции состоит из трех фаз: 1) инициации, 2) элонгации и 3) терминации.

Инициация трансляции. Это наиболее ответ­ственный этап в процессе трансляции, основанный на узнавании рибосомой иРНК и связывании с ее особыми участками. Рибосома узнает иРНК благодаря «шапочке» на 5'-конце и скользит к 3'-концу, пока не достигнет инициаторного кодона, с которого начинается трансляция. В эукариотической клетке инициаторным кодоном являет­ся кодон АУГ или ГУГ, копирующие метионин. С метио-нина начинается синтез всех полипептидных цепей.

Вначале с иРНК связывается малая рибосомальная субъединица. К комплексу иРНК с малой рибосомальной субъединицей присоединяются другие компоненты, необ­ходимые для начала трансляции. Это несколько молекул "ч=лка,   которые   называются   «инициаторные   факторы».

19. Формирование и функционирование рибосомы (схема). 1— малая рибосомальная субъединица с присоединенной инициаторной метионил-тРНК; 2— большая рибосомальная субъединица; 3— инициаторный комплекс, содержащий малую рибосомальную субъединицу, метионил-тРНК и иРНК; заштрихованные прямоугольники — белковые факторы инициации (9 факторов в эукариотических клетках); 4— функционально активная рибосо­ма; А — аминоацильный центр, П— пептидильный центр в большой рибосо­мальной субъединице; 5, б, 7— процесс элонгации полипептидной цепи; показан перенос амииоацил-тРНК между двумя центрами на большой рибосомальной субъединице, осуществляемый с помощью пептидил-трансфера-зы.

Их по крайней мере три в прокариотической клетке и более девяти в эукариотической клетке. Инициаторные факторы определяют узнавание рибосомой специфических иРНК и, таким образом, являются определяющим фактором в дискриминации между различными ИРНК, присутствующими в клетке, как правило, в избыточном количестве.

В результате формируется комплекс, необходимый для инициации трансляции, который называется инициа­торным комплексом. В инициаторный комплекс входят: 1) иРНК; 2) малая рибосомальная субъединица; 3) ами-ноацил-тРНК, несущая инициаторную аминокислоту; 4) инициаторные факторы; 5) несколько молекул ГТФ.

В рибосоме осуществляется слияние потока информа­ции с потоком аминокислот. Аминоацил-тРНК входит в А-центр большой рибосомальной субъединицы, и ее антикодон взаимодействует с кодоном иРНК, находящей­ся в малой рибосомальной субъединице. При продвижении иРНК на один кодон тРНК перебрасывается в пептидиль­ный центр, и ее аминокислота присоединяется к ини­циаторной аминокислоте с образованием первой пептид­ной связи. Свободная от аминокислоты тРНК выходит из рибосомы и может опять функционировать в транспор­те специфических аминокислот. На ее место из А-центра в П-центр перебрасывается новая тРНК и образуется новая пептидная связь. В А-центре появляется вакантный кодон   иРНК,   к   которому   немедленно   присоединяется

1— большая рибосомальная субъединица; 2— малая рибосомальная субъедини­ца; 3— иРНК; 4— растущая полипептидная нить.

соответствующая тРНК и происходит присоединение новых аминокислот к растущей полипептидной цепи (см. рис. 19).

Элонгация трансляции. Это процесс удлине­ния, наращивания полипептидной цепи, основанный на присоединении новых аминокислот с помощью пептид­ной связи. Происходит постоянное протягивание нити иРНК через рибосому и. «декодирование» заложенной в ней генетической информации (рис. 20). иРНК функ­ционирует на нескольких рибосомах, каждая из которых синтезирует одну и ту же полипептидную нить, коди­руемую данной иРНК. Группа рибосом, работающих на одной молекуле иРНК, называется полирибосомой, или полисомой. Размер полисом значительно варьирует в зависимости от длины молекулы иРНК, а также от расстояния между рибосомами. Так, полисомы, которые синтезируют гемоглобин, состоят из 4—6 рибосом, высо­комолекулярные белки синтезируются на полирибосомах, содержащих 20 и более рибосом.

Терминация трансляции. Терминация транс­ляции происходит в тот момент, когда рибосома доходит ' до терминирующего кодона в составе иРНК. Трансляция прекращается, и ' полипептидная цепь освобождается из полирибосомы. После окончания трансляции полири­босомы распадаются на субьединицы, которые могут войти в состав новых полирибосом.

Свойства полирибосом. По топографии в клетке полирибосомы делят на две большие группы — свободные и связанные с мембранами эндоплазматической сети, которые составляют соответственно 75 и 25%. Между двумя группами полирибосом нет принципиальных струк­турных и функциональных различий, они формируются из одного и того же пула субъединиц и в процессе транс­ляции могут обмениваться субъединицами. Мембраны, с

которыми связаны полирибосомы, называются грубыми или шероховатыми мембранами в отличие от гладких мембран, не содержащих полирибосомы. Связь полири­босом с мембранами осуществляется с помощью сигналь­ного пептида — специфической последовательности на аминоконце синтезирующихся гликопротёидов. На связан­ных с мембранами полирибосомах синтезируются внутри-мембранные белки, которые сразу же после синтеза оказываются в составе мембран.

Трансляция в зараженных вирусом клетках. Стратегия вирусного генома, использующего клеточный аппарат трансляции, должна быть направлена на создание меха­низма для подавления трансляции собственных клеточных иРНК и для избирательной трансляции вирусных иРНК, которые всегда находятся в значительно меньшем коли­честве, чем клеточные матрицы. Этот механизм реали­зуется на уровне специфического узнавания малой рибосомальной субъединицей вирусных иРНК, т. е. на уровне формирования инициирующего комплекса. По­скольку многие вирусы не подавляют синтез клеточных иРНК, в зараженных клетках возникает парадоксальная ситуация: прекращается трансляция огромного фонда функционально активных клеточных иРНК, и на освобо­дившихся рибосомах начинается трансляция одиночных молекул вирусных иРНК. Специфическое узнавание рибосомой вирусных иРНК осуществляется за счет вирусспецифических инициаторных факторов.

Два способа формирования вирусных белков. По­скольку геном вируса животных представлен молекулой, кодирующей более чем один белок, вирусы поставлены перед необходимостью синтеза либо , длинной иРНК, кодирующей один гигантский полипептид-предшественник, который затем должен быть нарезан в специфических точках на функционально активные белки, либо коротких моноцистронных иРНК, каждая из которых кодирует один белок. Таким образом, существуют два способа формирования вирусных белков: 1) иРНК транслируется в гигантский полипептид-предшественник, который после синтеза последовательно нарезается на зрелые функцио­нально активные белки; 2) иРНК транслируется с обра­зованием зрелых белков, или белков, которые лишь незна­чительно модифицируются после синтеза.

Первый способ трансляции характерен для РНК-со-держащих «плюс-нитевых» вирусов — пикорнавирусов и тогавирусов. Их иРНК транслируется в гигантскую поли-

[             пептидную цепь, так называемый полипротеид, который

сползает в виде непрерывной ленты с рибосомного «кон-
)             вейера» и нарезается на индивидуальные белки нужного

г             размера.   Нарезание   вирусных   белков   является   много-

<             ступенчатым процессом, осуществляемым как вирусспеци-

фическими,  так  и  клеточными  протеазами.   В   клетках,
зараженных  пикорнавирусами,  на  конце  полипротеина-
предшественника  находится  белок с протеазной  актив-
||             ностью.    Вирусная    протеаза    осуществляет    нарезание

||            предшественника на 3 фрагмента, один из которых являет-

»            ся предшественником для структурных белков, второй —

I            для неструктурных белков, функции третьего фрагмента

I             неизвестны.  В  дальнейшем  нарезании  участвуют  вирус-

специфические и клеточные протеазы.
|                 Интересный   вариант    первого    способа    трансляции

обнаруживается у альфа-вирусов (семейство тогавирусов).

I Геномная РНК с коэффициентом седиментации 42 8
| транслируется с образованием полипептида-предшествен-
¹             ника для неструктурных белков. Однако доминирующей

в зараженных клетках иРНК является РНК с коэффи-
[            циентом седиментации 26 8,  составляющая одну треть

I            геномной РНК. Эта иРНК транслируется с образованием

1Л             предшественника для структурных белков.

'                   Второй    способ    формирования    белков    характерен

|            для   ДНК-содержащих   вирусов   и   большинства   РНК-

'            содержащих  вирусов.  При  этом  способе  синтезируются

короткие  моноцистронные  иРНК   в  результате  избира­
тельной   транскрипции   одного   участка   генома   (гена).
I              Однако все вирусы широко используют механизм пост-

трансляционного нарезания белка.
I                 Вирусспецифические полисомы. Поскольку длина ви-

русных  иРНК   варьирует  в  широких   пределах,   размер
вирусспецифических  полисом  также  широко  варьирует:
₍              от 3—4 до нескольких десятков рибосом на одной нити

II              иРНК. При инфекциях, вызванных пикорнавирусами,
I              формируются крупные полисомы, представляющие собой
1              агрегаты, состоящие из 20—60 рибосом. При инфекциях,
I вызванных другими вирусами животных, использующими
I второй способ трансляции, формируются полисомы не-
I большого размера. Между размерами иРНК и величиной
1              полисом существует определенная корреляция, однако
I в ряде случаев полисомы имеют больший или меньший
I              размер по сравнению с ожидаемым. Эта особенность
I вирусных полисом объясняется необычным простран-
1              ственным расположением рибосом на вирусных матрицах,

связанных   с   меньшей   плотностью   упаковки   рибосом на молекуле иРНК.

Вирусспецифические полисомы могут быть как сво­бодными, так и связанными с мембранами. В зараженных вирусом полиомиелита клетках полипротеид синтезируется на связанных с мембранами полисомах; при инфекциях, вызванных сложно устроенными вирусами, формируются как свободные, так и связанные с мембранами полисомы, которые вовлечены в синтез разных классов вирусных полипептидов. Внутренние белки обычно синтезируются на свободных полисомах, гликопротеиды всегда синте­зируются на полисомах, связанных с мембранами.

Модификация вирусных белков. В эукариотической клетке многие белки, в том числе вирусные, подвергаются посттрансляционным модификациям, и зрелые функцио­нально активные белки часто не идентичны их вновь синтезированным предшественникам. Широко распростра­нены такие посттрансляционные ковалентные модифика­ции, как гликозилирование, ацилирование, метилирование, сульфирование (образование дисульфидных связей), протеолитическое нарезание и, наконец, фосфорилирова-ние. В результате вместо 20 генетически закодированных аминокислот из различных клеток разных органов эукариотов выделено около 140 дериватов аминокислот.

Среди широкого спектра модифицированных реакций лишь небольшое количество процессов является обрати­мыми: 1) фосфорилирование-дефосфорилирование; 2) ацилирование-деацилирование; 3) метилирование-демети-лирование; 4) образование дисульфидных связей. Среди подобных обратимых модификаций белков следует искать процессы, обусловливающие механизм регуляции актив­ности белков в эукариотической клетке.

Гликозилирование. В составе сложно устроенных РНК- и ДНК-содержащих вирусов имеются белки, содер­жащие ковалентно присоединенные боковые цепочки углеводов — гликопротеиды. Гликопротеиды расположе­ны в составе вирусных оболочек и находятся на поверхности вирусных частиц. Своей гидрофобной частью они погружены в двойной слой липидов, а некоторые гликопротеиды проникают через него и взаимодействуют с внутренним компонентом вируса (рис. 21). Гидрофиль­ная часть молекулы обращена наружу.

Синтез и „ внутриклеточный транспорт гликопротеидов характеризуется рядом особенностей, присущих клеточ­ным   внутримембранным   белкам.   Их   синтез   осуществ-

Рис. 21. Строение липопротеидной оболочки вируса Синдбис.

Е1, Е2, ЕЗ— молекулы вирусных гликопротеидов; К — капсидный белок; У —

углеводные цепочки; Л — липидный бислой.

ляется на полисомах, ассоциированных с мембранами, и белки сразу же после синтеза попадают в шероховатые мембраны, откуда транспортируются в мембраны эндоплаз-матической сети и в комплекс Гольджи, где происходит модификация и комплектование углеводной цепочки, а затем — в плазматическую мембрану в ряде случаев путем слияния с ней везикул комплекса Гольджи. Такой целена­правленный транспорт осуществляется благодаря имеющей­ся на аминоконце белка специфической последовательности из 20—30 аминокислот (сигнальному пептиду). Сигналь­ный пептид отрезается от белковой молекулы после того, как гликопротеид достигает плазматической мембра­ны.

' Гликозилирование полипептидов является сложным многоступенчатым процессом, первые этапы которого начинаются уже в процессе синтеза полипептидов, и первый сахар присоединяется к полипептидной цепи, еще не сошедшей с рибосомы. Последующие этапы гликози-лирования происходят путем последовательного присоеди­нения Сахаров в виде блоков к углеводной цепочке в процессе транспорта полипептида к плазматической мембране.     Окончательное     формирование     углеводной

цепочки может завершаться на плазматической мембране перед сборкой вирусной частицы. Процесс гликозилирова-ния не влияет на транспорт полипептида к плазматической мембране, но имеет существенное значение для экспрес­сии биологической активности белка. При подавлении гликозилирования соответствующими ингибиторами (ана­логи Сахаров типа 2-дезоксиглюкозы, антибиотик туни-камицин) нарушается синтез полипептидов, блокируется сборка вирионов миксовирусов, рабдовирусов, альфа-вирусов или образуются неинфекционные вирионы герпеса и онковирусов.

Сульфирование. Некоторые белки сложно устроенных РНК- и ДНК-содержащих вирусов сульфируются после трансляции. Чаще всего сульфированию подвергаются гликопротеиды, при этом сульфатная группа связывается с сахарным компонентом гликопрбтеида.

Ацилирование. Ряд гликопротеидов сложно устроенных РНК-содержащих вирусов (НА2 вируса гриппа, белок О вируса везикулярного стоматита, белок НИ вируса ньюкаслской болезни и др.) содержат ковалентно связан­ные 1—2 молекулы жирных кислот.

Нарезание. Многие вирусные белки и в первую очередь гликопротеиды приобретают функциональную активность лишь после того, как произойдет их нарезание в специфических точках протеолитическими ферментами. Нарезание происходит либо с образованием двух функцио­нальных белковых субъединиц (например, большая и малая субъединицы гемагглютинина вируса гриппа, два гликопротеида, Ег и Ез, вируса леса Семлики) либо с образованием одного функционально активного белка и неактивного фрагмента, например белки Р и НЫ парамик-совирусов. Нарезание обычно осуществляется клеточными ферментами. У многих сложно устроенных вирусов животных, имеющих гликопротеид, нарезание необходимо для формирования активных прикрепительных белков и белков слияния и, следовательно, для приобретения вирусом способности инфицировать клетку. Лишь после нарезания этих белков вирусная частица приобретает инфекционную активность. Таким образом, можно говорить о протеолитической активации ряда вирусов, осуществляемой с помощью клеточных ферментов.

Фосфорилирование. Фосфорпротеиды содержатся прак­тически в составе всех вирусов животных, РНК- и ДНК-содержащих, просто и сложно устроенных. В составе большинства вирусов обнаружены протеинкиназы, однако