Помимо мРНК еще две группы рибонуклеиновых кислот непосредственно вовлечены в реакции белкового синтеза. Их обозначают как рибосомные РНК (рРНК) и транспортные
РНК (тРНК). Подобно мРНК, все они синтезируются на матричной ДНК, но на других ее участках. Функциональное их предназначение различно.
Молекулы рРНК являются важной частью белок-синтезирующей системы. На них приходится более 50% состава рибосом; остальное представлено белками массой от 6 до 75 кДа. Именно эти органеллы служат местом синтеза белков. Число рибосом в клетке эукариот может достигать 100 ООО, а размеры - около 20 нм. Каждая из них представлена двумя субчастицам н. одна из которых вдвое крупнее другой. Малая - это комплекс более 30 белков с молекулой РНК, насчитывающей 1900 мономерных звеньев. Большая построена из 3 молекул РНК (длиной в 120. 160 и 4700 мононуклеотидов) и почти 50 белковых молекул. Все рРНК образуются из общего предшественника, синтез которого на ДНК происходит под действием специальной ДНК-зависимой РНК-по- лимеразы (ее называют РНК-полимеразой I). Гены рибосомных РНК имеются в ДНК в сотнях копий. В ходе посттранскрипционного про- иессинга происходит интенсивное метилирование пентоз и азотистых оснований в определенных зонах цепи, после чего почти половина молекулы подвергается деградации (в неме- тилированных участках). Нетронутыми остаются только 4 отдельных фрагмента, т.е., упомянутые выше 4 варианта зрелой рРНК. Каждый образует комплексы с белками, поступающими из цитоплазмы. Так возникают рибо- сомные субчастицы, которые через поры в ядерной мембране переходят в цитоплазму. В целом молекулы рРНК составляют около 80% от общего количества РНК в клетке.
Молекулы тРНК невелики по размерам. Они состоят из 80-90 мононукпеотидных звеньев, последовательность которых кодируется специальными участками ДНК. Здешней экзотикой является внутригенное расположение промотора, который к тому же подлежит транскрипции. Более того, он сохраняется и в зрелой молекуле тРНК, участвуя в формировании ее третичной структуры. Синтез всех тРНК ведет РНК-полимераза III. Как и обычно, первичный транскрипт избыточен. Последующий процессинг включает удаление излишних фрагментов и модификацию ряда оснований (в частности, их метилирование). Завершает создание зрелой тРНК специальный фермент, который наращивает З'-конец молекулы последовательностью ЦЦА, так что у всех тРНК этот участок одинаков. На долю тРНК приходится 10-15% всей РНК клетки.
Несмотря на название тРНК, данное им при открытии, выполняют они не только транспортную функцию. Собственно, в этом нет и необходимости, ибо любая аминокислота есть в окружающей среде — в цитозоле. Главная их задача - преобразовать информацию, доставленную к рибосоме молекулой мРНК, в строгую инструкцию об очередности соединения аминокислот, т.е., о первичной структуре будущего белка. Иными словами - обеспечить перевод генетической информации с четырехбуквенного языка нуклеиновых кислот на 20-буквенный алфавит полипептидных цепей. Это действительно центральный момент .феномена наследственности. Поэтому весь сложный процесс биосинтеза белков в рибосомах получил название трансляция, что в оригинале имеет оттенки перевод (с языка на язык), толкование (смысла), претворение (в жизнь).
Таким образом, тРНК должна обладать, как минимум, двумя функциями. С одной стороны, она должна уметь читать генетический код, т.е. узнавать тот участок в цепи мРНК, который соответствует месту каждой аминокислоты в первичной структуре синтезируемого белка. С другой стороны, каждая молекула тРНК распознает только одну из 20 кодируемых аминокислот. Связываясь с нею, тРНК заодно осуществляет и ее активацию, вследствие чего доставляет к рибосомам активированную аминокислоту (т.е. уже подготовленную к включению в синтезируемую полипептидную цепь).
РАСПОЗНАВАНИЕ И АКТИВАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ
Аминокислоту идентифицирует, строго говоря, не сама тРНК, а специальный фермент
Рис. 2-21. Механизм действия аминоацил-тРНК-синтетазы (аа-тРНК-синтаза): активация аминокислоты (1а,б,в) и перенос ее на молекулу тРНК (Иа.б.в).
аминоацип-тРНК-синтетаза. Именно он «узнает» аминокислоту, фиксируя ее на своем активном центре (рис. 2-21, 1а). Рядом сорбируется и молекула АТФ (рис. 2-21, 16), адени- ловый фрагмент которой (АМФ) переносится затем иа карбоксильную группу аминокислоты, присоединяясь к ией своим фосфатным концом (рис. 2-21, 1в). При этом одна из макро- эргических связей бывшей молекулы АТФ сохраняется в возникшем амшоациладеншате. Другая остается в отщепившемся пирофосфате (ФФ), который, как обычно, гидролизуется пи- рофосфатазой, что делает всю реакцию необратимой. Так происходит активация аминокислоты, остающейся пока в соединении с активным центром фермента (рис. 2-21, 1в). На второй стадии процесса другой активный центр фермента распознает молекулу нужной тРНК и тоже фиксирует ее (рис. 2-21, На). Это способствует ие только вытеснению АМФ из амино- ациладенилата, но и «переброске» аминоа- цильного фрагмента на З'-концевой аденозил молекулы тРНК (рис. 2-21, Иб). Точнее, иа 3'-гидроксигруппу его пентозы (с сохранением макроэргической связи при карбоксильной группе аминокислоты, т.е., активированного состояния этой кислоты). Возникшая молекула амтоацил-тРНК отделяется от фермента (рис. 2-21, Ив) и поступает к рибосомам.
Известно более 60 разных тРНК. Это означает, что некоторые аминокислоты могут транспортироваться к рибосомам не одной, а несколькими тРНК (т.е. располагают двумя или более персональными «каретами»). Вместе с тем, разных аминоацил-тРНК-синтетаз только 20, - по числу кодируемых аминокислот. Специфичность трансляции во многом обусловлена тем, что каждая аминоацил-тРНК-синтетаза очень точно распознает только одну из кодируемых аминокислот и присоединяет ее только к той (или тем) из молекул тРНК, которые предназначены исключительно для этой аминокислоты.
