Синтез белка начинается с N-конца и завершается С-концом, т. е. процесс протекает в направлении NH2 → COOH. Процесс синтеза цепочки аминокислот можно разделить на три стадии. Первой стадией трансляции является связывание рибосомы со стартовым (инициирующим) кодоном мРНК вблизи так называемого 5'-конца мРНК. Затем к стартовому кодону, а это почти всегда у эукариотов триплет, кодирующий метионин, прикрепляется тРНК, несущая метионин. Молекула тРНК связывается в виде комплекса с ГТФ-содержащим белком, называемым фактором удлинения.
Затем вторая тРНК, соединенная с аминокислотой, соответствующей второму кодону, взаимодействует своим антикодоном с кодоном мРНК. Затем рибосомная "пептидилтрансфераза" катализирует (без потребления АТФ) сшивание аминокислот. Пептидилтрансферазная (то есть способносность полимеризовать аминокислоты) активность рибосом не зависит от белка. Эта реакция осуществляется рибосомными РНК. Каталитически активные РНК получили название рибозимов.
Разделение первого комплекса происходит только после того, как связанная с комплексом молекула ГТФ химически расщепляется до ГДФ и иона фосфата. До гидролиза ГТФ взаимодействие тРНК с мРНК относительно слабое. Таким образом, гидролиз ГТФ с участием комплекса служит лимитирующим фактором, дающим время для проверки, правильно ли связана тРНК. Затем следующий белок, фактор элонгации, катализирует обмен ГДФ на ГТФ и таким образом регенерирует способность рибосомы полимеризовать аминокислотную цепь. После передвижения растущей аминокислотной цепи внутри рибосомы свободная аминоацил-тРНК отсоединяется от рибосомы.
С рибосомой связывается другой ГТФ-содержащий фактор удлинения. Гидролиз (химическое разрушение с поглощениме молекул воды) ГТФ этим фактором дает энергию для транслокации рибосомы. Во время этого процесса рибосома сдвигает мРНК на три основания в направлении 3'-конца. Поскольку тРНК, несущая полипептидную цепь, не меняет положения относительно мРНК, она попадает в 2-й участок рибосомы, в то время как следующий кодон мРНК попадает в 1-й участок. Теперь рибосома готова для вступления в следующий цикл удлинения и процесс повторяется. По мере трансляции рибосома движется по направлению к 3'-концу до тех пор, пока не дойдет до терминирующего кодона (стоп-кодона) (УАГ, УАА, УГА). После завершения стадии инициации к растущей полипептидной цепи присоединяются другие аминокислоты до тех пор, пока рибосома не достигнет стоп-кодона на мРНК и процесс не прекратится (терминация). Когда один из стоп-кодонов (УАГ, УАА, УГА) попадает в зону синтеза, удлинение полипептидной цепи заканчивается. Для стоп-кодонов нет соответствующих тРНК. Как только рибосома достигает стоп-кодона, происходит освобождение синтезированного белка и распад рибосомы на отдельные субчастицы.
II.15. СИНТЕЗ БЕЛКОВ В ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ СЕТИ
Растворимые, то есть не связанные напрямую с липидной мембраной белки, могут быть предназначены для выведения во внешнюю среду или для доставки в лизосомы, пластинчатый комплекс или они могут оставаться в эндоплазматической сети (ЭС). Эти белки называются секретируемыми. Небольшая часть растворимых белков, оказывающихся в просвете эндоплазматической сети, являются лизосомными ферментами, они предназначены для доставки в лизосомы. Наконец, есть белки, которые остаются в просвете ЭС. К ним относятся некоторые шапероны, белки, ответственные за правильную трехмерную упаковку белковых молекул, а также участники специализированных для ЭС белковых агрегатов, контролирующих выход секретируемых белков и лизосомных ферментов из ЭС.
В гранулярной же ЭС происходит синтез экспортируемых белков, которые, встраиваясь в мембрану ЭС, становятся интегральными мембранными белками. Мембранные белки могут быть следующих типов. Одни переносятся на митохондрии, другие остаются в ЭС или транспортируются в пероксисомы. Наконец, третья часть белков транспортируется в сторону аппарата Гольджи и проходит через него, направляясь либо на плазматическую мембрану, либо в эндосомы, либо в лизосомы. Сходный путь проходят липиды, продуцируемые на цитозольной стороне мембран ЭС.
II.16. СИГНАЛЬНЫЙ ПЕПТИД
Белковая машина, ответственная за внедрения секретируемых (растворимых) и экспортируемых (мембранных или растворимых, но предназначенных для других органелл клетки) белков в просвет эндоплазматической сети или (во втором случае) в его мембрану, работает следующим образом. После того, как информационная мРНК проникает из ядра в цитоплазму, она связывается с рибосомой.