З чого починається синтез білка
Дослідники з МГУ уточнили картину молекулярних сигналів на початкових етапах білкового синтезу.
Ми, як відомо, приблизно на 65% складаємося з води, але слідом за водою йдуть білки, що становлять 20% маси тіла. Інформація про білках зашифрована в ДНК, у вигляді послідовності чотирьох хімічних «букв» (азотистих основ аденіну, тиміну, гуаніну і цитозину), і для того, щоб інформація перетворилася в реальну білкову молекулу, повинна бути виконана досить складна молекулярна робота.
Молекулярна схема рибосоми: рибосомная РНК (сині нитки), майже прихована під молекулами рибосомних білків. (Ілюстрація Evolution Tale / Flickr.com.)
Рибосома рухається по матричної РНК в пошуках точки, з якої їй належить почати синтез білка. (Ілюстрація Сергій Дмитрієв / НДІ фізико-хімічної біології імені А.Н. Білозерського, МДУ)
Рибосоми, що синтезують білкові молекули на стрічці матричної РНК. (Фото Dr. Donald Fawcett Kiseleva / Visuals Unlimited / Corbis.)
Схематичне зображення великої та малої рибосомних субчастиц. (Фото Cecilia Stevens / Flickr.com.)
Якщо клітці потрібен якийсь білок, вона спочатку робить копію з того ділянки в ДНК, в якій необхідний білок записаний - на ДНК синтезується молекула матричної, або інформаційної, РНК з необхідним шматком генетичного «тексту». Говорячи мовою молекулярної біології, відбувається транскрипція, і суть її, грубо кажучи, в тому, щоб з ДНК зробити РНК-ксерокс.
А ось потім настає черга власне синтезу білка, або трансляції: до стрічки РНК прикріплюється великий і складний агрегат під назвою рибосома. Так називають надмолекулярних комплекс, утворений декількома молекулами спеціальних РНК і цілою купою пов'язаних з цими РНК білків. Роботу рибосом можна порівняти з машиною, яка відповідно до генетичної інструкцією збирає з мономерів-амінокислот полімерну білкову молекулу. Але, як і у всякій справі, тут потрібно знати, з чого почати і чим закінчити.
Як все відбувається? Тут необхідні нові молекулярні деталі: рибосома насправді складається з двох модулів-субчастиц, великої і малої, які перед тим, як сісти на стрічку РНК, поділяються. Першою на РНК приземляється мала субчастіца, і вона ж потім починає шукати точку старту. У цьому їй допомагає ціла компанія спеціальних білків, званих факторами ініціації трансляції, або, іншими словами, білковими молекулами, що обслуговують початок синтезу білка. Їх досить багато, і для більшої наочності їх можна порівняти з апаратами-лоцманами, які в якомусь фантастичному фільмі підводять величезний, що йде на посадку космічний корабель до правильної посадочної майданчику - з тією різницею, що тепер цей корабель ще кудись поїде по землі, і лоцманів доведеться вести його і далі.
Сівши на РНК, мала субчастіца рибосоми починає сканувати її в пошуках спеціальної послідовності генетичних букв, що позначають «старт» (і заодно, до речі, що кодують першу амінокислоту майбутньої білкової молекули). Однак таких «стартів» на шляху їде по РНК малої рибосомной субчастіци може бути не один і не два, а ось правильний серед них - тільки один. Вважається, що правильний «старт» - він більш «привабливий», наткнувшись на нього, що сканує молекулярна машинерія злегка затримується.
І ось потрібне стартове слово виявиться, і що відбувається далі? Один з білків-лоцманів (чи то пак факторів ініціації) тримає при собі молекулу ГТФ (гуанозинтрифосфат), яка дуже часто використовується в самих різних молекулярних реакціях в якості сигналу. Коли приходить час, від ГТФ від'єднується один залишок фосфорної кислоти. Розпад ГТФ змушує блоки білкових молекул зрушуватися один щодо одного - молекулярна машина перебудовується і стає готовою до виконання наступних завдань. В цілому, до певної міри огрубляя, ГТФ можна порівняти з сигнальною ракетою.
Але про що тоді сигналізує «сигнальна ракета»? Тут потрібно згадати ще раз про фактори ініціації білки-лоцмани. Розпад, гідроліз ГТФ залежить від присутності відразу двох білків, і, якщо якогось з них не вистачає, не буде ніякої «сигнальної ракети». Іншими словами, тут відбувається перевірка на присутність всіх факторів ініціації, і, якщо всі вони є в достатній кількості, значить, можна щільно сісти на точку старту, приєднати велику субчастиц і т. Д.
Якщо дошукуватися глобального біологічного сенсу, то тут ми маємо справу з додатковою перевіркою, додатковим пунктом контролю, додатковим cheсkpoint'ом в вкрай важливому і вкрай складному молекулярно-клітинному процесі. (Відомо, що чим складніше процедура, тим краще зайвий раз перестраховатся і зайвий раз перевірити, чи все йде як треба.)
Взагалі, ініціація - тобто початок - трансляції у еукаріот дуже зарегульована, на цих самих білках-лоцманів і на рибосомах сходяться безліч сигнальних ланцюжків: перш, ніж почати синтез білка, клітина повинна ясно зрозуміти, що за білок і в якій кількості він потрібен. Ну, а важливість нових даних, які прояснюють картину трансляції, легко собі уявити, якщо згадати, що багато онкологічні процеси починаються якраз з неполадок в синтезі білка, коли, наприклад, якийсь молекули, яке спонукає клітку до поділу, раптом стає в клітці занадто багато.