Синтез белка в бактериальной клетке¶

Синтез белка в бактериальной клетке — совокупность процессов матричного синтеза полипептидных цепей на рибосомах, протекающих в прокариотической клетке и включающих транскрипцию, трансляцию и посттрансляционную модификацию. У бактерий эти этапы пространственно и во времени сопряжены: синтез мРНК и её трансляция идут одновременно, поскольку ядерная мембрана отсутствует и рибосомы могут связываться с ещё не завершённой транскриптом.

¶Особенности прокариотического аппарата

Генетический материал бактерий организован в нуклеоид и плазмиды. Транскрипцию осуществляет ДНК-зависимая РНК-полимераза, состоящая из кор-фермента (субъединицы α₂ββ'ω) и сигма-фактора, обеспечивающего узнавание промотора. В отличие от эукариот, бактериальная мРНК часто полицистронна: одна молекула несёт несколько кодирующих областей, транслируемых независимо.

Рибосомы прокариот имеют коэффициент седиментации 70S и состоят из субъединиц 30S и 50S. В состав 30S входит 16S рРНК, в состав 50S — 23S и 5S рРНК. Именно к 16S рРНК комплементарно связывается последовательность Шайна — Дальгарно (AGGAGG) в 5'-нетранслируемой области мРНК, что позиционирует стартовый кодон AUG на P-участке.

¶Этапы трансляции

¶Инициация

Комплекс образуют 30S-субъединица, мРНК, формилметионин-тРНК (fMet-тРНК) и три фактора инициации — IF1, IF2, IF3. IF2 (ГТФ-связывающий белок) доставляет инициаторную тРНК в P-участок; IF3 препятствует преждевременной ассоциации субъединиц. После присоединения 50S-субъединицы и гидролиза ГТФ факторы высвобождаются.

¶Элонгация

Цикл удлинения цепи включает три шага:

• связывание аминоацил-тРНК с A-участком при участии EF-Tu и ГТФ;
• образование пептидной связи — реакцию катализирует пептидилтрансфераза, роль которой выполняет 23S рРНК (рибозим);
• транслокацию — перемещение комплекса на один кодон с помощью EF-G и гидролиза ГТФ.

Скорость элонгации у Escherichia coli достигает 15–20 аминокислотных остатков в секунду.

¶Терминация

Стоп-кодоны (UAA, UAG, UGA) не кодируют тРНК. Их распознают релиз-факторы RF1 и RF2, а RF3 способствует диссоциации комплекса. Рибосома распадается на субъединицы при участии фактора рециклинга RRF и EF-G.

¶Сопряжение и регуляция

У бактерий транскрипция и трансляция сопряжены: рибосомы следуют за РНК-полимеразой. Это лежит в основе аттенюации — регуляции экспрессии оперонов (например, триптофанового) через преждевременную терминацию транскрипции в зависимости от доступности тРНК. Дополнительные механизмы — рибопереключатели (РНК-сенсоры метаболитов), рибосомные белки-репрессоры собственного оперона, а также системы токсин-антитоксин.

¶Ингибиторы и значение

Многие антибиотики избирательно подавляют бактериальную трансляцию, что используется в медицине:

Избирательность действия основана на структурных различиях прокариотических (70S) и эукариотических (80S) рибосом.

Синтез белка в бактериальной клетке отличается высокой скоростью (до 100 000 молекул белка в минуту на клетку в благоприятных условиях), экономичностью и тесной связью с метаболическим состоянием клетки. Понимание этих механизмов лежит в основе создания антибактериальных препаратов и методов генетической инженерии, использующих бактерии как продуценты рекомбинантных белков.