Трансляция. 
Биоинформатика

Трансляция — это процесс синтеза белков на основании последовательности нуклеотидов мРНК. Ранее уже упоминалось, что кодирование последовательности аминокислот производится с помощью триплетов нуклеотидов в последовательности мРНК (рис. 1.34). Как видно на рисунке, три триплета не кодируют никаких аминокислот, а являются так называемыми стоп-кодонами, останавливающими процесс трансляции.

Синтез белков происходит на рибосомах (рис. 1.35). Рибосомы — это крупные РНК-белковые комплексы, т. е. в структуру рибосомы входят молекулы РНК, не кодирующие белковый продукт, — рРНК. Еще один тип некодирующей РНК, участвующий в процессе трансляции, — транспортные тРНК.

Транспортные РНК формируют сложную пространственную структуру (см. подпараграф 1.1.3, рис. 1.12), в которой выделяют три петли и участок связывания аминокислоты, расположенный на З'-конце. Именно молекулы тРНК устанавливают соответствие между аминокислотами и триплетами нуклеотидов. На центральной петле тРНК находятся три нуклеотида, комплементарные какому-либо из кодонов, это так называемый антикодон. Каждый тип тРНК бывает связан только с аминокислотой определенного типа. Специфичность связи тРНК-аминокислота обеспечивается аминоацил-тРНК-синтетазами — ферментами, катализирующими реакцию аминоацилирования транспортной РНК. Каждый тип аминоацил-тРНКсинтетазы «узнает» определенную аминокислоту и один или несколько типов тРНК. В дальнейшем, при прохождении рибосомы по мРНК, в активном центре рибосомы тРНК может разместиться только при условии формирования водородных связей между комплементарными кодоном и антикодоном. Впоследствии происходит перенос олигопептидной цепочки синтезируемого белка с предыдущей тРНК на новую, с протягиванием затем мРНК на один кодон (три нуклеотида) и освобождением «пустой» тРНК. Стоп-кодоны не имеют соответствующих тРНК, зато существуют специальные белки, «узнающие» терминирующие фрагменты, — их называют факторами терминации трансляции (рис. 1.36). Эти факторы связываются со стоп-кодонами и при попадании в активный центр рибосомы приводят к гидролизу связи синтезированного пептида и последней тРНК, а также к диссоциации комплекса мРНК-рибосома.

Рис. 1.34. Генетический код. Соответствие триплетов нуклеотидов аминокислотам

Рис. 1.35. Схематичное изображение рибосомы в процессе трансляции

Следует подчеркнуть важность пространственных структур макромолекул в реализации биологической информации. Пространственная структура молекул нуклеиновых кислот и белков является определяющей как в процессах межмолекулярного взаимодействия, так и в ферментативном катализе. Так, в случае ферментативного катализа атомы аминокислот, формирующих выстилку активного центра фермента, полностью отражают пространственную структуру субстрата. Данный принцип также известен как «принцип ключа и замка». Более того, в случае ферментативного катализа часто именно форма полости и расположение в пей гидрофобных и заряженных (с учетом знака) фрагментов обеспечивают снижение энергетического барьера прохождения реакции до уровня, достижимого в нормальных физиологических условиях. Происходит это за счет «правильной» ориентации молекулы субстрата в активном центре, а также специального расположения находящихся там молекул растворителя. Часто процесс связывания с субстратом приводит к непродолжительному изменению формы или взаимного расположения элементов пространственной структуры фермента, а в ряде случаев эти изменения позволяют полностью изолировать субстрат от окружающей среды на время прохождения реакции (закрытие полости). Также выстилка активного центра обладает гораздо меньшим сродством к продуктам реакции, что приводит к их высвобождению (замене продуктов реакции на новую молекулу субстрата).

При межмолекулярном взаимодействии макромолекул наблюдается выполнение данных принципов, т. е. у контактирующих поверхностей наблюдается зеркальное соответствие форм и фактуры (гидрофобность — гидрофильность — заряд). Прекрасной иллюстрацией этого принципа является структурная мимикрия (рис. 1.36) имеющих разную химическую природу молекул тРНК и белковых факторов, участвующих в трансляции.

Рис. 1.36. Наложение проетранственных структур тРНК (черный.

цвет) и прокариотического фактора высвобождения рибосом (RRF), участвующего в терминации трансляции (серый цвет).