Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

Того, что было сказано о транскрипции, нам с вами достаточно.

Переходим к трансляции – процессу синтеза белка на матричной РНК. Этот процесс происходит в органеллах, которые называются рибосомами. Рибосомы представляют собой небольшие образования сферической формы. Функция у них одна – синтез белков из аминокислот. Попадая в рибосомы, матричная РНК «настраивает» их на производство определенного белка. После того как нужное количество молекул белка будет синтезировано, матричная РНК разрушается и рибосомы становятся свободными, готовыми принять новую молекулу РНК.

Напрашивается вопрос: а зачем молекулам матричной РНК разрушаться? Белки ведь синтезируются регулярно, а не один-единственный раз и на всю жизнь.

Да, белки синтезируются регулярно, но где прикажете хранить весь этот запас матричных РНК, и рационально ли «замораживать» в хранимых РНК большое количество нуклеотидов, ценного биологического «строительного материала»? Нет, не рационально, проще создавать матрицы при появлении потребности и разрушать их после того, как потребность иссякнет. Поэтому любое вещество, даже столь сложно синтезируемое, как матричная РНК, после выполнения своей функции распадается на более простые молекулы, которые сразу же идут в дело.

Кто-то обратил внимание на «ошибку» во фразе «матричная РНК, попадая в рибосомы»? РНК одна, а рибосом несколько? Правильнее было бы написать «матричные РНК, попадая в рибосомы» или «матричная РНК, попадая в рибосому» …

Нет никакой ошибки! Рибосомы малы, а молекулы матричных РНК длинные. Поэтому одна молекула РНК «пронзает» (так это выглядит со стороны) несколько рибосом сразу, образуя так называемую полирибосому, или полисому.

Полирибосома

При этом каждая рибосома, перемещаясь вдоль молекулы РНК, синтезирует «свою», отдельную молекулу белка. Обратите внимание: не свою часть одной молекулы белка, а отдельную молекулу!

Код, записанный в молекуле РНК, подразделяется на кодоны – сочетания трех нуклеотидов. Каждый кодон соответствует определенной аминокислоте, входящей в состав белков, и каждой аминокислоте соответствует не один, а несколько кодонов. Поскольку нуклеотиды на схемах обозначают буквами, кодоны выглядят как сочетания трех букв.

Фрагмент таблицы кодонов

…АУГГУУГЦУААУЦУУАУГАГААГГУГЦГЦАГГГГГГАААГАУАААААААУАЦУГАУГГЦАГГГАААГАУАААААААУАЦУГАУГГЦАГГГГГГАУГГУУГЦУААУЦУУАУГАГААГГУГЦГЦАГГГГГГАААГАУАААААААУАЦУГАУГГЦАГГГ…

Посмотрите на фрагмент молекулы матричной РНК, изображенный в виде букв. Глаза разбегаются в разные стороны, верно? А это же всего лишь небольшой фрагмент.

Если начать читать кодоны с буквы А, то первой аминокислотой будет метионин, второй – валин, третьей – аланин… И так далее. Если же пропустить букву А и начать читать кодоны с буквы У, второй по счету, то первой аминокислотой будет триптофан, второй – лейцин, и третьей – тоже лейцин… Замена всего одной аминокислоты на другую в молекуле гемоглобина приводит к развитию тяжелого заболевания. Страшно представить последствия синтеза совершенно другого белка вместо заданного. А если такое будет повторяться на разных матрицах… Ужас! То есть хаос!

Чтобы хаоса не было, природа предусмотрела старт-кодон АУГ (аденин – урацил – гуанин), соответствующий аминокислоте метионину, и стоп-кодоны УГА (урацил – гуанин – аденин), УАГ (урацил – аденин – гуанин) и УАА (урацил – аденин – аденин), которые никаким аминокислотам не соответствуют. Таким образом, синтез любого белка начинается с метионина…

Но ведь метионин может быть закодирован в нескольких местах на молекуле матричной РНК. И будет, непременно будет! В сотне мест или, скажем, в трехстах…

Что будет, если рибосома начнет синтез белка не с того старт-кодона?

А ничего не будет, поскольку рибосома не сможет допустить такую ошибку. Природа и здесь подстраховалась – обвела стартовый кодон жирным красным маркером, а рядом повесила колокольчик. Захочешь – не спутаешь!

На самом деле, как вы понимаете, никакого красного маркера с колокольчиком нет, а есть несколько нуклеотидов, «окружающих» старт-кодон, то есть располагающихся до и после него. Такое окружение позволяет рибосомам начинать синтез белковой молекулы с правильного места, поскольку комбинация получается уникальная, присутствующая только на старте.

Аминокислоты, нужные для синтеза белковой молекулы, рибосомам доставляют транспортные РНК. Без них не обойтись, поскольку аминокислоты не умеют распознавать кодоны для того, чтобы являться по нужному адресу в точное время.

Каждая аминокислота имеет свой «персональный автомобиль» – соответствующую ей и только ей транспортную РНК. Некоторым аминокислотам соответствуют несколько транспортных РНК, но никогда одна транспортная РНК не будет переносить разные аминокислоты.

Транспортная РНК

Кроме «автомобиля» у каждой аминокислоты есть свой персональный «камердинер», который помогает ей в эту машину садиться. Иными словами, каждой из двадцати аминокислот, входящих в состав белков, соответствует отдельный фермент под названием аминоацил-РНК-синтетаза, который распознает аминокислоту и транспортную РНК для того, чтобы соединить их вместе. Если у аминокислоты несколько «автомобилей», то и «камердинеров» будет столько же, потому что аминоацил-РНК-синтетаза «настроена» как на конкретную аминокислоту, так и на конкретную транспортную РНК.

Молекулы транспортных РНК организованы в структуру, напоминающую трилистни или крест. К открытому «заднему» концу присоединяется молекула аминокислоты, а на передней петле находится антикодон – сочетание трех нуклеотидов, соответствующее определенному кодону. Благодаря антикодонам транспортные РНК доставляют аминокислоты к нужным кодонам, где рибосомы сшивают их в одну молекулу. Рибосоме не нужно думать, где взять материал и заниматься маркировкой – ее дело ползти по матричной РНК и сшивать аминокислоты друг с другом.

У безъядерных прокариот и ядерных эукариот транскрипция и трансляция происходят по-разному. Но мы рассмотрели самую суть этих процессов, которая является одинаковой для всех.

Поскольку эукариоты в эволюционном отношении стоят выше прокариот, иначе говоря – имеют более сложную организацию, все процессы, протекающие в эукариотических клетках (в том числе и транскрипция с трансляцией), являются более сложными, более производительными и протекают с большим количеством вспомогательных веществ.