Молекулярная биология. Рибосомы и биосинтез белка (812,00 руб.)

Стр.3

Стр.572

Стр.573

Стр.574

Стр.575

Стр.576

УДК 577.21(075.8) ББК 28.070я73 С72 С е р и я о с н о в а н а в 2009 г. Спирин А. С. С72 Молекулярная биология. Рибосомы и биосинтез белка : учебное пособие / А. С. Спирин.—3-е изд., электрон.— М. : Лаборатория знаний, 2023.—594 с. —(Учебник для высшей школы).—Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10".—Загл. с титул. экрана.—Текст : электронный. ISBN 978-5-93208-649-0 Учебное пособие, написанное ведущим специалистом в данной области, посвящено структурным и функциональным аспектам биосинтеза белков. Книга охватывает часть общего курса молекулярной биологии, который автор на протяжении многих лет читал на биологическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова. Вместе с тем объем материала соответствует уровню требований кандидатского минимума по специальности «Молекулярная биология». Книга совмещает традиционное последовательное изложение и самые современные данные и не имеет аналогов в мировой литературе. Для студентов-биологов, аспирантов молекулярных биологов и биохимиков, преподавателей вузов и научных работников. УДК 577.21(075.8) ББК 28.070я73 Деривативное издание на основе печатного аналога: Молекулярная биология. Рибосомы и биосинтез белка : учебное пособие / А. С. Спирин.—2-е изд.—М. : Лаборатория знаний, 2022.—575 с. : ил., [16] с. цв. вкл.—(Учебник для высшей школы).—ISBN 978-5-93208-289-8. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации ISBN 978-5-93208-649-0 © Лаборатория знаний, 2019

Стр.3

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 1. Мир РНК и биосинтез белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Предисловие автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 ЧАСТЬ I. ВВОДНАЯ . . 7 . 7 1.1. Центральная догма молекулярной биологии . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2. Кодирующие и некодирующие РНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3. Общая схема биосинтеза белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4. Принципы макромолекулярной структуры РНК . . . . . . . . . . . . 17 1.5. Мир РНК и происхождение жизни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Глава 2. Информационная РНК и генетический код . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.1. Расшифровка генетического кода . 2.2. Особенности генетического кода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Информационные рибонуклеопротеидные частицы высших эукариот (информосомы, или мРНП) . . . . . . . . . . . 2.3. Структура мРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 . 57 Глава 3. Транспортная РНК и аминоацил-тРНК-синтетазы . . . . . . . . . . . 67 3.1. Открытие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2. Структура тРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Аминоацил-тРНК-синтетазы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.4. Аминоацилирование тРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.5. Специфичность аминоацилирования тРНК . . . . . . . . . . . . . . . 88 Глава 4. Рибосомы и трансляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.1. Первые наблюдения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2. Локализация рибосом в клетке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.3. Рибосомы прокариот и эукариот . 4.4. Полирибосомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Стадии трансляции: инициация, элонгация и терминация . . . . . . . . . . . 45 . 49 . 69 . 98 . 100 . 104

Стр.572

572 Оглавление 4.6. Химические реакции и суммарный энергетический баланс биосинтеза белка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 4.7. Бесклеточные системы трансляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 ЧАСТЬ II. СТРУКТУРА РИБОСОМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Глава 5. Морфология рибосомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5.1. Размер, внешний вид и подразделение на субъединицы . 5.2. Малая субъединица . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 . 115 5.3. Большая субъединица . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.4. Ассоциация субъединиц в полную рибосому . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.5. Структура рибосомы с низким разрешением . 5.6. Структура рибосомы с атомным разрешением . Глава 6. Рибосомная РНК . 6.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 . 123 . 126 . 126 6.2. Типы рибосомной РНК и их первичная структура . . . . . . . . . . . 126 6.3. Вторичная структура рибосомных РНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.4. Конформационная подвижность и компактное сворачивание рибосомных РНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.5. Третичная структура рибосомных РНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Глава 7. Рибосомные белки и четвертичная структура рибосомы . . . . . . . . 152 7.1. Разнообразие и номенклатура рибосомных белков . 7.2. Первичные структуры белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 7.3. Пространственные структуры белков . 7.4. Белковые комплексы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 . 158 . 161 7.5. Взаимодействия белков с рибосомной РНК . . . . . . . . . . . . . . . 163 7.6. Разборка и самосборка рибосомных частиц . . . . . . . . . . . . . . 165 7.7. Периферическая локализация белков и их топография . . . . . . . . 170 ЧАСТЬ III. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ РИБОСОМЫ . . 183 Глава 8. Функциональные активности и функциональные участки рибосомы 183 8.1. Рабочий цикл рибосомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 8.2. Связывание, удержание и скольжение мРНК (мРНКсвязывающий участок на малой субъединице) . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 8.3. Катализ реакции образования пептидной связи (пептидилтрансферазный центр на большой субъединице) . . . . . . . . 191 8.4. GTP-зависимое связывание факторов трансляции (участок связывания белковых факторов на большой субъединице) . . 8.6. Перемещения лигандов: функция транслокации . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 8.5. Связывание аминоацил-тРНК и удержание пептидил-тРНК (тРНК-связывающие центры в межсубъединичном пространстве) . . . 201 . 211

Стр.573

Оглавление 573 Глава 9. Элонгационный цикл, стадия I: связывание аминоацил-тРНК . . . . 214 9.1. Кодон-антикодоновое взаимодействие . . . . 9.3. Ингибиторы связывания аминоацил-тРНК . 9.4. Ложное кодирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Участие фактора элонгации 1 (EF-Tu или eEF1A) в связывании аминоацил-тРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 . 231 . 241 9.5. Общая схема последовательности событий при связывании аминоацил-тРНК с рибосомой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Глава 10. Элонгационный цикл, стадия II: транспептидация (образование пептидной связи) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 10.1. Химический механизм реакции транспептидации . 10.2. Стереохимическое рассмотрение реакции . 10.3. Структурные основы катализа транспептидации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 . 259 . 264 10.4. Спонтанное посттранспептидационное смещение продуктов транспептидации как предпосылка транслокации . . . . . . . . . . . . . . 266 10.5. Энергетический баланс реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 10.6. Ингибиторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 11. Элонгационный цикл, стадия III: транслокация . 11.1. Определения и экспериментальные термины . 11.2. Участие фактора элонгации (EF-G или eEF2) в транслокации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3. Бесфакторная («неэнзиматическая») транслокация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 . 280 . 280 . 282 . 290 11.4. Передвижения матрицы при транслокации . . . . . . . . . . . . . . . 293 11.5. Механика и энергетика транслокации . 11.6. Ингибиторы транслокации . 11.7. Резюме: последовательность событий и молекулярные механизмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 12. Скорость элонгации и ее модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 12.1. Скорость элонгации у прокариот и эукариот . . . . . . . . . . . . . . 317 12.2. Неравномерность элонгации . . . . . . . . . . . . 12.4. Тотальная регуляция элонгации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3. Избирательная регуляция скорости элонгации на специфических мРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5. Белковые токсины, воздействующие на элонгацию . . . . . . . . . 13.2. Белковые факторы терминации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 . 306 . 312 . 214 . 321 . 326 . 327 . 330 Глава 13. Терминация трансляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 13.1. Кодоны терминации . . 338 . 341

Стр.574

574 13.3. Связывание факторов терминации с рибосомой . 13.4. Гидролиз пептидил-тРНК . . . . . . . 13.5. Эвакуация деацилированной тРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Оглавление . . . . . . . . . . 346 . 348 . 349 13.6. Общий сценарий последовательности событий в процессе терминации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 Глава 14. Инициация трансляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 14.1. Общие принципы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 14.2. Инициация у прокариот . 14.3. Инициация у эукариот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 15. Регуляция трансляции у прокариот . 15.1. Общие положения . . . . . . . . . 15.6. Антисмысловое блокирование . Глава 16. Регуляция трансляции у эукариот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 . 376 . 410 . 410 15.2. Дискриминация мРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 15.3. Трансляционное сопряжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 15.4. Трансляционная репрессия . 15.5. «Рибопереключения» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.1. Значение регуляции трансляции у эукариот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3. Дискриминация мРНК инициирующими рибосомными частицами и факторами инициации . . . . . . . . . . . . 16.5. Трансляционная репрессия . 16.6. Маскирование мРНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4. Регуляция инициации короткими открытыми рамками считывания (uORF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 . 438 . 443 . 449 . 449 16.2. Тотальная регуляция трансляции путем модификации факторов инициации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 17. Котрансляционное сворачивание и трансмембранный транспорт белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 . 460 . 467 . 472 16.7. Эволюция основных механизмов регуляции трансляции . . . . . . 487 . . . . . 491 17.1. Вклад рибосомы в сворачивание белков . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 17.2. Взаимодействие транслирующих рибосом с мембранами . . 17.4. Котрансляционные ковалентные модификации и сворачивание растущей полипептидной цепи в просвете эндоплазматического ретикулума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516 . 501 17.3. Котрансляционная трансмембранная транслокация растущих полипептидных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509

Стр.575

Оглавление 575 17.5. Альтернативные пути трансмембранного транспорта новосинтезированных белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 18. Принципы структурной организации и функционирования рибосомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517 ЧАСТЬ IV. ОБОБЩЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 . . . . . . 523 18.1. Основные принципы структурной организации и сборки рибосомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 18.2. Структурные основы функционирования рибосомы . . . . . . . . . 525 18.3. Рибосома как молекулярная машина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536 18.4. Вклад белковых факторов элонгации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5. Рибосома как изотермическая машина с конформационным «храповиком» и химической «собачкой» . . . . . . . 543 . 553 18.6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559

Стр.576