Translacja i proteom komórki

1. Kod genetyczny

2. Budowa rybosomów

3. Inicjacja translacji

4. Elongacja translacji

5. Terminacja translacji

6. Potranslacyjne zmiany polipeptydów

7. Translacja a retikulum eukariontów

1. Kod genetyczny

Kluczowe dla przetłumaczenia zapisu DNA na sekwencje białek są małe

cząsteczki RNA, zwane transportującym RNA, tRNA.

1. Kod genetyczny

W komórkach różnych organizmów istnieje 30-50 różnych tRNA, a

ponieważ aminokwasów jest 20, to jeden aminokwas może być

przenoszony przez kilka różnych tRNA, nazywamy je

izoakceptorowymi.

Kodon mRNA rozpozna się z komplementarnym antykodonem tRNA,

ale jak zapewnić, żeby tRNA o danym antykodonie miał właściwy

aminokwas?

1. Kod genetyczny

Odnalezienie się aminokwasu z

właściwym dla niego tRNA zachodzi

w reakcji aminoacylacji dokonywanej

orzez enzym syntetazę aminoacylo-

tRNA.

W komórkach istnieje 20 różnych

takich syntetaz. Są specyficzne,

każda potrafi rozpoznać jeden

aminokwas i odpowiadający mu jeden

tRNA (częściej jedną grupę

izoakceptorowych tRNA).

1. Kod genetyczny

Kod genetyczny jest:

- trójkowy

- bez przecinków

- bez zachodzących na

siebie kodonów (rzadkie

wyjątki)

- niemal uniwersalny (pewne

wyjątki to np. w

mitochondriach)

- niejednoznaczny inaczej

zdegenerowany (czyli do 4

kodonów na 1 aminokwas)

- specyficzny dla startu

(AUG) i końca (UAA, UAG,

UGA)

1. Kod genetyczny

Niejednoznaczność kodu ma

ważne konsekwencje dla

ewolucji sekwencji

nukleotydów.

W wielu kodonach zamiana na

trzecim miejscu jest

synonimowa (nie zmienia się

aminokwas) natomiast

zmiana w dwóch pierwszych

pozycjach jest niesynonimowa.

Mutacje na pozycjach

synonimowych nie są usuwane

przez dobór (ewolucja

sekwencji szybka) a na

pozycjach niesynonimowych

są (ewolucja wolna).

2. Bodowa rybosomów

Rybosomy to centra syntezy polipeptydów. Składa się na nie kilka

łańcuchów rRNA i kilkadziesiąt białek.

2. Bodowa

rybosomów

Szkieletem rybosomów

jest złożona struktura

powstająca po

sfałdowaniu rRNA, do

niej przyczepiają się

białka.

Obok mamy rRNA

szkieletowe małej

podjednostki

rybosomów

bakteryjnych, czerwono

oznaczono miejsca

przyczepiania się

białek.

2. Bodowa rybosomów

Poniżej rybosom

bakteryjny. Szersze

wstęgi to RNA, węższe

to białka.

Złotym kolorem

pokazano miejsce gdzie

wchodzi tRNA z

aminokwasem, synteza

zachodzi nieopodal, w

widocznej bruździe

między małą (niebieską)

a dużą (szarą)

podjednostką rybosomu.

3. Inicjacja translacji

Inicjacja translacji u bakterii polega na przyłączeniu się małej jednostki

rybosomalnej do sekwencji AGGAGGU występującej przed kodonem

START (zawsze AUG).

3. Inicjacja translacji

Następnie do kodonu START

przyczepia się tRNA z

formylometioniną (fM).

W dołączeniu dużej jednostki i

składaniu funkcjonalnego

rybosomu uczestniczą też białka

IF (initiation factors).

3. Inicjacja translacji

Inicjacja translacji u eukariontów

jest inna, rozpoczyna się od

stworzenia kompleksu preinicjalnego.

Do tego kompleksu przyłączają się

kolejne białka inicjujące (eIF) i mRNA

ze swoją czapeczką (cap). Powstaje

kompleks przyłączenia czapeczki

(cap binding complex), który wiąże

się od pierwszego nukleotydu

mRNA.

3. Inicjacja translacji

(cd. eukarionty) Kompleks

przyłączenia czapeczki wędruje

poszukując (scanning) kodonu

START (AUG). Znajduje się on

wewnątrz dłuższej sekwencji

ACCAUGG (Kozak consensus).

4. Elongacja translacji

W czasie elongacji rybosom przesuwa się w stronę 3’ transkryptu po 3

nukleotydy a pomiędzy dostarczanymi aminokwasami powstają wiązania

peptydowe..

4. Elongacja translacji

Nigdy nie znaleziono

białka, które byłoby

odpowiedzialne za

syntezę wiązań

peptydowych.

Udowodniono, że ta jedna

z najważniejszych

aktywności katalitycznych

organizmów należy nie do

enzymu a do rybozymu

czyli katalitycznie

aktywnego RNA.

5. Terminacja translacji

Gdy pojawi się kodon

STOP, jeden z trzech

możliwych, zabraknie

tRNA

Jego miejsce zajmą białka

RF (release factor).

Do uwolnienia mRNA i

rozejścia się podjednostek

rybosomu potrzebne jest

inne białko, RRF (ribosme

release factor).

Podsumowanie: sygnały transkrypcji i translacji

Rycina pokazuje jak z DNA (góra) powstaje transkrypt, który zawiera

sekwencje z odcinka przed i po genie, a następnie, która część transkryptu

zostanie przeznaczona do translacji.

6. Potranslacyjne zmiany polipeptydów - fałdowanie

Kolejność aminokwasów to struktura pierwszorzędowa polipeptydu. To ona

determinuje strukturę drugo- i trzeciorzędową.

Łańcuch polipeptydów ma

dużą energie oddzialywań z

cząsteczkami wody.

Pierwszym etapem jej

zmniejszenia jest wydzielenie

niektórych tlenów i wodorów

do wytworzenia

wewnętrznych wiązań

wodorowych.

Daje to strukturę

drygorzędową, przybierająca

dwie formy w zależności od

sekwencji.

6. Potranslacyjne zmiany polipeptydów - fałdowanie

Kluczowa dla funkcji białka jest struktura trzeciorzędowa. Wyróżnia się w

niej: koniec N (bo wolna jest tu grupa aminowa, powstaje na początku

translacji), koniec C (wolna grupa kwasowa, powstaje na końcu translacji),

helisy α, harmonijki β i pętle łączące.

Motorem powstawania

struktury trzeciorzędowej

jest znowu dążność do

minimalizacji energii

oddziaływań z wodą.

Hydrofobowe powierzchnie

zapadają się do środka

struktury białka a polarne

są eksponowane na

zewnątrz.

6. Potranslacyjne zmiany polipeptydów

Są 4 typy zmian surowego polipeptydu po translacji: fałdowanie, przycinanie,

modyfikacja chemiczna i usuwanie intein (fragmentów polipeptydów) tak by

złożyć ze sobą eksteiny (fragmenty poza inteinami, jest tu analogia do

intronów i egzonow, ale oba procesy nie są od siebie zależne).

6. Potranslacyjne zmiany polipeptydów - fałdowanie

Dotyczy każdego polipeptydu, każdy musi szybko przyjąć prawidłową

strukturę przestrzenną aby nie został usunięty z komórki. Fałdowanie

odbywa się poprzez chowanie się do środka hydrofobowych odcinków

białka.

6. Potranslacyjne

zmiany polipeptydów

– cięcie

proteolityczne

Przykładem jest

insulina.

Peptyd sygnałowy jest

całkowicie usunięty.

Trzy pozostałe części

(łańcuchy-chains)

fałdują.

Struktura

trzeciorzędowa jest

stabilizowana przez

wiązania

dwusiarczkowe

Potem zachodzi

usunięcie łańcucha B.

7. Translacja a retikulum eukariontów.

W komórkach eukariotycznych produkty translacji są uwalniane do wewnątrz

retikulum endoplazmatycznego (ER). Ponieważ jeden mRNA jest

wykorzystywany wiele razy, dochodzi do charakterystycznej wędrówki mRNA

po powierzchni retikulum.