Translacja i proteom komórki

Transkrypt

1 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

2 1. Kod genetyczny Kluczowe dla przetłumaczenia zapisu DNA na sekwencje białek są małe cząsteczki RNA, zwane transportującym RNA, trna.

3 1. Kod genetyczny W komórkach różnych organizmów istnieje 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?

4 1. Kod genetyczny Odnalezienie się aminokwasu z właściwym dla niego trna zachodzi w reakcji aminoacylacji dokonywanej orzez enzym syntetazę aminoacylotrna. W komórkach istnieje 20 różnych takich syntetaz. Są specyficzne, każda potrafi rozpoznać jeden aminokwas i odpowiadający mu jeden trna (częściej jedną grupę izoakceptorowych trna).

5 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)

6 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).

7 2. Bodowa rybosomów Rybosomy to centra syntezy polipeptydów. Składa się na nie kilka łańcuchów rrna i kilkadziesiąt białek.

8 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.

9 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.

10 3. Inicjacja translacji Inicjacja translacji u bakterii polega na przyłączeniu się małej jednostki rybosomalnej do sekwencji AGGAGGU występującej przed kodonem START (zawsze AUG).

11 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).

12 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.

13 3. Inicjacja translacji (cd. eukarionty) Kompleks przyłączenia czapeczki wędruje poszukując (scanning) kodonu START (AUG). Znajduje się on wewnątrz dłuższej sekwencji ACCAUGG (Kozak consensus).

14 4. Elongacja translacji W czasie elongacji rybosom przesuwa się w stronę 3 transkryptu po 3 nukleotydy a pomiędzy dostarczanymi aminokwasami powstają wiązania peptydowe..

15 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.

16 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).

17 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.

18 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.

19 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.

20 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).

21 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.

22 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.

23 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.