Sinteza proteinelor

  #referat#ro

SINTEZA PROTEINELOR 

Abilitatea celulelor de a menţine un înalt nivel de ordine într-un univers haotic depinde de informaţia genetică, informaţie care este exprimată, menţinută, replicată şi ocazional ameliorată printr-o serie de procese specifice cum ar fi: inteza ARN !i a proteinelor, repararea A"N, replicarea A"N şi recom#inarea genică$ În cadrul cadrul acesto acestorr proce procese, se, inform informaţi aţiaa dintr dintr-o -o secven secvenţă ţă linea lineară ră de nucleo nucleoti tide de este este transpusă fie într-un alt lanţ de nucleotide (ADN sau AN! fie într-un lanţ de aminoaci"i (peptid!# $roteinele constituie constituie mai mult de %&' din masa uscată a unei celule iar sinte"a lor este esenţială pentru menţinerea statusului celular ca şi pentru creştere şi de"voltare# inte"a  proteinelor repre"intă cel mai comple) proces biosintetic biosintetic descris p*nă la momentul de faţă+ aceasta deoarece, la eucariote, procesul de sinte"ă a proteinelor implică activitatea a & proteine ribo"omale diferite, a peste & de en"ime necesare activării aminoaci"ilor   precursori, a "eci de proteine au)iliare alături de factori de iniţiere, elon.are şi terminali"are, a apro)imativ /&& en"ime adiţionale pentru procesare finală a diferitelor   proteine, a peste 0& de tipuri de ANt# 1irca 2&& de macromolecule sunt implicate în cooperarea necesară sinte"ei proteinelor# NE%ESAR "E &'ATERIALE( &'ATERIALE(

inte"a proteinelor necesită, ca şi construcţia unei clădiri, 3cărămi"i4 care în acest ca" sunt repre"entate de aminoaci"i 3transportorii4 3transportorii4 5 ANt specifici 3constructori4 3constructori4 5 ribo"omii 3un plan4, aici repre"entat de informaţia cuprinsă în ANm, copiat pe ba"a codului .enetic cuprins în ADN ARNt, ARNt, tranpor tranportori toriii aminoa aminoaciz cizil ilor or care care )or contit contitui ui )iitor )iitorul ul lanţ lanţ pepti*i pepti*ic, c, acţionează ca !i a*aptori ce )or transla ec)enţa nucleoti*ică +n ec)enţă proteică$

6olecula de ANt este o moleculă mică, av*nd circa &-7& nucleotide# Are o structură specifică, o e)tremitate posed*nd sistemul de conectare la secvenţa codonului de pe ANm (deci un anticodon! şi alta care cuprinde sistemul de conectare la un aminoacid specific# 8 a doua funcţie a ANt este aceea de a activa un aminoacid (AA! specific, cupl*ndul la capătul carbo)i5terminal printr-o le.ătură de înaltă ener.ie+ astfel, capătul carbo)iterminal 3încărcat4 din punct de vedere ener.etic va putea să se cuple"e cu re.iunea amino-terminală a următorului aminoacid adus de un alt ANt# Activarea este necesară, deoarece un AA neactivat nu va putea fi adău.at unui lanţ polipeptidic în creştere# Activarea AA necesită ener.ia furni"ată de hidroli"a A9$#

/

  #referat#ro

Structura ARNt forma *efă!urată-

Structura ARNt tructura tri*imenională-

Ri#ozomii

tructură# ibo"omii nu pot fi observaţi în microscopia fotonică# ;ltrastructură# În microscopia electronică au fost descrişi ca şi corpusculi elipsoidali cu diametrul mare de &-% nm iar cel mic de /%-/ nm# Din punct de vedere ultrastructural cuprind  subunităţi: ubunitatea mică  la eucariote au un coeficient de sedimentare 0& (2& la procariote! ubunitatea mare  la eucariote au un coeficient de sedimentare <& (%& la procariote!  Subunitatea mică  pre"intă o proeminenţă numită cap, o platformă şi o ba"ă sau corp (platforma şi ba"a repre"intă =2 din unitate!# Între cap şi ba"ă se .ăseşte o stran.ulaţie#  Subunitatea mare  pre"intă 2 proeminenţe din care una centrală numită protu#eranţă centrală iar celelalte 5 tulpină şi creastă# Între protuberanţa centrală şi creastă e)istă o depresiune şi un canal prin care se scur.e lanţul polipeptidic în reticulul endoplasmatic ru.os# >a începutul şi finalul sinte"ei unui peptid, subunităţile sunt separate# •

•



ibo"omii, structură tridimensională pe subunităţi

ubunităţile ribo"omale şi componentele lor moleculare

Structura moleculară a ri#ozomilor

tructura chimică a ribo"omilor cuprinde molecule de AN ribo"omal (ANr!,  proteine ba"ice, acide şi ioni (6., ?, 1a!# ubunitatea mare este formată din ANr %, ANr @ (responsabil de formarea le.ăturii peptidice+ la procariote are 2! şi 07 de proteine# ubunitatea mică este formată din ANr /@ şi 22 proteine# tructura tridimensională a ribo"omilor a fost descrisă complet pentru # coli în au.ust &&&# Astfel s-a constatat că proteinele din compo"iţie sunt structuri de asi.urare a unităţii şi mobilităţii ribo"omale, fiind situate mai mult la suprafaţa ribo"omului de unde trimit e)tensii sinuoase spre interior, unde sunt locaţiile de cuplare a ANt## inte"a  propriu"isă a peptidului şi mai ales formarea le.ăturii peptidice repre"intă opera aproape e)clusivă a ANr 2 (@ la eucariote!# Astfel ribo"omul poate fi privit ca o uriaşă riboen"imă# (asta e de actualitate B!

2

ARNm, planul contrucţiei proteinelor#

AN este sinteti"at pe ba"a ADN sub influenţa unor en"ime denumite AN-polimera"e+  procesul poartă numele de trancripţie# 9oate cele 2 tipuri de AN (transfer, mesa.er sau ribo"omal! repre"intă copii ale unor secvenţe de ADN# ANm este deci o moleculă monocatenară, cu lun.imea cuprinsă între & şi /&#&&& de nucleotide# Deşi, în principiu, orice parte a moleculei de ADN poate fi transcrisă, numai anumite "one sunt utili"ate în acest scop, în funcţie de anumite secvenţe nucleotidice, denumite promotori# unt definite trei tipuri de AN şi anume ANm, ANt şi ANr# %o*ul genetic ete *egenerat#

În timpul sinte"ei proteice, maşinăria translaţională se mişcă dinspre capătul %C spre capătul 2C al moleculei de ANm# ecvenţa ANm este citită cu c*te 2 nucleotide odată (2 nucleotide succesive  codon!# Eiecare aminoacid este specificat în secvenţa ANm de către un triplet de nucleotide, denumit co*on, care corespunde unei secvenţe similare de nucleotide la nivelul ANt, antico*on#

a# Alinierea ANm şi ANt este antiparalelă# ANt este repre"entat în confi.uraţia caracteristică de frun"ă de trifoi#  b# 9rei tipuri de relaţii posibile codon anticodon atunci c*nd anticodonul ANt conţine ino"inat#

Deoarece numai un anumit ANt poate fi complementar unui anumit codon de pe ANm, acesta din urmă va determina aminoacidul specific ce va fi adău.at# Av*nd în vedere că AN este compus din 0 tipuri de nucleotide, e)istă <0 de  posibilităţi de a aranFa c*te 2 nucleotide într-un codon (0)0)0!# 9rei secvenţe din aceste <0 nu codifică pentru aminoaci"i, repre"ent*nd codonii stop# ăm*n deci,
De.enerarea codului .enetic constă fie în faptul că e)istă mai mulţi ANt specifici  pentru acelaşi aminoacid fie în acela că un ANt poate cupla mai mulţi codoni diferiţi# De fapt, ambele situaţii sunt valabile# $entru unii aminoaci"i e)istă mai mult de un ANt, iar unele molecule de ANt sunt astfel construite înc*t necesită o omolo.ie numai la nivelul primelor  nucleotide din codon, toler*nd o nepotrivire la cel de-al treilea 5  ipote"a wobble – şovăială# De e)emplu, alanina (Ala! este codată de tripletele G1;, G11, G1A sau G1G# $rimele  perechi de ba"e (G1 şi A9! la nivelul cuplului codon-anticodon formea"ă le.ături puternice de hidro.en (numite le.ături Hatson-1ricI!+ în schimb, a treia ba"ă a"otată din codon (A, ; sau 1! formea"ă punţi de hidro.en slabe cu re"iduul inosinat, locali"at în prima po"iţie a anticodonului (ve"i fi.ura de mai sus!# REZ.'AT / 0 1AZE "E RE2IN.T •

•

•

•

•

•

8 secvenţă de AA dintr-o proteină este construită pe ba"a translării informaţiei codificate în ANm, repre"ent*nd copia unei catene din ADN# Acest proces este reali"at de către ribo"omi# Aminoaci"ii sunt specificaţi de codonii ANm care repre"intă triplete de nucleotide# $rocesul de translaţie necesită molecule adaptor care sunt ANt# Aceste molecule conţin triplete de nucleotide 5 anticodoni 5 care corespund codonilor din ANm# ANt vor insera aminoaci"i în po"iţiile lor specifice din lanţul polipeptidic# 1odonul A;G semnali"ea"ă începutul translaţiei# 9ripletele ;AA, ;AG şi ;GA repre"intă codoni stop# 1odul .enetic standard este de.enerat: pre"intă multiple cuvinte cod pentru aproape fiecare aminoacid# 1uvintele de cod sunt universale la toate speciile cunoscute, cu mici e)cepţii la mitocondrii şi unele unicelulare# A treia po"iţie din fiecare codon este mai puţin specifică dec*t primele două#

SINTEZA PROTEINELOR / ETAPE

tapele sinte"ei proteice sunt divi"ate în 2 etape principale şi  accesorii, una care  precede sinte"a propriu-"isă 5 activarea presintetică a precursorilor şi una postsintetică 5   procesarea lanţului de aminoaci"i# Pe curt

9A$A J 5 A19JKAA $JN99J1L A $1;8J>8  $entru sinte"a unui polipeptid cu o secvenţă definită sunt necesare  condiţii  biochimice: .rupul carbo)il al fiecărui aminoacid trebuie să fie activat pentru a facilita formarea le.ăturii peptidice trebuie stabilită o le.ătură între fiecare nou AA şi informaţia din ANm-ul care îl codea"ă# Ambele necesităţi sunt îndeplinite de ataşarea unui AA la un ANt specific în prima etapă a sinte"ei proteice# Ataşarea AA corect este esenţială# Această reacţie are loc în citoplasmă şi nu în ribo"om# Eiecare din cei & de aminoaci"i este cuplat covalent la %

ANt specific prin ener.ia furni"ată de hidroli"a A9$, în pre"enţa unor en"ime de activare dependente de 6., numite A (amioacil ANt-sinteta"e!# 8dată ce AA este ataşat la ANt, se formea"ă un aminoacil-ANt (AA-ANt! iar AA este numit Mactivat4# 9A$A JJ - JNJJA ANm care transportă codul pentru polipetidul de sinteti"at se cuplea"ă la subunitatea ribo"omală mică şi la AA-ANt# Apoi are loc cuplarea subunităţii mari pentru a forma comple)ul de iniţiere# AA-ANt de iniţiere şi codonul A;G de pe ANm semnali"ea"ă debutul sinte"ei polipeptidului# Acest proces necesită G9$ şi este indus de o serie de factori numiţi  factori de iniţiere# 9A$A JJJ-a 5 >8NGAA $olipeptidul nascent este alun.it prin le.area covalentă succesivă a unităţilor AA, fiecare fiind transportat la ribo"om în po"iţia corectă de către ANt specific# lon.area necesită proteine citoplasmatice numite factori de elon.are# Ataşarea fiecărui AA-ANt şi mişcarea ribo"omului de-a lun.ul ANm este determinată de hidroli"a G9$ (/ G9$ la fiecare re"iduu AA adău.at la polipeptid!# 9A$A JK-a 5 96JNA>JOAA PJ >JQAA 1ompletarea lanţului polipeptidic este semnali"ată de codonii stop din ANm# $olipeptidul este eliberat din ribo"om cu aFutorul factorilor de eliberare# 9A$A K 5 $>J PJ $81A $899AN>AJ8NA>L $entru determinarea formei active biolo.ic, polipeptidul trebuie pliat pentru determinarea conformaţiei tridimensionale# Înainte sau după pliere, polipeptidele suferă  procesare en"imatică care include înlăturarea unor aminoaci"i (de obicei de la capătul amino-terminal!, adiţia .rupărilor acetil, fosforil, metil, carbo)il etc#!, ataşarea unor  .rupări carbo)ilice sau prostetice# 9A$A J 5 A19JKAA $JN99J1L A $1;8J>8  Aminoacil/ARNt/intetazele acti)ează ARNt$

Am vă"ut modul în care un anumit ANt recunoaşte codonul care specifică un anumit aminoacid# ă vedem modul în care ANt cuplea"ă AA devenind activat# Acest proces crucial este catali"at de & aminoacil-ANt sinteta"e (As!, fiecare fiind capabilă de a recunoaşte un anumit AA şi ANt-ul său corespun"ător# Aceste en"ime de cuplare lea.ă un AA la hidro)ilii C sau 2C care sunt liberi la nivelul ribo"ei din adeno"ină, înspre capătul terminal al moleculei de ANt# eacţia de cuplare a AA este o reacţie în doi paşi, dependentă de hidroli"a A9$# n"imă R AA R A9$

6.

n"imă(aminoacil-A6$! R $$i

ANt R n"imă(aminoacil-A6$!

aminoacil-ANt R A6$ R n"imă 

În prima etapă, en"ima, aminoacidul şi A9$ formea"ă un comple) şi eliberea"ă $$ i În a doua etapă, .rupul aminoacil este transferat din comple)ul en"imatic pe ANt, care va elibera A6$# Aproape Fumătate din As transferă .rupul aminoacil la hidro)ilul C al adeno"inei, constituind sinteta"e de clasa J, iar celelalte, care transferă aminoacilul la hidro)ilul 2C al adeno"inei repre"intă sinteta"e de clasa JJ# AA-ANt re"ultat păstrea"ă ener.ia re"ultată <

din hidroli"a A9$, re"iduul de aminoacid fiind astfel acti)at# chilibrul reacţiei este diriFat înspre activarea aminoacidului datorită pirofosfata"ei care desface le.ăturile fosfoanhidridice înalt ener.etice din pirofosfat# Întrea.a reacţie se poate scrie: AA R A9$ R ANt

en"imă

aminoacil-ANt R A6$ R $i

ecent, s-a determinat structura As din #1oli şi din multe eucariote, observ*ndu-se că fiecare tip de en"imă are un anumit model (secvenţă de AA! caracteristic fiecărei clase# Determinarea structurii tridimensionale a celor  tipuri de As a arătat diferenţe în ceea ce priveşte contactarea ANt# Eiecare moleculă de ANt este recunoscută de o aminoacil-ANt-sinteta"ă specifică# Jdentificarea ANt de către A specifică este la fel de importantă pentru translaţie ca şi împerecherea corectă codon-anticodon# 8dată ANt încărcat cu un AA, împerecherea codon-anticodon va direcţiona ANt pe locul corect din ribosom# Dacă este ataşat un alt AA se produce o eroare în sinte"a lanţului# ;n e)periment clasic demonstrea"ă acest fapt# ;n re"iduu de cisteină deFa ataşat la ANt a fost înlocuit cu un rest de alanină astfel înc*t cisteinil-ANt 1Ss a devenit alanilANtAla# Adău.at în sinte"a unei lanţ polipeptidic în creştere în dreptul codonilor pentru 1Ss a apărut Ala# -a demonstrat astfel că numai anticodonul ANt este implicat în recunoaşterea ce va duce la ataşarea unui anumit AA în polipeptid#  Nu se ştie încă precis modul în care A identifică ANt specific# e ştie totuşi că o A poate adău.a acelaşi AA la  (sau mai mulţi! ANt, cu anticodoni diferiţi care 

codea"ă acelaşi AA# Astfel, fiecare din aceşti ANt diferiţi au situsuri de cuplare similare care vor fi recunoscute de sinteta"e# În vederea identificării unui anumit AA de către ANt, un rol important îl Foacă structura braţului acceptor al ANt# Jnserţia unei sin.ure perechi de ba"e la nivelul  braţului acceptor pentru AA la ANt$he poate comuta identitatea acestuia de la $he la Ala#

@

JNJJA Semnalul *e iniţiere la ni)elul ARNm ete co*onul A.3#

$rimul eveniment al etapei de iniţiere este ataşarea unei molecule libere de 6et la ANt6et (specific! sub acţiunea unei aminoacil-ANt-sinteta"e specifice# )istă cel puţin  tipuri de ANt6et# $rimul tip, desemnat sub si.la ANt i6et, poate iniţia sinte"a proteică în timp ce al doilea poate incorpora 6et dar nu participă la creşterea lanţului polipeptidic# Aceeaşi en"imă, metionil-ANt-sinteta"a poate ataşa 6et la ambele tipuri de ANt dar  numai comple)ul metionil-ANt i6et poate cupla subunitatea ribosomală mică în vederea iniţierii sinte"ei proteice# (la bacterii, .rupul amino al 6et este formilat!# 1omple)ul 6etANti6et (asistat de un comple) proteină-G9$! împreună cu subunitatea ribosomală mică se lea.ă la ANm, pe un situs specific, locali"at adesea în imediata vecinătate a codonului de iniţiere A;G# >a maForitatea bacteriilor, subunitatea ribosomală mică identifică situsul de iniţiere  prin interacţiunea dintre anumite secvenţe din ANr/a nivelul ANm e)istă aşa numita secvenţă S4ine/"elgarno  chiar l*n.ă situsul de start al sinte"ei  proteice, secvenţă care este complementară cu o secvenţă la sau imediat l*n.ă capătul 2C al moleculei de ANr/a eucariote, mecanismul prin care subunitatea ribosomală mică recunoaşte situsul de iniţiere nu este preci"at# $rimul semnal recunoscut este capătul %C, pre"ent la toate moleculele ANm la eucariote# 9otuşi, unele molecule de ANm viral care sunt translate  prin mecanismul celulă .a"dă în eucariotele infectate, nu posedă capăt %C# În acest ca", recunoaşterea are loc cu aFutorul unor factori proteici adiţionali# De obicei, după recunoaşterea capului %C, are loc o .lisare a subunităţii mici de-a lun.ul moleculei de ANm în vederea locali"ării A;G# De obicei este utili"at primul codon A;G dar  eficienţa iniţierii este accentuată considerabil de pre"enţa unor anumite nucleotide în  preaFma A;G# Această secvenţă, esenţială pentru iniţiere, situată la capătul %C al ANm se numeşte ec)enţă 5oza6 'aril7n 5oza6-$ mNA%C-A11A.3G1a şi suport al acestei ipote"e, menţionăm că un ANm circular artificial care nu are capete nu va fi translat# De asemenea, ANm fără capătul %C sunt slab translate iar mutaţii survenite la nivelul secvenţei ?o"aI duc la o scădere a iniţierii sinte"ei proteice# 9otuşi, chiar dacă în ca"ul virusului poliomielitei, lipseşte capătul %C, ribosomul .ăseşte situsul de iniţiere la <&& de nucleotide de acest capăt# e pare că, la eucariote, translaţia ANm are loc după recunoaşterea capului %C fie prin utili"area primului A;G fie prin recunoaşterea unui A;G pro)imal datorită secvenţei ?o"aI specifice# 7

1actorii *e iniţiere, ARNt, ARNm !i u#unitatea ri#ozomală mică formează un complex *e iniţiere$

ubunitatea ribosomală mică poate .ăsi situsul de iniţiere datorită unui .rup de proteine, denumite factori de iniţiere ( I1!# Eără aceste proteine nu se poate forma comple)ul de iniţiere (cu ANm, ANt6et şi subunitatea mică!# -au caracteri"at 2 JE la procariote şi cel puţin % la eucariote# >a procariote, JE2 este esenţial pentru .ăsirea A;G# >a eucariote, comple)ul eJE 0 asi.ură faptul că ANm este monocatenar (astfel asi.ur*nd at*t fi)area capului %C c*t şi eliminarea unor structuri secundare nedorite!+ de asemenea, eJE0 asi.ură faptul că %C este pre.ătit pentru ca subunitatea mică să locali"e"e A;G#  Numai după ce subunitatea mică .ăseşte şi lea.ă A;G, subunitatea mare poate fi adău.ată# Iniţierea lanţului polipepti*ic#

Ar cuprinde c*teva subetape: eJE care aduce cuplată o moleculă de G9$ se va le.a de 6et-ANti6et# (la procariote, 6et de la ANt6et este formilată!# eJER 6et-ANti6et lea.ă eJE2 şi comple)ul eJE 0 alături de ANm şi 0&, form*nd comple)ul de iniţiere de 0&# Are loc po"iţionarea corectă a 6et-ANt i6et la A;G, cu consum ener.etic (A9$ şi G9$!# ste eliberat eJE2# ste cuplată <&, cu intervenţia eJE /  şi eJE%# e consumă o moleculă de G9$# e formea"ă @&, deci ribo"omul funcţional, .ata de sinte"ă şi care va cuprinde locurile  şi $ (spre capătul %C! şi locul A (spre capătul 2C!# unt eliberaţi factorii de iniţiere care-şi reiau funcţia# •

•

•

•

1apetele 2C şi %C ale ANm sunt cuplate cu un comple) proteic care cuprinde unii factori de iniţiere şi proteina de cuplare $AQ# eJE0 şi eJE0G sunt parte a unui comple) mai mare numit eJE0E, comple) care cuplea"ă subunitatea ribosomală mică (0&!

lon.area lanţului polipeptidic# $resupune intervenţia unor factori de elon.are (E9u, E9s şi E-G la eucariote!# În acest moment, 6et-ANti6et ocupă locul $ în ribosom#  Inserţia# ub influenţa unui comple) E9u-G9$, are loc po"iţionarea corectă a unui AA-ANt în locul A al ribo"omului# G9$ este hidroli"at iar E9u-GD$ este re.enerat sub influenţa E9s fiind retransformat în E9u-G9$# •

/&

>ocul A este liber pentru al doilea AA-ANt care va fi cuplat la lanţ

Al doilea AA-ANt este adus de către E9u-G9$, eliberat şi fi)at pe locul A# G9$ din comple) este hidroli"at iar E9u-GD$ este eliberat în citoplasmă unde va re.enera E9u-G9$ sub influenţa E9s-G9$

Al doilea AA-ANt este inserat în locul A

//

•

Transferul # Aici, lanţul peptidic de

pe locul $ (în acest ca", doar 6et! este desprins de ANt de pe locul $ şi cuplea"ă AA de pe locul A printr-o le.ătură peptidică# >ocul $ va fi ocupat de un ANt deacilat iar locul A de un dipeptidil ANt#

•

Translocarea#

$rin hidroli"a unei molecule de G9$, ribosomul se deplasea"ă către capătul 2C cu un codon# Astfel, ANt de pe fostul loc $ este eliberat în citoplasmă, locul $ devine acum locul A şi va fi ocupat de acelaşi dipeptidil ANt# >ocul A este /

acum liber şi .ata de a primi un nou AA-ANt# Acest proces este mediat de E-G,  proteină care aduce cuplată molecula de G9$ necesară translocării#

$rin acelaşi mecanism se adau.ă, pas cu pas c*te un nou aminoacid, conform codonilor  respectivi, la lanţul polipeptidic în creştere#

/2

 ă urmărim un film serial cu elon.area

/0

/%

9erminali"area# Are loc în momentul c*nd citirea ANm înt*lneşte pe acesta unul din cei 2 codoni stop, ;AA, ;AG, ;GA# Aceştia nu fi)ea"ă nici un ANt ci unul din cei  factori specifici, E/  sau E# Aceştia, induc hidroli"a le.ăturii lanţului peptidic cu ultimul ANt, cu re.enerarea 188T terminal# inte"a a luat sf*rşit#

/<

8i#liografie #iIipedia#or. https:==ima.es#.oo.le#com= #referate#ro

/