#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 AN! fie într-un lanţ de aminoaci"i (peptid!# $roteinele constituie constituie mai mult de %&' din masa uscată a unei celule iar sinte"a lor este esenţială pentru menţinerea statusului celular ca şi pentru creştere şi de"voltare# inte"a proteinelor repre"intă cel mai comple) proces biosintetic biosintetic descris p*nă la momentul de faţă+ aceasta deoarece, la eucariote, procesul de sinte"ă a proteinelor implică activitatea a & proteine ribo"omale diferite, a peste & de en"ime necesare activării aminoaci"ilor precursori, a "eci de proteine au)iliare alături de factori de iniţiere, elon.are şi terminali"are, a apro)imativ /&& en"ime adiţionale pentru procesare finală a diferitelor proteine, a peste 0& de tipuri de ANt# 1irca 2&& de macromolecule sunt implicate în cooperarea necesară sinte"ei proteinelor# NE%ESAR "E &'ATERIALE( &'ATERIALE(
inte"a proteinelor necesită, ca şi construcţia unei clădiri, 3cărămi"i4 care în acest ca" sunt repre"entate de aminoaci"i 3transportorii4 3transportorii4 5 ANt specifici 3constructori4 3constructori4 5 ribo"omii 3un plan4, aici repre"entat de informaţia cuprinsă în ANm, copiat pe ba"a codului .enetic cuprins în ADN ARNt, ARNt, tranpor tranportori toriii aminoa aminoaciz cizil ilor or care care )or contit contitui ui )iitor )iitorul ul lanţ lanţ pepti*i pepti*ic, c, acţionează ca !i a*aptori ce )or transla ec)enţa nucleoti*ică +n ec)enţă proteică$
6olecula de ANt 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 ANm (deci un anticodon! şi alta care cuprinde sistemul de conectare la un aminoacid specific# 8 a doua funcţie a ANt 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 ANt# 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 *efă!urată-
Structura ARNt tructura tri*imenională-
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 AN ribo"omal (ANr!, proteine ba"ice, acide şi ioni (6., ?, 1a!# ubunitatea mare este formată din ANr %, ANr @ (responsabil de formarea le.ăturii peptidice+ la procariote are 2! şi 07 de proteine# ubunitatea mică este formată din ANr /@ 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 ANt## inte"a propriu"isă a peptidului şi mai ales formarea le.ăturii peptidice repre"intă opera aproape e)clusivă a ANr 2 (@ la eucariote!# Astfel ribo"omul poate fi privit ca o uriaşă riboen"imă# (asta e de actualitate B!
2
ARNm, planul contrucţiei proteinelor#
AN este sinteti"at pe ba"a ADN sub influenţa unor en"ime denumite AN-polimera"e+ procesul poartă numele de trancripţie# 9oate cele 2 tipuri de AN (transfer, mesa.er sau ribo"omal! repre"intă copii ale unor secvenţe de ADN# ANm 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 AN şi anume ANm, ANt şi ANr# %o*ul genetic ete *egenerat#
În timpul sinte"ei proteice, maşinăria translaţională se mişcă dinspre capătul %C spre capătul 2C al moleculei de ANm# ecvenţa ANm este citită cu c*te 2 nucleotide odată (2 nucleotide succesive codon!# Eiecare aminoacid este specificat în secvenţa ANm de către un triplet de nucleotide, denumit co*on, care corespunde unei secvenţe similare de nucleotide la nivelul ANt, antico*on#
a# Alinierea ANm şi ANt este antiparalelă# ANt este repre"entat în confi.uraţia caracteristică de frun"ă de trifoi# b# 9rei tipuri de relaţii posibile codon anticodon atunci c*nd anticodonul ANt conţine ino"inat#
Deoarece numai un anumit ANt poate fi complementar unui anumit codon de pe ANm, acesta din urmă va determina aminoacidul specific ce va fi adău.at# Av*nd în vedere că AN 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 codoni care vor codifica pentru & de aminoaci"i# De aceea maForitatea AA sunt repre"entaţi de mai mult de / codon, motiv pentru care codul .enetic este denumit degenerat # Doi AA, 6et şi 9rp sunt repre"entaţi de un sin.ur codon şi în acelaşi timp sunt cei mai puţin abundenţi AA dintr-o celulă# 0
De.enerarea codului .enetic constă fie în faptul că e)istă mai mulţi ANt specifici pentru acelaşi aminoacid fie în acela că un ANt poate cupla mai mulţi codoni diferiţi# De fapt, ambele situaţii sunt valabile# $entru unii aminoaci"i e)istă mai mult de un ANt, iar unele molecule de ANt 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 ANm, repre"ent*nd copia unei catene din ADN# Acest proces este reali"at de către ribo"omi# Aminoaci"ii sunt specificaţi de codonii ANm care repre"intă triplete de nucleotide# $rocesul de translaţie necesită molecule adaptor care sunt ANt# Aceste molecule conţin triplete de nucleotide 5 anticodoni 5 care corespund codonilor din ANm# ANt vor insera aminoaci"i în po"iţiile lor specifice din lanţul polipeptidic# 1odonul A;G semnali"ea"ă începutul translaţiei# 9ripletele ;AA, ;AG şi ;GA repre"intă codoni stop# 1odul .enetic standard este de.enerat: pre"intă multiple cuvinte cod pentru aproape fiecare aminoacid# 1uvintele de cod sunt universale la toate speciile cunoscute, cu mici e)cepţii la mitocondrii şi unele unicelulare# A treia po"iţie din fiecare codon este mai puţin specifică dec*t primele două#
SINTEZA PROTEINELOR / ETAPE
tapele sinte"ei proteice sunt divi"ate în 2 etape principale şi accesorii, una care precede sinte"a propriu-"isă 5 activarea presintetică a precursorilor şi una postsintetică 5 procesarea lanţului de aminoaci"i# Pe curt
9A$A J 5 A19JKAA $JN99J1L A $1;8J>8 $entru sinte"a unui polipeptid cu o secvenţă definită sunt necesare condiţii biochimice: .rupul carbo)il al fiecărui aminoacid trebuie să fie activat pentru a facilita formarea le.ăturii peptidice trebuie stabilită o le.ătură între fiecare nou AA şi informaţia din ANm-ul care îl codea"ă# Ambele necesităţi sunt îndeplinite de ataşarea unui AA la un ANt specific în prima etapă a sinte"ei proteice# Ataşarea AA corect este esenţială# Această reacţie are loc în citoplasmă şi nu în ribo"om# Eiecare din cei & de aminoaci"i este cuplat covalent la %
ANt specific prin ener.ia furni"ată de hidroli"a A9$, în pre"enţa unor en"ime de activare dependente de 6., numite A (amioacil ANt-sinteta"e!# 8dată ce AA este ataşat la ANt, se formea"ă un aminoacil-ANt (AA-ANt! iar AA este numit Mactivat4# 9A$A JJ - JNJJA ANm care transportă codul pentru polipetidul de sinteti"at se cuplea"ă la subunitatea ribo"omală mică şi la AA-ANt# Apoi are loc cuplarea subunităţii mari pentru a forma comple)ul de iniţiere# AA-ANt de iniţiere şi codonul A;G de pe ANm semnali"ea"ă debutul sinte"ei polipeptidului# Acest proces necesită G9$ şi este indus de o serie de factori numiţi factori de iniţiere# 9A$A JJJ-a 5 >8NGAA $olipeptidul nascent este alun.it prin le.area covalentă succesivă a unităţilor AA, fiecare fiind transportat la ribo"om în po"iţia corectă de către ANt specific# lon.area necesită proteine citoplasmatice numite factori de elon.are# Ataşarea fiecărui AA-ANt şi mişcarea ribo"omului de-a lun.ul ANm este determinată de hidroli"a G9$ (/ G9$ la fiecare re"iduu AA adău.at la polipeptid!# 9A$A JK-a 5 96JNA>JOAA PJ >JQAA 1ompletarea lanţului polipeptidic este semnali"ată de codonii stop din ANm# $olipeptidul este eliberat din ribo"om cu aFutorul factorilor de eliberare# 9A$A K 5 $>J PJ $81A $899AN>AJ8NA>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 A19JKAA $JN99J1L A $1;8J>8 Aminoacil/ARNt/intetazele acti)ează ARNt$
Am vă"ut modul în care un anumit ANt recunoaşte codonul care specifică un anumit aminoacid# ă vedem modul în care ANt cuplea"ă AA devenind activat# Acest proces crucial este catali"at de & aminoacil-ANt sinteta"e (As!, fiecare fiind capabilă de a recunoaşte un anumit AA şi ANt-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 ANt# 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 $$i
ANt R n"imă(aminoacil-A6$!
aminoacil-ANt R A6$ R n"imă
În prima etapă, en"ima, aminoacidul şi A9$ formea"ă un comple) şi eliberea"ă $$ i În a doua etapă, .rupul aminoacil este transferat din comple)ul en"imatic pe ANt, care va elibera A6$# Aproape Fumătate din As transferă .rupul aminoacil la hidro)ilul C al adeno"inei, constituind sinteta"e de clasa J, iar celelalte, care transferă aminoacilul la hidro)ilul 2C al adeno"inei repre"intă sinteta"e de clasa JJ# AA-ANt re"ultat păstrea"ă ener.ia re"ultată <
din hidroli"a A9$, 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 ANt
en"imă
aminoacil-ANt R A6$ R $i
ecent, s-a determinat structura As din #1oli şi din multe eucariote, observ*ndu-se că fiecare tip de en"imă are un anumit model (secvenţă de AA! caracteristic fiecărei clase# Determinarea structurii tridimensionale a celor tipuri de As a arătat diferenţe în ceea ce priveşte contactarea ANt# Eiecare moleculă de ANt este recunoscută de o aminoacil-ANt-sinteta"ă specifică# Jdentificarea ANt de către A specifică este la fel de importantă pentru translaţie ca şi împerecherea corectă codon-anticodon# 8dată ANt încărcat cu un AA, împerecherea codon-anticodon va direcţiona ANt pe locul corect din ribosom# Dacă este ataşat un alt AA se produce o eroare în sinte"a lanţului# ;n e)periment clasic demonstrea"ă acest fapt# ;n re"iduu de cisteină deFa ataşat la ANt a fost înlocuit cu un rest de alanină astfel înc*t cisteinil-ANt 1Ss a devenit alanilANtAla# Adău.at în sinte"a unei lanţ polipeptidic în creştere în dreptul codonilor pentru 1Ss a apărut Ala# -a demonstrat astfel că numai anticodonul ANt este implicat în recunoaşterea ce va duce la ataşarea unui anumit AA în polipeptid# Nu se ştie încă precis modul în care A identifică ANt specific# e ştie totuşi că o A poate adău.a acelaşi AA la (sau mai mulţi! ANt, cu anticodoni diferiţi care
codea"ă acelaşi AA# Astfel, fiecare din aceşti ANt diferiţi au situsuri de cuplare similare care vor fi recunoscute de sinteta"e# În vederea identificării unui anumit AA de către ANt, un rol important îl Foacă structura braţului acceptor al ANt# Jnserţia unei sin.ure perechi de ba"e la nivelul braţului acceptor pentru AA la ANt$he poate comuta identitatea acestuia de la $he la Ala#
@
JNJJA Semnalul *e iniţiere la ni)elul ARNm ete co*onul A.3#
$rimul eveniment al etapei de iniţiere este ataşarea unei molecule libere de 6et la ANt6et (specific! sub acţiunea unei aminoacil-ANt-sinteta"e specifice# )istă cel puţin tipuri de ANt6et# $rimul tip, desemnat sub si.la ANt i6et, poate iniţia sinte"a proteică în timp ce al doilea poate incorpora 6et dar nu participă la creşterea lanţului polipeptidic# Aceeaşi en"imă, metionil-ANt-sinteta"a poate ataşa 6et la ambele tipuri de ANt dar numai comple)ul metionil-ANt i6et poate cupla subunitatea ribosomală mică în vederea iniţierii sinte"ei proteice# (la bacterii, .rupul amino al 6et este formilat!# 1omple)ul 6etANti6et (asistat de un comple) proteină-G9$! împreună cu subunitatea ribosomală mică se lea.ă la ANm, 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 ANr/a nivelul ANm 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 ANr/a eucariote, mecanismul prin care subunitatea ribosomală mică recunoaşte situsul de iniţiere nu este preci"at# $rimul semnal recunoscut este capătul %C, pre"ent la toate moleculele ANm la eucariote# 9otuşi, unele molecule de ANm viral care sunt translate prin mecanismul celulă .a"dă în eucariotele infectate, nu posedă capăt %C# În acest ca", recunoaşterea are loc cu aFutorul unor factori proteici adiţionali# De obicei, după recunoaşterea capului %C, are loc o .lisare a subunităţii mici de-a lun.ul moleculei de ANm în vederea locali"ării A;G# De obicei este utili"at primul codon A;G dar eficienţa iniţierii este accentuată considerabil de pre"enţa unor anumite nucleotide în preaFma A;G# Această secvenţă, esenţială pentru iniţiere, situată la capătul %C al ANm se numeşte ec)enţă 5oza6 'aril7n 5oza6-$ mNA%C-A11A.3G1a şi suport al acestei ipote"e, menţionăm că un ANm circular artificial care nu are capete nu va fi translat# De asemenea, ANm 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 ANm 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 ANm, ANt6et 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 ANm 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-ANti6et# (la procariote, 6et de la ANt6et este formilată!# eJER 6et-ANti6et lea.ă eJE2 şi comple)ul eJE 0 alături de ANm şi 0&, form*nd comple)ul de iniţiere de 0&# Are loc po"iţionarea corectă a 6et-ANt 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 ANm 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-ANti6et ocupă locul $ în ribosom# Inserţia# ub influenţa unui comple) E9u-G9$, are loc po"iţionarea corectă a unui AA-ANt în locul A al ribo"omului# G9$ este hidroli"at iar E9u-GD$ este re.enerat sub influenţa E9s fiind retransformat în E9u-G9$# •
/&
>ocul A este liber pentru al doilea AA-ANt care va fi cuplat la lanţ
Al doilea AA-ANt este adus de către E9u-G9$, 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-ANt este inserat în locul A
//
•
Transferul # Aici, lanţul peptidic de
pe locul $ (în acest ca", doar 6et! este desprins de ANt de pe locul $ şi cuplea"ă AA de pe locul A printr-o le.ătură peptidică# >ocul $ va fi ocupat de un ANt deacilat iar locul A de un dipeptidil ANt#
•
Translocarea#
$rin hidroli"a unei molecule de G9$, ribosomul se deplasea"ă către capătul 2C cu un codon# Astfel, ANt de pe fostul loc $ este eliberat în citoplasmă, locul $ devine acum locul A şi va fi ocupat de acelaşi dipeptidil ANt# >ocul A este /
acum liber şi .ata de a primi un nou AA-ANt# 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 ANm înt*lneşte pe acesta unul din cei 2 codoni stop, ;AA, ;AG, ;GA# Aceştia nu fi)ea"ă nici un ANt ci unul din cei factori specifici, E/ sau E# Aceştia, induc hidroli"a le.ăturii lanţului peptidic cu ultimul ANt, cu re.enerarea 188T terminal# inte"a a luat sf*rşit#
/<
8i#liografie #iIipedia#or. https:==ima.es#.oo.le#com= #referate#ro
/