C.N. “Gheorghe Lazar” TRADUCEREA (SINTEZA PROTEINELOR) În procesul traducerii o celulă interpretează mesajul genetic şi construieşte o proteină în conformitate cu acesta. Mesajul este reprezentat de o succesiune de codoni în lungul ARNm, iar interpretul (sau traducătorul) este ARNt. Funcţia ARNt este de a transfera aminoacizi din soluţia citoplasmatică la ribozomi. În citoplasmă există toate cele 20 de tipuri de aminoacizi, fie sintetizaţi de către celulă din alte substanţe, fie preluaţi din mediul extracelular. Ribozomul adaugă fiecare aminoacid adus de ARNt la capătul în creştere al unei catene polipeptidice. Moleculele de ARNt nu sunt identice. Cheia traducerii mesajului genetic într-o secvenţă specifică de aminoacizi este reprezentată de faptul că fiecare tip de ARNt traduce un anumit codon din ARNm într-un anumit aminoacid. ARNt soseşte la ribozom purtând un aminoacid specific la un capăt, iar la celălalt capăt al ARNt este o tripletă de nucleotide = anticodon care se împerechează prin complementaritate cu codonul adecvat din ARNm. De ex.: anticodonul AAA se împerechează cu codonul UUU. Pe măsură ce molecula de ARNm se deplasează prin ribozom, aminoacizii aduşi de ARNt vor fi adăugaţi covalent la catena polipeptidică ori de câte ori apare în ARNm codonul corespunzător. Codon după codon mesajul genetic este tradus pe măsură ce ARNt-urile aduc aminoacizi în ordinea prescrisă, iar ribozomul îi uneşte covalent într-o catenă polipeptidică. ARNt este traducător sau moleculă adaptor deoarece citeşte Mirea Ioan Alexandru
Transcript
C.N. “Gheorghe Lazar”
TRADUCEREA (SINTEZA PROTEINELOR)
În procesul traducerii o celulă interpretează mesajul genetic şi construieşte o proteină în conformitate cu acesta.
Mesajul este reprezentat de o succesiune de codoni în lungul ARNm, iar interpretul (sau traducătorul) este ARNt. Funcţia ARNt este de a transfera aminoacizi din soluţia citoplasmatică la ribozomi.
În citoplasmă există toate cele 20 de tipuri de aminoacizi, fie sintetizaţi de către celulă din alte substanţe, fie preluaţi din mediul extracelular.
Ribozomul adaugă fiecare aminoacid adus de ARNt la capătul în creştere al unei catene polipeptidice.
Moleculele de ARNt nu sunt identice. Cheia traducerii mesajului genetic într-o secvenţă specifică de aminoacizi este reprezentată de faptul că fiecare tip de ARNt traduce un anumit codon din ARNm într-un anumit aminoacid.
ARNt soseşte la ribozom purtând un aminoacid specific la un capăt, iar la celălalt capăt al ARNt este o tripletă de nucleotide = anticodon care se împerechează prin complementaritate cu codonul adecvat din ARNm. De ex.: anticodonul AAA se împerechează cu codonul UUU.
Pe măsură ce molecula de ARNm se deplasează prin ribozom, aminoacizii aduşi de ARNt vor fi adăugaţi covalent la catena polipeptidică ori de câte ori apare în ARNm codonul corespunzător.
Codon după codon mesajul genetic este tradus pe măsură ce ARNt-urile aduc aminoacizi în ordinea prescrisă, iar ribozomul îi uneşte covalent într-o catenă polipeptidică.
ARNt este traducător sau moleculă adaptor deoarece citeşte cuvintele din ARNm sau codonii şi le traduce în „cuvinte” ale proteinei şi anume aminoacizi.
implică doi paşi de recunoaştere:1. Trebuie să se realizeze o potrivire
corectă între ARNt şi un aminoacid.Un ARNt care se leagă la un codon care
specifică pentru un aminoacid trebuie să transporte la ribozom doar acel aminoacid codificat de codonul respectiv. Fiecare aminoacid este ataşat la ARNt corect de către o enzimă specifică numită aminoacil-ARNt sintetaza.
Mirea Ioan Alexandru
C.N. “Gheorghe Lazar”
Situsul activ al fiecărui tip de sintetază permite doar o combinaţie specifică de ARNt şi aminoacid.
Există 20 de tipuri diferite de sintetaze, câte una pentru fiecare aminoacid. Fiecare sintetază este capabilă să lege aminoacidul specific la toate tipurile diferite de ARNt care conţin anticodoni complementari codonilor sinonimi care codifică pentru aminoacidul caracteristic sintetazei.
Sintetaza catalizează ataşarea covalentă a aminoacidului la ARNt specific, proces energizat prin hidroliza ATP şi numit activarea aminoacidului, rezultatul fiind aminoacil-ARNtaa = aminoacid activat, este eliberat de enzimă şi în acest fel ARNt transportă aminoacidul către catena polipeptidică în creştere din ribozom. (Aminoacid activat = aminoacid legat covalent la ARNt, la capătul 3’ de la nivelul braţului acceptor al moleculei.)
2. Al doilea pas de recunoaştere presupune o potrivire corectă între anticodonul din ARNt şi codonul din ARNm. Dacă ar exista câte un tip de ARNt pentru fiecare codon ARNm ar trebui să fie 61 tipuri de ARNt. De fapt sunt doar cca. 45, deci unii ARNt trebuie să fie capabili să recunoască şi să se lege la mai mult de un codon. O asemenea versatilitate este posibilă deoarece regulile de împerechere între a treia bază a codonului şi baza corespondentă din anticodonul ARNt nu se poate aplica la fel de strict ca în replicare şi în transcriere.
De exemplu: U de la capătul 5’ al anticodonului se poate împerechea cu A sau G din poziţia a treia (capătul 3’) a codonului. Relaxarea regulii de împerechere = WOBBLE – explică de ce codoni sinonimi diferă prin baza a treia, dar în mod normal nu şi prin celelalte baze.
Mirea Ioan Alexandru
C.N. “Gheorghe Lazar”
RIBOSOMUL
Ribosomul facilitează cuplarea specifică între anticodonul ARNt şi codonul ARNm în timpul sintezei proteice. Ribosomul, care este suficient de mare pentru a fi vazut la microscopul electronic, este alcătuit din două subunităţi – subunitatea mare şi subunitatea mică. Subunităţile ribozomale sunt alcătuite din proteine şi un tip de ARN – ARNr.
La EK genele pentru ARNr din cromosom (vezi „Tipuri de ARN”) sunt transcrise şi ARNr este procesat şi asamblat la nivelul nucleolului cu proteine importate din citoplasmă, rezultând subunităţile ribosomale care sunt apoi exportate, prin porii nucleari, în citoplasmă.
Atât la PK cât şi la EK, subunităţile (mică şi mare) se asociază pentru a forma ribozomul funcţional doar când se ataşează de o moleculă ARNm.
Aproximativ 2/3 din masa ribosomului este ARNr. Deoarece o celulă conţine mii de ribosomi, ARNr este cel mai abundent tip de ARN. Cu toate că ribosomii de la PK şi cei de la EK sunt foarte similari ca structură şi funcţie, cei de la EK sunt puţin mai mari şi diferă întrucâtva prin compoziţia moleculară. Aceste diferenţe au importanţă în clinică (clinic semnificative). Anumite antibiotice pot inactiva ribozomii de la PK fără a inhiba abilitatea ribosomilor EK de a sintetiza proteine. Aceste antibiotice (tetraciclină si streptomicină) sunt utilizate în combaterea infecţiilor bacteriene.
Structura ribosomului îi reflectă funcţia – aducerea împreună a ARNm şi ARNt-uri purtătoare de aminoacizi. În afară de un situs de legare la ARNm, fiecare ribosom are 3 situsuri pentru legarea ARNt:
- situsul P – situsul peptidil-ARNt – conţine ARNt care poartă catena polipeptidică în creştere.
- situsul A – situsul aminoacil-ARNt – conţine ARNt-ul care poartă următorul aminoacid care va fi adăugat la catena polipeptidică
- ARNt descarcat de aminoacid părăseşte ribosomul din situsul E (exit)
Mirea Ioan Alexandru
C.N. “Gheorghe Lazar”
Ribosomul ţine ARNt şi ARNm în strânsă apropiere şi poziţionează noul aminoacid pentru adiţia la capătul COOH al unui polipeptid în creştere, apoi catalizează formarea unei legături peptidice. Pe masură ce se alungeşte, polipeptidul trece printr-un tunel de ieşire (exit tunnel) din subunitatea mare. Când polipeptidul este complet, este eliberat în citosol prin tunelul de ieşire.
Cercetări recente susţin ipoteza că nu proteinele, ci ARNr este responsabil în mod primar atât de structura cât şi de funcţia ribosomului.
Proteinele, situate mai ales la exterior, constituie suport pentru modificările conformaţionale ale moleculelor de ARNr pe care acestea le suferă în timp ce catalizează traducerea. ARN este principalul component al interfeţei dintre cele două subunităţi pe de o parte şi situsurile A şi P pe de altă parte; ARN este catalizatorul formării legăturii peptidice. Astfel, ribosomul poate fi considerat o ribozimă uriaşă.
TRADUCEREA = SINTEZA UNUI POLIPEPTID
Se desfăşoară în 3 etape: 1. iniţierea; 2. alungirea; 3. terminarea Toate cele trei etape necesită factori proteici care ajută ARNm, ARNt si ribozomul în
procesul traducerii. Iniţierea şi alungirea necesită energie – asigurată prin hidroliza GTP (guanozin-trifosfat).
1) Asamblarea ribozomului şi iniţierea traduceriiEtapa de iniţiere aduce împreună ARNm, ARNt (purtător al primului aminoacid din
polipeptid) şi cele 2 subunităţi ribozomale. Subunitatea mică se leagă de ARNm si de ARNt iniţiator care poartă aminoacidul metionină (Met).
ARNt iniţiator = Met-ARNtMet adică metionil-ARNt. Subunitatea mică se deplasează în aval pe molecula de ARNm pe care o scanează până
când găseşte codonul START (AUG) care semnalizează începutul traducerii şi marchează începutul cadrului de citire din ARNm.
ARNt iniţiator, deja asociat în acest complex, se leagă la codonul START din ARNm care formează cu anticodonul punţi de H. La complexul [ARNm –ARNt – subunitatea ribozomală mică] se ataşează şi subunitatea mare, completând complexul de iniţiere a traducerii.
Mirea Ioan Alexandru
C.N. “Gheorghe Lazar”
Proteine = factori de iniţiere sunt necesare pentru a aduce aceste componente împreună. Celula consumă energie sub formă de GTP pentru formarea complexului de iniţiere.
La finalul formării complexului de iniţiere:- Met-ARNtMet sau ARNt iniţiator ocupă situsul P din ribosom- Situsul A vacant este pregătit să primească următorul aminoacil-ARNtaa
Polipeptidul este întotdeauna sintetizat într-o singură direcţie – de la Metonina iniţială de la capătul amino-terminal (NH2-terminal sau N-terminal) spre ultimul aminoacid de la capătul carboxil-terminal (COOH-terminal sau C-terminal).
2) Alungirea catenei polipeptidiceAminoacizii noi sunt adăugaţi unul câte unul la aminoacidul precedent. Fiecare adiţie
implică participarea câtorva proteine – factori de elongare şi se desfăşoară într-un ciclu cu trei etape:
a) recunoaşterea codonului – anticodonul unui aminoacil-ARNtaa care tocmai a ajuns la ribosom se împerechează prin complementaritate cu codonul corespunzător din situsul A. Hidroliza GTP creşte acurateţea şi eficienţa acestei etape.
b) formarea legăturii peptidice – o moleculă de ARNr din subunitatea mare catalizează formarea unei legături peptidice între noul aminoacid din situsul A şi capătul COOH al catenei polipeptidice în creştere, ataşată de un ARNt în situsul P. Polipeptidul se va ataşa la ARNt din situsul A, la care era legat noul aminoacid adăugat.
c) translocarea – ribosomul translocă ARNt din situsul A în situsul P. ARNt gol (neocupat) din situsul P este mutat în situsul E şi de aici este eliberat din ribosom. Situsul A devine din nou liber să primească un alt aminoacil-ARNtaa şi ciclul se reia.
Mirea Ioan Alexandru
C.N. “Gheorghe Lazar”
Consum de energie se realizează în etapele a) şi c). Recunoaşterea codonului necesită hidroliza a două molecule de GTP, proces care creşte precizia şi acurateţea etapei. Încă un GTP este hidrolizat ca să asigure energia necesară deplasării cu un codon a ribosomului pe ARNm (translocare). ARNm este deplasat prin ribosom într-o singură direcţie, adică ribosomul se deplasează pe ARNm în sensul 5’-3’. ARNm şi ribosomul se mişcă relativ unul faţă de celălalt, unidirecţional, codon după codon. Ciclul de elongare/alungire la PK durează mai puţin de 1/10 secunde şi se repetă până când polipeptidul este complet.
3) Terminarea traduceriiAlungirea continuă până când un codon STOP (UAG, UGA sau UAA) din ARNm
ajunge în situsul A al ribosomului. O proteină numită factor de eliberare se leagă direct la codonul STOP din situsul A şi determină adiţia unei molecule de apă în loc de un aminoacid la catena polipeptidică. Această reacţie hidrolizează polipeptidul complet de ARNt din situsul P, eliberând polipeptidul prin tunelul de ieşire al subunităţii mari a ribosomului. Ulterior se dezasamblează şi restul complexului de traducere.
