Sinteza proteinei
Această intrare sau secțiune despre subiectul biochimiei nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Sinteza proteinelor (numită și traducere, proteosynthesis, proteogenesis, protidogenesis, proteinogenesis sau proteoneogenesis) este biochimic procesul prin care informația genetică conținută în ARNm (ARN mesager) este transformat în proteine care efectuează o gamă largă de funcții. Sinteza proteinelor începe de la un fir de mARN, care este produs dintr-o genă de pe ADN prin procesul de transcripție . Acest filament din ribozom este utilizat ca șablon pentru producerea unei proteine specifice. [1]
ARNm, ARNt și ribozomi
ARNm
MRNA este transcrierea unei gene în limbajul ARN, care are patru baze , identice cu ADN, cu excepția uracilului care înlocuiește timina . Un ARNm matur proaspăt exportat din nucleoplasmă prin membrana nucleară a fost, de asemenea, modificat prin adăugarea unei 7-metilguanozine la capătul 5 '( capac ARNm ), prin intermediul unei cozi poliadenilate (AAAAA ...) la capătul 3' și asociată cu diferite tipuri de proteine utile pentru ca restul celulei să recunoască maturarea și exportul acesteia din nucleu. Ribozomul citește bazele ARNm în triplete (numite codoni ) și la fiecare triplet (pentru un total de 64, care se obține prin creșterea numărului de baze ale ARNm, adică 4, la numărul de cifre ale unui triplet, 3) face să se potrivească un aminoacid respectând în același timp codul genetic. În realitate, fiind codul redundant, unele triplete codifică același aminoacid și doar doi aminoacizi sunt specificate de un singur triplet (AUG pentru metionină și UCG pentru triptofan) AUG este întotdeauna primul triplet și există, de asemenea, triplete care specifică sfârșitul traducerii, numite stop codoni , sunt UAA, UAG și UGA, nu codifică niciun aminoacid. Codul genetic este identic în toate organismele vii, cu câteva excepții, cum ar fi Candida albicans și ADN-ul mitocondrial al unor organisme, care s-au dezvoltat într-o oarecare măsură independent de cel conținut în nucleu la începutul istoriei evolutive. Lungimea unui ARNm variază în funcție de lungimea exonilor genei transcrise.
ARNt
TRNA este o moleculă mică de ARN compusă în medie de 80 de nucleotide . Pe lângă nucleotidele convenționale pentru ARN, există și nucleotide modificate (61 de tipuri diferite) printre care cele mai abundente sunt inozina, pseudouridina, dihidruridina, 4-tiouridina și diferite forme dimetilate de guanină. Are o formă caracteristică similară cu cea a unui trifoi cu patru foi (forma este dată de faptul că nucleotidele care îl compun sunt împerecheate în așa fel încât să genereze o moleculă cu patru proeminențe; două dintre acestea sunt mai importante: prima constă din două nucleotide nepereche care sunt întotdeauna aceleași pentru toate moleculele de ARNt, adică ACC; a doua moleculă este opusă primei, este alcătuită dintr-un triplet de baze, de asemenea, nepereche, care sunt diferite pentru fiecare dintre cele 61 de tipuri diferite de ARNt) (sau mai realist față de un L), pe care îl presupune pentru formarea de legături de hidrogen între elicele duble pliate în unele părți ale structurii sale. Nucleotidele modificate în mod normal tind să nu participe la aceste legături. Există patru zone de interes deosebit în fiecare moleculă de ARNt, în special două bucle, numite bucla D și bucla T (nucleotidele modificate sunt adesea concentrate aici), anticodonul, specific pentru fiecare ARNt și complementar unui codon al ARNm (pentru exemplu AGU citit de la 5 'la 3' pe ARNm care codifică serina, prin urmare, ARNt corespunzător va avea un anticodon UCA, citit de la 3 'la 5' după cum este potrivit) și atașarea aminoacidului corespunzător codonului la sfârșitul 3 '. Există mai mulți ARNt pentru același aminoacid (de fapt există doar 48 de anticodoni diferiți codificați de aproximativ 500 de gene) și în același timp un ARNt se poate asocia cu mai mult de un codon. Acest lucru se întâmplă deoarece fiecare anticodon ARNt este ferm asociat doar cu primele două baze ale unui codon, în timp ce nu este foarte specific și mai tolerant pentru a treia bază, atât de mult încât împerecherea greșită are loc nu de puține ori, provocând fenomenul de oscilare care este ezitarea celei de-a treia.poziție. Acest lucru explică, de asemenea, de ce seria de codoni care specifică același aminoacid este identică în primele două baze și diferă doar în a treia, cu câteva excepții. ARNt-urile implicate în sinteza proteinelor sunt produsul unor pre-ARNt mai lungi, care sunt modificate în nucleu datorită unei îmbinări speciale care urmează un mecanism de „tăiere și coase”, diferit de cel comun care implică formarea unui fel de buclă pentru eliminați secvențele intronice . Ulterior, o aminoacil-ARNt-sintetază specifică pentru fiecare aminoacid (aproximativ 20 de tipuri diferite) cuplează covalent aminoacidul corespunzător capătului 3 'al fiecărui ARNt. Înainte de a fi legat de capătul 3 'al unui ARNt, fiecare aminoacid este activat de ATP care leagă un AMP de acesta, formând un aminoacid adenilat și eliberând pirofosfat. Ulterior, aminoacidul adenilat este legat de aminoacil-ARNt-sintetaza la ARNt cu eliberare de AMP. Aminoacil-ARNt-sintetaza alege aminoacidul corect pentru a se atașa la ARNt parțial pentru că are o afinitate mai mare pentru acel aminoacid decât toți ceilalți și parțial pentru că este facilitat de site-ul său activ, excluzându-i pe toți ceilalți. Aminoacizi mai mari. Mai târziu, când ARNt se leagă și de enzimă, aminoacidul se mută într-un al doilea loc activ chiar mai specific care servește drept mecanism de control. Un mecanism similar are loc cu corectarea exonucleolitică a probelor de către ADN polimeraza. În acest fel, aminoacil-ARNt-sintetaza obține o precizie de 1 eroare pentru fiecare 40.000 de cuplaje.
Ribozom
Ribozomul este un ribozim mare și reprezintă mașina de executare a sintezei proteinelor. Are două subunități, majoră (60 S) și minoră (40 S), majoră conține ARNr 28 S, 5,8 S și 5 S, în timp ce minorul conține ARNr 18 S. ARNr-urile, precum și ribozomii sunt sintetizate în nucleol din nucleu, primul din ARN polimeraza III. În plus față de cele patru tipuri de ARNr specificate, fiecare ribozom conține aproximativ 50 de proteine diferite; este deci compus din 2/3 din ARN și 1/3 din proteine. Subunitatea minoră acționează ca un loc de sprijin și de intrare pentru traducerea ARNm, în timp ce subunitatea majoră este principalul aparat catalizator al complexului. Când sunt unite, cele două subunități au patru situsuri de atașament, unul pentru ARNm și site-urile A, P, E pentru ARNt de intrare sau ieșire. Primele două sunt cele mai voluminoase și conțin ARNt ale căror anticodoni sunt legați de codonul ARNm în timp ce site-ul E conține ARNt care este pe cale să se detașeze de ribozom, deoarece și-a adăugat deja aminoacidul în polipeptidă în formare. Un ribozom uman adaugă aproximativ 2 aminoacizi pe secundă. Fiecare celulă conține câteva milioane de ribozomi împrăștiați în citoplasmă cu subunitățile desprinse una de cealaltă, sau în sinteză activă cu subunitățile unite, agregate în polizomi (grupuri de zeci de ribozomi în sinteza proteinelor) sau atașate la membrana endoplasmatică brută reticul (RER). Celulele din sinteza activă conțin mai mult din ele decât altele mai puțin active.
Sinteza proteinelor în eucariote
În eucariote , sinteza proteinelor începe întotdeauna de la capătul N-terminal al unei proteine care se formează spre capătul său C-terminal.
Primul aminoacil-ARNt care trebuie adăugat este invariabil cel cu metionină legată, numit ARNt inițiator, deoarece secvența inițială a fiecărui ARNm este AUG. În general, metionina este întotdeauna îndepărtată la sfârșitul traducerii de către o protează specifică.
Subunitatea minoră a ribozomului se atașează la capătul 5 'al ARNm, care este recunoscut ca posedând un capac de 7-metilguanozină și factori de inițiere eIF4G, elF4A și eIF4E. Apoi, odată găsită, subunitatea majoră este, de asemenea, atașată la aceasta și, prin urmare, ribozima caută primul triplet AUG pe ARNm, care este semnalul său de plecare pentru sinteza proteinelor.
În unele cazuri, primul AUG poate fi omis, iar ribozomul poate începe să se traducă din al doilea sau al treilea; acest lucru permite în unele cazuri producerea de proteine alternative pornind de la același ARNm matur. Acest fenomen este frecvent cunoscut sub numele de scanare cu scurgeri .
Atașarea ARNt inițiatorului la locul P al subunității minore a ribozomului - în absența subunității majore - este ajutată de factorul de inițiere eIF2 care leagă GTP, care este hidrolizat atunci când subunitatea majoră se asociază cu minorul. Mișcarea subunității minore este facilitată în continuare de hidroliza ATP în ADP + P.
ARNt se leagă de situsul P al ribozomului, în timp ce ARNt cu anticodonul corespunzător următorului codon din ARNm legat de factorul de alungire EF1 se atașează de situsul A.
EF1 se alătură ARNt la locul A și efectuează o verificare a calității pentru a nu fi adăugată dacă corespondența codon-anticodon nu este corectă; probabil acest lucru se întâmplă datorită unei afinități mai mari între molecule, chiar dacă mecanismul precis nu a fost încă clarificat.
EF1 leagă, de asemenea, ARNt de ARNm într-o conformație curbată care împiedică legarea imediată a aminoacidului legat de ARNt la care este atașat de restul polipeptidei în creștere. Odată recunoscută o pereche corectă, ARNr de pe subunitatea minoră hidrolizează GTP legat de EF1 la PIB și se detașează de ARNt.
Se pare că o corespondență corectă între codon și anticodon este facilitată în continuare de formarea de legături de hidrogen între subunitatea minoră a ribozomului și perechea codon-anticodon în sine. În acest moment există, prin urmare, doi ARNt adiacenți pe ribozom, fiecare legat de propriul codon pe ARNm.
În acest moment, peptidil transferaza , conținută în subunitatea majoră a ribozomului, catalizează deplasarea legăturii care unește aminoacidul cu ARNt-ul său la locul P, formând o legătură peptidică între aminoacidul ARNt la locul P și că la situsul A Subunitatea majoră deplasează apoi trei nucleotide la capătul 3 'al ARNm și la fel face și subunitatea minoră, astfel încât, la sfârșitul schimbărilor, primul ARNt adăugat este la locul E și al doilea la locul P în timp ce în locul A factorul de alungire EF2 este legat de GTP.
Primul ARNt fără aminoacizi se detașează de situsul E și iese din ribozom, în timp ce un nou aminoacil-ARNt se atașează de situsul A, GTP-ul EF2 este hidrolizat la PIB și EF2 se detașează de situsul A. Apoi legarea dintre aminoacid și ARNt de la site-ul P este transferat între aminoacizii ARNt între A și P pentru a forma o nouă legătură peptidică și astfel sinteza continuă până când ribozomul găsește un codon de oprire. Când ARN-ul se duplică, permite celulei să efectueze un proces de îmbinare.
Când se ajunge la codonul de oprire în faza de terminare, ribozomul captează o moleculă de apă care hidrolizează polipeptida acum completă care se detașează de ribozom.
Procesul este susținut de factori de eliberare (RF1, RF2, RF3 în bacterii, eRF1 și eRF3 în eucariote), proteine care simulează acțiunea ARNt, se leagă de locul A și eliberează proteina din citoplasmă (fenomen cunoscut sub numele de mimică moleculară ).
Sinteza proteinelor poate avea loc foarte repede deoarece ribozomi multipli se pot lega de aceeași catenă de ARNm permițând astfel construirea simultană a mai multor lanțuri proteice. O catenă de ARNm cu ribozomi multipli se numește polizom .
Sinteza proteinelor la procariote
La procariote , legarea corectă între ribozom și ARNm este facilitată de asocierea unei serii de baze cunoscute sub numele de secvența Shine-Dalgarno , care se află între 5 și 10 nucleotide înainte de codonul de start.
ARNt, indiferent dacă poartă metionină sau N-formil-metionină, își asociază bazele cu cele ale codonului de start asistat de factorul de inițiere (IF) și se leagă de situsul P (peptidă) al ribozomului formând o punte între subunitatea minoră și subunitatea majoră . Subunitatea majoră formează apoi un complex cu cea minoră și factorii inițiatori sunt eliberați. În acest moment are loc alungirea . Un nou aminoacil-ARNt complexat cu factorul de alungire (o proteină dependentă de GTP, EF-Tu în procariote, αEF1 în eucariote, mai simplu Tu) intră în situl A al ribozomului și împerechează bazele sale cu cele ale ARNm. Subunitatea principală ribozomală posedă acțiune peptidil-transferazică, datorită căreia creează o legătură peptidică între aminoacizii vecini. De îndată ce se întâmplă acest lucru, aminoacidul din situsul P se detașează de ARNt-ul său (în acest moment definim ARNt descărcat, adică lipsit de aminoacizi) și lanțul peptidic în creștere se leagă de ARNt în situsul A pentru a forma o dipeptidă. . Ribozomul se mișcă apoi de-a lungul ARNm. Astfel, are loc procesul de translocare în care, știind că citirea codonilor are loc în triplete, dipeptida plasată în site-ul A se deplasează la site-ul P și deacilatul din P migrează la site-ul E. În acest moment se eliberează ARNt. . Introducem ultimul ARNt având ca aminoacid d, d, d, d, serină (Ser) și singurul sit care are codonul complementar este situl A. A doua legătură peptidică cu Met-Fen deja format care migrează către site-ul A formând tripeptida. Translocarea la cel de-al patrulea condon are loc pentru a doua oară cu eliberarea tRna descărcată sau deacilată în P. Acest proces este cunoscut sub numele de traducere sau expresie genetică .
Inhibitori ai sintezei proteinelor
Este posibil să se blocheze în mod specific sinteza proteinelor utilizând inhibitori specifici pentru fiecare subunitate a ribozomului, atât eucariotă, cât și procariotă.
Subunitate 50 s:
- Cloramfenicol: inhibă situl peptidiltransferazei în 23 de secunde, determină înghețarea polirribozomilor și poate fi inhibat de produsul genei CAT care codifică o acetiltransferază care va acetila OH-ul cloramfenicolului.
- eritromicina: blochează canalul de ieșire al peptidei născute
Subunitatea anilor 30:
- Streptomicina: provoacă erori în faza de citire, inhibă alungirea peptidei, rigidizează ribozomul, provoacă deteriorarea membranelor.
- tetracicline: ele pătrund, de asemenea, în ribozomii eucariotelor și împiedică legarea ARNt de locul A.
- Kasugamicină: provoacă indirect detașarea ARNt inițiator de P.
Subunitate 60 s:
- Ciclohexamidă: inhibă activitatea peptidiltransferazei
Subunitate de 40 s:
- Kanamicină: leagă zonele metilate ale ARNr de 16 s.
Subunități 30 și 40 s:
- Higromicină: nu permite troslocarea de la locul A la locul P.
Subunități de 50 și 60 s:
- Sparsomicină
- Puromicina: este produsă de actinomicete, seamănă cu un ARNt din acest motiv este facilitat să pătrundă în situsul A al ribozomilor, să detașeze peptida născută și să lase ribozomul liber.
Castor: face modificări ale ARNr al situsului de legare pentru GTP în factori de inițiere precum eIF2 și alungire.
Traducerea poate fi, de asemenea, blocată din cauza mutațiilor genetice, cum ar fi mutațiile cu defazare ( frame shift ) care pot fi obținute cu ștergerea (sau inserarea) unei singure perechi de baze. Un alt sistem de protecție a celulei împotriva mutațiilor, în special împotriva mutațiilor punctuale capabile să genereze un codon oprit prematur este reprezentat de așa-numitul complex de joncțiune exon sau EJC. Această aglomerare de proteine în caz de translație normală este îndepărtată din ribozom în progresul normal, dar rămâne pe ARNm a cărui translație a fost întreruptă prematur, ducând la degradarea acesteia datorită marcajului său.
Mimetism molecular în sinteza proteinelor
La sfârșitul procesului de sinteză, situsul A al ribozomului este ocupat de un factor de eliberare care determină disocierea celor 2 unități ale ribozomului. La bacterii factorii de eliberare sunt RF1, RF2 și RF3, în timp ce la eucariote sunt RF1 și RF3. Acești factori de eliberare sunt proteine, care imită acțiunea unui ARNt, se leagă de locul A al ribozomului și eliberează proteina.
Notă
- ^ Căile științelor naturii. , Zanichelli, 2016, ISBN 9788808237316 ,OCLC 982283379 .
Elemente conexe
- Miogeneza
- Aminoacil-ARNt sintetaza
- Chaperonina
- ADN
- Genetica moleculară
- Nucleul celular
- Proteină
- Ribozom
- Acoperire de 5 '
- ARN
- ARNm
- ARNr
- ARNt
- cod genetic
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre sinteza proteinelor
| Controlul autorității | Tezaur BNCF 21430 · LCCN (EN) sh85107655 · GND (DE) 4175987-4 · BNF (FR) cb119654770 (data) |
|---|
