biosyntÉza proteÍnov translÁcia
TRANSCRIPT
BIOCHÉMIA II KATEDRA CHÉMIE, FAKULTA PRÍRODNÝCH VIED, UNIVERZITA MATEJA BELA BANSKÁ BYSTRICA
BIOSYNTÉZA PROTEÍNOV
(TRANSLÁCIA)
TÉMA 12 DOC. RNDR. MAREK SKORŠEPA, PHD.
2
o Francis Crick (1958) „Centrálna dogma molekulárnej biológie“
proteosyntéza
„TOK“ GENETICKEJ INFORMÁCIE V BUNKE
3
PROTEOSYNTÉZA = TRANSKRIPCIA + TRANSLÁCIA
4
o translácia = preklad
VÝZNAM:
o preklad poradia nukleotidov mRNA do poradia aminokyselín syntetizovaného proteínu
o syntéza proteínov podľa informácie v mRNA
o transláciou vznikajú všetky druhy proteínov
o nadväzuje na transkripciuo prebieha na ribozómocho mRNA obsahuje signály určujúce začiatok a koniec syntézy proteínovo genetická informácia mRNA (DNA) = genetický kódo proteíny sú syntetizované z jednotlivých (proteinogénnych) AK
TRANSLÁCIA - INTRO
5
GENETICKÝ KÓD
6
a) je tripletovýb) je jednoznačný
a) Genetický kód je tripletový
o triplet = trojica nukleotidov mRNA = kodóno každý triplet vzniká kombináciou 4 možných nukleozidov (A,T, C a G)
43 = 64 kombinácií (64 kodónov)o všetkých 64 kodónov má význam
c) je neprekrývajúci sad) nie je izolovaný
e) je degenerovanýf) je univerzálny
b) Genetický kód je jednoznačný
o každý kodón definuje (kóduje) len jednu aminokyselinuo kódovaných je všetkých 20 proteinogénnych AK o 61 kodónov kóduje 20 proteinogénnych AK + 3 „stop“ kodóny
VLASTNOSTI GENETICKÉHO KÓDU
7
c) Genetický kód je neprekrývajúci sa
o susedné triplety nemajú spoločný ani jeden nukleozid
d) Genetický kód nie je izolovaný
o susedné triplety nie sú oddelené jedným (ani viacerými) „nekódujúcimi“ nukleozidmi
8
e) Genetický kód je degenerovaný
o len 2 AK sú určené jediným kodónom (Met a Trp)
o ostatné AK sú určené minimálne dvomi rozdielnymi kodónmimaximálne šiestimi (Arg)
o 8 AK má irelevantný 3. nukleozid = degenerácia významu 3. nukleozidu(Leu, Val, Ser, Pro, Thr, Ala, Gly a Arg)Tieto AK sú jednoznačne určené už prvými dvomi nukleozidmi3. báza = „wobble“ báza (s irelevantným významom)
o 2. nukleozid je dôležitýnapr. ak je 2. nukleozid U, všetky AK sú hydrofóbne
o u 15 AK kódovaných dvomi, tromi alebo štyrmi tripletmi je len 3. nukleozidvariabilný
o degenerácia kódu zabezpečuje ochranu proti možným chybám (mutáciám)
9
10
f) Genetický kód je univerzálny
o je rovnaký pre všetky organizmy (vírusy, prokaryoty, eukaryoty)
o u všetkých organizmov sú jednotlivé AK kódované tými istými kodónmi
Výnimky:
o niektoré kodóny v mitochondriách
o zatiaľ 16 známych organizmov s niektorými odlišnými kodónmi• morská riasa Acetabularia (normálne stop kodóny UAG a UAA
prekladá ako kodóny pre Gly)• kvasinky Candida prekladajú kodón CUG (normálne Leu) ako Ser
11
TRANSLÁCIA
12
1. aktivácia aminokyselín
2. iniciácia
3. elongácia
4. terminácia
4 STUPNE TRANSLÁCIE
13
o aktivácia AK = naviazanie príslušnej AK na jej zodpovedajúcu tRNA
o enzým aminoacyl-tRNA syntetáza• zabezpečuje špecifitu naviazania AK na príslušnú tRNA• pre každú AK existuje iná špecifická aminoacyl-tRNA syntetáza• na tRNA sú špecifické variabilné miesta rozpoznávané rôznymi aminoacyl-
tRNA syntetázami
o prebieha v 2 krokoch:1. AK + ATP → aminoacyl-AMP + PPi
2. aminoacyl-AMP + tRNA → aminoacyl-tRNA + AMP
1. AKTIVÁCIA AMINOKYSELÍN
14
o na tRNA sú špecifické variabilné miesta rozpoznávané rôznymi aminoacyl-tRNA syntetázami
ŠTRUKTÚRA tRNA
15
Štruktúra glutaminyl-tRNAGln syntetázy E. coli, komplex s RNAGln a ATP
fialová = tRNAGln
zelená = ATP
(pdb id = 1GSG)
AM
INO
AC
YL-
TRN
ASY
NTE
TÁZA
16
o hoci existuje 64 kodónov, počet tRNA je menšío niektoré tRNA rozpoznávajú len 1 kodóno mnohé tRNA sa viažu na viaceré (degenerované) kodónyo dôvodom je „wobble“ párovanie bázo „wobble“ je 1. báza na antikodóne (tRNA)
komplementárna k 3. báze kodónu (mRNA)
KOĽKO tRNA POZNÁME?
17
nepravdepodobné
možnénepravdepodobné
možné
možné
„WOBBLE“ PÁROVANIE DUSÍKATÝCH BÁZ
18
o kompaktné ribonukleoproteínové komplexy
o cytoplazma, matrix, stroma
o mechanochemické systémy pohybujúce sa po mRNA
o Skladajú sa z 2 podjednotiek:
malá podjednotka veľká podjednotka komplex
prokaryotický r. 30 S 50 S 70 S
eukaryotický r. 40 S 60 S 80 S
S = sedimentačný koeficient [Svedberg], 1 S = 10–13 s
RIBOZÓMY
19
Štruktúra ribozomálnych podjednotiek a 70S komplexu Thermus Thermophilus
a) 30S (pdb id = 2J02, b) 50S (pdb id = 2J03) c) 70S komplex d) 70S komplex (pohľad zboku)
Š TR
UK
TÚR
AR
IBO
ZÓM
U
20
I.PROKARYOTICKÁ TRANSLÁCIA
21
o tvorba iniciačného komplexuo naviazanie N-koncovej AK (1. AK v budúcom polypeptidovom reťazci)
o syntéza proteínov sa začína od štart-signálu na mRNA (5’-AUG-3’)
o mRNA (aj kódujúci reťazec DNA) sú čítané v smere 5’ → 3’
o u prokaryot je iniciačnou AK všetkých proteínov N-formylmetionín (fmet)často je z proteínu posttranslačne odstránený
viaže sa na osobitnú tRNAfmet
Tvorba N-formylmetionín-tRNAfmet
Met musí byť naviazaný na tRNAfmet
ešte pred formyláciou
2. INICIÁCIA (PROKAR.)
22
o potrebných 8 komponentov:
1. mRNA
2. malá podjednotka (30S)
3. fmet-tRNAfmet
4. GTP
5. IF-1
6. IF-2viaže GTP a pomáha pri selekcii fmet-tRNAfmet
7. IF-3pomáha naviazať mRNA na 30S
8. veľká podjednotka (50S)
3 iniciačné faktory
TVORBA INICIAČNÉHO
KOMPLEXU 70S
23
Ribozómový iniciačný komplex(RTG-kryštalografia)
oranžová = tRNAžltá = časť mRNA
24
o štartovací signál na mRNA = Shine-Delgarno sekvenciasekvencia 5’ ....... GGAGGU ....... 3’
o bohaté na purín
o nachádza sa okolo pozície –10 od AUG (–10 upstream)
Príklad niektorých Shine-Delgarno sekvencií E. coli
AKO RIBOZÓM ROZPOZNÁ ZAČIATOK TRANSLÁCIE?
25
o postupné naväzovanie ďalších AK = predlžovanie polypeptid. reťazca
o 3 väzbové miesta na podjednotke 50S:1. A (aminoacyl) – nasledovná prichádzajúca AK vo forme aminoacyl-tRNA2. P (peptidyl) – posledná naviazaná AK vznikajúceho polypeptid. reťazca3. E (exit) – „prázdna“ predchádzajúca tRNA (bez AK)
o komponenty potrebné na elongáciu:
1. 70S komplex
2. GTP
3. EF-Ppomáha katalyzovať vytvorenie peptidovej väzby
4. EF-Tu (Tu = temperature unstable)
vedie aminoacyl-tRNA do väzbového miesta A a nasmeruje kodón k antikodónu
5. EF-Ts (Ts = temperature stable)
3 elongačnéfaktory
3. ELONGÁCIA (PROKAR.)
26
o vytvorenie peptidovej väzby medzi aminokyselinami v miestach P a A
o translokácia = posunom ribozómu v smere translácie sa presunutie peptidyl-tRNA z miesta A do miesta P
o uvoľnenie miesta A pre nasledujúcu aminoacyl-tRNAo AK z miesta P je už súčasťou polypeptid. reťazca, ktorý vychádza von z ribozómuo „prázdna“ tRNA z miesta P sa presunie do miesta E (a následne je uvoľnená)
o enzým peptidyl-transferáza
o nukleofilný atak α-aminosk. AK z miesta A na karbonylovú sk. AK v mieste P
o v mieste A tak vzniknepeptidyl-tRNA
ELONGÁCIA (CONT’D)
27
CEL
KOV
ÁSC
HÉM
AEL
ON
GÁ
CIE
( PR
OK
AR
.)
28
o terminácia = ukončenie translácie, dosiahnutie „stop“ kodónov
o 3 „stop“ kodóny: UAA, UAG, UGA
o „stop“ kodóny neviažu tRNA ale uvoľňovacie(release) faktory:
• RF-1 – viaže sa na UAA a UAG
• RF-2 – viaže sa na UAA a UGA
• RF-3 – viaže sa na GTP
o RFs blokujú naviazanie ďalšej aminoacyl-tRNAdo miesta A
o pomáhajú peptidyl-transferáze hydrolyzovať väzbu medzi AK a tRNA v mieste P
4. TERMINÁCIA (PROKAR.)
29
SUMARIZÁCIA KOMPONENTOV TRANSLÁCIE
30
o jednu mRNA môže naraz „čítať“ viac ribozómov
POLYZÓMY (POLYRIBOZÓMY)
31
II.EUKARYOTICKÁ TRANSLÁCIA
32
o principiálne rovnaká ako u prokaryot
o najväčší rozdiel je v iniciácii
o rozdiely vyplývajú aj z rozdielnej štruktúry mRNA u eukaryot(7-metyl-guanozínová „čiapočka“ + poly(A) „chvost“)eukaryotická mRNA podlieha postranskripčným modifikáciám, prokaryotická nie
EUKARYOTICKÁ TRANSLÁCIA - INTRO
33
o prítomnosť až 13 iniciačných faktorov
o prebieha v 3 krokoch:
2. INICIÁCIA (EUKAR.)
34
EUKARYOTICKÉ INICIAČNÉ FAKTORY
35
o predlžovanie polypeptid. reťazca podobné ako u prokaryot
o rovnaký mechanizmus činnosti peptidyl-transferázy a translokácie ako u prokar.
o na eukar. ribozóme sú prítomné len väzbové miesta A a P, chýba miesto E
o 2 elongačné faktory u eukaryot: eEF1 a eEF2
o rovnaký mechanizmus ako u prokaryot = dosiahnutie „stop“ kodónov
o len 1 uvoľňovací faktor – viaže sa na všetky 3 typy „stop“ kodónov
3. ELONGÁCIA (EUKAR.)
4. TERMINÁCIA (EUKAR.)
36
CELKOVÁ SCHÉMA EUKARYOTICKEJ TRANSLÁCIE
37
o modifikácia štruktúry proteínu po translácii
o modifikácia kovalentných väzieb (napr. disulfidových väzieb)
o modifikácia pôvodných AK (napr. kolagén)
Príklad posttranslačnej modifikácie vedúcej k tvorbe inzulínu
POSTTRANSLAČNÉ MODIFIKÁCIE PROTEÍNOV
DOC. RNDR. MAREK SKORŠEPA, PHD.
KATEDRA CHÉMIE
FAKULTA PRÍRODNÝCH VIED
UNIVERZITA MATEJA BELA V BANSKEJ BYSTRICI