Учение без разсъждение е безполезно, а разсъждение без учение - опасно. Транслация. Генетичен код проф. д-р Виктория Сарафян, дм, дмн
Транслация синтез на белтък върху молекула ирнк ирнк белтък адаптация на две различни структури : - адапторната функция на трнк - участие на помощни молекули и механизми - значително количество енергия Транслацията е най-енергоемкият необратим процес в клетката! протича спрегнато с транскрипцията при прокариотите и не е спрегната при еукариотите
Необходими фактори 1. ирнк-матрица свързва се обратимо с рибозомата ( Mg2+) рибозомата се придвижва по дължината на ирнк в посока 5-3 ; в бразда на рибозомата се поместват около 35 ирнк -нуклеотида кодоните на ирнк последователно влизат в контакт с антикодоните на трнк, носещи АК 2. 20-те -аминокиселини
3. трнк-молекули с транспортна и адапторна функции. Вторичната трнк-структура е детелино-подобна, а третичната - Г-образна! ЦЦА към 3`-края (посттранскрипционно) АК към рибозата на последния А-нуклеотид на 3`-края (ковалентна=аминоацилна връзка) + енергия от АТФ комплекс : аминоацил ~ трнк (АА ~ трнк) - активирана АК, която вече може да се включи в ПП-верига
антикодонът на трнк се свързва комплементарно към съответния кодон на ирнк + ГТФ всяка АК се пренася от своя собствена трнк някои АК могат да се пренасят от повече от една трнк техните кодони в ирнк се различават само по нуклеотидите си в трето положение
4. Рибозоми - немембранни органели, изградени от ррнк и разнообразни белтъчни молекули. В транслацията участват като комплекс от голяма и малка субединица. 34 протеина 21 протеина 49 протеина 33 протеина
Три участъка в рибозомата за връзка с ирнк А-участък (акцепторен, аминоацилов) - постъпва всяка новопристигаща АА~ трнк, с изключение на началната P- участък (донорен, пептидилов) - се отделя всяка трнк, която вече е предала своята АК към нарастващия полипептид E-участък (exit, изходен)
A- acceptor P-petidyl E-exit
5. Ензими: 5.1. аминоацилсинтетаза свързва всяка АК + съответната й трнк разпознава разлики в пространствения строеж на трнк + АТФ и Mg2+
5.2. пептидилтрансфераза - пептидна връзка между АК в полипептида, + ГТФ -намира се в голямата рибозомна субединица -6. Регулаторни белтъци - подпомагат отделните етапи на транслацията - иницииращи фактори - IF1 - IF6 - елонгиращи фактори - EF -Tu, EF - G (транслоказа) и Ts - терминиращи фактори - RF1,2,3, RF (при еукариоти) 7. Източници на енергия - ГТФ, АТФ
Механизъм на транслацията I. хиалоплазмен етап - активиране на свободните АК от АТФ и свързване с трнк: 1.1. активиране на -СООН групата на аминокиселината АК + АТФ аминоацилсинтетаза Mg 2+ АА АМФ + 2Ф (аминоациладенилат) 1.2. прехвърляне на активираната АК (аминоацил-аденилат) върху съответната й трнк- аминоацил трнк (АА трнк) АА АМФ + трнк аминоацилсинтетаза АА трнк + АМФ Само АК, активирана като аминоацил трнк, може да бъде включена в ПП-верига!
II. рибозомален етап 2.1. инициация - задължително наличие на: ирнк трнк, носеща първата АК (формилметионин/ метионин) двете рибозомни субединици, иницииращите фактори IF1,2,3 ГТФ 2.2. елонгация - от NH2 -към -СООН края - елонгиращи фактори EF -Tu и EF- G, а при еукариотите - и EF - Ts
пептидна връзка между СООН на предхождащата АК и NH2-група на следващатапептидилтрансфераза пептидна връзка между 2 АК, разположени чрез своите трнк в Р и А рибозомните участъци П А П А П А П А
П дипептидът, носен от втората А трнк, се премества в Р- участъка П фактор EF-G = ензим А транслоказа + ГТФ рибозомата се придвижва с 1 П А кодон към 3`-края на ирнк П А
NB! Транслацията е най-енергоемкият процес в клетката! 1 АК се присъединява с енергия от разкъсването на 4 макроергични връзки: - 2 АТФ-връзки за активирането на АК до АА - трнк в хиалоплазмения етап - 1 ГТФ-връзка за свързването кодонантикодон в стадиите инициация и елонгация - 1 ГТФ-връзка за транслокацията на нарастващия пептид от А- в Р-рибозомния участък
2.3. Терминация в А-участъка постъпва стоп (терминиращ) кодон - УАА, УАГ или УГА, за които не съществуват трнк- антикодони терминиращи фактори променят специфичността на пептидилтрансферазата хидролитично се разпада връзката между последната АК на полипептида и нейната трнк всички напускат рибозомата рибозомата се разделя на субединици, за да започне нова транслация
Скорост - 15 АК /сек. Полирибозомен комплекс - 3 до 40 последователно разположени рибозоми, които едновременно транслират повече молекули от един и същ протеин върху една молекула ирнк според нуждите на клетката Защо белтък не се произвежда директно от ДНК?
Първична структура линейно подреждане на АК в ППверига Вторична структура пространствена организация на участъците в ПП-верига (конформация) -спирала и -лист Третична структура пространствена организация на цялата белтъчна молекула при допълнително нагъване от взаимодействие на страничните вериги фибриларни и глобуларни
Четвъртична структура триизмерна пространствена организация на белтък от повече от 1 ПП-вериги (субединици)
Посттранслационни модификации на белтъка 1.интрацелуларни протеини - придобиват биологична активност като се модифицират чрез: отстраняване на формилметионина (метионина) от NH2 - края на ПП-верига; обратимо присъединяване на химични групи -метилиране, гликозилиране, фосфорилиране, ацетилиране; необратимо присъединяване на коензими или транспортни групи; разцепване на ПП-верига и изграждане на дисулфидни мостове с цел активиране на протеолитични ензими и хормони; пространствено нагъване и формиране на третична структура чрез дисулфидни връзки и при участие на помощни белтъци - шаперони
Посттранслационни модификации на белтъка 2. екстрацелуларни протеини транслират се върху полирибозомни комплекси още по време на синтеза си формират сигнална АК-последователност за вграждане в мембраната и преминаване през нея транспорт - след гликозилиране в апарата на Голджи
Prion - proteinaceous infectious particle инфекциозни белтъчни молекули, способни да се самовъзпроизвеждат в живи клетки и да ги заразяват Сходство с вирусите: размножават се in vivo имат видова специфичност съществуват различни щамове PrP-ген - открива се в генома на всички еукариоти - от дрожди до човек; слабо мутабилен
Нормалният и патогенният прионен протеин са продукт на един и същ ген, с еднаква първична структура и локализация, но с различна пространствена конформация - смяна на спирални участъци с -листове в третичната структура на протеина! Конформационни болести Трансмисивни спонгиозни енцефалопатии (ТСЕ): -телешка ТСЕ луда крава -куру -болест на Creutzfeld-Jakob - фатално фамилно безсъние Дългосрочна памет?
Ефект на лекарствени средства върху реализацията на генетичната информация Актиномицин D вмъква се между комлементарните бази на ДНК-матрицата Тетрациклини блокират свързването на АА-т-РНК за А-участъка на рибозомата Стрептомицин, неомицин инхибират свързването на рибозомата с ирнк Еритромицин блокира транслоказата Амопен, цефалексин инхибират пептидилтрансферазата Ципрофлоксацин потиска репликацията и транслацията Токсин аманитин инхибира РНК-полимераза-ІІ и ІІІ
Генетичен код - азбуката, правилата, с които информацията в ДНК/иРНК се превежда в белтъчна молекула начин за реализация на генетичната информация Съдържа 64 триплета (кодона) 4 буквена азбука (нуклотиди) ако 1 дума е съставена от 1 буква (еднобуквени думи) 41 = 4 АК ако 1 дума е съставена от 2 букви (двубуквени думи) 42 = 16 АК ако 1 дума е съставена от 3 букви (трибуквени думи) 43 = 64 АК в 20 буквена азбука (аминокиселини)
Характеристика на генетичния код 1. Четирибуквен 2. Триплетен 3. Синонимен кодони > АК; wobble rule 4. Неприпокриващ се 5. Непрекъснат (без запетаи) 6. Еднопосочен 5-3 7. Универсален