Particularitatile sintezei proteice la bacterii

Particularitatile sintezei proteice la bacterii

In celula eucariota, transcrierea si traducerea informatiei genetice sunt evenimente separate in timp si spatiu, datorita compartimentarii spatiului celular.

In celula procariota, ribosomii au relatii spatiale stranse cu ADN, deoarece transcrierea si traducerea informatiei sunt doua procese intim    coordonate, care se desfasoara aproape concomitent.

Transcrierea moleculei de ARNm dureaza circa 1 minut. Rata traducerii este controlata de rata transcrierii. Cele doua procese sunt intim corelate si se petrec cvasisimultan.

La bacterii, traducerea incepe foarte repede, deoarece ARNm are o durata functionala scurta (l-2 minute), fiind degradat de nucleaze. Pentru a compensa instabilitatea ARNm, traducerea se initiaza timpuriu: complexul de initiere se ataseaza la capatul 5'al mesajului, inainte de transcrierea capatului 3'. Ulterior se ataseaza succesiv alti ribosomi, rezultand structuri polisomice. Fiecare ribosom este legat de o molecula proteica nascenta, a carei lungime este direct proportionala cu lungimea mesajului pe care ribosomul l-a citit. Dupa ce a citit integral informatia ARNm, ribosomul se desprinde din polisom, eliberand polipeptidul sintetizat (fig. 30).

Fig. 30. Rolul robosomilor in biosinteza proteinelor.

Cuplarea transcrierii cu traducerea are doua consecinte: a) accelereaza rata sintezei proteice, in sensul ca traducerea nu trebuie sa astepte eliberarea ARNm de pe matrita de ADN; b) buclele de ADN sunt conectate la membrana citoplasmatica.

Pe medii nutritive bogate, cele mai multe celule bacteriene sintetizeaza si secreta exoproteine, in special in faza stationara a culturii. Proteinele pentru "export" se sintetizeaza pe ribosomii atasati membranei plasmatice.

Traducerea. Structura ribosomului, capacitatea sa de a determina pozitia ARNt pe ARNm, precum si cataliza legaturii peptidice sunt determinate de ARNr si nu de proteine.

ARNm bacterian nu are o secventa semnal (asa cum este secventa TATA in celula eucariota) la nivelul careia sa inceapa traducerea. Ribosomii se ataseaza la o secventa specifica a ARNm (secventa Shine-Dalgarno), partial complementara unei regiuni de la capatul 3' al ARNr 16S, astfel ca legarea ribosomului poate fi mediata de puntile de H ce se formeaza intre secventele de baze complementare. ARNm bacterian si un ARNt initiator se asociaza cu codonul adiacent de initiere (de obicei AUG, uneori GUG si mai rar CUG). Subunitatea 50 S se ataseaza la complexul de initiere. Aceste trepte necesita actiunea catorva proteine neribosomale, denumite factori de initiere.

ARNm este citit in grupe consecutive de cate 3 nucleotide, fara semne de punctuatie. In functie de punctul de start, el poate codifica 3 proteine complet diferite, adica exista cadre de citire potentiale (reading frames).

ARNt. Recunoasterea fiecarui codon triplet este mediata de moleculele de ARNt. Exista cel putin o specie de ARNt specifica pentru fiecare aminoacid. Moleculele de ARNt sunt scurte (75-100 nucleotide), pliate si formeaza o structura ca o frunza de trifoi.

Bratul acceptor al ARNt, format din imperecherea bazelor regiunilor terminale 5' si 3' formeaza situsul atasarii aminoacidului, prin acilarea capatului 3'. Bratul anticodon contine bazele ce recunosc codonul triplet al ARN, prin complementaritate.

Aminoacidul corespunzator este cuplat cu ARNt de enzima specifica, aminoacil-ARNt sintetaza, care are o specificitate dubla: recunoaste ARNt, dar si aminoacidul cu care va fi legat ARNt. De exemplu, codonul UGG care codifica trp, va fi recunoscut de ARN^trp. Acest ARN va fi recunoscut de triptofanil-ARNt sintetaza, care este specific pentru trp.

Sunt 3 elemente care participa la specificitatea procesului: codonul, anticodonul si recunoasterea ARNt specific de catre aminoacil-ARN sintetaza. Uneori insa, imperecherea este gresita, deoarece moleculele de ARNt sunt asemanatoare, dupa cum unii aminoacizi (izoleucina, valina) sunt asemanatori. Erorile au frecventa mica (1/10³ molecule proteice contin un aminoacid incorect), datorita unui mecanism de editing, prin care sintetaza cliveaza aminoacidul legat incorect cu ARNt.

Daca toate cele 3 elemente de specificitate ar fi absolute, ar trebui sa fie cel putin 61 specii diferite de ARNt, cate unul pentru cei 64 codoni, minus cei 3 codoni stop, pentru care nu exista ARNt corespunzator. Pentru multi aminoacizi exista specii multiple de ARNt.

Mecanismul sintezei proteice. La bacterii, codonul de initiere AUG este recunoscut de o molecula specifica ARNt^fMet. Dupa ce ARNt se leaga cu Met, aminoacidul este modificat de o alta enzima, pentru a forma N-formil-metionina.

Moleculele de ARNt aminoacilate, se leaga la un situs ribosomal, denumit situs A (acceptor), iar regiunea anticodon se imperecheaza cu ARNm. Numai dupa formarea legaturii peptidice, ARNt este apt sa se deplaseze la un al II-lea situs pe ribosom, denumit situs P (peptid).

ARNt specific, legat cu fMet, este unic prin capacitatea lui de a se asocia direct cu situsul P, iar anticodonul ARNt^fMet recunoaste codonul AUG.

ARNt cu aminoacidul corespunzator codonului urmator, intra in situsul A pe ribosom si legatura peptidica se formeaza prin transferul restului fMet, la al II-lea aminoacid. ARNt^fMet este eliberat si ribosomul se deplaseaza pe urmatorul codon al ARNm, care este insotita de deplasarea celei de a II-a molecule de ARNt legat cu dipeptidul, de la situsul A la situsul P. Etapa se numeste translocatie. Situsul catalitic pentru formarea legaturii peptidice este reprezentat de ARN 23 S. Situsul A este liber sa accepte ARNt-aminoacil, corespunzator codonului al III-lea al ARNm.