Traducerea codului genetic si biosinteza proteinelor

Traducerea codului genetic si biosinteza proteinelor

O data cu sinteza ARNm informatia prezenta in secventa sa poate fi folosita pt a sintetiza o proteina.

Transcriptia- este usor de inteles ca mijloc de transmitere a informatiei deoarece ADN si ARN sunt asemanator chimic si structural iar ADN poate servi ca matrita pt sinteza ARN-ului, prin imperecherea bazelor complementare. Deoarece in ARNm exista numai 4 nucleotide diferite (adenina, guanina, citozina si uracil), iar in proteine 20 de aminoacizi, translatia nu poate fi efectuata printr-o corespondenta directa unu la unu, intre un nucleotid din ARNm si un aminoacid din proteina. Limbajul prin care secventa nucleotidica este tradusa prin intermediul ARNm in secventa de aminoacizi ai unei proteine reprezinta codul genetic.

Codoni din ARNm (grupuri de 3 nucleotide) nu recunosc direct aminoacizii pe care trebuie sa-i sintetizeze, deci grupuri de 3 nucleotide NU se leaga direct de mainoacid. In schimb moleculele de ARNt ce cuprind aproximativ 80 de nucleotide au rol adaptor (de legatura).

Ele recunosc codonul la care se leaga dar prezinta si un situls de legare pt un aminoacid.

La moleculele de ARNt se observa 4 segmente rezultind o structura cu aspect de trifoi.

ARNt.

La fiecare capat al moleculei de ARNt se afla 2 regiuni de nucleotide neinperechiate care sunt esentiale pt ca ARNt sa participe la sinteza proteica. Una din aceste regiuni formeaza un anticodon (o secventa de 3 nucleotide) care sunt complementare cu un codon de pe molecula de ARNm. A doua regiune scurta (monocatenara) permite atasarea aminoacidului care corespunde codonului. Performanta codului genetic se explica prin faptul ca exista mai multe ARNt pt un singur aminoacid, sau uni ARNt se pot imperechia de mai multi codoni. Recunoasterea si atasarea aminoacidului potrivit este catalizata de enzime numite aminoacil ARNt sintetaze, care cupleaza fiecare aminoacid la setul sau de molecula de ARNt.

Sintetazele au o importanta egala cu ARNt si in procesul de decodare deoarece asocierea fiecarui codon din ARNm cu aminoacidul potrivit se face prin asocierea combinata a ARN t si sintetazele.

Translatia rapida si precisa a ARNm in proteine necesita un dispozitiv molecular complex care merge de a lungul ARNm capteaza moleculele de ARNt le aseaza in pozitie si apoi leaga aminoacizii pt a forma un lant proteic.

Aceasta structura e reprezentata de ribozomi care sunt complexe ribo-nucleo-proteice, formate din peste 80 de proteine si citeva molecule de ARN numite ARN ribozomal (ARNr). La eucariote subunitatile ribozomale sunt produse in nucleu (mai precis in nucleol) prin asocierea ARNr proaspat transcris in nucleu cu proteine ribozomale care au ajuns in nucleu dupa sinteza lor in citosol. Apoi subunitatile ribozomale sunt exportate separat in citosol pt a lua parte la sinteza proteica. Ribozomii eucarioteleor si procariotelor sunt foarte asemanatoare ca si structura si functie. Ei sunt alcatuiti dintr-o subunitate mica si una mare care se asambleaza pt a forma un ribozom in citozol atunci cind intilnesc o molecula de ARNm.

Subunitatea mica imperecheaza ARNt cu codoni de pe lantul ARNm, in timp ce subunitatea mare catalizeaza formarea legaturilor peptidice care insera aminoacidul intr-un lant polipeptidic.

Un ribozom contie 4 situsuri de legare pt o molecula de ARN (1 pt ARNm) si (3 pt ARNt- A, P, E)

Ribozomi pot fi liberi sau atasati de membrana externa nucleara, Nu se observa in microscopie optica.

Subunitatea mare si subunitatea mica paraseste nucleul separat si se cupleaza (devine functional) cind intilneste ARNm in citosol.

Etapele translatiei

Odata initiata sinteza proteica fiecare aminoacid este adaugat la lantul in crestere printr-un ciclul de reactii.

I.

Incepe cind un ARNt ce poarta umratorul aminoacid din lant se leaga pe situsul A prin imperecherea bazelor sale cu cele ale codonului ARNm- expus in situsul A.

II.

Capatul carboxil al lantului polipeptidic este decuplatt de la ARNt din situsul P si se leaga printr-o legatura peptidica la gruparea libera a aminoacidului legat de ARNt din situsul A. Aceasta reactie importanta este catalizata de enzima peptidil transferaza care apartine ARNt-ului din subunitatea mare.

Reactia catalizata de enzima este insotita de alunecare, translocare subunitatii mari fata de subunitatea mica, prin aceasta alunecare cei doi ARNt se deplaseaza in situsul E si P.

III.

Subunitatea mica se deplaseaza exact cu 3 nucleotide in lungul lantului mesager si se alatura la subunitatea mare, iar ARNt paraseste situsul E. Locul unde incepe sinteza proteica pe ARNm este esential deoarece stabileste cadrul de citire pt intregul mesaj. O eroare de un nucleotid in orice sens si in orice stadiu va provoca citirea gresita a codonului urmator, rezultind o proteina nefunctionala cu o secventa de aminoacid denaturata.

Translatia unui ARNm incepe cu codonul AUG (adenina, uracil, guanina) iar pt initierea translatiei este necesar un ARNt special. Acest ARNt initiator poarta intotdeauna o metionina astfel incit proteinele nou sintetizate au intotdeauna metionina ca prim aminoacid.

Sinteza unei proteine este oprita printr-un semnal determinat de prezenta codonilor stop: UAA, UAG, UGA.

Acestia nu pot fi recunoscuti de catre un ARNt si nu specifica un aminoacid, si semnalizeaza ribozomul sa opreasca translatia.

Proteinele numite factori de eliberare se leaga de codonul stop care ajunge in situsul A al ribozomilor.

ARN m poate fi tradus simultan de mai multi ribozomi, odata ce un ribozom sa deplasat de pe situsul de initiere un alt ribozom se poate lega de ARNm si poate incepe sinteza unui nou lant proteic.

Grupul de ribozom atasati la molecula ARNm este numit poliribozom sau polizom. Fiecare ribozom din grup functioneaza independent pt a sintetiza lantul proteic specific.