3. Sinteza de proteineProteinele sunt structuri elaborate care trebuie sa serveasca unei anumite functii. Din acest motiv sinteza unei proteine presupune o serie de etape, care fiecare in parte participa la modelarea acestei structuri si care angajeaza componente specifice.Astfel sinteza unei proteine presupune:

- formarea secventei de aminoacizi care este dictata de codul genetic- impachetarea tridimensionala realizata de “echipamente” specifice numite chaperonii- maturarea proteinelor nou sintetizate prin diverse procese de glicozilare, fosforilare,

farnezilare- daca o etapa esueaza se declanseaza degradarea si reciclarea proteinei.

In tot acest lant acizii nucleici intervin in faza initiala care dicteaza structura primara a proteinei. Ei fac acest lucru prin copierea si traducerea informatiei ce specifica proteina in cauza. Desen [Pamela]

1. Codul geneteicCelulele isi reinnoiesc in mod permanent proteinele, unele avand un turnover foarte rapid. Semnalul care initiaza sinteza unei proteine de care celula are nevoie este dat de transcriptie. In urma transcriptiei informatia genetica pentru sinteza proteinei respective este adusa din nucleu, sub forma ARNm si decodificata cu ajutorul ARNt. ARNt este o molecula “translator”, bi-informationala, care recunoaste doua tipuri de limbaje (genetic si proteic) reusind sa faca conexiunea intre ele .

Codul genetic reprezinta modalitatea de scriere a informatiei genetice. El utilizeaza 4 semne de cod: A, U, G, C deci 4 litereLimbajul proteic utilizeaza 20 de semne de cod, cate unul ptr fiecare aminoacid. Pentru a obtine cele 20 semne de cod ale proteinelor din doar cele 4 semne de cod ale acizilor nucleici, acestea trebuie asociate cate trei. Rezulta astfel unitatea de codare, numita codon care este alcatuita dintr-un grup de 3 nucleotide. Prin aceasta asocierea diferita a celor 4 semne, luate cate trei se obtin 64 de semne de cod pentru cei cei 20 aminoacizi, cu mult peste numarul necesar. Aceasta a dus la constatarea ca unui aminoacid ii pot corespunde unul sau mai multi codoni. Cei 64 de codoni ce alcatuiesc codul genetic sunt astfel repartizati:

- un codon care indica inceperea mesajului (asa cum in scriere litera mare indica inceputul frazei) si care este AUG.

- trei codoni care indica terminarea mesajului numiti codoni Stop sau non-sens: UAG, UGA, UAA- doi codoni care indica fiecare un singur aminoacid: Met si Trp- ceilalti aminoacizi au alocati intre 2 -6 codoni.

Trasaturile codului genetic sunt:- codul genetic este specific nu ambiguu (lipsa de precizie): ceea ce inseamna ca unui codon ii

corespunde intotdeauna un singur aminoacid Desen

- este degenerat sau redundant : adica ofera informatie suplimenatara prin alocarea mai multor codoni unui singur aminoacid. Este un fenomen asemanator utilizarii sinonimelor.

- este universal: adica este aceleasi la toate speciile (cu foarte putine exceptii, mitocondria eucariota) conservat de-a lungul evolutiei.

- nu are suprapuneri si semne de punctuatie: adica de la un punct de inceput secventa de nucleotide este citita cate trei, pana la sfarsit, in continuare, fara pauze.

Analiza codului genetic arata ca primele doua baze ale codonului unui amino acid sunt “stricte” specifice cea de a treia este lipsita de specificitate, pentru unii aminoacizi putand fi oricare din cele 4 baze.

Consecintele alterarii secventei de nucleotide. ADN-ul poate suferi alterari sau leziuni care daca devin permanente devin mutatii. Asadar si codul genetic poate fi alterat de pe urma acestui fenomen.Mutatiile pot fi cauzate :

a) la nivelul unei singure perechi de nucleotide si sunt numite mutatii punctiformeb) la nivelul unui fragment nucleotidic

Mutatiile punctiforme poti cauzate de :a) Inlocuirea unei baze cu alta . Functie de pozitia pe care aceasta o ocupa ea poate determina

aparitia unei mutatii silance, missense sau non-sense.desen.

O mutatie silance apare atunci cand este inlocuita de regula ultima nucleotida a codonului cea care prezinta cea mai mica specificitate si prin urmare aminoacidul codificat nu se modifica.O mutatie missense apare atunci cand baza inlocuita ocupa prima sau a doua pozitie in codon si determina codificarea altui aminoacid diferit de cel initialO mutatie nonsense apare atunci cand baza inlocuita determina aparitia codonului stop, care indica oprirea citirii. Aceasta situatie determina aparitia unei proteine mai scurte.b) Insertia/deletia a una sau doua baze determina si intr-un caz si in celalat modificarea asa-numitului

cadru de citire, care este reprezentat de codon. Este alterata astfel citirea pe intreaga secventa determinand sinteza unor proteine eronate incepand de la acel punct.Daca are loc insertia /deletia unui grup de trei nucleotide atunci este adaugat respectiv inlaturat un aminoacid. Desen

Sinteza de proteineSinteza proteinelor necesita o serie de elemente:1. Toti cei 20 aminoacizi, lipsa unui singur aminoacid ducand la stoparea sintezei2. ARNt care sa transporte aminoacizii la locul sintezei. Atunci cand ARNt are atasat aminoacidul se spune ca ARN este incarcat. Aminoacidul atasat de ARN se spune ca este activat. Aceasta deoarece legatura formata esterica formata fiind macroergica (nu ca ATP)Atasarea aminoacizilor este catalizata de o familie de enzime numite aminoacil-ARNt transferaze. Fiecare membru al acestei familii [Pamela] recunoaste un anume aminoacid. Prin urmare aceasta clasa de enzime trebuie sa:

- recunoasca si sa distinga intre aminoacizi, unii dintre ei avand structuri asemanatoare (Val, Leu)- identifice si sa recunoasca anticodonul si sa faca asocierea cu ARNt corespunzator actiune

esentiala pentru fidelitatea translatiei- sa recunoasca si sa distinga intre ARNt specifici fiecarui aa dar nu intre ARNt izoacceptori

Din acest motiv aceste enzime sunt multifunctionale avand activitate:- ligazica catalizand (intr-o reactie ce se desfasoara in doua etape) atasarea aminoacidului la ARNt- hidrolazica prin care este realizata functia de corectare ce asigura fidelitatea transcriptiei. Aceastya

functie intra in actiune in cazul in care asocierea coreta codon-aminoacid specific a esuat. In aceasta situatie enzima indeparteaza de pe ARNt aminoacidul incarcat gresit. Desen reactia

ARNt este numit o molecula adaptor deoarece are capacitatea de atasa un aminoacid si de a recunoaste codonul acelui aminoacid de pe ARNm. Aceasta functie este realizata pe baza anticodonului care se fixeaza antiparalel pe codon conform complementaritatii. Scrierea/citirea secventei de nucleotide a codonului cat si a anticodonului se face intotdeauna in directia 5’->3’. Desen cu codon-anticodonEx codonii ptr Ser

Un anticodon poate recunoaste mai multi codoni ( acelasi aa este specifiact de mai multi codoni).Mecanismul prin care un anticodon poate sa recunoasca mai mult de un singur codon pentru un aa este explicat de asa-numitul efect “wobble” care inseamna oscilare, clatinare. Aceasta inseamna ca prima baza a anticodonului si ultima baza a codonului nu sunt fixate rigid de legaturile complementare. Oscilarea usoara permite formarea unor perechi de baze neconventionale cu baza din ultima pozitie a codonului. Fenomenul wobble explica de ce nu este nevoie de 61 ARNt corespunzatori celor 61 de codoni, in realitate existand in jur de 32 ARNT. 3. ARNm care sa contina codul elementelor ce urmeaza a fi sintetizateDesen de la procariote

4. Ribozomi functionaliRibozomul este sediul unde se realizeaza sinteza proteinelor. Ribozomii sunt localizati:

- liberi in citosol sau- asociati reticulului endoplasmatic conferindu-i acestuia un aspect accidentat de unde si numele de

RE rugos. RE este sediul sintezei proteinelor ce urmeaza a fi exportate sau integrate in membrana plasmatica, RE, membranele aparatului Golgi sau incorporate in lizozomi [Pamela].

Din punct de vedere structural ribozomii sunt complexe alcatuite din :- ARNr a carui structura a fost prezentata in capitolul structura- proteine cu rol structural si functional

Ei sunt alcatuiti din doua subunitati, una mare si una mica, a caror marime este indicata de coeficientul de sedimentare S = Svedberg. Deoarece valoarea S este determinata atat de forma cat si de masa moleculara

valoarea lor numerica nu este aditiva. (Ex la eucariote in urma asocierii subunitatii mari de 60 S cu subunitatea mica de 40S ribozomul integral functional are 80S) . Ribozomul functional format prin asocierea celor doua unitati prezinta trei situsuri de legare specifice care se extind pe ambele subunitati. Aceste situri acopera ca lungime lungimea a trei codoni vecini:

- A provine (de la aminiacid) este locul unde se fixeaza ARTt-aa (incarcat) directionat de codonul specific care ocupa acest loc. Aici se va lega fiecare aminoacid ce urmeaza a fi atasat la lantul in crestere

- P (provine de la peptide) este ocupat de ARNt incarcat cu lantul polpeptidic deja sintetizat- E (provine de la loc gol-empty) este ocupat de ARNt care nu mai are aa atasat.

Desen cu laocatiile A,P,E

5. Factori de natura proteica necesari si specifici pentru fiecare etapa in parte:initiere, elongare, terminare, cu rol structural in asamblarea si stabilizarea ribozomului functional sau au actiune catalitica. Acesti factori sunt notati functie de etapa la care particpa:

- IF = initiation factor pentru eucariote = eIF- EF = elongation factors, pentru eucariote eEF- RF = release factors, pentru eucariote eRF

6. Energie sub forma de ATP, GTP pentru realizare legaturii peptidice dintre doi aa:- doi ATP (in ractia de incarcare a ARTt - doi GTP: unul ptr fixarea aminoacil-ARNt la situsul A si al doilea pentru translocarea peptidil-

ARNt in locatia AAlte molecule ATP si GTP sunt consumate pentri initierea si terminarea sintezei.Etapele sintezei Sinteza proteinelor numita si translatie reprezinta traducerea limbajului genetic reprezentat de nucleotidele codonului in limbajul proteic reprezentat de fiecare aminoacid din secventa lantului polipeptidic.ARNm este tradus in directia 5’->3’ generand proteine de la capatul NH2 terminal la cel COOH terminal.Un ARNm va “produce” prin procesul de translatie un singur lant polpeptidic, motiv pentru care se spune ca ARNm este monocistronic.A. InitiereaAre loc in doua etape:- asamblarea subunitatii mici 40S cu ARNm si cu ARNti –Met - dupa asamblarea elementelor de mai sus este atasata subunitatea mare 60S Aceste asamblari precum si recunosaterea capatului 5’ a ARNm, a semnalui de initiere AUG si a ARNti este sunt realizate cu ajutorul eIF si au loc cu consum de GTP.In urma asamblarii:E = golP = ARNti-MetA = golDesen

B. ElongareaDesen

Are loc in 4 etape: a. Fixare ARNt-aa1 la pozitia A, cu consum de GTP si prin intermediul eEF, pe baza complementaritatii cerute de ARNm. In urma fixarii :

E = golP = ARNti-MetA = ARNT-aa1

b. Formarea legaturii peptidice dintre Met si primul aa atasat aa1. Este realizata de peptidiltransferaza fara consum de GTP. Peptidiltransferaza nu este o proteina ci este ARNr 28S localizat in subunitatea mare. Acest ARN care are functie catalitica asemanatoare enzimelor se numeste ribozim. Realizarea legaturii peptidice duce la transferarea Met (sau lantului in formare) de la pozitia P la A.In urma formarii legaturii peptidice se obtine:

E = golP = ARNtiA = ARNT-aa1-Met

c. Traslocarea. Dupa formarea legaturii peptidice ribozomul avanseaza pe ARNm pe o distanta de trei nuccleotide in directia 5’->3’, proces ce necesita consum de GTP si o serie de alti eEF. In urma translocarii lantul polipeptidic in formare va ocupa situsul P deplasnad ARNt descarcat pe situsul E.

E = ARNtiP = ARNT-aa1-MetA = gol

d. In prezenta factorilor elongarii ARNt descarcat se disociaza de pe ribozom eliberand pozitia E si permitand continuarea elongarii.

Elongarea are loc pana cand la situsul A apare un codon STOP (nonsens) .C. Terminarea

Desen

Apare atunci cand un codon stop (unul din cei trei) intra in situsul A. Acesta este recunoscut de un factor specific eRF, care hidrolizeaza legatura esterica dintre ultimul aan si ARNt, eliberandu-l pe acesta din urma. Fixarea codonilor determina detasarea lantului nou sintetizat de pe ribozomul functional cat si disociaerea celor doua subunitati ale acestuia, care pot participa la initierea altei sinteze.

Dupa sinteza lanturile polipeptidice nou sintetizate sufera modificari ulterioare care presupun, atasarea unor grupari functionale sau a unor fragmente specifice care au ca scop marcarea lor pentru o anumita locatie (spatiu extracelular, nucleu) sau pentru o anumita functie (activare realizata prin fosforilare) .

Administrara antibioticelor isi bazeaza efectul terapeutic pe inhibarea translatiei la bacterii:- cloramfenicol = inhiba peptidil transferaza- eritromicin si toxina difterica = se fixeaza pe translocaza- puromicina = inlocuieste un ARNt-Tyr si blocheaza sinteza- streptomicina, tetraciclina = se leaga la subunitatea mare a procariotelor distorsionand sturctura

acestuia sau impiedicand fixarea ARNt-aan.