Traducerea codului genetic si biosinteza proteinelor

Codul genetic constituie o structura a celulei umane care cuprinde totalitatea genelor inserate pe cromozomi si care contin informatia genetica specifica fiecarui organism, intrucat nu exista 2 organisme identice si cu atat mai mult 2 celule identice .

Informatia genetica sau mesajul genetic este stocat sub forma de secvente de baze in ADN conform principiilor dogmei centrale a biologiei. De la nivelul ADN-ului informatia genetica aflata inscrisa in secvente de nucleotide a bazelor purinice si pirimidinice este preluata de ARNm,ceea ce semnifica procesul de traducere sau transcriptionare a codului genetic care consta in preluarea fidela a informatiei genetice care ajunge la nivelul AA din proteine. De la acest nivel informatia genetica prin ARNt ajunge la nivelul ribozomilor care contin ARN ribosomal si AA vor forma lanturi de polinucleotide constituite din proteine asociate care prin structura lor vor forma lanturi polipeptidice ce vor da structura de baza a vietii.

Acizii nucleici contin 4 baze, pe cand proteinele sunt constituite din 20 de AA. Pentru a se forma structuri specifice proteinelor sau mai precis pentru ca 4 baze diferite sa poata specifica 20 de AA este nevoie de un cod genetic.

N.B.: codul genetic=relatia dintre secventa AA si a bazelor care dau nastere unor structuri specifice denumit triplet.

Acest triplet este alcatuit de cele 4 baze azotate.Tripletul constituie structura de baza a codului genetic care a fost intuit de catre Gabov si a fost descifrat ulterior de Nilbert si Gorana.In urma combinatilor dintre triplete se formeaza 64 de codoni dintre care 61 codifica AA iar trei codoni sunt numiti non-sens sau stop avand rolul de a opri sinteza lantului polipeptidic.

Structura codului genetic are importanta deosebita pentru biologia celulara si moleculara, intrucat secventele de codoni din ARNm alcatuiesc mesajul genetic care este citit si trades in secvente de proteine la nivelul ribozomilor, deaorece aici se desfasoara procesul de complex al biosintezei proteice din AA, la care participa ARNm, ribozomii, AA si ARNt. Aceste process de la nivelul ribozomilor consta in exprimarea informatiei genetice adica a continutului genelor avand loc formarea de proteine specifice in functie de continutul genelor.

Ribozomii sediul sintezei proteice

In ribozomi se realizeaza legarea AA in lanturi polipeptidice fiind considerati ,,uzinele’’ de fabricare a proteinelor .

Notiunea de ribozomi sau granulatiile lui Palade.

Structura ribozomilor

Cuprinde subunitatea mare si mica. In subunitatea mare exista un locus de intrare a ARNm care adduce informatia genetica si o regiune de sinteza a peptidelor din AA. Cele 2 subunitati sunt diferite la procariote, une ribozomul bacterian prezinta o unitate denumita 70S, S=coeficientul de sedimentare, care se exprima un unitati internationale. Aceasta unitate 70S cuprinde 2 subunitati: 50S si 30S.

La eucariote ribozomii sunt tot de 70S in mitocondrii, citoplasma si unitati de 80S.N.B.: A se vedea si structura altor tipuri de ribozomi la celula umana.

Proprietati ale ribozomilor:1)autoasamblarea, este procesul prin care componentele izolate dintrun

complex specific se asociaza in anumite conditii si in mod spontan, pentru a reconstitui din subunitati, unitatea integrala. Fenomen cercetat de savantul Nomura. Reconstituirea ribozomilor din componente izolate demonstreaza ca formarea ribozomilor este un process de autoasamblare.

2)ribozomii au rol important in procesul de recunoastere a informatiei genetice si a formarii unui lant de legatura intre ribozomi ARNm si ARNt, lant format de baze complementare, dintre anumite regiuni dintre ARNm si ARNt.

3)Ribozomii poseda o anumite organizare moleculara care a fost pusa in evidenta prin 2 metode:

a)metoda imunologica folosind anticorpi care actoineaza specifici fata de o proteina ribozomala, anticorpi care se leaga de ribozomi si formeaza complexe

b)utilizarea neutronilor in special a deuteriului atasat de proteinele ribozomale, determinandu-se distanta dintre proteinele ribozomale. Pe aceasta metoda sa intocmit o harta spatiala a tuturor proteinelor din ribozomi.

4)Activitatea ribozomilor este legata de activitatea nucleolilor la nivelul carora incepe autoasamblarea prin transcrierea informatiei pe ARN-ul ribosomal; acest fapt se realizeaza prin organizatorii nucleolari. Care au rolul de a copia informatia genetica sub forma unor precursori ribozomali care ulterior sunt transformati in proteine ribozomale.

Toate aceste procese se realizeaza prin caracteristicile codului genetic.In esenta CG prezinta urmatoarele caracteristici:1)CG este degenerat, adica unui anumit AA ii corespund mai mult decat un

codon din ARNm.2)CG este universal adica este identic de la bacteria E.coli pana la celula umana.3)CG este ambiguu, adica are 2 intelesuri, deoarece un codon din ARNm poate

determina uneori includerea in lantul de polipeptide nu numai a unui AA, ci si a altor AA.4)codonii insirati in lungul lantului de ARN se citesc ,, fara virgula’’, ceea ce

inseamna ca toate literele codului triplet sunt insirate in ARNm unul dupa altul, iar intre codoni nu se interpun alti codoni din afara.

ARNt

Rolul de molecula adaptor si de transfer a AA la nivelul ribozomilor. Biosinteza proteinelor..

Grey a observat ca moleculele de AA nu pot fi transportate de ARNm la nivelul ribozomilor intrucat bazele purinice si pirimidinice nu au locul de legare pe ARNm si este nevoie de o molecula adaptor, care sa preia AA care are loc la nivelul ribozomilor.

Structura ARN-ului de transfer are forma litere L fiind alcatuita din 4 tulpini si 4 bucle:

a)tulpina acceptor, in partile laterale tulpina t si p, in partea descendenta o tulpina anticodon, iar buclele sunt partile laterale, bucla t si p, bucla variabila si bucla anticodoni.

Seminificatia moleculara a acestei structuri este bucla terminala, anticodon care contine un preARNt pentru bazele azotate inscrise in structura ARNt, deoarece tulpina anticodon si bucla anticodon prin capatul terminal, prin secventa 76 atrage in jurul gruparii OH AA adusi de ARNm de la ADN-ul mama.

Aducand AA ARNt aduce la nivelul ribozomilor unde se formeaza lanturi de polinuclotide si in etapa a 2-a polipeptide.

ARNt aduce molecule adaptor pentru AA care determina transferul acestora la nivelul ribozomilor. Acest transfer se realizeaza la nivelul unei enzime denumita aminoacil sintetaza. Are un rol de catalizator asupra AA, fiindca AA+ATP catalizat de aminoacil sintetaza da nastere unui complex denumit AA-AMP+ 2 grupari fosfat.

In a 2-a etapa AA rezultat se combina cu ARNt si va forma un complex care elibereaza AMP-ul.

Mecanismul biosintezei proteinelor in ribozomi

Se disting trei faze ale sintezei proteinelor, dar mecanismul de baza este universal atat la eucariote cat si la procariote.

Faza de initiere incepe cu formarea unei structuri numita formil-metionil-ARNt la nivelul subunitatii 40S care prin intermediul complexului de initiere format din trei factori de initiere vor da nastere unui complex de initiere 70S cu doua situsuri : P(peptidil) si A(aminoacil).

A treia faza este faza de terminare cand se sintetizeaza la nivelul ribozomilor proteinele care se unesc si formeaza lanturi polipeptidice.

2)Biosinteza proteinelor la nivelul eucariotelor au anumite caracteristici :1) factori ide initiere sunt mai numerosi si mai complecsi2) initierea lantului polipeptidic are loc prin metionil-ARNt Viteza sintezei proteinelor este foarte mare si cu toata viteza mare cu care se

sintetizeaza lantul polipeptidic, AA sunt legati strict in secventa codificata de gena.Numarul de lanturi polipeptidice care pot fi sintetizate pe o molecula de ARNm.

In cazul eucariotelor este mult mai mare

Principiul din dogma centrala a biologiei

O gena, un lant polipeptidic defineste rolul pe care genele a caror totalitate formeaza genomul le au in formarea lantului polipeptidic intrucat fiecare gena poate crea un lant polipeptidic.

Aplicatii medicale:Efectul unor antibiotice si toxine asupra biosintezei proteinelor.Antibioticele pot

sa stimuleze,dar pot si sa stimuleze biosinteza proteinelor de aceea antibioticele se clasifica dupa tipul de ribozom 70S sau 80S, si dupa subunitatea mare sau mica asupra careia actioneaza, astfel ca inhibitori care represeaza ribozomii si biosinteza sunt:

Actioneaza pe procarioteTetraciclina blocheaza legarea ARNt-aa la locusul AStreptomicina opreste tranzitia dintre initiere si elongatieCloramfenicol blocheaza reactia peptidil-transferazeiEritromicina blocheaza reactia peptidil-transfarzeiRifampicina blocheaza sinteza ARN( transcriptia)

Actioneaza pe procariote si eucariotePuromicina cauzeaza eliberarea premature a lantului polipeptidic nascentActinomicina D bocheaza sinteza ARN( transcriptia)

Actioneaza pe eucarioteCicloheximina blocheaza translocarea(etapa 2c a translatiei)Anisomicina blocheaza reactia peptidil-transferazeiAlfa-amanitina blocheaza sinteza ARN( transcriptia)