Translace (druhý krok genové exprese)

Transkript

1 Translace (druhý krok genové exprese) Od RN k proteinu Milada Roštejnská Helena Klímová 1

2 enetický kód trn minoacyl-trn-synthetasa Translace probíhá na ribosomech Iniciace translace Elongace translace (prodlužování řetězce) Terminace translace Použitá literatura

3 enetický kód Jakmile vznikne funkční mrn, informace v ní obsažená může být ihned použita pro syntézu proteinu. Pravidla, kterými se řídí prostřednictvím mrn přenos z nukleotidové sekvence DN do aminokyselinové sekvence, jsou definovaná jako ENETIKÝ KÓD. Sekvence nukleotidů mrn je čtena po trojicích. mrn kodon Každá skupina tří nukletidů se nazývá kodon.

4 enetický kód Dohromady Lze vytvořit 64 (4 3 ) kombinací trojic nukleotidů. Některé aminokyselině přísluší i několik tripletů, ale naopak jednomu tripletu přísluší nanejvýš jedna aminokyselina. V genetickém kódu platí konvence, že 5'-konec nukleotidové sekvence mrn je zapisován vlevo! 5' mrn 3' enetický kód je téměř univerzální pro všechny organismy.

5 enetický kód V principu může být mrn překládána ve všech třech čtecích rámcích podle toho, u kterého nukleotidu translace začne. Thr Val mrn 5' ln rg Pro 3' mrn Ser ly 3' 5' ys ln Leu mrn 5' 3' Leu Val Ser Lys la Stop kodon však jen v jednom čtecím rámci vzniká požadovaný protein.

6 Druhý nukleotid fenyalanin serin tyrosin cystein fenyalanin leucin serin serin tyrosin stop kodon cystein stop kodon leucin serin stop kodon tryptofan leucin prolin histidin arginin leucin leucin prolin prolin histidin glutamin arginin arginin První nukleotid leucin isoleucin prolin threonin glutamin asparagin arginin serin Třetí nukleotid isoleucin isoleucin threonin threonin asparagin lysin serin arginin methionin threonin lysin arginin valin alanin kyselina asparagová glycin valin valin alanin alanin kyselina asparagová kyselina glutamová glycin glycin valin alanin kyselina glutamová glycin Tab. 1 enetický kód

7 trn Kodony v mrn nerozpoznávají přímo aminokyseliny, které specifikují. Translace mrn do proteinu závisí na trn (transferová RN), která je schopna jednou částí molekuly rozpoznat a spárovat se s kodonem v mrn a jinou částí vázat aminokyselinu. Touto částí váže příslušné aminokyseliny Touto částí se páruje s kodonem v mrn Obr. 1. Struktura trn

8 Struktura trn Jedna s částí trn se nazývá antikodon, což jsou tři nukleotidy komplementární ke kodonu v mrn. Další důležitou oblastí je 3'-konec (vždy končí sekvencí ), na který je navázána příslušná aminokyselina. 3'-konec trn Obr. 1. Struktura trn

9 Struktura trn Molekuly trn jsou všechny přibližně 80 nukleotidů dlouhé. Jejich struktura připomíná jetelový lístek, který podléhá ještě dalšímu sbalení a vytváří konečnou strukturu ve tvaru písmene L. Skutečný L-tvar trn Struktura jetelového listu Obr. 2. L-tvar trn

10 minoacyl-trn-synthetasa Rozpoznání a připojení správné aminokyseliny je funkcí enzymů nazývaných aminoacyl-trn-synthetasy. minokyselina (Tryptofan) O H 2 N OH trn N H minoacyl-trn-synthetasa Obr. 3. minoacyl-trn-synthetasa

11 minoacyl-trn-synthetasa Reakce katalyzovaná aminoacyl-trn-synthetasou vyžaduje dodání energie hydrolýzou TP. minokyselina (Tryptofan) O O H 2 N OH trn H 2 N O N H TP MP + 2P i N H minoacyl-trn-synthetasa Vazba aminkokyseliny k trn Obr. 3. minoacyl-trn-synthetasa

12 minoacyl-trn-synthetasa Při této reakci vzniká vysokoenergetická (makroergická) vazba mezi trn a aminokyselinou. Tato energie je později využita pro tvorbu kovalentní vazby mezi rostoucím polypeptidovým řetězcem a nově navázanou aminokyselinou. minokyselina (Tryptofan) O O O H 2 N OH trn H 2 N O Makroergická vazba H 2 N O N H TP MP + 2P i N H N H minoacyl-trn-synthetasa Vazba aminkokyseliny k trn Vazba kodonu k antikodonu Párování bází 5' 3' mrn Obr. 3. minoacyl-trn-synthetasa

13 Translace probíhá na ribosomech Ribosom obsahuje čtyři vazebná místa pro molekuly RN: jedno pro mrn a tři pro trn (E-místo, -místo, P-místo). Každý ribosom je tvořen z velké a malé podjednotky. E-místo P-místo -místo Velká ribosomální jednotka E P Malá ribosomální jednotka Vazebné místo pro mrn Obr. 4. Model Ribosomu Malá podjednotka zodpovídá za nasednutí trn na kodon mrn. Velká podjednotka katalyzuje vznik peptidové vazby mezi aminokyselinou a polypeptidovým řetězcem.

14 Translace probíhá na ribosomech Obě podjednotky se spojují na molekule mrn obvykle blízko jejího 5'-konce a zahajují syntézu proteinu. E-místo P-místo -místo Velká ribosomální jednotka E P Malá ribosomální jednotka Vazebné místo pro mrn Obr. 4. Model Ribosomu Ribosom se pohybuje podél mrn, překládá nukleotidovou sekvenci do aminokyselinové za použití trn a po dosyntetizování proteinu se obě jednotky opět oddělí.

15 Met Iniciace translace Translace začíná na iniciačním kodonu a pro iniciaci je třeba iniciační trn, která má na sobě vázaný methionin (u bakterií formyl-methionin). iniciační trn, která má na sobě vázaný methionin Malá ribosomální podjednotka eukaryot je iniciační trn s navázaným methioninem připojená k malé ribosomální jednotce za asistence několika tzv. iniciačních faktorů. 5' Obr. 5. Iniciace translace mrn 3'

16 Met Iniciace translace Po navázání iniciační trn se malá podjednotka váže na 5'-konec mrn a začne se pohybovat podél mrn ve směru 5' 3' a hledat první kodon, který je rozpoznán antikodonem iniciační trn. 5' Obr. 5B. Iniciace translace mrn 3'

17 Iniciace translace Po navázání iniciační trn se malá podjednotka váže na 5'-konec mrn a začne se pohybovat podél mrn ve směru 5' 3' a hledat první kodon, který je rozpoznán antikodonem iniciační trn. Met 5' Obr. 5B. Iniciace translace mrn 3'

18 Iniciace translace E P Velká ribosomální podjednotka Po rozpoznání iniciačního kodonu se od malé ribosomální podjednotky odpoutá několik iniciačních faktorů, což umožní připojení velké ribosomální podjednotky. Met 5' Obr. 5. Iniciace translace mrn 3'

19 Iniciace translace Met E P Iniciační trn se váže rovnou do P-místa, proto prodlužování řetězce může ihned začít navázáním druhé trn s aminokyselinou do -místa. 5' Obr. 5D. Iniciace translace mrn 3'

20 Iniciace translace V dalším kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi methioninem a přicházející aminokyselinou ( ). Vznik peptidové vazby Met E P 5' 3' mrn Obr. 5E. Iniciace translace

21 Iniciace translace V dalším kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi methioninem a přicházející aminokyselinou ( ). Ribosom se posune o 3 nukleotidy podél mrn. trn bez navázané aminokyseliny se uvolní z E-místa a trn z -místa se přenese do P-místa. Volná trn se uvolní Met Met Posun o tři E P nukleotidy podél mrn E P 5' mrn 3' Obr. 5F. Iniciace translace

22 Elongace translace (prodlužování řetězce) Při proteosyntéze je neustále opakován tříkrokový cyklus: V prvním kroku je aminoacyl-trn navázána do -místa. E P 5' 3' mrn Obr. 6. Elongace translace

23 Elongace translace (prodlužování řetězce) Při proteosyntéze je neustále opakován tříkrokový cyklus: V prvním kroku je aminoacyl-trn navázána do -místa. Ve druhém kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi prodlužujícím se řetězcem a přicházející aminokyselinou. Vznik peptidové vazby E P 5' 3' mrn Obr. 6B. Elongace translace

24 Elongace translace (prodlužování řetězce) Při proteosyntéze je neustále opakován tříkrokový cyklus: V prvním kroku je aminoacyl-trn navázána do -místa. Ve druhém kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi prodlužujícím se řetězcem a přicházející aminokyselinou. Ve třetím kroku se ribosom posune o 3 nukleotidy podél mrn. trn bez navázané aminokyseliny se uvolní z E-místa a trn z - místa se přenese do P-místa. E P Posun o tři nukleotidy podél mrn Volná trn se uvolní aa 5 E P 5' mrn 3' 5' 3' mrn Obr. 6. Elongace translace

25 Elongace translace (prodlužování řetězce) Vazba trn s připojenou aminokyselinou do volného -místa (1. krok elongace). Vznik peptidové vazby (2. krok elongace). Posun chromosomu a uvolnění volné trn (3. krok elongace). Vazba aminoacyl-trn aa 5 Vznik peptidové vazby aa 5 aa 5 E P E P Volná trn E P se uvolní 5' 3' mrn Obr. 6D. Elongace translace Posun o tři nukleotidy podél mrn

26 Elongace translace (prodlužování řetězce) Rostoucí peptidový řetězec E P 5' mrn 3' mrn je překládána ve směru 5' 3' a nejprve vzniká N-konec proteinu. elý cyklus všech tří kroků je opakován při každém předávání nové aminokyseliny do polypeptidového řetězce, dokud ribosom nenarazí na stop-kodon. aa 4 E P 5' mrn 3' E P Posun o tři nukleotidy 5' mrn 3' aa 5 Polypeptidový řetězec roste směrem od N- konce k -konci. E P 5' mrn 3' Obr. 7. Elongace translace (Schéma) trn aa 5 E P 5' mrn 3'

27 Terminace translace Konec proteinu je signalizován přítomností jednoho ze tří terminačních neboli stop kodonů (, nebo ). Těmto kodonům není přiřazená žádná aminokyselina. Místo trn se na stop kodon v -místě vážou tzv. terminační faktory, které mění aktivitu peptidyltransferasy tak, že místo aminokyseliny použije molekulu vody pro uvolnění karboxylového konce hotového polypeptidového řetězce z trn v P-místě. volňovací faktor aa 5 E P 5' mrn 3' Obr. 8. Terminace translace

28 Terminace translace Konec proteinu je signalizován přítomností jednoho ze tří terminačních neboli stop kodonů (, nebo ). Těmto kodonům není přiřazená žádná aminokyselina. Místo trn se na stop kodon v -místě vážou tzv. terminační faktory, které mění aktivitu peptidyltransferasy tak, že místo aminokyseliny použije molekulu vody pro uvolnění karboxylového konce hotového polypeptidového řetězce z trn v P-místě. H 2 O aa 5 Protein se uvolňuje do cytoplasmy. OOH aa 5 E P E P 5' mrn 3' 5' mrn 3' Obr. 8B. Terminace translace

29 Terminace translace Po skončení proteosyntézy je mrn odpojena od ribosomu a dojde k disociaci obou podjednotek ribosomu, které se mohou navázat na jinou molekulu mrn a začít novou transkripci. E P 5' mrn 3' Obr. 8. Terminace translace

30 Met Malá ribosomální podjednotka s navázanými iniciačními faktory 5' 3' Vazba na mrn mrn Rostoucí peptidový řetězec E P 5' mrn 3' aa 5 E P 5' 3' Obr. 9. Iniciace, elongace, a terminace translace Met 5' 3' mrn aa 4 E P 5' mrn 3' aa 5 E P volňovací faktor 5' 3' 5' Met E P Velká ribosomální podjednotka 3' E P Posun o tři nukleotidy 5' mrn 3' aa 2 aa 5 E P H2 O 5' 3' Met aa aa 5 aa5 OOH E P minoacyltrn 5' 3' E P 5' mrn 3' E P 5' 3' Vznik peptidové vazby 5' Met aa E P 3' trn aa 5 E P 5' mrn 3' E P 5' 3'

31 Použitá literatura [1] LBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, [2] NEČS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany: Nakladateství H&H, [3] KBIŠT, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia,