Download - Translacija u genetici
-
7/22/2019 Translacija u genetici
1/19
1
Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultet
Odjel za kemiju
prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani
Genetski kod
Genetska ifra ili kod redoslijednukleotida u DNA (ili mRNA) koji nosi
uputu za redoslijed aminokiselina uproteinu otkrivena 1966.
Kodon sku ina od tri baze ko a
Har Gobind Khorana(1922.-)
odreuje jednu aminokiselinu uproteinu
Marshall W. Nirenberg(1922.-)
-
7/22/2019 Translacija u genetici
2/19
2
5 3
Translacija je prevoenje mRNA u polipeptid
kodon
redoslijed AK upolipeptidu odreen jeredoslijedom kodona umRNA
Translacija se odvija u smjeru 5 3
amino-kraj karboksilni-krajpolipeptid
Sinteza proteina tee odamino-kraja prema karboksilnom kraju
Jezik od 4 baze prevodi se u jezik od 20 aminokiselina
Zato triplet baza?
1 START kodon + 3 STOP kodona + 20 kodona za pripadne AK = 24 kodona
Jedna baza = jedna aminokiselina 41 = 4
Kod od dvije baze = jedna aminokiselina 42 = 16
Kod od tri baze = jedna aminokiselina 43 = 64
to s preostalih 40 kodona?
U nedegeneriranom kodu skoro svaka mutacija bi rezultiralaSTOP kodonom
-
7/22/2019 Translacija u genetici
3/19
3
Genetski kod je degeneriran, jer 64 kodonaodreuje 20 aminokiselinaDruga baza
Ve ina aminokiselina ima vi e odjednog kodona
START kodon = AUG STOP kodoni = UAA, UAG, UGA
Met i Trp imaju po jedan kodon
XYC i XYU uvijekznae istu aminokiselinu
XYA i XYG obino
Prva
baza Tr
ea
baza
znae istu aminokiselinu
genetski kod je gotovouniverzalan
Degeneracija smanjuje pogubno djelovanje mutacija
Tri mogua okvira itanja u mRNA
Otvoreni okvir itanja (engl. Open Reading Frame, ORF)nasta e is ravnom kombinaci om tri u elemenata
Prvi okvir itanja
Drugi okvir itanja
Tyr Tyr Tyr
Thr Thr Thr
Trei okvir itanjaLeu Leu Leu
1. start kodon lei blizu 5-kraja mRNA2. duljina okvira itanja i broj kodona odgovaraju broju peptidnih veza u proteinu3. stop kodon je u okviru sa start kodonom i lei blizu 3-kraja mRNA
-
7/22/2019 Translacija u genetici
4/19
4
Mutacije
Tokasta mutacija kao posljedica zamjene baze tiha mutacija, pri emu se mijenja kodon, ali ne i
missense mutacija ili mutacija krivog smisla, kojom semijenja priroda aminokiseline
nonsense mutacija ili besmislena mutacija kojom sekodon pretvara u stop kodon
Insercija ili delecija baze kada se nukleotid pogreno ugrauje u kodon ili izrezuje
iz kodona - dolazi do pomaka u okviru itanja
GAU GAC UCC GCU AGGkodira za AspAspSerAlaArg
Ako se iz GAU kodona deletira A, ifra prelazi uGUG ACU CCG CUA GG
Odredite slijed aminokiselina!
U translaciji sudjeluju tri vrste RNA molekula
glasnika RNA (mRNA) nositelj genske upute sDNA na ribosom tj. na mjesto sinteze proteina
transportna RNA (tRNA) nekodirajua RNA donosi aminokiselinu na ribosom u obliku
aminoacil-tRNA
ribosomska RNA (rRNA)- nekodirajua RNA strukturna komponenta ribosoma
-
7/22/2019 Translacija u genetici
5/19
5
Molekule RNA u bakteriji E . co l i
koliina sedimentacije nukleotia
% S
ribosomska RNA (rRNA) 80 23 370016 17005 120
transportna RNA (tRNA) 15 4 75
glasnika RNA (messenger, mRNA) 5 heterogena
Molekule mRNA razlikuju se po veliini (heterogene su),jer se i geni razlikuju po veliini
Kodone itaju molekule transportne RNA (tRNA),koje slue kao posrednici u sintezi proteina
polipeptid
tRNA
nukleinska
Aminokiselina1
Aminokiselina2
Aminokiselina3
kiselina (mRNA)
Kodon 1 Kodon 2 Kodon 3
-
7/22/2019 Translacija u genetici
6/19
6
mjesto vezanja3 OH
Struktura tRNA
am no se ne
5 P
DHU-oma
T C-oma
fosforilirani 5-kraj
jednolanana molekula(73-93 nukleotida)
dijelom dvolanana sparivanje baza
trodimenzionalna struktura
antikodonska oma
antikodon
aminokiselinu vie od jedne tRNA
prenosi jednuaminokiselinu
sadri neuobiajenebaze
dvodimenzionalna struktura
Neuobiajene baze u sastavu tRNA
O
HH
O
HH
pseudouridin ( ) dihidrouridin (UH2)
N+H
O CH3NH
O
N N
O
N
NOH
H
H
Riboza Riboza
N7-metilgvanozin (mG) N2N2-dimetilgvbanozin (m2G)
N NNH2 NN(CH3)2N
Riboza Riboza
-
7/22/2019 Translacija u genetici
7/19
7
sinteza peptidne veze je termodinamskinepovoljna, pa AK treba prethodno aktivirati
Aminoacil-tRNA sintetaza (aaRS)
aminokiselinaaaRS
aaRS kataliziraju aktivaciju AK i osiguravajuvezanje AK s pripadnom tRNA
aminoaciladenilat
aminokiselina + ATP aminoacil-AMP + PPi(aminoacil-adenilat)
aminoacil-tRNA
po re a a snaga rea c e e ro za p ro os a aPPi + H2O 2Pi
aminoacil-AMP + tRNA aminoacil-tRNA + AMP
tRNA
Aktivirani oblik aminokiseline aminoacil-tRNA
na 3-kraj tRNA (CCA kraj)
Adenin
esterska veza
CCA
kraj
aminoacilnaskupina
antikodonskaoma
-
7/22/2019 Translacija u genetici
8/19
8
Kodone prepoznaju antikodoni pripadnih tRNA
35mRNA
3 antikodon
CCAkraj
III II II
antikodonskaoma
- pirimidin pirimidin X Y Z modificirani purin varijabilna baza - 3
LeuAntikodon i kodon su suprotne polarnosti
Antikodon i kodon povezuju vodikove veze
Jedna molekula tRNA moe prepoznati vie kodona
3 5
antikodon
inozin
5 3
Inozin (I) je esto u antikodonuInozin (I) se moe spariti s U, C ili A
Postoji sterika sloboda (kolebanje) pri sparivanju tree baze kodona
kodon
-
7/22/2019 Translacija u genetici
9/19
9
Prva baza Trea baza
Sparivanje kolebljive baze antikodona
antikodona kodona
C GA U
G U ili CI U, C ili A
Degeneracija genetskog koda djelomino proizlaziiz kolebanja u sparivanju tree baze kodona
Sinteza proteina (translacija) dogaa sena ribosomima
ribosom prokariota
5S rRNA
50S 30S
70S
Ada Yonath (1939. -)Nobelova nagrada 2009.
ribosomi su ribonukleoproteini
23S rRNA
16S rRNA
21 protein34 proteina
ribosomski proteini
-
7/22/2019 Translacija u genetici
10/19
10
Molekule mRNA imaju signale koji oznaavaju poetak i krajpolipeptidnog lanca za kojeg nose genetski kod
Start kodonStop kodon
Genska uputa u mRNA prevodi se u smjeru 5 3
Startni signal u prokariota
AUG (ili GUG) ispred kojeg se nalazi purinima bogati slijed od
Shine-Dalgarnov slijed(purinima bogati slijed)
start kodon
fMetArgAla
mRNA - UUCCUAGGAGGUUUGACCUAUGCGAGCU
16S rRNA3 HO AU
UCCUCCACCACUAG - - - - - - 5
-
7/22/2019 Translacija u genetici
11/19
11
Startni signal u eukariota
Kapa AUG
Prvi AUG s 5 - kraja
prvi AUG triplet s 5-kraja i kapa zatita
Primjer
Odredite poetno mjesto translacije i slijed aminokiselinaprema s e u aza u e u pro ar o s e m :
-UUCCUAGGAGGUUUGACCUAUGCGAGCUAUGUUG-fMet Arg Ala Met -Leu-
-UUCCUAGGAGGUUUGACCAUGCGAGCUUAUGUUGA-fMet Arg -Ala- Tyr Val -
-
7/22/2019 Translacija u genetici
12/19
12
Vezna mjesta na ribosomu
A mjestoP mjesto
na A mjesto vee se tRNA sAK koja se treba ugraditi upolipeptid (aa-tRNA)
na P mjesto vee se peptidil-tRNA
na P mjestu dolazi dostvaranja peptidne veze
mjesto zavezanje mRNA
velikapodjedinica
malapodjedinica
peptidil- tRNAaa-tRNA
s E mjesta otputa sedeacilirana tRNA
deacilirana tRNA
mRNA kodon
ribosom
antikodon
Faktor Uloga
Pomoni translacijski proteini u bakterije E . co l i
IF-1 sudjeluje pri vezanju IF-3IF-2 vee inicijacijsku tRNA i GTPIF-3 otputa 30S podjedinicu s inaktivnog
ribosoma i sudjeluje u vezanju mRNA
EF-Tu donosi aminoacil-tRNA i GTPEF-Ts uklanja GDP s EF-Tu
FAKTORI INICIJACIJE
FAKTORI ELONGACIJE
EF-G potie translokaciju vezanjem GTP na ribosom
RF-1 prepoznaje UAA i UAG stop kodoneRF-2 prepoznaje UAA i UGA stop kodoneRf-3 vee GTP i potie vezanje RF-1 i RF-2
FAKTORI OTPUTANJA
-
7/22/2019 Translacija u genetici
13/19
13
TRANSLACIJA
1. Inicijacija slaganje 30S inicijacijskog kompleksa
INAKTIVNI 70S RIBOSOM
IF3IF1
IF3 IF1
fMet
+
Inicijacijska aa-tRNA:u prokariota: formilmetionil-tRNAu eukariota: metionil-tRNA
30S INICIJACIJSKI KOMPLEKS IF1 IF3
IF2GTP
IF2GTP
fMetUAC antikodonI I IAUG start kodon
fMet
Slaganje 70S inicijacijskog kompleksa
IF2GTP
IF3IF1
IF3
IF1 IF2+
70S INICIJACIJSKI KOMPLEKS
fMet GDP + Pi
-
7/22/2019 Translacija u genetici
14/19
14
2. Elongacija ili produljenje lancaPopunjavanje A mjesta
Thr-tRNA
fMet fMet Thr
Inicijacijska tRNA ne ita unutranje kodone Kodonu komplementarnu aminoacil-tRNA u A mjesto donosi
EF-Tu uz hidrolizu GTP EF-Tu ne stupa u interakciju s inicijacijskom tRNA
fMetThrThr
fMet
Transpeptidacija i translokacija
otputanjedeacilirane tRNA
Thr Thr
fMet fMet
Translokacija: dipeptidil-tRNA pomie se s mjesta A na mjesto Puz pomicanje mRNA za 3 nukleotida
-
7/22/2019 Translacija u genetici
15/19
15
P A P A
Transpeptidacija
peptidil-transferaza
Nukleofilna adicija-
peptidil-tRNA aminoacil-tRNA tRNA peptidil-tRNA
Stvaranje peptidne veze katalizira peptidil-trensferazakoja je integralni dio 50S podjedinice
e m nac a
RF3 +
3. Terminacija
RF1
peptidil-tRNA
fMet
Thr
His
Asp
RF3GTP
Faktori otputanja (RF1 ili RF2)prepoznaju stop kodone
RF1
fMet
Thr
His
Asp
RF1RF3
GDP + Pi
INAKTIVNI 70S RIBOSOM
RF3GTP
Mijenja se specifinostpeptidil-transferaze:polipeptidni lanac seprenosi na vodu
H2O
+
RF1
fMet
Thr
His
Asp
-
7/22/2019 Translacija u genetici
16/19
16
Polisom poveava uspjenost koritenja mRNA
max. 1 ribosom na 80 nukleotida
rastuipolipeptid
gotovi polipeptid
mRNAstart kodon stop kodon
Slijed baza u genu kolinearanje sa slijedomaminokiselina u polipeptidnom produktu ekspresije toga gena
linearni linearni linearni trodimenzionalnaslijed baza slijed baza slijed aminokiselina struktura
transkripcija
DNA mRNA
translacija
aktivni protein
sazrijevanje
polipeptidni lanac
-
7/22/2019 Translacija u genetici
17/19
17
Tonost sinteze proteina
Vjerojatnost sinteze ispravnog proteina
Uestalost ugradnjepogrene aminokiseline
Broj aminokiselinskih ostataka
Neke aminoacil-tRNA sintetaze imaju sposobnost ispravke vlastitihpogreaka
Pogrena aminokiselina ne moe se izrezatinakon ugradnje u polipeptidni lanac
na temelju razlike u strukturi aminokiselina - specifino prepoznavanjeprirodne aminokiseline
na razini stvaranja aminoacil-adenilata hidrolizom neodgovarajuegaminoacil-adenilata
acilacija(hidrofobni dep)
hidroliza(hidrofilni dep)
pre nosima Val
pre nosima Thr
-
7/22/2019 Translacija u genetici
18/19
18
Antibiotici inhibitori sinteze proteina
Streptomicin Inhibira inicijaciju i uzrokuje pogrenooitavanje mRNA (prokarioti)
Tetraciklin Vee se za 30S podjedinicu i inhibiravezanje aminoacil-tRNA (prokarioti)
Eritromicin Vee se na 50S podjedinicu i inhibiratranslokaci u rokarioti
Puromicin Uzrokuje preuranjeni zavretak sintezepolipeptidnog lanca tako to djeluje kaoanalog aminoacil-tRNA (prokarioti ieukarioti)
Puromicin izaziva prerani zavretak polipeptidnog lanca,jer je njegova struktura nalik na aminoacil-tRNA
Amidna veza
transpeptidacija
puromicin tirozil-tRNA
transpeptidaciju
-
7/22/2019 Translacija u genetici
19/19
Neribosomske peptid sintetaze (NRPS)Sinteza malih peptida (sekundarni metaboliti u bakterija)
odvija se na multienzimskom kompleksu, a ne na ribosomu
gramicidin S
bacitracin
surfaktin
ciklosporin A
eniatin B
izopenicilin Ntirocidin A
HC-toksin