TRADUCEREA INFORMAIEI GENETICE

ntrebri i rspunsuriCum este posibil ca o anumit secven de nucleotide (A, T, G, C la ADN i A, U, G, C la ARNm) s specifice o anumit secven de aminoacizi? Cu ajutorul moleculelor de ARNt (ARN de transfer), ntruct fiecare molecul de ARNt este specific pentru un anumit aminoacid i pentru o anumit triplet de nucleotide (codon) din structura moleculei de ARNm.

Convertirea mesajului geneticTransferul informaiei genetice din ADN prin convertirea mesajului genetic din structura ARNm n secvena de aminoacizi din catena polipeptidic corespunztoreFamilia de molecule ARNt permite translatarea traducerea codonilor din structura moleculei de ARNm ntr-o secven de aminoacizi a unei proteine.

Elemente componenteSistemul de traducere este alctuit din patru componente majore:Ribozomi la nivelul lor se realizeaz sinteza proteinelor; ei conin enzimele necesare formrii legturii peptidice; au un situs de legare a unei molecule de ARNm i un situs de aducere i aliniere a aminoacizilor pentru asamblare i finalizarea sintezei proteice;

Elemente componenteARNt citete mesajul din ARNm i asigur potrivirea acestuia cu un anumit aminoacid n catena polipeptidic;Aminoacil ARNt-sintetazele catalizeaz ataarea aminoacizilor la ARNt corespunztor;Factori proteici de traducere pentru iniierea lanului oligopeptidic, elongaia acestuia i eliberarea proteine necesare pentru fiecare etap a sintezei proteice.

RibozomiiRibozomii sunt structurile cele mai complexe ale traducerii deoarece reprezint adresa de ntlnire a diferiilor factori implicai n biosinteza proteinelor. Ei au un rol esenial datorit capacitii de a lega reversibil att ARNm, ct i ARNt.

Ribozomii PKRibozomii de tip procariot prezint o constant de sedimentare de 70 S. Particula ribosomal funcional este format din dou subuniti: o subunitate mic (30 S) i o subunitate mare (50 S), aprnd ca o particul globular cu trei protuberane pe faa superioar. n subunitatea mic intr o molecul de ARNr (16 S) i 21 molecule diferite de proteine ribosomale. n subunitatea mare intr dou molecule de ARNr (23 S si 5 S) i 34 tipuri diferite de molecule proteice.

Ribozomii EKRibozomii eucariotelor au constanta de sedimentare 80 S, subunitatea mic avnd 40 S (cu ARNr de 18 S i 33 proteine ribosomale), iar cea mare 60 S ( cu ARNr de 28 S, 5,8 S i 5 S precum i 50 proteine ribosomale).Model molecular bandat dup V.Ramakrishnan, 2008.

Diferene Rb PK versus Rb EK

ARNrARNr reprezint cel mai abundent tip de ARN celular (80 90 %), sintetizat pe ntreaga durat a ciclului celularprezint o compoziie de baze azotate foarte omogen ntre organisme foarte diferite. ARNr sunt molecule monocatenare care poate prezenta segmente bicatenare rezultate prin formarea de legturi de hidrogen ntre secvenele complementare ale aceleiai molecule. La procariote, genele ce codific tipurile de ARNr sunt grupate la nivelul unor uniti transcripionale ale cromozomului numit ADN ribosomal. La E. coli au fost identificate 7 asemenea uniti transcripionale. Mai mult, s-a evideniat faptul c ntre genele ribozomale exist regiuni spaiatoare la nivelul crora au fost identificate gene pentru ARNt. La EK, genele pentru ARNr sunt, de asemenea, grupate la nivelul unor secvene amplificate localizate, de obicei, la nivelul regiunii organizator nucleolar a unor cromozomi.

ARNrMolecula 16 S de la Haloarcula marismortui

ARNrMolecula 23 S de la Haloarcula marismortui Galben- proteineGri ARNrStea- centrul catalitic

ARNmARNm se ataeaz la ribosomi i servete drept matri pentru sinteza proteinelor care ncepe ntotdeauna cu captul NH2 i continu spre cel COOH. Direcia de citire a ARNm este 53, n ordinea codonilor, de la primul codon (de obicei AUG, foarte rar GUG) pn la codonul STOP. Decodificarea complet a mesajului genetic din ARNm la proteine este completat prin participarea moleculelor de ARNt care aduc aminoacizii la locul sintezei proteinelor.

ARNtARNt reprezint un component celular stabil att la procariote, ct i la eucariote. Moleculele de ARNt conin, pe lng bazele azotate obinuite (AUCG) i o serie de nucleotide neobinuite: [1] acid inozinic, [2] derivai metilai ai unor purine sau pirimidine (acid metilinozinic, acid metilguanilic), [3] acid pseudouridilic, [4] acid dehidrouridilic, [4] acid ribotimidilic.

ARNtMoleculele de ARNt sunt de dimensiuni mici, de 73 93 nucleotide; sunt monocatenare sau cu poriuni dublu catenare specifice ceea ce le confer un aspect de frunz de trifoi. Au trei regiuni distincte: anticodon; situs aminoacil la captul 3 (de ataare a aminoacizilor specifici); regiune de recunoatere. n celulele eucariote au fost identificat aproximativ 40 tipuri de molecule de ARNt i s-a evideniat faptul c genele codificatoare sunt, de obicei, grupate pe cromozomi.

Structura palindromic ARNtNOTAIA:ARNt ala (alanine transfer RNA -tRNAala) la drojdiiConst din 77 nucleotide

Etapele sintezei proteinelorIniiereElongaieTerminalizare

IniiereSubunitatea mic a ribozomului se leag de captul din amonte adic la captul 5 - captul start al mesajului genetic. Procesul de translaie decurge n aval adic n direcia (5'3') pn cnd ntlnete codonul start adic AUG. Regiunea limitat de captul 5 pn la codonul AUG se numete scufie (eng cap) fiind cunoscut ca regiunea 5 netranslatat [5'-UTR].) Aici este locul de ntlnire dintre subunitatea mare i o molecul ARNt iniiator. Molecula ARNt iniiator se leag de situsul P al ribozomului. La Eucariote molecula ARNt iniiator transport Metionin iar bacteriile poart o metionin modificat notat fMet.

IniiereRolul primordial l are ARNt iniiator alturi de GTP i ali factori proteici nsoitori

ElongaiaUn aminoacil ARN-t (ARNt legat covalent de un aminoacid) apt s realizeze mperecherea pe baz de complementaritate cu urmtorul codon ARNm soseste la sistusul A care este asociat cu : Un factor proteic factor de elongaie elongation factor prescurtat EF-Tu la bacteriiGuanoziltrifosfat GTP (sursa de energie necesar)Aminoacidul Met, plasat la locul de start al translaiei este legat covalent cu urmtorul aminoacid prin puni peptidice. Molecula iniiator ARNt este eliberat din situsului P (methionyl-initiator tRNA) . Ribozomul se deplaseaz cu un codon n aval.

ElongaiaAceast micare orienteaz ultima molecul de ARNt sosit ctre situl P i elibereaz situsul A pentru urmtorul aminoacil-ARNt. Aceast ultim etap este sitmulat de o protein numit factor de elongaie (numit factor de elongaie G sau EF-G la bacterii) i necesit energie din GTP. Not: ARNt iniiator este singura molecul din familia ARNt care se poate lega direct de situsul P. Numele de situs P este din cauz c leag doar peptidil ARNt cu excepia moleculei ARNt (methionyl-initiator tRNA =Met-tRNAiMet).Situsul A este denumit aa pentru c primete doar aminoacil ARNt adic aminoacidul care aduce un nou aminoacid.

TerminalizareaOprirea translaiei are loc n momentul n care ribozomul ntlnete unul dintre codonii STOP (UAA, UAG, UGA). (nucleotidele din acest situs urmate de cozile poliadenilate ctre regiune 3 care este a 2-a regiune netranslatat a ARNt [3'-UTR] Nu exist molecule ARNt care s poarte anticodoni pentru codonii STOP (cele cteva excepii sunt legate de genele mitocondriale i de aminoacizii neobinuii)Factorii proteici implicai n translaie recunosc aceti codoni la momentul sosirii lor la situsul A. Legarea acestor proteine, n prezena GTP determin eliberarea plipeptidului de ribozom. Ribozomii se disociaz rapid n cele dou subuniti care ulterior se reasambleaz pentru o alt sintez proteic.

Schema

PolizomiiO singur molecul de ARNm comport de obicei mai muli ribozomi care se deplaseaz simultan dar din locuri diferite n direcia 53 pentru decodificarea mesajului genetic i n final pentru sinteza proteic .Acest complex ARNm i ribozomii asociai se numete polizom TEM dup O. L. Miller, Jr., B. A. Hamkalo, i C. A. Thomas, Jr. la E coli

Controlul calitiiARNm defectiv poate fi produs prin mutaii fie ale genelor fie ca urmare a erorilor rmase n urma transcripiei (rata acestora este deosebit de redus) n plus aceste erori pot s produc molecule ARNm care conin codoni prematuri la captul terminal (Premature Termination Codons - PTCs) n sensul n care se introduc codonii STOP nainte de finalizarea obinuit a mesajului genetic. Traducerea acestor molecule de ARNm conduce la biosinteza unor molecule de proteine trunchiate, ineficiente sau chiar duntoare propriului organism. Aceste probleme ar putea fi soluionate de mecanismul de descompunere al ARNm greit transcris (Nonsense-Mediated mRNA Decay - NMD).

Controlul calitiiAbsena codonilor STOP. Acest fenomen conduce la obinerea de transcripte "nonstop iar problema poate fi soluionat prin activarea mecanismului de distrugere a ARNm nonstop.

Inhibarea translaiei in sinteza proteica bacteriana prin adaugarea antibioticelor