Biochimie - curs nr. 13Anul II – semestrul II

Metabolismul proteinelor

Biosinteza proteinelorBiosinteza proteinelor constituie unul din cele mai importante procese

biologice datorită dinamicii cu care se realizează şi mai ales semnificaţiei majore pe care o reprezintă pentru toate organismele, indiferent de gradul lor de organizare. Având ca punct de plecare aminoacizii liberi, această sinteză complexă este condiţionată de participarea acizilor nucleici (ADN şi ARN). Locul de biosinteză al proteinelor îl constituie ribozomii.

Într-o celulă, ADN-ul este purtătorul informaţiei genetice, deci a tuturor caracterelor ereditare specifice, care se transmit de la generaţie la generaţie. Această informaţie conţinută în ADN se traduce într-un organism viu în:

- biosinteza de proteine structurale, care constituie suportul material al vieţii unui organism

- biosinteza de proteine funcţionale (hormoni, enzime) ce asigură desfăşurarea adecvată a tuturor proceselor care au loc în respectivul organism.

Deosebirea dintre diferitele tipuri de proteine sintetizate în organism este datorată genelor.

Genele reprezintă fragmente ale moleculei de ADN cu rol fundamental în transmiterea caracterelor ereditare. Fiecare genă determină (codifică) sinteza unei anumite proteine.

Totalitatea posibilităţilor de biosinteză ale diferitelor proteine pe care le are o anumită celulă constituie genotipul celulei respective.

Secvenţa aminoacizilor existenţi în constituţia lanţurilor polipeptidice ale proteinelor este indicată de succesiunea bazelor azotate de pe o catenă a helixului de ADN, adică de codul genetic.

În structura moleculei de ADN, prin intermediul celor patru baze azotate constitutive: adenina, guanina, citozina şi timina, este inclusă şi codificată informaţia ereditară. Ordinea riguroasă în care se află cele 4 baze azotate dintr-o anumită zonă a ADN-ului este copiată întocmai şi transmisă celor trei tipuri de ARN. Dintre aceştia, m-ARN-ul joacă un rol esenţial în ordonarea aminoacizilor în lanţul polipeptidic ce urmează să se sintetizeze.

Pentru codificarea unui aminoacid este necesară unitatea formată din trei nucleotide, unitate numită codon (triplet). Prin combinarea câte trei a celor patru molecule rezultă că sunt posibili 64 codoni (43 = 64).

Fiecare codon corespunde unui anumit aminoacid, însă unul şi acelaşi aminoacid poate fi codificat de mai mulţi codoni (2-6 codoni).

Astfel, codonul UUU şi codonul UUC determină includerea în lanţul polipeptidic a fenilalaninei, codonul GAU sau GAC corespunde acidului aspartic.

Doar doi aminoacizi şi anume triptofanul şi metionina au câte un singur codon.

Trei dintre codoni UAA, UAG şi UGA nu codifică nici un aminoacid, îndeplinind funcţia de codon-stop, care au rolul de a încheia sinteza lanţului polipetidic, oprind alungirea în continuare a acestuia.

1

Biochimie - curs nr. 13Anul II – semestrul II

Codul genetic este universal, indiferent de gradul de organizare a organismului, fie el pluricelular sau monocelular, aminoacizii sunt codificaţi după aceeaşi schemă, aceleaşi triplete.

Informaţia genetică conţinută în ADN nuclear este transcrisă (transcripţie) şi apoi tradusă (translaţie).

Transcripţia informaţiei geneticeMoleculele de ADN care poartă informaţia genetică au o masă moleculară

mare, stabilitate chimică şi metabolică. Aceasta le împiedică să părăsească nucleul celular şi să participe la sinteza proteinelor. În nucleu însă, informaţia genetică conţinută în ADN este trecută (reînscrisă) codificat în molecula de m-ARN.

Procesul de transcripţie începe prin desfacerea helixului de ADN dublu catenar în catenele componente. Una din aceste catene şi anume cea mai bogată în baze pirimidinice, serveşte drept matriţă pentru biosinteza unui m-ARN.

Sub acţiunea transcriptazei, pe o porţiune a catenei-matriţă se formează m-ARN care transcrie în structura sa informaţia genetică prelucrată de pe ADN. Această trascriere se realizează prin copierea riguros complementară în m-ARN a secevenţei de baze azotate, respectiv a secvenţei de codoni, de pe catena matriţă de ADN.

ARN-ul mesager are o compoziţie care reflectă compoziţia ADN-ului cu deosebirea că uracilul înlocuieşte timina, iar riboza – dezoxiriboza.

Transcrierea sau citirea informaţiei genetice se produce de la extremitatea 3’-OH spre extremitatea 5’-fosfat a catenei de ADN.

Catena de m-ARN se formează de la 5’-fosfat spre 3’-OH.ARN-ul mesager care a copiat informaţia genetică din ADN, este trecut din

nucleu în citoplasmă unde se ataşează la nivelul ribozomilor. În acelaşi loc t-ARN transportă din citoplasmă aminoacizii ce urmează să

intre în structura proteinelor.

Translaţia informaţiei genetice (sinteza proteinelor)Conform codonilor din m-ARN, pe ribozomi se produce unirea

aminoacizilor transferaţi din citoplasmă, cu formarea de legături peptidice. Acest proces poartă denumirea de translaţie şi reprezintă de fapt sinteza moleculelor de proteină caracterizată printr-o secvenţă specifică de aminoacizi.

Schematic, fazele ce conduc la sinteza proteinelor pot fi redate astfel:

ADN ARN Proteine

În sinteza proteinelor se disting 4 etape importante:1. activarea aminoacizilor;

2. iniţierea biosintezei lanţului polipeptidic; 3. elaborarea lanţului polipeptidic;

4. terminarea sintezei şi desprinderea lanţului polipeptidic de pe ribozom.

2

REPLICARE TRANSCRIPŢIE TRANSLAŢIE

Biochimie - curs nr. 13Anul II – semestrul II

Catabolismul proteinelorProteinele din organismele vii sunt într-o continuă degradare şi reînnoire

ca urmare a unui schimb continuu cu mediul extern. Procesul de catabolizare a proteinelor este realizat prin hidroliză de către numeroase proteaze intracelulare, caracteristice tipului de organism.

Sub acţiunea acestor enzime, proteinele sunt descompuse treptat cu formare de compuşi intermediari cu structuri din ce în ce mai simple: albumoze, peptone, polipepetide, oligopeptide. În final se obţin aminoacizi liberi.

În organismele vegetale enzimele poartă denumirea de papaine şi acestea se găsesc în seminţe.

În organismele animale, procesul de degradare a proteinelor decurge sub acţiunea catepsinelor.

Aminoacizii liberi rezultaţi din catabolismul proteinelor sunt utilizaţi pentru sinteze de noi proteine sau sunt oxidaţi până la compuşi simpli care sunt eliminaţi din organism. Concomitent cu formarea acestor compuşi simpli, catabolizarea proteinelor produce şi energie – prin oxidare în bomba calorimetrică, 1 g de proteine formând 4,1 Kcal.

3