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.-)


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


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


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


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


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


7/19

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


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


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


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


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 -


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


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


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


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


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


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


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


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

Documents

Translacija u genetici