Semiar 2 Transcriptie Si Translatie [PDF]

Zitiervorschau

Fluxul informatiei genetice Gena este o regiune de ADN care codifica o proteina. Dar, proteinele nu sunt facute direct pe baza genelor ci in procesul de sinteza al proteinelor, numit si expresia genelor, este necesar un intermediar, o molecula de ARN (acid dezoxiribonucleic). Intre ADN si ARN exista doua diferente: 1. Pentoza de la ARN contine hidroxil in pozitia 2 pe cand cea de la ADN contine doar hidrogen (de aici denumirea de DEZoxi = fara oxigen) 2. Bazele azotate aflate in componenta ADN sunt adenina, guanina, citozina si timina pe cand la ARN sunt adenina, guanina, citozina si uracil Pentru a converti informatia din ADN in proteina trebuie sa se parcurga doi pasi: 1. Transcriptia – informatia din molecula de ADN (gena), aflata sub forma ordinii nucleotidelor, este copiata intr-o molecula de ARN – aceasta copiere se face pe baza complementaritatii bazelor azotate A cu U si G cu C (daca va amintiti in molecula de ARN avem U in loc de T, deci A este acum complementar cu U). Transcriptia este foarte asemanatoare cu replicarea ADN – doar ca in loc de o catena dubla de ADN se obtine o catena simpla de ARN. ARN-ul obtinut se numeste ARN mesager deoarece el cotine mesajul din ADN necesar pentru sinteza unei proteine. 2. Translatia – sinteza unui polipeptid (proteina) pe baza informatiei continute in molecula de ARN mesager. Aceasta etapa se numeste translatie deoarece informatia din ARN (ordinea nucleotidelor din ARNm) este “tradusa” intr-un lant de aminoacizi = proteina. ARN este o macromolecula formata din nucleotide pe cand proteinele sunt macromolecule formate din aminoacizi. Codul care face legatura intre nucleotide si aminoacizi este format din 3 nucleotide si se numeste codon – 3 nucleotide codifica un aminoacid (mai multe informatii la urmatoarea parte – translatie). Transcriptia si translatia sunt similare la procariote si eucariote, cu unele diferente. Principala diferenta este data de localizare. Daca va amintiti, o celula procariota nu are nucleu si materialul genetic (ADN) se afla in centrul celulei sub forma de nucleoid. La procariote atat transcriptia cat si translatia au loc in acelasi spatiu, iar translatia poate sa inceapa imediat ce molecula de ARN mesager a inceput sa se formeze. Spre deosebire de procariote, eucariotele au nucleu care gazduieste materialul genetic. Din aceasta cauza la eucariote cele doua procese sunt separate in timp si spatiu. Intai are loc transcriptia in nucleu, apoi ARNm trebuie sa ajunga in citoplasma si doar aici are loc translatia. Transcriptia O gena care contine informatia pentru sinteza unei proteine este intai copiata intr-o molecula de ARN mesager. Enzima care copiaza ADN intr-o molecula de ARN se numeste ARN polimeraza (va amintiti de ADN polimeraza de la replicarea ADN?!). ARN polimeraza desface cele doua catene ale moleculei de ADN si copiaza una dintre ele intr-o molecula de ARN. Copierea se face similar ca si la replicare pe directia 5’-3’, adica ARN polimeraza adauga nucleotide la capatul 3’, pe baza de complementaritate. Spre deosebire de ADN polimeraza, ARN polimeraza nu are nevoie de un primer ca sa inceapa transcriptia.

Secvente in molecula de ADN marcheaza locul de unde ARN polimeraza sa inceapa transcriptia si unde sa termine transcriptia. Secventa aflata intre doua asemenea secvente se numeste o unitate de transcriptie. Aceasta secventa va fi copiata intr-un ARN mesager. La eucariote o unitate de transcriptie contine informatia pentru sinteza unui singur polipeptid pe cand la procariote poate contine informatia pentru sinteza mai multor polipeptide, de obicei aceste polipeptide sunt implicate in acelasi lant metabolic. Transcriptia se realizeaza in 3 pasi: initiere, elongare, terminare. 1. Initierea transcriptiei In etapa de initiere a transcriptiei ARN polimeraza se ataseaza la o secventa specifica din molecula de ADN numita promotor. Acest promotor contine secvente specifice pozitionate in asa fel incat polimeraza sa inceapa transcriptia de la locul de initiere (marcat de obicei cu +1). Printrele elementele intalnite frecvent in promotori se afla secventa TATA (numita si cutia TATA). Aceste secvente se afla la 25 de nucleotide (-25) inaintea locului de initiere (+1). Pentru a recunoaste un promotor si pentru a se atasa de el ARN polimeraza are nevoie de ajutorul altor proteine numite factori de transcriptie. O data ce ARN polimeraza a identificat secventa promotorului si s-a prins de ea incepe sa separe cele doua catene de ADN si sa il copieze intr-o molecula de ARN. 2. Elongatia (alungirea) ARN polimeraza inainteaza pe molecula de ADN, desface cele doua catene si copiaza pe una dintre ele intr-o molecula de ARN, pe baza de complementaritate intre nucleotide. Alungirea catenei are loc tot timpul la capatul 3’. Dupa ce molecula de ARN este formata, ea se separa de molecula de ADN si cele doua catene ale moleculei de ADN se realipesc in urma ARN polimerazei. In acest fel aceeasi gena poate fi transcrisa simultan de mai multe ARN polimeraze, care merg una dupa cealalta asemanator cu vagoanele unui tren pe sine. 3. Terminarea translatiei Alungirea moleculei de ARN continua pana cand ARN polimeraza intalneste o secventa terminator in molecula de ADN. Aceasta secventa terminator determina ARN polimeraza sa opreasca adaugarea de nucleotide la catena de ARN si sa o elibereze. Cea mai des intalnita secventa terminator este AATAAA. La procariote o data ce molecula de ARN a fost sintetizata ea este pregatita pentru translatie. La eucariote molecula de ARN trebuie intai sa ajunga in citoplasma pentru a putea fi tradusa in proteina. La eucariote molecula de ARN mesager sufera si alte modificari inainte de a fi eliberata in citoplasma si a servi ca si mesaj pentru sinteza proteinelor. Aceste modificari se numesc maturare si includ: adaugarea unei nucleotide modificate la capatul 5’, adaugarea unei cozi de poliadenilat (AAAAAAAA) la capatul 3’ si indepartarea intronilor din secventa ARN (splicing). O data ce ARN mesager este matur el va fi exportat in citoplasma pentru a fi tradus. Daca ARN mesager nu a fost modificat el este retinut in nucleu si degradat. Codul genetic Instructiunile pentru sinteza unei proteine sunt stocate in molecula de ADN, prin ordinea nucleotidelor in molecula de ADN. Aceste instructiuni trebuie sa fie traduse in proteina prin ordinea aminoacizilor in proteina. Exista 4 nucleotide in molecula de ADN pe cand proteinele sunt formate din 20 de aminoacizi diferiti. Daca fiecare nucleotida ar corespunde cu un aminoacid atunci doar 4 dintre ei ar putea fi tradusi. Daca o combinatie de 2 nucleotide codifica un amonoacid atunci doar 16 amonoacizi ar putea fi codificati. Din aceasta cauza este nevoie de o combinatie de 3 nucleotide ca sa codifice un aminoacid.

Fiecare combinatie de 3 nucleotide codifica un aminoacid (de ex ATG = metionina). Aceasta suita de 3 nucleotide care codifica un aminoacid se numeste codon. Pentru ca exista 64 (43) combinatii de cate 3 nucleotide, mai multe combinatii pot sa codifice acelasi aminoacid = codul este redundant. Dar, codul nu este ambiguu deoarece un codon (3 nucleotide) codifica un singur aminoacid. In catena de ADN, sau ARN mesager, codonii sunt cititi in ordine, de la capatul 5’ spre capatul 3’, fara a suprapune nucleotidele, fara a lasa spatii si fara a se opri. Intre codoni exista unii mai speciali: - Codonul AUG codifica Metionina dar este si codon START, de la el incepe translatia - Codonii: UAA, UAG, UGA sunt codoni STOP, ei nu codifica un aminoacid ci semnalizeaza oprirea translatiei Codul genetic este acelasi la toate organismele (este universal), adica codonul CUC codifica leucina atat la oameni, maimute, pesti, insecte si bacterii.

Translatia Translatia reprezinta sinteza unei proteine pe baza informatiei din ARN mesager. Mesajul din ARNm este reprezentat de ordinea codonilor in molecula de ARNm. Prin translatie acest mesaj este tradus intr-un lant de aminoacizi = o proteina. Legatura intre nucleotidele din ARNm si aminoacizi este facut de ARN de transport. ARN de transport este o molecula de ARN monocatenara care la un capat contine o secventa de 3 nucleotide numita anticodon care este complementara cu un codon. La celalat capat ARNt se leaga de aminoacidul codificat de codonul complementar cu anticodonul. In celula exista cate un ARN de transport pentru fiecare codon. Aminoacidul trebuie atasat la ARNt iar aceasta atasare trebuie sa fie foarte specifica, doar aminoacidul codificat de codonul recunoscut de anticodon trebuie atasat. Pentru a face aceasta cuplare in celula exista niste enzime speciale numite aminoacil ARNt sintetaze. Pentru fiecare ARNt exista o aminoacyl sintetaza diferita care cupleaza ARNt cu aminoacidul corespunzator. Daca cuplarea intre ARNt si aminoacid este gresita atunci traducerea va fi gresita. Un alt participant in translatie este ribozomul. Ribozomul este un complex de proteine si ARN format din 2 subunitati: subunitatea mare si subunitatea mica. Ribozomul este responsabil pentru a aduce impreuna ARNm si moleculele de ARNt care transporta aminoacizii, si este locul unde se intampla reactiile de recunoastere intre anticodon si codon si formarea lantului polipeptidic. Ribozomul are 2 centre catalitice: centrul P (polipeptid) si centrul A (aminoacid). Translatia se realizeaza in 3 etape: 1. Initierea In etapa de initiere sunt implicati ARNm si subunitatea mica a ribozomul. Subunitatea mica a ribozomului recunoaste capatul 5’ al ARNm (datorita modificarilor sale specifice) si se prinde de el. Apoi, subunitatea mica a ribozomului se plimba pe molecula de ARNm in directia 5’ – 3’ pana intalneste un codon START (AUG). Cand intalneste un codon START se pozitioneaza astfel ca acest codon sa se afle in centrul P. In acest moment subunitatea mare a ribozomului impreuna cu un ARNt care contine metionina si anticodonul UAC (pt codonul start AUG) se unesc cu subunitatea mica a ribozomului si cu ARNm. Subunitatea mare se prinde de subunitatea mica iar ARNt se prinde de ARNm pe baza de complementaritate intre anticodonul UAC si codonul AUG. In acest moment avem un ARNm pe care

ribozomul este pozitionat astfel incat in centrul P se afla codonul START la care s-a prins pe baza de complementaritate ARNt care poarta metionina. Aceasta tip de initiere a translatie, unde ribozomul scaneaza molecula de ARNm este specifica eucariotelor. La procariote initierea translatiei seamana mai mult cu initierea transcriptiei – ribozomul se prinde direct la secventa care contine codonul START, datorita secventei nucleotidice din imediata apropiere a acestuia (numita si secventa Shine-Dalgarno) si incepe sa traduca mesajul din ARNm intr-un polipeptid. 2. Elongatia (alungirea) Urmatoarea faza consta in adaugarea pe rand a cate unui aminoacid la metionina formandu-se un lant polipeptidic. Acest proces se desfasoara in 3 etape: a) Locul A este liber pentru a primi un nou ARNt. Un ARNt se ataseaza de codonul din locul A pe baza de complementaritate intre nucleotidele codonului (din ARNm) si nucleotidele anticodonului (din ARNt). Aceasta recunoastere este foarte importanta si specificitatea ei asigura ca mesajul din ARNm este tradus corect in lantul polipeptidic. b) ARNt din locul P are un aminoacid iar ARNt din locul A are alt aminoacid. Datorita pozitionarii lor acesti aminoacizi vin in contact unul cu altul si ribozomul catalizeaza formarea unei legaturi peptidice intre ei. O data ce aceasta legatura peptidica s-a format lantul polipeptidic ramane atasat de ARNt din locul A, pe cand ARNt din locul P nu mai are aminoacid si este eliberat din ribozom – el se va “reincarca” cu un aminoacid cu ajutorul ARNt aminoacil transferazei. c) ARNt cuplat cu ARNm prin interactiunea codon-anticodon se deplaseaza fata de ribozom in asa fel incat ARNt din locul A se muta in locul P. Centrul A acum este gol (nu contine ARNt) dar contine urmatorul codon. Acest codon poate fi recunoscut de un alt ARNt si ciclul se continua. 3. Terminarea Adaugarea de noi aminoacizii continua pana cand in locul A ajunge un codon STOP. Nu exista ARNt care sa recunoasca codonii STOP, in schimb exista niste proteine de eliberare. Cand un codon STOP se afla in locul A aceste proteine de eliberea se ataseaza de ARNm la codonul STOP in centrul A al ribozomul si cauzeaza terminarea translatiei: - polipeptidul este separat de ARNt si eliberat in citoplasma, - ARNt fara aminoacid este si el eliberat in citoplasma, - cele doua subunitati ale ribozomului se separa una de alta si se desprind de pe ARNm - (practic toate componentele care pana acum formau o masinarie de produs protein se separa una de alta). Toate componentele pot fi reciclate pentru a incepe o noua runda de translatie – cele doua subunitati ale ribozomului pot sa se ataseze dinou la capatul 5’ al unui ARNm, ARNt este reincarcat cu aminoacid si poate intra dinou in translatie. In functie de rolul lui polipeptidul ramane in citoplasma sau este transportat la organitul unde isi are functia.