Primul dintre cei doi pași în care procesul de sinteză a proteinelor poate fi împărțit se numește transcripție de proteine, după care are loc a doua fază sau translarea ARN-ului mesager.

Etape ale sintezei proteinelor

  1. Procesul de sinteză a proteinelor traduce codonii (triplete de nucleotide) ale ARN-ului mesager (ARNm de acum înainte) în codul celor 20 de aminoacizi esențiali care alcătuiesc lanțul polipeptidic al proteinelor.
  2. Procesul de traducere a ARNm începe la capătul său 5 'și se termină la capătul 3'.
  3. Pe tot parcursul procesului, lanțul polipeptidic este sintetizat de la capătul său amino-terminal (N-terminal de acum înainte) la carboxil-terminal (C-terminal de acum înainte).

Nu există practic diferențe semnificative în diferitele faze ale sintezei proteinelor care au loc în celulele procariote și eucariote.

Etapele principale ale sintezei proteinelor

  1. Iniţiere
  2. Elongaţie
  3. Rezilierea

În cele mai multe privințe, procesul de sinteză a proteinelor în celulele eucariote urmează aceiași pași ca și în procariote. Cu toate acestea, există diferențe specifice care trebuie evidențiate.

De exemplu, în celulele procariote procesul de traducere începe înainte ca transcrierea să fie completă.

Faza de inițiere a sintezei proteinelor

Prima dintre etapele care fac parte din procesul de sinteză a proteinelor este inițierea, care cuprinde unirea componentelor sistemului de traducere și precede formarea legăturilor peptidice.

Aceste componente care intervin în prima etapă a sintezei proteinelor sunt:

  • ARNm tradus.
  • Cele două subunități ribozomale (subunități mari și mici).
  • ARNt aminoacilic care este specificat în primul codon al ARNm.
  • Guanozin trifosfat (GTP), care este destinat să furnizeze energie în timpul procesului (celulele eucariote necesită, de asemenea, adenozin trifosfat).
  • Factori de inițiere care permit asamblarea acestei faze complexe. Mai exact, celulele procariote au 3 factori de inițiere (IF-1, IF-2 și IF-3), în timp ce eucariotele au mai mult de zece factori desemnați cu prefixul IF.

Două mecanisme sunt implicate în recunoașterea secvenței de nucleotide (AUG) de către ribozom, care inițiază de fapt traducerea:

1. Secvența Shine-Dalgarno (SD)

În Escherichia coli se observă o secvență cu un procent ridicat de baze nucleotidice purinice, cunoscută sub numele de secvența Shine-Dalgarno. Această regiune este foarte aproape de capătul 5 'al moleculei de ARNm și între 6 și 10 baze deasupra codonului de start. Componenta 16S a ARNr a subunității mici ribozomale are un complement al secvenței SD în apropierea capătului său 3 '. În acest fel, cele două secvențe complementare pot fi cuplate, ceea ce facilitează poziționarea subunității 30S ribozomală în ARNm aproape de codonul de inițiere.

Acest mecanism este ușor diferit în cazul celulelor eucariote, deoarece acestea nu au secvențe SD. De fapt, în ele, cu ajutorul factorului de inițiere IF-4, subunitatea ribozomală 40S se leagă lângă o așa-numită structură „capac” la capătul 5 'al ARNm și ulterior se deplasează în jos secvența. întâlnește codonul de start. În orice caz, acest proces necesită efectuarea adenozin trifosfatului (ATP).

2. Codon de inițiere (AUG)

Inițierea tripletului AUG este recunoscută de un indicator special conținut în ARNt. În cazul celulelor procariote, acest proces este facilitat de IF-2-GTP, în timp ce în eucariote este facilitat de IF-2-GTP în sine împreună cu alte IF suplimentare. ARNr primer încărcat este apoi abordat la locul P al subunității mici a ribozomului. În bacterii (și mitocondrii), o metionină rămâne atașată la ARNt inițiator și, ulterior, o grupare formil acționează ca un donator de carbon, astfel încât o metionină N-terminală se leagă apoi de acel ARNt.

La rândul său, în celulele eurariotice, tRNA inițiator furnizează o metionină non-formilată. În orice caz, în ambele tipuri de celule, metionina N-terminală atașată la capătul 5 'este îndepărtată chiar la sfârșitul procesului de traducere. În ultimul pas al inițierii, subunitatea ribozomală mai mare se leagă de complexul nou format, rezultând un ribozom complet funcțional. Acest complex are o sarcină de ARNt la locul P și un alt loc gol.

În această etapă a sintezei proteinelor, energia din GTP este utilizată în SI-2, care reușește să o hidrolizeze pentru a o converti în PIB. Reactivarea IF-2-PIB este facilitată de un factor de schimb nucleotidic de guanină.

Prima fază a sintezei proteinelor

Primul pas în sinteza proteinelor se numește transcriere

De fapt, se referă la transcrierea ADN-ului în ARN mesager (ARNm de acum înainte), care trebuie să se întâmple indispensabil pentru a începe procesul.

În timpul transcrierii, instrucțiunile care sunt codificate în ADN-ul genelor sunt transcrise în codul secvenței nucleotidice a acidului ribonucleic (ARN).

detaliu

Care sunt rezultatele transcrierii?

Majoritatea genelor codificate sunt transcrise în ARNm.

Cu toate acestea, există unele excepții, deoarece anumite gene codificate sunt transcrise în alte tipuri diferite de molecule de ARN, deoarece acestea sunt esențiale pentru ca celula să dezvolte cu succes procesul de sinteză a proteinelor despre care vorbim în acest articol.

Aceste tipuri de ARN sunt cunoscute sub numele de ARN ribozomal (ARNr în continuare) și transferă ARN (ARNt în următoarele rânduri).

Care sunt etapele în care se împarte procesul de transcriere?

În timp ce se efectuează traducerea fiecărei molecule de ARNm sintetizate, unul dintre lanțurile cu dublă helică a structurii ADN este folosit ca și cum ar fi un șablon.

În general, acest lanț este numit „lanț șablon” datorită funcției pe care o îndeplinește. În acest moment, putem spune că procesul de transcriere este împărțit în trei etape diferite, care sunt:

  1. Iniţiere
  2. Elongaţie
  3. Rezilierea

Procesul de transcriere este diferit în celulele procariote în comparație cu celulele eucariote

În celulele eucariote materialul genetic conținut într-o moleculă de ADN se găsește în nucleul celulei.

Din acest motiv, procesul de transcriere în acest tip de celule trebuie efectuat în acest loc. În acest sens, este posibil să se afirme că apare atunci când moleculele de ADN sunt construite prin formarea a două lanțuri elicoidale antiparalel construite din zahăr dezoxiriboză, care este, de asemenea, cunoscut doar sub numele de dezoxiriboză și un fosfat.

Ambele elemente sunt unite împreună cu legături fosfodiester covalente foarte puternice. În plus, fiecare dintre dezoxiribonucleotide are una dintre cele patru baze azotate, care sunt adenina, guanina, citozina și timina, atașate la un atom de carbon de dezoxiriboză.

Rezumatul procesului de transcriere

  1. Molecula de ADN foarte compactă se dezvoltă și o enzimă numită helicază rupe legăturile de hidrogen la care ne-am referit deja și care au funcția de a ține ambele lanțuri împreună. În acest fel, dubla helix este decomprimată în această regiune și permite deschiderea și copierea catenei nucleotidice unice.
  2. În acest moment, o altă enzimă, numită ARN polimerază, se leagă de catena unică care conține gena codificatoare și începe să citească informațiile conținute în catena ADN dintre capătul 3 ′ și capătul 5 ′. Prin urmare, este posibil să se afirme că această enzimă sintetizează de fapt doar o catenă de ARNm în direcția 5 ′ până la 3 ′.
  3. Secvența ARNm este identică cu structura ADN-ului. De fapt, singura diferență dintre cele două molecule este că moleculele de ARN folosesc nucleotida uracil în locul timinei utilizate de ADN. Odată sintetizată, molecula de ARNm monocatenar poate ajunge la citoplasmă prin porii nucleari.
  4. Faza transcripției în celulele procariote este diferită de cea a celulelor eucariote. Prima diferență notabilă constă în faptul că primul produs al sintezei proteinelor în acest tip de celulă este ARNm „normal”, adică unul care nu trebuie să fie supus niciunei modificări post-transcripționale. În acest sens, în eucariote primul produs se numește transcripție primară și necesită efectuarea modificării.

Modificarea post-transcripțională a ARNm din celulele eucariote include acești pași:

  1. Faza de acoperire cu 7-metil-guanozină
  2. Poli-adenozină

Al doilea pas al sintezei proteinelor

Al doilea pas în sinteza proteinelor se mai numește traducere ARN messenger (MRNA de acum înainte).

Trebuie să ne amintim că, în această fază, informațiile codificate în ADN sunt copiate într-o secvență de ARNm care, ulterior, poate traversa membrana nucleului pentru a ajunge la ribozomii conținuți în citoplasmă.

Producția de proteine ​​are loc în timpul celei de-a doua etape a procesului de sinteză, adică în timpul traducerii. În unele ocazii, întreaga sinteză poate fi unificată în această fază, deoarece, pe scurt, nu se generează proteine ​​în timpul transcrierii.

Cu toate acestea, această transcriere este esențială pentru ca a doua fază să aibă loc, deoarece este atunci când sunt primite instrucțiunile genetice trimise de nucleu citoplasmei și care conțin codul ADN/ARN.

Codul genetic

Se poate spune că codul genetic este un set de instrucțiuni care definesc modul în care informațiile codificate în ADN și ARN sunt traduse în proteine.

Acest cod genetic este identic (deși cu câteva excepții minore) între toate viețuitoarele. De asemenea, determină modul în care codonii (secvențe de triplete de nucleotide) determină care aminoacid particular ar trebui adăugat într-o poziție specifică în cadrul lanțului polipeptidic.

Moleculele de ADN și ARN utilizează patru blocuri diferite numite nucleotide, care sunt responsabile pentru codificarea informațiilor genetice. Pentru a putea codifica fiecare dintre cei 20 de aminoacizi diferiți care fac parte din polipeptide, informațiile găsite în secvențele de nucleotide trebuie codificate de o secvență de cel puțin 3 nucleotide, care sunt numite triplet sau codon.

Prin urmare, datorită utilizării acestor secvențe de triplete, celula este capabilă să definească până la 64 de coduri diferite pentru un total de 20 de aminoacizi diferiți, ceea ce înseamnă că pentru fiecare aminoacid nu va fi mai mult de un codon responsabil.

Aceasta este ceea ce se numește „degenerare a codonilor”, o expresie care reprezintă faptul că codul genetic este redundant, deoarece un aminoacid este codificat de mai mult de un codon, deși este adevărat că nu este ambiguu, deoarece un codon codifică doar un amino acid.

Mașini celulare implicate în a doua etapă a sintezei proteinelor

Diferite tipuri de molecule de ARN

Procesul de traducere necesită participarea a trei tipuri diferite de molecule de ARN. Fiecare are funcția sa:

  1. ARN Messenger. ARNm acționează ca intermediar între ADN-ul materialului genetic și zonele în care sunt produse proteinele, adică ribozomii, care se află în citoplasmă.
  2. Diverse molecule de ARN ribozomal (ARNr). Participă la formarea diferitelor subunități ribozomice.
  3. ARN cu transcripție multiplă (ARNt). Molecule care acționează cu fiecare tip de aminoacid.

Ribozomul: atelierul în care are loc sinteza proteinelor

Care este funcția ribozomilor?

Ribozomul este, pe scurt, unitatea celulară care este responsabilă pentru sintetizarea tuturor proteinelor necesare celulelor. Informația codificată în ARNm este transformată de ribozom într-o secvență de aminoacizi. Acest organet celular este format din molecule de ARN specializate numite ARNr și o multitudine de proteine ​​diferite. Este important de reținut că aceste molecule de ARN joacă un rol structural și de reglare.

Structura ribozomului

Ribozomul are două subunități formate din ARNr și anumite proteine ​​specifice. Aceste două subunități au dimensiuni diferite, ceea ce va determina care dintre ele va fi numită subunitatea mare și respectiv cea mică. Pentru formarea ribozomilor, aceste două subunități se reunesc și creează o structură cu o formă mai mult sau mai puțin circulară, deși este adevărat că cuvântul oval vine să-și definească mai bine structura.

Ribozomul din celulele procariote

În celulele procariote, ribozomii ating 70 S („S” înseamnă „coeficient de sedimentare). În acest caz, subunitatea sa mare este de 50 S, iar subunitatea mică este de 30 S. Scopul subunităților mici este de a construi 16 molecule de ARN S care au o lungime de 1540 de nucleotide. Acest ARNr trebuie să conțină până la 21 de proteine ​​ribozomale diferite. În mod similar, subunitatea mare conține un ARN 5 S format din 120 nucleotide și un alt ARN 23 S și 2900 nucleotide lungi. Ambele molecule de ARNr adăpostesc până la 31 de proteine ​​diferite.

Ribozomul din celulele eucariote

Ribozomul celulelor eucariote este ușor diferit de cel al procariotelor. În acest sens, trebuie remarcat faptul că acestea au o subunitate mare de 60 S și o subunitate mică de 40 S care dau naștere la formarea unui ribozom de 80 S.

Cea mai mică subunitate conține 33 de proteine ​​legate de ARN 18 S cu o secvență de 1.900 nucleotide. La rândul său, trei molecule de ARN alcătuiesc subunitatea sa mare (una din 5S și 120 nucleotide, alta din 28 S și 4700 și ultima din 5,8 S și 160. Aceste 3 molecule de ARN adăpostesc 46 de proteine ​​diferite.

Enzime implicate în procesul de traducere

O enzimă numită aminoacil tRNA sintetază este responsabilă pentru legarea corectă dintre aminoacizi și anticodonul corespunzător încadrat în ARNt.

Pentru a fi mai exacți, aceste enzime aminoacil tRNA sintetază sunt responsabile pentru catalizarea esterificării unui aminoacid specific sau chiar a precursorului acestuia, cu toate moleculele de ARNt compatibile pentru a forma aminoacil tRNA.

În cazul celulelor procariote, factorul de alungire EF-Tu este responsabil pentru transferul aminoacil ARNt în ribozom, odată ajuns acolo și ținând cont de regula complementară de asociere a bazelor, face posibil ca anticodonii ARNt să se potrivească cu codonii lor corespunzători în ARNm.

Procesul de traducere este al doilea pas în sinteza proteinelor

După cum am comentat deja în paragrafele anterioare, procesul de traducere are loc în citoplasma celulei, unde ARNm se alătură ribozomilor, care sunt responsabili de sinteza proteinelor.

Ribozomii constau din trei regiuni spațiale numite site-uri de legare care joacă un rol important în sinteza proteinelor. Una dintre ele este responsabilă de legarea la ARNm, în timp ce celelalte două situri sunt utilizate pentru a lega moleculele de ARNt și sunt numite, respectiv, „Site A” și „Site P”.

Legarea moleculei de ARNm la ribozom face posibil ca moleculele de ARNt să se lege de aceasta într-o ordine definită de secvența de nucleotide adăpostită în ARNm. În acest sens, fiecare ARNt este asociat, în mod specific, cu un aminoacid specific. Această funcție este determinată, fundamental, de structura moleculei în sine (ARNt poate semăna cu un trifoi de secvențe de polinucleotide formate).

Capătul cozii ARNt este zona pregătită pentru a se lega de un aminoacid specific, în timp ce capul său are trei nucleotide care formează așa-numitul anticodon, care recunoaște secvența de codoni corespunzătoare moleculei de ARNm.

Finalizarea traducerii

Terminarea traducerii are loc atunci când situl A al ribozomului ajunge la unul dintre cei trei codoni opriți (UAA, UAG sau UGA).

În celulele procariote, acești codoni despre care am discutat sunt recunoscuți de diferiții factori de eliberare (FL de acum înainte). FL-1 este responsabil pentru recunoașterea codonilor de oprire UAA și UAG, în timp ce FL-2 este responsabil pentru UGA și UAA. Atunci când aceste FL se leagă de complex, se declanșează hidroliza legăturii care leagă peptida ARNt la locul P și eliberează proteina naștentă din ribozom. Apoi, un al treilea FL (FL-3-GTP) determină eliberarea FL-1 sau FL-2 ca GTP, care este hidrolizat și convertit în PIB pentru a rămâne ca un simplu fosfat rezidual.

În schimb, celulele eucariote posedă un factor de eliberare unic, eFL, care poate recunoaște toți cei trei codoni stop. Există un al doilea FL implicat numit eFL-3 care îndeplinește funcții similare cu FL-3 în procariote.

Unele antibiotice inhibitoare care ar putea interfera cu oricare dintre diferitele etape ale sintezei proteinelor sunt:

  • Toxina difterică, care inactivează EF-2 și împiedică apariția translocației sale.
  • Clindamicina și eritromicina, care blochează (datorită legării ireversibile) un sit de pe subunitatea 50S a ribozomilor și astfel previn translocația.
  • Ricina din fasole de ricin este o toxină foarte puternică care elimină o adenină localizată la locul 28S al ARNr, inhibând astfel funcția ribozomului în celulele eucariote.

Veți fi, de asemenea, interesat de subiect: