Transcript prokaryota
Molekulární biologie 8. Syntéza proteinů priony . 13) kapitola Syntéza proteinů TRANSLACE tRNA místo pro navázání aminokyseliny (CCA konec) akceptorový stonek T smyčka D smyčka variabilní smyčka antikodonová smyčka Jetelový list v 2-D zobrazení Tvar písmene L ve 3-D zobrazení Struktura tRNA / video http://www.youtube.com/watch?v=4MRCH_J7Fhk tRNA obsahuje báze modifikované až po transkripci RNA D-smyčka = dihydrouracil uracil dihydrouracil T-smyčka = TyC = thymin a pseudouracil uracil Důležité pro sestavení terciální struktury tRNA a pro vazbu ribozomu pseudouracil metylace uracil thymin Báze modifikované v tRNA Antikodon v tRNA rozeznává kodon v mRNA párování přes vodíkové můstky 1 tRNA = 1 aminokyselina Genetický kód 64 kodonů 20 aminokyselin Existuje více tRNA pro stejnou aminokyselinu, minimálně 31 rozdílných tRNA v každé buňce Proč jich není 64-3, tedy 61? AUG = methionine (nebo GUG-valin): start kodon UAA, UAG, UGA: stop kodon Některé tRNA rozeznávají více než jeden kodon 1. nukleotid antikodou a 3. nukleotid kodonu nepárují zcela přesně ‘Wobbling' rules Univerzální čtecí kód neplatí vždycky výjimky v mitochondriích a některých mikroorganizmech Nabíjení tRNA aminokyselinou 1. formace aminoacyl AMP AK + ATP = aminoacyl AMP + PPi aminoacyl-AMP 2. přenos na tRNA aminoacyl AMP + tRNA = aminoacyl tRNA + AMP aminoacyl-tRNA aminoacyl tRNA syntetázy rozpoznávají antikodon a akceptorový stonek, vážou ATP a AK 1 AK = 1 aminoacyl tRNA syntetáza, tedy 20 různých syntetáz v buňce Nabíjení tRNA / video http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/translation/addaa.html RIBOZÓM – komplex RNA a proteinů rRNA 2/3 RNA, 1/3 proteiny (kolem padesáti) S (Swedberg) – sedimentační koeficient Velká podjednotka (hlavně 23S) funguje jako peptidyl transferáza = má katalytickou funkci RIBOZYM Pouze část mRNA se translatuje do proteinu gen promotor mRNA 5’UTR ATG ORF 3’UTR protein Oblasti v 5’UTR a 3’UTR pro regulaci stability mRNA nebo účinnosti translace Genetický kód lze číst třemi způsoby, podle toho, kde je začátek! RŮZNÉ ČTECÍ RÁMCE V RNA STEJNÁ SEKVENCE Různé čtecí rámce (ORFy) +1 frameshift +2 frameshift Genetická informace v každém čtecím rámci je jiná Kde najít na mRNA počátek translace? …CAAAUGUAUGCAUGCCAAAGGAGGCAUGUAAGGA… Každá mRNA obsahuje mnoho potenciálních AUG start kodonů První AUG za místem nasednutí ribozomu bude bráno jako počátek translace. Místo nasednutí ribozomu Shine Dalgarno sekvence na mRNA (aneb ribosome binding site = RBS) anti Shine Dalgarno sekvence na 16S rRNA (malá podjednotka) Přesné párování - vysoká účinnost translace Nepřesné párování – nižší účinnost translace PROKARYOTA Iniciátorová tRNA Rozpoznává start kodon: • ve většine případů AUG • zřídka GUG, ale i zde kóduje Met (not Val) (u proteinů s velice nízkou expresí) • váže se rovnou do P-místa ribozomu (ne A) prokaryota – N-formyl-methionin eukaryota - methionin po translaci často odštípnut Sestavení iniciačního komplexu PROKARYOTA 1. mRNA naváže samostatnou malou podjednotku na SD sekvenci 2. navázání iniciátorové tRNA do AUG 3. navázání iniciačních faktorů 30S iniciační komplex IF2, IF1 – stabilizují fMet-tRNA IF3 – rozpoznává AUG a antikodon v fMet-tRNA a brání také předčasnému navázání velké podjednotky 4. Uvolnění IF3, nasednutí velké podjednotky, uvolnění IF1 a IF2 za spotřeby GTP 70S iniciační komplex místo výstupu (E, exit) akceptorové místo (A) peptidové místo (P) 3D struktura ribozomu (prokaryotního 70S) Rozhraní mezi malou + velkou podjednotkou tvoří vazebná místa pro mRNA a pro tRNA Figure 6-64 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Prokaryotní inciace/ video http://booksite.academicpress.com/Clark/molecular2/anim13_ri bosome_assembly_translation_complexes.php Elongace PROKARYOTA Vždy maximálně 2 tRNA vázány současně na jednom ribozomu • tRNA přináší novou aminokyselinu, váže se do akceptorového místa za pomoci EF-T • 23S rRNA velké podjednotky katalyzuje peptidyl transferázovou reakci – spojení předchozího peptidického řetězce s novou aminkyselinou na tRNA v A místě • tRNA s novým peptidem se nakloní směrem k P, díky EF-G (elongation factor G) • translokace – mRNA se posune podél ribozomu, tRNA se posune z A do P a z P do E • odpadne EF-G, umožní odpadnutí tRNA z E Terminace PROKARYOTA • stop kodon na mRNA: UAA, UAG, UGA • neexistuje žádná tRNA, ale jsou rozpoznávány uvolňovacími faktory (RF1 nebo RF2, release factors) • peptid je odštěpen peptidyltransferázovou aktivitou ribozomu, tRNA se posune do E místa a odpadne • RRF (ribosome recycling factor) uvolní velkou podjednotku • uvolnění malé podjednotky a mRNA Prokaryotní translace / video http://www.biostudio.com/d_%20Protein%20Synthesis%20Prokaryotic.htm http://booksite.academicpress.com/Clark/molecular2/anim13_translation_in_bacteria.php Prokaryotní mRNA je polycistronní, obsahuje více ORF Shine Dalgarno sekvence Shine Dalgarno sekvence Shine Dalgarno sekvence Každý ORF musí mít svou SD sekvenci, kde nasedne ribozom. Trypanosoma – jediný Eukaryot s polycistronními transkripty U prokaryot probíhá transkripce a translace současně U eukaryot transkripce v jádře (navíc sestřih), ale translace na ribozomech v endoplazmatickém retikulu nebo v cytoplazmě Bakteriální polyzom není cirkulární. Ribozomy jdou přímo napojeny na RNA polymerázu přes NusEG komplex Polyzom (polyribozom) mRNA pokrytá více ribozomy najednou, přibližně 100 bazí od sebe Polyzom eukaryotní buňky je cirkulární elektronový snímek Poly(A) vazebné proteiny vážou eIF4 na čepičce mRNA PROKARYOTA Problém pozastavených ribozomů (stalled ribosomes) • ribozom se uvolní z mRNA pouze pokud se navážou release faktory (RF1 a RF2) • mRNA neobsahující STOP kodon budou akumulovat ribozomy tmRNA • vypadá trochu jako tRNA (ale bez antikodonu) a trochu jako mRNA • jako tRNA váže aminokyselinu (alanin) • pokud najde pozastavený ribozom, naváže se vedle defektní mRNA a slouží jako templát pro translaci • translatuje se 11 aminokyselin a STOP kodon = značka pro degradaci tohoto proteinu (proteasomem) Eukaryota – cirkulární polysom, problem odpadá Místo toho nonsense mediated decay mRNA s predcasnými stop kodony ROZDÍLY EUKARYOTNÍ JADERNÉ TRANSLACE VIDEO: http://booksite.academicpress.com/Clark/molecular2anim13_eukaryote_initiation.php Komplex vázající čepičku 43S preiniciační komplex EUKARYOTA 1. Sestavení komplexu vázající čepičku a polyA konec polyA binding protein eIF4E,G,A,B 2. Sestavení preiniciačního komplexu s tRNA a malou podjednotkou ribosomu, za pomoci eIF2 3. Vazba preiniciačního komplexu na komplex vázající čepičku, skenování k prvnímu AUG za spotřeby ATP Skenování mRNA do prvního AUG Pokud AUG příliš vzdálená konsensu GCCRCCAUGG, první AUG nemusí být rozpoznáno VIDEO: http://booksite.academicpress.com/Clark/molecular2anim13_eukaryote_initiation.php EUKARYOTA 4. odpoutání eIF1,2,3,5 5. nasednutí velké podjednotky 6. počátek elongace (velice podobná prokaryotům) EUKARYOTA Terminace translace místo dvou uvolňovacích faktorů (RF1 a 2) rozeznává eRF1 všechny tři kodony terminace vyžaduje GTP (hydrolyzovaný pomocí eRF3) uvolnění velké podjednotky pomocí eIF3, uvolnění malé podjednotky a mRNA I R E S (internal ribosome entry site) několik výjimek u eukaryot a virů, kde ribozom nasedá přímo uvnitř mRNA, ne na čepičku PROKARYOTA GLOBÁLNÍ REGULACE TRANSLACE ribosome modulation factor Dimerizace ribozomů Při obdobích s pomalým růstem buňky jsou přebytečné ribozomy inaktivovány jejich dimerizací pomocí RMF 2/3 obsahu buňky jsou proteiny, velmi energeticky náročné, proto regulace proti plýtvání… PROKARYOTA Stringent response Odpověď bakterií na hladovění, tepelný šok nebo jiný stres vazba nenabité tRNA (kvůli nedostatku aminokyselin) do A místa syntéza pppGpp RelA proteinem vazba ppGpp na polymerázu, změna specificity její vazby na DNA Zastavení exprese většiny genů Spuštěny geny pro přežití a virulenci EUKARYOTA Inaktivace eIF2 Při hladovění se sníží většina translace inaktivací iniciačního faktoru eIF2 iniciace uvolnění eIF2 po iniciaci, jeho recyklace pomocí eIF2B: Vysoká syntéza proteinů Forsforylace eIF2 Nízká syntéza proteinů Fosforylace eIF2 brání funkci eIF2B a recyklaci eIF2 = eIF2 není k dispozici pro iniciaci translace Přednáška 6 Další příklady regulace translace, u specifických transkriptů Selenocystein (Sec) • 21. kódovaná aminokyselina • vyskytuje se vzácně v proteinech prokaryot i eukaryot • tRNA nabitá serinem, ale pak enzymaticky modifikován na selenocystein serin selenocystein • Selenocystein kódován UGA kodonem, který normálně znamená STOP • pokud za UGA kodonem následuje SECIS sekvence (selenocystein insertion sequence), přepíše se jako selenocystein a translace pokračuje SECIS sekvence na mRNA tvoří vlásenku Pyrrolysin (Pyl) • 22. kódovaná aminokyselina • vyskytuje se vzácně v proteinech u Archea • lysin napřed enzymaticky modifikován na pyrrolysin, pak teprve navázán na tRNA • kódován UAG kodonem, který normálně znamená STOP Kolik produktů z jednoho genu? nekódující RNA Ačkoliv prokaryotní a eukaryotní ribozomy plní stejnou funkci, nemají úplně stejnou strukturu Mnoho antibiotik je založeno na inhibici bakteriální (a pouze bakteriální) translace 30S Figure 6-79 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 50S Inhibitory proteinové syntézy a transkripce Table 6-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Priony Proteiny schopné měnit konformaci jiných proteinových molekul stejného druhu o PrP protein původcem několika typů prionového onemocnění mozku savců o přirozeně exprimován na povrchu nervových buněk v mozku o glykoprotein s cukernými zbytky, upevněn v membráně díky fosfolipidové kotvě o přirozená funkce neznámá, možná ochrana před oxidativním stresem neuronů (obsahuje Cu) o existuje ve dvou alternativních konformacích: PrPC a PrPSc o PrPSc je schopný polymerizovat do fibrilárních agregátu, což je pro buňku toxické (kapitola 21, strana 681) normální PrPC patologický PrPSc PrPSc se chová jako infekční protein Tvoří dimer s přirozeným PrPC a změní jeho konformaci na PrPSc PRION = infekční agens bez DNA nebo RNA Vznik prionového onemocnění PrPSc PrPSc a) spontánní konformační změna (bez změn na DNA); trvá léta, než se PrPSc akumuluje b) dědičná mutace s predispozicí ke špatné konformaci tvořeného PrP •Creutzfeld-Jacob disease •Gertsmann Straussler Scheinker syndrome •fatal familiar insomnia a) přenos mezi jedinci (stejného či jiného druhu) přenosná spongiformní encefalitida (TSE) = syrové maso, sliny, trus • scrapie – u ovcí a koz • nemoc šílených krav (BSE) – obdoba scrapie u dobytka, přenosné na člověka Priony také u některých hub (kvasinek), ale tam pro buňku prospěšné, adaptace na okolní podmínky Video z časopisu Nature, výborné…!! http://www.onlinevideolecture.com/medical-science/teabiotech/educationalmolecular-biology/index.php?course_id=3942&lecture_no=9