Transcript lp4 biol mol

Peptide semnal
Atunci când o proteină este sintetizată,
structura sa secundară sau terţiară se
construieşte din nou şi pe măsura transducţiei
este eliberată în citoplasmă.
Dacă această proteină este destinată pentru
a fi în membrane sau organite celulare, partea
codantă a ARNm începe printr-o secvenţă de
câţiva aminoacizi ca adresă pentru
încorporarea acestei proteine în membrane.
Peptidele semnal sunt lanţuri formate din
câţiva aminoacizi (15-20) situaţi la
extremitatea NH2 terminală a proteinelor
traduse, semnalând unde trebuie să fie
Aceste peptide orientează destinaţia
proteinelor; încorporate în membrană
(RE, AG, plasmalemă, lizozomi) intră în
mitocondrii sau sunt exocitate în afara
celulelor prin aparatul Golgi.
• Fiecare organit prezintă un mecanism de
recunoaştere şi încorporare numai a
proteinelor necesare şi specifice lui.
• Această recunoaştere se realizează
datorită unei secvenţe de aminoacizi pe
care o conţine proteina respectivă,
secvenţa semnal, şi a unui receptor
specific care recunoaşte proteina şi o
internalizează.
• După ce proteina a ajuns la destinaţie,
secvenţa semnal este eliminată prin
digestie proteolitică, iar în cazul
receptorului, acesta este eliberat şi
reciclat.
• Poliribozomii şi peptidele semnal
• Poliribozomii care se formează pe un mesager
conţinând o peptidă semnal, au o evoluţie uşor
diferită.
• Transducţia se opreşte cu puţin după sinteza
peptidei semnal.
• Se ştie că peptida semnal interacţionează
direct cu membrana reticulului endoplasmatic.
• Acest lucru este posibil datorită particulei
de recunoaştere a semnalului SRP (Signal
Recognition Particle)
• . SRP este constituit din diferite proteine şi un
ARN 7S. Imediat ce interacţiunea peptidei
semnal cu SRP apare în afara structurii
ribozomilor, şi se leagă cu SRP este inhibată
elongaţia.
• Traducerea se opreşte până când SRP este
recunoscut de un receptor al membranei RE.
• Imediat ce această legătură este stabilită
ribozomul este legat de ribozomii din
membrana RE lângă un complex proteic.
• Acesta contribuie la formarea unui canal apos
de transport al proteinelor cunoscut sub numele
de translocon, prin care proteina nou formată
trece în lumenul, apoi în cisternele RE.
• Deci canalul se deschide şi elongaţia se reia.
• La faţa internă a membranei RE o
endopeptidază specifică sau peptidaza semnal
va secţiona peptida semnal şi sinteza se va
desfăşura până la terminare.
• SRP se eliberează în citosol şi traducerea este
încheiată.
• Proteina va fi în final încorporată într-o
membrană sau exportată pentru traversarea AG
către exteriorul celulei.
• Adresarea proteinelor către mitocondrii face
apel la un alt tip de peptidă de adresare care
conduce peptidele prin traversul membranei
mitocondriale.
• Produşii primari de traducere conţinând peptide
semnal sunt denumiţi preproteine, de exemplu
preproinsulina, hormonul preproparotidian, etc.
• Modificări posttransducţionale
• Numeroase modificări chimice se produc
după încorporarea aminoacizilor în structura
primară a proteinei (transducţia); ele se
numesc modificări posttransducţionale.
• Se disting modificări cotransducţionale care
se produc atunci când transducţia se
desfăşoară şi când peptidele formate sunt
încă ataşate la ribozomul care a construit-o
în celule, în organite sau în afara celulei.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Astfel de modificări sunt:
Proteoliza: fragmentarea peptidei semnal;
Glicozilare
Acilare
Hidroxilare, etilare, carboxilare
Dezaminarea citozinei
Fosforilare
Legarea unui cofactor: Metal, Flavine, Hem
Blocajul extremităţilor
Se numeşte proteină matură, forma chimică
definitivă pe care proteina în momentul în care îşi
îndeplineşte funcţia în organism.
• Organizarea structurală a proteinelor
• Lanţurile polipeptidice ale proteinelor se pliază în
diferite moduri atât în cadrul propriului lanţ cât şi între
lanţurile vecine adică intracatenar şi intercatenar.
• Acest mod de pliere este esenţial pentru activitatea
biologică a proteinelor şi această organizare
complicată este cea care trebuie conservată pe
parcursul procedurilor implicate în purificarea
proteinelor.
• Mult timp s-a considerat că modurile de pliere ale
lanţurilor polipeptidice sunt determinate numai la
secvenţa aminoacizilor din lanţ.
• Astfel s-a stabilit că proteinele având aceeaşi
secvenţă a aminoacizilor pot exista în forme diferite de
împachetare şi că astfel de plieri pot fi influenţate de
prezenţa altor proteine cunoscute sub numele de
molecule supraveghetoare tip scufiţă (chaperones).
• Denaturarea şi renaturarea proteinelor
• O proteină care posedă o proprietate biologică
proprie, unică, se numeşte proteină nativă şi ea se
deosebeşte de proteina ce şi-a pierdut această
proprietate şi pe care o numim de aceea denaturată.
• O proteină denaturată şi-a pierdut structura
tridimensională sau în alţi termeni conformaţia sa.
• Denaturarea poate fi reversibilă sau ireversibilă.
• Un exemplu de denaturare ireversibilă este cea
termică aplicată la fierberea unui ou albuşul oului
(albumina) se coagulează astfel ireversibil.
• Denaturarea reversibilă se poate realiza prin
folosirea atentă a unor reactivi ca ureea şi
mercaptoetanolul.
• Ureea distruge structura apei şi de aceea limitează
interacţiunile hidrofobe ale catenelor laterale R şi
a resturilor de aminoacizi, ceea ce duce la deplierea
şi la disocierea moleculelor proteice.
• Mercaptoetanolul reduce legăturile S-S. De aceea
la îndepărtarea ureei şi a mercatoetanolului, proteina
s-ar putea renatura.
• Renaturarea este interpretată ca o dovadă în sprijinul
ipotezei că o proteină având o structură primară
corectă se va plia în mod spontan conducând la
structura unică responsabilă pentru activitatea sa
biologică.
• Acest fenomen este denumit autoansamblare a
proteinei.
• Astăzi se ştie că renaturarea proteinelor poate fi
asistată pe două căi.
• Una implică proteina disulfid izomeraza o
enzimă care are rolul de a corecta legăturile
S-S greşit formate.
• A doua cale implică structurile tip chaperone.
• Ele se pot defini ca o familie de proteine din
clase neânrudite care mediază asamblarea
corectă a altor polipeptide dar care nu sunt
componente ale structurilor funcţionale
asamblate.
• Ciclul celular
• Toate celulele vii urmează fie un un program
de diviziune, fie o moarte programată, numită
apoptoza.
• La celulele eucariote se pot distinge două
faze în timpul diviziunii celulare, interfaza
perioadă în care celulele cresc şi mitoza,
perioada în care nucleul şi restul celulei se
divide.
• Viaţa celulei se derulează între 2 mitoze. La
mamifere această perioadă durează mai
puţin de 30 de ore; sunt celule a căror viaţă
este foarte scurtă sau foarte lungă.
• Pe durata acestor 3 ore, celulele traversează 4 faze:
• faza G1 unde genomul fiind diploid, fiecare genă este
reprezentată în 2 exemplare. Cromatina este
accesibilă ARN polimerazelor care realizează
transcripţia genelor în ARNm care vor fi traduşi.
• Faza S la jumătatea ciclului începe replicarea ADN;
ADN –polimeraza va acţiona în jur de 8 ore pentru a
recopia în dublură ADN fiecărui cromozom.
• În timpul acestei faze transcripţia este inhibată.
• Masa celulară creşte continuu în timp ce conţinutul de
ADN creşte în faza S şi scade brusc după faza S,
astfel că ADN din celulele care nu se divid este
constant.
• celula intră în faza G2 unde fiecare genă este
reprezentată în 4 exemplare.
• Cromatina este din nou accesibilă ARN
polimerazei care reâncepe transcripţia;
• survine mitoza care dă naştere la două celule
fiice. Fiecare va primi una din copiile identice
din ADN fiecărui cromozom şi fiecare genă va fi
reprezentată în două exemplare.
• Ciclul celular are trei puncte de decizie: la
punctul G1, G2 şi la sfârşitul mitozei
• Proteina Cdk (proteinkinaza dependentă de
cicline) a fost identificată ca principalul reglator
al trecerii prin aceste trei puncte.
• Complexul Cdk prin intermediul kinazelor
fosforilează şi activează numai anumiţi factori
de transcripţie pentru cicline.
• Nivelul ciclinelor în G1 creşte şi sunt
asociate cu Cdk complex numit şi CdkG1.
• Cromatina şi ADN
• În cursul fazelor ciclului celular, cromozomii evoluează
pentru a pregăti mitoza.
• În timpul G1 cromatina este descompactată şi
genele se pot exprima.
• Fiecare cromozom nu conţine decât o cromatidă.
• În timpul S buclele de replicare se deschid şi
începe replicarea. În timpul fazei G2 cele 2
cromatide rezultate din replicări sunt legate prin
centromerii lor.
• Sunt două cromatide pentru un cromozom. În timpul
mitozei centromerul se leagă de fusul acromatidic şi
pregăteşte separarea.
• Cromatina este compactată la maxim; după mitoză,
cromatina este decompactată şi genele se pot
exprima în fiecare din celulele fiice.
• Replicare semiconservativă in vivo
• ADN se replică în celulă printr-un proces care
asigură ca una din catenele parentale să fie
prezentă în moleculele fiice, aşa numita
replicare semiconservativă.
• Această sinteză se produce în faza S (în
mijlocul ciclului celular) ca urmare a activităţii
ADN polimeraza  şi .
• Alte ADN polimeraza participă la repararea
ADN lizat (ADN polimeraza ) sau a replicării
ADN mitocondrial (ADN polimeraza ).
• Replicarea semiconservativă
• Cele 2 lanţuri de ADN parental în curs de
replicare servesc fiecare ca model pentru
sinteza noului lanţ.
• În acest mod 2 catene în loc să rămânână
ansamblate la fiecare sinteză (replicarea
conservativă) se separă totdeauna la fiecare
ciclu (replicare semiconservativă).
• La prima generaţie o catenă a fiecărui dublu
helix provine din celula mamă.
• La a II-a generaţie nu există mai mult de două
catene ADN a celulei mame, 4 dublu helixuri.
• Enzimele implicate în replicare
• ADN este sintetizat de enzime numite ADNpolimeraze,
fiecare dintre acestea utilizând dezoxinucleozid
trifosfaţi ca substraturi; polinucleotidul este sintetizat în
direcţia 5'-3'. Matriţa de ADN este utilizată pentru a
direcţiona ordinea bazelor azotate în polinucleotidul
nou sintetizat care devine complementar cu ADN
parental.
•
Se cunosc trei tipuri de ADN polimeraze la E. coli.
• -ADN polimeraza III ,
• -ADN polimeraza I
• - ADN ligaza
• . Fragmentele de ADN sunt legate prin acţiunea
enzimei ADN ligaza. Această enzimă joacă un rol atât
în sinteza in vivo a ADN, cât şi în repararea unor
rupturi monocatenare ale ADN.
• Rolul ARN în biosinteza ADN
• Sinteza oricărei molecule de ADN este iniţiată prin
sinteza unui lanţ scurt de ARN, din nou în direcţia 5'3', folosind nucleozid trifosfaţi (NTPs) ca substrat, prin
intermediul unei enzime numită ARN primaza. Enzima
este selectivă privind situsul de iniţiere a sintezei.
• În catena conducătoare numai o amorsă este
sintetizată.
• În catena întârziată, sunt implicate multe locuri de
iniţiere pe măsură ce catenele de ADN parental se
separă. Amorsa ARN este eliminată de ADN
polimeraza I şi spaţiile lipsă sunt completate prin
acţiunea acestei enzime. Fragmentele sunt unite de
ADN ligază.
• Acest mecanism duce la probleme legate de
replicarea capetelor cromozomiale, numite telomere.
Telomeraza rezolvă această problemă.
• Bucla de replicare la eukariote
• Cel puţin 4 ADN polimeraze au fost identificate la
eucariote. Acestea sunt denumite prin litere greceşti α
şi β sunt implicate în sinteza ADN nuclear, β în
reparare şi γ în replicarea ADN mitocondrial.
• ADN polimerazele încep sinteza în numeroase puncte
de iniţiere.
• În urma legării proteinelor specifice, dublul helix se
deschide pentru a permite demarajul. Sinteza ADN
începe pe amorsa ADN/ARN constituită de
ARNprimază şi ADN polimeraza.
• Replicarea se desfăşoară într-o direcţie – în acest
sens unul din cele 2 lanţuri de ADN (lanţul sens) este
parcurs de enzimă în sensul 3-5 (pe catena
antisens), ceea ce permite sinteza unui alt lanţ în
direcţia 5-3.
• ADN ligazele asigură apoi legarea între diferitele
fragmente ale ADN nou.
• Sinteza celeilalte catene (lanţul întârziat) este
mult mai complexă deoarece enzima parcurge
acest lanţ de la 5-3.
• Primaza şi ADN polimeraza  sintetizează o
amorsă de 30 nucletoide înainte de zona de
replicare şi ADN polimeraza construieşte
secvenţe mici de fragmente de ADN în sensul
5-3 (în jur de 200 nucleotide- fragmentele
Okazaki).
• Ribonucleazele distrug amorsele ARN
(fragmentele Okazaki sunt unite între ele prin
ADN ligaze).
• Furca de replicare
• Replicarea începe prin separarea celor două
catene ale ADN prin helicaze. Fiecare din cele
două lanţuri sunt stabilizate prin SSB (single
strand baund).
• Pe catena directă, urcând de la 3 la 5, o ADN
polimeraza  şi ARN primaza sintetizează un
lanţ complementar adăugând
dezoxiribonucleotide trifosfat la extremitatea
3OH liberă. Un nou dublu helix se formează
între lanţul matriţă directă şi noua catenă
sintetizată.
• Pe lanţul întârziat o polimerază, ADN
polimeraza  şi ARNprimaza progresează de la
53’.
• Pentru a putea sintetiza un lanţ complementar,
trebuie ca ARNprimaza şi ADN polimerazei ,
să fabrice amorse destul de apropiate la câteva
sute de nucleotide distanţa pe lanţul matriţă.
• Începând de la 3OH a unei amorse ADN
polimeraza  sintetizează un fragment Okazaki
până când întâlneşte extremitatea 5 trifosfat a
amorsei precedente.
• Topoizomeraza I şi helicaza
• -topoizomeraza este capabilă să modifice
rularea hidrolizând o catenă de ADN şi
reconstituind-o după ce a fost derăsucită local.
Înapoia polimerazelor şi topoizomerazelor, are
loc reconstituirea dublului helix (împachetarea).
Topoizomeraza şi helicaza
• Primaza. Demararea acţiunii sale are loc la
extremitatea 3OH terminală a lanţului ADN Ultima
ribonucleotidă a amorsei, legată de catena ADN care
serveşte ca model, va constitui punctul de iniţiere a
activităţii ADN polimeraza  .
• Amorsa este creată pornind de la o polimerază ARN
paticulară (fără legătură cu cele de transcripţie), care
poate începe prin a sintetiza 10 nucleotide a unui ARN
hibrid, folosind un ADN model. Prima nucleotidă a
acestei amorse se păstrează, cei 3 fosfaţi se prind la
capătul celei de-a10-a dezoxiribonucleotide a ADN
polimeraza  şi începe condensarea a 20
dezoxiribonucleotide.
• Amorsa va fi construită deci dintr-o catenă mixtă ARN
– ADN, din circa 30 nucleotide.
• ADN ligazele
• ADN ligazele sunt enzime care sunt capabile de
reconstituirea legăturilor fosfodiester între 3OH
şi fosfatul 5 a două nucleotide vecine dintr-un
lanţ de ADN.
• Ele intervin în replicare pentru a lega ansamblul
lanţului ADN sau fragmentelor Okazaki
sintetizate de ADN polimeraze.
• Intervin de asemenea în numeroase procese de
repararea a ADN genomic.
AND ligaza
• Telomerazele
• Sinteza lanţului întârziat a ADN, nu se poate
face dacă ADN polimeraza atinge extremitatea
3 a catenei matrice. Dacă n-ar avea
mecanisme particulare, la fiecare replicare ADN
cromozomial ar fi scurtat.
• Telomerul sau secvenţa de ADN a extremităţilor
cromozomilor, este o secvenţă 5TTAGGG-3
repetat de sute de ori înainte de 3OH final.
• Teleomeraza este o ADN polimerază care poate
continua sinteza unui ADN monocatenar. Această
enzimă conţine un ARN a cărei extremitate 5
terminală este 5 CUAAGCCUAAC 3’.
• Această extremitate serveşte ca model pentru
enzimă în vederea sintezei câtorva unităţi de
repetiţie TTAGGG.
• După această sinteză enzima glisează în lungul
lanţului ADN şi reâncep noi unităţi. Extremitatea 3 a
catenei matriţă astfel alungită poate servi pentru
ataşarea unei amorse noi;
• extremitatea 3OH a acestei amorse serveşte deci ca
punct de pornire pentru ADN polimeraza δ pentru
sinteza acestui lanţ.