Ekspresja informacji genetycznej

Ekspresja informacji genetycznej (ekspresja genów) to szereg procesów umożliwiających odczytanie „instrukcji” budowy białka zapisanej w DNA. Rozpoczyna się od transkrypcji (czyli „przepisania”) informacji genetycznej w jądrze komórkowym na mRNA. Następnie informacja genetyczna w postaci mRNA zostaje przeniesiona do cytoplazmy, gdzie na rybosomach na jej podstawie zachodzi translacja, czyli biosynteza białka.  

Kod genetyczny

Kod genetyczny określa rodzaj i kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. 

Rodzaj i kolejność aminokwasów są wyznaczane przez sekwencję nukleotydów w DNA, na podstawie którego syntetyzowana jest nić mRNA. Synteza mRNA, czyli transkrypcja odbywa się na zasadzie komplementarności: cytozyna (C) jest komplementarna do guaniny (G), a adenina (A) do uracylu (U). Następnie na podstawie RNA syntetyzowany jest łańcuch polipeptydowy.

RBR16K2STVGRG

Ilustracja przedstawia schematycznie syntezę trójpeptydu na podstawie DNA. U góry znajduje się podwójna nić DNA, u góry czerwona, niżej żółta. Fragmenty nici są częściowo rozplecione. Fragment tej nici został powiększony niżej. Powiększony fragment żółtej nici przypomina długi żółty, poziomy prostokąt z odchodzącymi od niego prostopadle w dół, w równych odstępach, kreseczkami. Te kreseczki łączą się z literami oznaczającymi nukleotydy. Pierwsza od lewej trójka nukleotydów to TAC, następna to GAG i CCG. Od trójek biegną strzałki do znajdującej się niżej nici mRNA (oznaczonej kolorem zielonym). Sekwencja DNA jest przepisywana na mRNA. Kodony znajdujące się na nici mRNA to kolejno, od lewej: AUG (kodon start), CUC, GGC. Od kodonów tych biegną strzałki do widocznych niżej nazw aminokwasów. Są to kolejno, od lewej: metionina, leucyna, glicyna. Połączone ze sobą aminokwasy tworzą trójpeptyd.

Kod genetyczny jest zapisany w postaci trójek nukleotydów RNA, zwanych kodonami. Zależności między kodonami i aminokwasami, które one kodują zestawione są w tabelach kodu genetycznego. W większości z nich aminokwasy zapisywane są skrótami jedno- lub trójliterowymi. Na przykład alanina może być w skrócie zapisana jako Ala lub A, a arginina jako Arg lub R.

Cechy kodu genetycznego

Kod genetyczny posiada charakterystyczne cechy. Jest: trójkowy, jednoznaczny, zdegenerowany, bezprzecinkowy, uniwersalny oraz kolineralny. 

Przebieg transkrypcji

Transkrypcja jest pierwszym etapem ekspresji genu. Polega na zsyntetyzowaniu cząsteczki RNA (np. mRNA, tRNA, rRNA) na podstawie informacji genetycznej zawartej w DNA. Proces ten zachodzi w jądrze komórkowym (u eukariontów) lub w cytoplazmie (u prokariontów) zgodnie z zasadą komplementarności.  

Podwójna helisa DNA składa się z dwóch nici komplementarnych względem siebie: nici kodującej i nici matrycowej. Nić matrycowa to nić transkrybowana. Nić kodująca nie ulega transkrypcji – jej sekwencja, podobnie jak sekwencja powstającego RNA, jest komplementarna do nici matrycowej, z tą różnicą, że w RNA zamiast nukleotydów zawierających tyminę występują nukleotydy z uracylem.

R12QGB3R93GNE

Schemat ilustruje proces syntezy mRNA na bazie nici matrycowej DNA. Przez duże, owalne, błękitne pole leżące w centrum schematu podpisane jako: polimeraza RNA przechodzi różowa nić z cyfrą 5 indeks górny prim na początku. Nić podpisana jest jako mRNA, w regularnych odstępach leżą wzdłuż niej prostopadłe, krótkie linie z ciągiem dużych liter: A, U, G, G, U, C, C A, U, G, C U, A, G, C, U, U, G, C, U, U, A, C, U, G, G, C, A, G, U. Linia kończy się ona wewnątrz owalnego pola cyfrą 3 indeks górny prim. Przez górną część pola szarego przechodzi niebieska linia z cyfrą 5 indeks górny prim na początku. Wzdłuż nici w regularnych odstępach leżą wzdłuż prostopadłe, krótkie linie z ciągiem dużych liter: C, T, G, G, A. wielokropek, G, fragment zasłonięty przez różową nić, C, T, T, G, C, G, T, T, A, C, T, G, G, C, A, G, T, C, A, T, G, A, A, C. Nić ta jest podpisana jako nić kodująca, kończy się cyfrą 3 indeks górny prim. Równolegle do niej przechodzi przez dolną część błękitnego pola różowa linia z cyfrą 3 indeks górny prim na początku. Wzdłuż nici w regularnych odstępach leżą wzdłuż prostopadłe, krótkie linie z ciągiem dużych liter: G, A, C, C, T, wielokropek, G, A, T, C, G, A, A, C, G, C, A, A, T, G, A, C, C, G, T, C, A, G, T, A, C, T, T, G. Fragment tej nici od 5 do 9 znaku (duże litery: C, T, wielokropek, C, G) zaznaczony jest kolorem żółtym i podpisany: promotor. Nić jest podpisana jako nić kodująca, kończy się cyfrą 5 indeks górny prim.

Transkrypcji podlega odcinek DNA zawarty między promotorem a terminatorem lub sekwencją terminalną. Reakcję katalizuje enzym polimeraza RNA zależna od DNA, a substratami do budowy RNA są trójfosforany rybonukleozydów (ATP, GTP, CTP i UTP). 

Przebieg transkrypcji u prokariontów i eukariontów jest odmienny, jednak w obu przypadkach proces ten składa się z trzech etapów: inicjacji, elongacji i terminacji.

Transkrypcja u prokariontów

Geny bakterii to geny ciągłegeny ciągłegeny ciągłe, co oznacza, że zsyntetyzowany mRNA od razu może służyć jako matryca do tworzenia białka. U prokariontów, kilka genów może mieć wspólny promotor (np. geny kodujące enzymy jednego szlaku metabolicznego), a przez to wspólnie podlegać transkrypcji. Powstający wówczas mRNA określany jest policistronowym, ponieważ jest matrycą do syntezy kilku białek, należących najczęściej do jednego szlaku metabolicznego. 

Ponieważ bakterie nie posiadają jądra komórkowego, a ich materiał genetyczny znajduje się bezpośrednio w cytoplazmie, powstające mRNA od razu wiąże się z rybosomami, gdzie na jego podstawie syntezowane są białka. Translacja u prokariontów rozpoczyna się zatem jeszcze przed zakończeniem transkrypcji.

Transkrypcja u eukariontów

W komórkach eukariotycznych proces transkrypcji jest wieloetapowy i znacznie bardziej złożony niż u prokariontów. Najważniejsze różnice dotyczą:

• oddzielenia transkrypcji od translacji barierą jądrową, przez co oba procesy nie zachodzą jednocześnie,

• udziału czynników transkrypcyjnych w inicjacji procesu,

• modyfikacji pierwotnego transkryptu.

Proces inicjacji transkrypcji wymaga obecności specjalnych białek – tzw. czynników transkrypcyjnych.czynniki transkrypcyjneczynników transkrypcyjnych. To one lokalizują promotor i leżący za nim początek genu. Polimeraza przyłącza się dopiero po związaniu odpowiednich czynników transkrypcyjnych do DNA.

Geny eukariontów są w większości genami nieciągłymi. Oznacza to, że sekwencje kodujące fragmenty białek – eksony – są poprzedzielane fragmentami niekodującymi – intronami. W procesie transkrypcji przepisywane są zarówno fragmenty kodujące jak i niekodujące, w wyniku czego powstaje pierwotny transkrypt - prekursorowy mRNA, (pre‑mRNApre‑mRNApre‑mRNA). 

Przed opuszczeniem jądra komórkowego pre‑mRNA podlega modyfikacjom potranksrypcyjnym, w wyniku czego powstaje mRNA. Modyfikacje potranskrypcyjne, nazywane również dojrzewaniem mRNA obejmują:

• modyfikacje końców pre‑mRNA

• składanie mRNA (ang. splicing)

Modyfikacje końców pre‑mRNA polegają na dołączeniu do końca  5’ tzw. czapeczki (ang. cap), będącej zmodyfikowanym nukleozydemnukleozydnukleozydem guanozyny, oraz na poliadenylacji końca 3’, czyli dołączeniu ogona poli(A) złożonego z licznych nukleotydów adenylowych. Obie te struktury stabilizują cząsteczkę, chroniąc ją przed rozkładem enzymatycznym w cytozolu.

Składanie RNA polega na przecięciu pre‑mRNA na granicy poszczególnych eksonów i intronów, a następnie złożeniu nici mRNA bez intronów. Splicing może zachodzić dwoma sposobami: 

•  z udziałem spliceosomuspliceosomspliceosomu, który rozpoznaje granice intronów i egzonów,

•  samodzielnie, gdy intron działa jak rybozym i katalizuje własne wycięcie.

Odwrotna transkrypcja jako etap cyklu infekcyjnego retrowirusów

U retrowirusów (do których należy m.in. ludzki wirus niedoboru odporności – HIV, ang. human immunodeficiency virus), których genom stanowi RNA, występuje odwrotna transkrypcja. Polega ona na wytworzeniu jednoniciowego DNA (ssDNA – ang. single‑stranded DNA) z wirusowego RNA. Proces ten przeprowadza specjalny enzym − odwrotna transkryptaza. Dzięki temu powstaje hybryda DNA–RNA. Następnie rybonukleaza uwalnia nowo powstały jednoniciowy DNA, a polimeraza DNA syntetyzuje na ssDNA drugą, komplementarną nić. Powstaje dwuniciowy DNA (dsDNA – double‑stranded DNA), który zostaje wprowadzony do jądra zainfekowanej komórki i – przy udziale enzymu integrazy – wbudowany do jądrowego DNA.

Translacja - biosynteza białka na rybosomach

Translacja jest drugim etapem odczytywania informacji genetycznej, podczas którego – na podstawie informacji zapisanej w nici mRNA – syntetyzowany jest polipeptyd.

Proces translacji zachodzi na rybosomach, które zlokalizowane są w cytoplazmie lub na błonach siateczki śródplazmatycznej szorstkiej. Do prawidłowego przebiegu translacji oprócz rybosomów niezbędne są:

• mRNA – matrycowe RNA, na podstawie którego odczytywana jest informacja o sekwencji aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym;

• aminokwasy białkowe – 20 różnych aminokwasów wchodzących w skład białek;

• tRNA – transportujący/transferowy RNA, czyli cząsteczki RNA, które mają za zadanie wiązanie wolnych aminokwasów w cytoplazmie i ich transport do rybosomów;

• czynniki inicjacji, elongacji i terminacji translacji – białka lub kompleksy białkowe odpowiedzialne za procesy translacji na każdym z jej etapów;

• GTPGTP (guanozyno‑5`-trifosforan)GTP – źródło energii, m.in. do przesuwania się rybosomu po mRNA.

azure

Rola tRNA w procesie translacji

tRNA pełni w translacji dwie główne funkcje: 

• rozpoznaje właściwy aminokwas na podstawie informacji zapisanej w kodzie genetycznym zawartym w mRNA, podczas interakcji tRNA oraz mRNA;

• przenosi właściwy aminokwas do tworzonego na rybosomie łańcucha polipeptydowego.

Funkcje tRNA są ściśle związane z jego budową, w szczególności z występowaniem pętli antykodonowej i ramienia akceptorowego. Ramię akceptorowe zakończone jest wolnym końcem 3’, do którego przyłączany jest aminokwas, który tRNA transportuje do rybosomu.

R1OJn1uNyFvli1

Grafika przedstawia dwuwymiarowy wzór strukturalny tRNA. Ma on budowę palczastą i przyjmuje kształt czterolistnej koniczyny, w którym można wyróżnić 4 ramiona. Na górze widoczny jest koniec i dłuższe miejsce przyłączenia aminokwasu 3 prim (ACC) i proliny równolegle do końca 5 prim – jest to ramię akceptorowe. Od niego prowadzi mostek akceptorowy do pętli TΨC, dalej występuje ramię zmienne. Prowadzi ono do poprzez komplementarne parowaniue zasad azotowych do pętli antykodonowej, gdzie znajduje się trójka nukleotydów (GGG) komplementarna do trójki nukleotydów mRNA (antykodon – CCC), a następnie do pętli D.

W trakcie biosyntezy białka wykorzystywane są różne rodzaje tRNA, ponieważ każdy z nich przenosi wyłącznie jeden, swoisty aminokwas. Proces przyłączania aminokwasu do tRNA określa się mianem aminoacylacji, natomiast tRNA połączony z aminokwasem nazywany jest aminoacylo‑tRNA (aa‑tRNA). Energia do reakcji aminoacylacji pochodzi z hydrolizy ATP, a enzymem przeprowadzającym ten proces - syntaza aminoacytlo‑tRNA.  

Pętla antykodonowa tRNA zawiera trzy nukleotydy - tzw. antykodon, który jest komplementarny do kodonu w mRNA. Dzięki właściwemu dopasowaniu nukleotydów antykodonu i kodonu, do rybosomu przetransportowany zostaje odpowiedni aminoacylo‑tRNA.

Przebieg translacji 

W przebiegu translacji wyróżnia się trzy etapy: inicjacji, elongacji oraz terminacji. Do zajścia każdego z tych etapów potrzebna jest energia, której źródłem jest hydroliza GTP.

Inicjacja translacji

Inicjacja translacji polega na:

• rozpoznaniu przez odpowiednie tRNA kodonu START na nici mRNA

• utworzeniu rybosomu składającego się z dwóch podjednostek: mniejszej i większej. 

Proces inicjacji translacji u eukariontów rozpoczyna się od utworzenia kompleksu złożonego z mniejszej podjednostki rybosomu oraz inicjatorowego tRNA, który transportuje metioninę. Cząsteczka metionylo‑tRNA zajmuje specyficzne miejsce w rybosomie, zwane miejscem P. Tak przygotowany kompleks przyłącza się do końca 5' cząsteczki mRNA i przesuwa wzdłuż nici w poszukiwaniu sygnału do rozpoczęcia syntezy białka. Sygnałem tym jest kodon START (AUG). Gdy antykodon tRNA rozpozna go na zasadzie komplementarności, ruch podjednostki mniejszej zostaje zahamowany, po czym przyłącza się do niej podjednostka większa tworząc rybosom.

RXzmfKQ6Vi9KH

Grafika przedstawia przebieg inicjacji translacji. Na samej górze znajduje się odcinek mRNA, który na końcu 5 prim posiada czapeczkę zbudowaną z  trzech reszt fosforanowych, a na końcu 3 prim posiada ogon poli(A). Czapeczkę na końcu 5 prim rozpoznaje mała podjednostka rybosomowa z dołączonym metionylo‑tRNA. Przyczepia się ona do czapeczki. Następnie mała podjednostka rybosomowa z inicjatorowym metionylo‑tRNA przesuwa się wzdłuż cząsteczki mRNA aż do pierwszego kodonu AUG. Antykodon tRNA U A C łączy się z kodonem A U G, a następnie do małej podjednostki rybosomowej przyłącza się duża podjednostka, razem tworząc rybosom posiadający miejsce E, P oraz A.

Z jedną cząsteczką mRNA łączy się zwykle więcej niż jeden rybosom. Taki zespół rybosomów syntetyzujących równocześnie białko na jednej matrycy mRNA określany jest jako polisom (polirybosom). 

Elongacja

Elongacja polega na wydłużaniu łańcucha peptydowego i rozpoczyna się od przyłączenia w miejscu A rybosomu następnej cząsteczki aminoacylo‑tRNA, której antykodon odpowiada kolejnemu kodonowi w mRNA. Między metioniną a nowym aminokwasem tworzy się wówczas, przy udziale rRNA dużej jednostki rybosomu, wiązanie peptydowe, metionina odłącza się od tRNA, a rybosom przesuwa o trzy nukleotydy (o kodon). tRNA związany przynajmniej z dwoma aminokwasami nosi nazwę peptydylo‑tRNA.

W miejscu P znajduje się teraz nowo przyłączony peptydylo‑tRNA (z którym związany jest łańcuch dwóch aminokwasów). Cząsteczka tRNA, która jako pierwsza przyłączyła się do mRNA, zostaje przesunięta do miejsca E, z którego opuszcza rybosom. Do zwolnionego miejsca A przyłącza się natomiast kolejna cząsteczka aminoacylo‑tRNA i cały proces przebiega według poprzedniego schematu aż do końca translacji.

RWjsvrgXIkx2C

Grafika przedstawia przebieg elongacji. Znajduje się na niej sześć schematów przedstawiających cząsteczkę mRNA z przyłączonym do niej rybosomem. Na pierwszym schemacie (od lewej strony) miejsce E jest puste, w miejscu P rybosomu przyłączony jest tRNA z aminokwasem metioniną, a w miejscu A rybosomu znajduje się tRNA z aminokwasem kwasem glutaminowym. Na kolejnym schemacie tworzy się wiązanie peptydowe między aminokwasami. Reakcja ta jest katalizowana przez rybosomowy RNA. Na kolejnym schemacie zachodzi przesunięcie rybosomu o jeden kodon w kierunku od 5 prim do 3 prim. Metionina odłącza się od tRNA, które przesuwa się na miejsce E. tRNA z przyłączonym kwasem glutaminowym i metioniną przesuwa się na miejsce P. Zwalnia się miejsce A. Na kolejnym schemacie zachodzi przyłączenie nowego aminoacylo‑tRNA do miejsca A i usunięcie wolnego tRNA z miejsca E. Na kolejnym schemacie tworzy się wiązanie peptydowe między kwasem glutaminowym a nowoprzyłączonym aminokwasem - treoniną. Na kolejnym schemacie rybosom ponownie przesuwa się o jeden kodon, a w miejscu A przyłącza się kolejny aminoacylo‑tRNA.

Terminacja translacji

Terminacja translacji rozpoczyna się w momencie rozpoznania w sekwencji mRNA kodonu STOP (UAA, UAG, UGA).  Kiedy miejsce A natrafi na kodon STOP (UAA, UAG lub UGA). Wówczas zamiast aminoacylo‑tRNA przyłącza się do niego białko zwane czynnikiem uwalniającym. Powoduje ono hydrolizę wiązania między powstałym polipeptydem a miejscem P rybosomu - polipeptyd odłącza się, a kompleks translacyjny rozpada. 

R1JVat9ETKigX

Grafika przedstawia przebieg terminacji. Na samej górze przedstawiono cząsteczkę mRNA z przyłączonym do niej rybosomem, z którym związana jest cząsteczka tRNA wraz z łańcuchem polipeptydowym. Miejsce A jest puste. Następnie w miejscu A do mRNA przyłącza się czynnik uwalniający, który nie jest związany z żadnym aminokwasem. Na kolejnym etapie zachodzi przesunięcie rybosomu o jeden kodon. Polipeptyd zostaje uwolniony. W tym procesie wykorzystywana jest cząsteczka wody. Uwolniony polipeptyd posiada koniec aminowy (NH2) oraz koniec karboksylowy (COOH). Następnie dochodzi do uwolnienia cząsteczki mRNA oraz rozpadu rybosomu na podjednostkę małą i dużą.

Modyfikacje potranslacyjne bialek

Białka wytworzone w procesie translacji, aby mogły pełnić swoje funkcje w komórce, wymagają dodatkowych zmian w budowie. Zmiany te zachodzą w cytozolu lub organellach, takich jak siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego i określane są mianem modyfikacji potranslacyjnych. Obejmują one m.in.:

• obróbkę proteolityczną,

• dodawanie grup chemicznych.

Obróbka proteolityczna

Obróbka proteolityczna polega na usuwaniu z łańcucha peptydowego pojedynczych aminokwasów lub dłuższych fragmentów. 

Przykładem obróbki proteolitycznej jest usunięcie metioniny z N‑końca polipeptydu. Każde białko powstające w komórce posiada ten aminokwas na N‑końcu, co wynika z funkcji „START” kodującego metioninę kodonu AUG w procesie translacji. Większość białek nie potrzebuje jednak tego aminokwasu na końcu łańcucha, dlatego jest on usuwany przez odpowiednie enzymy -proteazy. Powstałe w komórce białko zostaje zdegradowane średnio po 8 godz. Do jednych z najszybciej degradowanych białek należy dekarboksylaza ornityny, której czas półtrwania to jedynie 11 min. Dłuższy czas półtrwania mają z kolei białka strukturalne, takie jak miozyna i aktyna (około miesiąca).

RtxDljmUGcIEq

Ilustracja przedstawia fragment mRNA, biegnący od końca 5 prim do końca 3 prim. Wyróżniono na nim cztery kodony, kolejno od końca 5′: AUG (kodon start), GAU, UCG, UAA (kodon stop). Kodony te kodują trzy aminokwasy, oznaczone jako kółka z wpisanymi skrótami, kolejno od N‑końca do C‑końca: metioninę (Met), kwas asparaginowy (Asp) i serotoninę (Ser). Przy kółku oznaczającym metioninę znajduje się powiększenie, przedstawiające strukturę przestrzenną tego aminokwasu.

Inny rodzajem obróbki proteolitycznej jest częściowa proteoliza, która polega na usunięciu fragmentu polipeptydu, co ułatwia białku przyjęcie odpowiedniej struktury przestrzennej (konformacji). Modyfikacji takiej podlega m.in. insulina: ze środka polipeptydu usuwanych jest 31 aminokwasów. Częściowa proteoliza jest charakterystyczną modyfikacją dla wielu hormonów i proteaz. 

R1YiDgJ812dO0

Schemat przedstawiający przemianę proinsuliny w insulinę. Proinsulina złożona jest z trzech łańcuchów, kolejno: łańcucha B (zielony), łańcucha C (niebieski) i łańcucha A (żółty). Łańcuch B i łańcuch A są ze sobą połączone mostkami disiarczkowymi. Z proinsuliny zostaje wycięty łańcuch C, wskutek czego powstaje insulina, złożona z dwóch łańcuchów: B i A połączonych ze sobą mostkami disiarczkowymi.

Dodawanie grup chemicznych

Spośród modyfikacji polegających na dodawaniu grup chemicznych najczęściej spotyka się przyłączanie grupy fosforanowej (fosforylacjafosforylacjafosforylacja), grupy tiolowej (tiolacjatiolacjatiolacja) oraz reszty cukrowej (glikozylacjaglikozylacjaglikozylacja).  

Fosforylacja i tiolacja warunkują odpowiednią strukturę przestrzenną białka, co ma kluczowe znaczenie dla jego aktywności biologicznej. Np. fosforylacja i tiolacja białek enzymatycznych mogą powodować odsłonięcie lub zamaskowanie ich centrum aktywnego. Z kolei glikozylacja umożliwia specyficzne oznakowanie białek, co ułatwia ich segregację i prawidłową lokalizację w komórce.

Podsumowanie

1. Ekspresja informacji genetycznej – najważniejsze informacje

• Ekspresja genów to proces odczytywania informacji zapisanej w DNA i wytwarzania na jej podstawie białek (łańcuchów polipeptydowych).

• Obejmuje dwa główne etapy: transkrypcję (synteza RNA) i translację (synteza białka).

2. Kod genetyczny

• Jest sposobem zapisu informacji genetycznej i określa kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym (białku).

• Informacja genetyczna zapisana jest w postaci kodonów (trójek nukleotydów w mRNA).

• Cechy kodu: trójkowy, jednoznaczny, zdegenerowany, bezprzecinkowy, uniwersalny, kolineralny.

3. Transkrypcja

• Jest pierwszym etapem ekspresji informacji genetycznej.

• Zachodzi w jądrze komórkowym (u eukariontów) lub cytoplazmie (u prokariontów) i obejmuje etapy: inicjacji, elongacji, terminacji.

• Produktem transkrypcji u prokariontów jest policistronowy mRNA.

• U eukariontów: geny są nieciągłe (eksony + introny), rezultatem transkrypcji jest pierwotny transkrypt, czyli pre‑mRNA, który podlega modyfikacjom potranskrypcyjnym (dojrzewaniu). Obejmują one: ochronę końców pre‑mRNA przez dodanie czapeczki oraz ogona poli(A) oraz składanie mRNA (splicing).

4. Odwrotna transkrypcja

• Występuje u retrowirusów (np. HIV), przeprowadza ją enzym od odwrotna transkryptaza; polega na przepisaniu RNA wirusa na jednoniciowy DNA, który wbudowuje się do genomu gospodarza.

5. Translacja

• Jest drugim etapem ekspresji informacji genetycznej, podczas którego na podstawie kodu genetycznego syntetyzowane są białka (łańcuchy polinukleotydowe).

• Zachodzi na rybosomach w cytoplazmie lub na siateczce śródplazmatycznej szorstkiej (u eukariontów) i obejmuje etapy: inicjację, elongację (tworzenia wiązań peptydowych) oraz terminację.

• Aminokwasy do rybosomu transportuje tRNA, który zawiera ramię akceptorowe (wiąże aminokwas) oraz pętlę antykodonową (rozpoznaje kodon mRNA).

• Proces wiązania aminokwasu do tRNA nazywa się aminola

• Etapy translacji: inicjacja (rozpoznanie kodonu AUG - START na mRNA), elongacja (tworzenie wiązań peptydowych), terminacja (rozpoznanie kodonu STOP na mRNA – UAA, UAG, UGA).

7. Modyfikacje potranslacyjne białek

• Białka wytworzone na rybosomach wymagają modyfikacji, aby mogły pełnić swoje funkcje. Do najważniejszych należą: obróbka proteolityczna oraz dodawanie grup chemicznych, które prowadzą do uzyskania przez białko odpowiedniej struktury przestrzennej warunkującej jego funkcje.

• Obróbka proteolityczna – usuwanie pojedynczych aminokwasów lub dłuższych fragmentów z łańcucha polipeptydowego (np. metioniny z N‑końca, częściowa proteoliza w insulinie).

• Dodawanie grup chemicznych – fosforylacja (reszta fosforanowa), tiolacja (grupa tiolowa), glikozylacja (reszta cukrowa).

Ćwiczenia utrwalające

Ćwiczenie 5

R1Rqr5Y2JbvMp

Ilustracja

RzbuNpw61zRDr

Powyższy rysunek przedstawia translację, a strzałka – kierunek przemieszczania się rybosomu. Połącz oznaczenia cyfrowe z odpowiednimi określeniami. 1 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 2 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 3 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 4 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 5 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe

Powyższy rysunek przedstawia translację, a strzałka – kierunek przemieszczania się rybosomu. Połącz oznaczenia cyfrowe z odpowiednimi określeniami. 1 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 2 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 3 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 4 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe 5 Możliwe odpowiedzi: 1. Rybosom, 2. Aminokwas, 3. Antykodon, 4. Kodon, 5. Wiązanie peptydowe

R1FiniPLXFHSl

Za pomocą liter A i B oznaczono na rysunku końce translatowanej cząsteczki mRNA. Połącz oznaczenie literowe z odpowiednim końcem. A Możliwe odpowiedzi: 1. 3’, 2. 5’ B Możliwe odpowiedzi: 1. 3’, 2. 5’

Za pomocą liter A i B oznaczono na rysunku końce translatowanej cząsteczki mRNA. Połącz oznaczenie literowe z odpowiednim końcem. A Możliwe odpowiedzi: 1. 3’, 2. 5’ B Możliwe odpowiedzi: 1. 3’, 2. 5’

Ćwiczenie 5

R13dF2xb0YXPM

Zaznacz, czego dotyczy definicja. To trzy kolejne nukleotydy w sekwencji tRNA odpowiedzialne za rozpoznanie komplementarnej (zgodnie z komplementarnością zasad azotowych) sekwencji znajdującej się w kodonie w mRNA. Możliwe odpowiedzi: 1. antykodon