6.sinteza proteinelor la eucariote

CURS GENETICA UMANACURS GENETICA UMANASINTEZA SI REGLAREA SINTEZEI SINTEZA SI REGLAREA SINTEZEI

DE PROTEINEDE PROTEINE

SINTEZA SI REGLAREA SINTEZEI DE PROTEINESINTEZA SI REGLAREA SINTEZEI DE PROTEINE

•• SintezaSinteza de de proteineproteine specificespecifice esteesteactivitateaactivitatea fundamentalafundamentala a a fiecareifiecarei celuleceluledin organism;din organism;

•• AceastaAceasta sintezasinteza esteeste reglatareglata de de fluxulfluxulinformatieiinformatiei geneticegenetice sisi esteeste inscrisainscrisa in in structurastructura aciziloracizilor nucleicinucleici celularicelulari ADN ADN sisiARN.ARN.

FluxulFluxul informatieiinformatiei geneticegenetice

•• BiologiaBiologia molecularamoleculara a a permispermis cunoastereacunoasterea mecanismelormecanismelor

geneticegenetice care care staustau la la bazabaza aparitieiaparitiei sisi detectariidetectariicaracterelorcaracterelor cu cu exprimareexprimare fenotipicafenotipica..

•• FiecareFiecare caractercaracter morfologicmorfologic sausau molecular molecular caracteristiccaracteristicindividuluiindividului reprezintareprezinta ““ultimulultimul lantlant”” din din seriaseria de de etapeetape

biochimicebiochimice controlatecontrolate genetic.genetic.

•• IntreIntre informatiainformatia geneticagenetica sisi forma forma finalafinala a a caracteruluicaracteruluisuntsunt interpuseinterpuse o o serieserie de de etapeetape obligatorii(Ruffieobligatorii(Ruffie).).

The central dogma of The central dogma of molecular biologymolecular biology

•• Describes the twoDescribes the two--step process, step process, transcription transcription and and translationtranslation, by , by which the information which the information in genes flows into in genes flows into proteins: DNA proteins: DNA ›› RNA RNA ›› protein. protein.

FluxulFluxul informatieiinformatiei geneticegenetice -- EtapeEtape

•• Prima Prima etapaetapa esteeste reprezentatareprezentata de de transferultransferul informatieiinformatieigeneticegenetice din ADNdin ADN--ulul cromozomialcromozomial in in citoplasmacitoplasma celuleicelulei. . AcestAcest transfer transfer esteeste realizatrealizat prinprin sintezasinteza moleculelormoleculelor de de ARN ARN mesagermesager care, conform care, conform principiuluiprincipiuluicomplementaritatiicomplementaritatii bazelorbazelor azotateazotate, , respectarespecta rigurosrigurosstructurastructura primaraprimara a ADNa ADN--uluiului;;

•• A A douadoua etapaetapa incepeincepe cu cu formareaformarea niseinisei polizompolizom undeundese se asambleazaasambleaza specific specific aminoaciziiaminoacizii in in lanturilelanturilepolipeptidicepolipeptidice. . AiciAici conlucreazaconlucreaza diferentiatdiferentiat celecele treitrei tipuritipuride ARN de ARN celular(mesagercelular(mesager, , ribozomalribozomal sisi de transport) la de transport) la edificareaedificarea uneiunei proteineproteine ale ale careicarei structurastructura sisi functiefunctiesuntsunt specificespecifice fiecaruifiecarui individindivid sisi fiecareifiecarei speciispecii;;

FluxulFluxul informatieiinformatiei geneticegenetice -- EtapeEtape

•• A A treiatreia etapaetapa esteeste esentialaesentiala sisi esteeste reprezentatareprezentata de de

materializareamaterializarea informatieiinformatiei geneticegenetice sub forma de sub forma de molecule molecule proteiceproteice, , enzimaticeenzimatice, , imunologiceimunologice;;

•• A A patrapatra etapaetapa esteeste legatalegata de de finalizareafinalizarea caracterelorcaractereloranatomoanatomo--structuralestructurale. . RealizateRealizate ontogenetic, ontogenetic,

controlatecontrolate genetic genetic sisi influentateinfluentate de de factoriifactorii de de mediumediu, , caracterelecaracterele morfologicemorfologice suntsunt particulareparticulare fiecaruifiecarui individindivid sisifiecareifiecarei speciispecii..

FluxulFluxul informatieiinformatiei geneticegenetice ––TeoriaTeoria semanticasemantica

BiopolimeriiBiopolimerii celularicelulari pot pot fifi clasificaticlasificati dupadupa gradulgradul semnificatieisemnificatiei geneticegeneticesisi participareaparticiparea la la edificareaedificarea caracterului(Zuckernandlcaracterului(Zuckernandl sisi PaulingPauling).).

•• ADNADN--ulul cromozomialcromozomial are are dreptdrept caracteristicacaracteristica dispunereadispunerea liniaraliniara a a informatieiinformatiei geneticegenetice, , fiindfiind numitnumit semantidasemantida primaraprimara deoarecedeoarecedetinedetine informatiainformatia primaraprimara a a genelorgenelor;;

•• ARNARN--ulul celularcelular are are rolulrolul de de mesagermesager intreintre nucleunucleu sisi citoplasmacitoplasma. . DeoareceDeoarece copiazacopiaza informatiainformatia geneticagenetica din ADN, din ADN, folositafolosita apoiapoi in in citoplasmacitoplasma pentrupentru ordonareaordonarea aminoaciziloraminoacizilor din din structurastructurapolipeptiduluipolipeptidului, ARN, ARN--ulul esteeste denumitdenumit semantidasemantida secundarasecundara;;

•• ProteineleProteinele, , formateformate din din lanturilanturi polipeptidicepolipeptidice suntsunt considerate considerate semantidesemantide tertiaretertiare;;

•• GlucideleGlucidele sisi lipidelelipidele se se sintetizeazasintetizeaza sub sub controlulcontrolul unorunor enzimeenzimespecificespecifice sisi suntsunt numitenumite molecule molecule episemanticeepisemantice deoarecedeoarece eleele ca ca produsprodus final final nunu exprimaexprima in in totalitatetotalitate informatiainformatia obtinutaobtinuta din din primeleprimeletreitrei tipuritipuri de de semantidesemantide..

CODUL GENETICCODUL GENETIC

•• IntelegereaIntelegerea fluxuluifluxului de de informatieinformatie geneticagenetica cerecere sisicunoastereacunoasterea moduluimodului particular in care particular in care suntsunt codificatecodificatemesajelemesajele in in structurastructura ADNADN--uluiului cromozomialcromozomial;;

•• InformatiaInformatia geneticagenetica esteeste inregistratainregistrata in in moleculelemoleculeleaciziloracizilor nucleicinucleici sub forma sub forma unuiunui cod geneticcod genetic ––determinatdeterminat de de ordineaordinea bazelorbazelor azotateazotate in in structurastructuraprimaraprimara a ADNa ADN--uluiului. . OrdonareaOrdonarea intracatenaraintracatenara a a bazelorbazelorazotateazotate definestedefineste mesajulmesajul genetic;genetic;

•• InformatiaInformatia geneticagenetica esteeste informatiainformatia data de data de secventasecventade nucleotide din de nucleotide din structurastructura moleculeimoleculei de ADN de ADN sausau ARN, ARN, care care ordoneazaordoneaza sausau codificacodifica secventasecventa de de aminoaciziaminoacizi din din structurastructura uneiunei proteineproteine. . InformatiaInformatia geneticagenetica esteesteconservataconservata sisi multiplicatamultiplicata prinprin duplicareaduplicareasemiconservativasemiconservativa a a moleculeimoleculei de ADN;de ADN;

CODUL GENETIC CODUL GENETIC -- GENERALITATIGENERALITATI

•• OriceOrice informatieinformatie geneticagenetica esteeste reprezentatareprezentata conventional conventional prinprin semnesemne –– simbolurisimboluri;;

•• TotalitateaTotalitatea semnelorsemnelor conventionaleconventionale care care servescservesc la la obtinereaobtinerea unuiunui mesajmesaj genetic genetic reprezintareprezinta alfabetulalfabetulgenetic;genetic;

•• SimbolurileSimbolurile se se asociazaasociaza intreintre eleele in in cuvintecuvinte de cod de cod pentrupentru a a puteaputea exprimaexprima mesajulmesajul; ;

•• SuccesiuneaSuccesiunea cuvintelorcuvintelor de cod de cod ordoneazaordoneaza frazefraze logicelogicecu determinism biologic;cu determinism biologic;

•• PrinPrin asociereaasocierea frazelorfrazelor logicelogice obtinemobtinem mesajulmesajul pentrupentrudefinireadefinirea unuiunui caractercaracter exprimatexprimat fenotipicfenotipic;;

•• CifrulCifrul prinprin care se care se exprimaexprima logic logic informatiainformatiageneticagenetica reprezintareprezinta codulcodul genetic;genetic;

CODUL GENETIC CODUL GENETIC –– GENERALITATIGENERALITATI4 4 simboluri(Asimboluri(A, G, C, T/U) = 20 , G, C, T/U) = 20 aminoaciziaminoacizi??

•• Watson Crick a Watson Crick a introdusintrodus in 1961 in 1961 notiuneanotiunea de de codoncodon –– unitateaunitatea de de functiefunctie a a coduluicodului genetic, format genetic, format dintrdintr--oo succesiunesuccesiune de de bazebaze azotateazotate, , necesarenecesare pentrupentrucodificareacodificarea unuiunui aminoacidaminoacid din din structurastructura proteinelorproteinelor;;

•• Initial sInitial s--a a crezutcrezut ca ca unitateaunitatea de de functiefunctie esteeste reprezentatareprezentata de un de un singursingur

nucleotidnucleotid, , adicaadica codonulcodonul univocunivoc. . DacaDaca codonulcodonul arar specificaspecifica strict un strict un aminoacidaminoacid, , numarulnumarul codonilorcodonilor obtinutiobtinuti arar fifi de 4 x 1 = 4, de 4 x 1 = 4, decideci arar fifi specificatispecificati

numainumai 4 4 aminoaciziaminoacizi, , iariar restulrestul de 16 de 16 arar ramaneramane nespecificatinespecificati;;

•• AcelasiAcelasi rationamentrationament poatepoate fifi aplicataplicat sisi in in cazulcazul codonuluicodonului biunivocbiunivoc 4 x 4 = 4 x 4 = 16 16 codonicodoni, , respectivrespectiv 16 16 aminoaciziaminoacizi, , admitandadmitand faptulfaptul ca ca ordineaordinea bazelorbazelormodificamodifica tipultipul de de aminoacidaminoacid;;

•• Nierenberg Nierenberg sisi Matthaei(1961) au Matthaei(1961) au demonstratdemonstrat ca, dimensional, ca, dimensional, codonulcodonul esteestetriunivoctriunivoc, , iariar fiecarefiecare aminoacidaminoacid esteeste codificatcodificat de o de o tripletatripleta, , succesiuneasuccesiunea

a a treitrei nucleotide nucleotide adiacenteadiacente;;

•• PrinPrin aceastaaceasta asociereasociere numarulnumarul combinatiilorcombinatiilor posibileposibile esteeste de 4 x 4 x 4 = 64, de 4 x 4 x 4 = 64, care care acoperaacopera sisi depasestedepaseste numarulnumarul aminoaciziloraminoacizilor din din structurastructura proteinelorproteinelor..

CARACTERISTICILE CODULUI GENETIC CARACTERISTICILE CODULUI GENETIC

•• UnitateaUnitatea de de functiefunctie a a coduluicodului genetic genetic esteestecodonulcodonul. El . El esteeste format din format din secventasecventa liniaraliniara a a treitreinucleotide;nucleotide;

•• CodulCodul genetic genetic esteeste degeneratdegenerat. . NumarulNumarul combinatiilorcombinatiilorposibileposibile esteeste 44³³ = 64 = 64 codonicodoni. Fata de . Fata de numarulnumarulaminoaciziloraminoacizilor avemavem un surplus de 44 de un surplus de 44 de codonicodoni. . DintreDintreacesteaceste tripletetriplete, , multemulte participaparticipa la la codificareacodificarea aceluiasiaceluiasiaminoacidaminoacid. De . De exempluexemplu, , leucinaleucina esteeste codificatacodificata de 6 de 6 codonicodoni diferitidiferiti: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA : UUA, UUG, CUU, CUC, CUA sisi CUG, CUG, iariarargininaarginina de 6 de 6 codonicodoni: CGU, CGC, CGA, CGG, AGA : CGU, CGC, CGA, CGG, AGA sisi AGG. AGG. ExistaExista codonicodoni sinonimisinonimi iariar codulcodul genetic genetic esteestedegeneratdegenerat, , adicaadica un un aminoacidaminoacid esteeste specificatspecificat de de maimaimulti multi codonicodoni. . AcestAcest aspect se aspect se numestenumeste redundantaredundantainformationalainformationala;;

CARACTERISTICILE CODULUI GENETICCARACTERISTICILE CODULUI GENETIC

•• CodulCodul genetic genetic inscrisinscris in in moleculamolecula ADNADN--uluiului esteesterecunoscutrecunoscut in in structurastructura ARNARN--uluiului mesagermesager prinprincom plem entaritateacom plem entaritatea bazelorbazelor: C : C »» G, G G, G »» C, T C, T »» A, A, A A »» UU..

•• CodulCodul genetic genetic nunu esteeste am biguuam biguu. Un . Un codoncodon datdatrecunoasterecunoaste un un singursingur tip de tip de aminoacidaminoacid..

•• CodificareaCodificarea esteeste inepuizabilainepuizabila. De . De exempluexemplu, , secventasecventade 10 de 10 dezoxiribonucleotidedezoxiribonucleotide realizeazarealizeaza 1 1 milionmilion de de combinatiicombinatii sausau frazefraze diferitediferite, , iariar dintrdintr--oo secventasecventa de 15 de 15 dezoxiribonucleotidedezoxiribonucleotide pot pot rezultarezulta catevacateva sutesute de de milioanemilioanede de combinatiicombinatii diferitediferite..

•• M esajeleM esajele au au punctuatiepunctuatie. . SemneleSemnele de de punctuatiepunctuatie suntsuntreprezentatereprezentate de un de un codoncodon startstart sausau initiator AUG, care initiator AUG, care specificaspecifica metioninametionina sisi 3 3 codonicodoni denumitidenumiti nonnon--senssens(UAA(UAA, , UAG, UGA) care UAG, UGA) care semnificasemnifica oprireaoprirea sintezeisintezei proteiceproteice..

CARACTERISTICILE CODULUI GENETICCARACTERISTICILE CODULUI GENETIC•• IntreIntre codo nicodo ni nunu existaexista sem nesem ne de de separareseparare sausau

virgule.virgule. CitireaCitirea mesajuluimesajului se face in se face in flux flux continuucontinuupanapana la la codonulcodonul terminator. terminator. IntreIntre codonicodoni nunu ramanramandezoxidezoxi--ribonucleotideribonucleotide izolateizolate, , neintegrateneintegrate in in componentacomponentaunuiunui triplet functional.triplet functional.

•• CodulCodul genetic genetic nunu acceptaaccepta suprapuneresuprapunere. . FiecareFiecarecodoncodon posedaposeda bazelebazele propriiproprii, care , care nunu participaparticipa in in acelasiacelasitimptimp la la structurareastructurarea altuialtui codoncodon..

•• CodulCodul genetic genetic esteeste universal.universal. El El esteeste acelasiacelasi pentrupentrutoatetoate speciilespeciile cunoscutecunoscute din din regnulregnul vegetal vegetal sisi animal. animal. DatoritaDatorita universalitatiiuniversalitatii coduluicodului genetic sgenetic s--a a reusitreusitbiosintezabiosinteza hemoglobineihemoglobinei folosindufolosindu--se se ribozomiribozomi sisi ARNARN--m m din din reticulocitereticulocite de de iepureiepure, in , in prezentaprezenta ARNARN--t t provenitprovenit de de la la E.colliE.colli. . CeeaCeea cece diferadifera esteeste succesiuneasuccesiunea sisi frecventafrecventadistributieidistributiei codonilorcodonilor la la fiecarefiecare specie. specie.

CARACTERISTICILE CODULUI GENETICCARACTERISTICILE CODULUI GENETIC

•• CodulCodul genetic se genetic se m odificam odifica prinprin m utatiem utatie. . PrincipalelePrincipalele

tipuritipuri de de mutatiimutatii, , limitatelimitate la un la un singursingur cistroncistron constauconstaudin: din: substitutiasubstitutia, , insertiainsertia sausau eliminareaeliminarea uneiunei bazebazedin din structurastructura ADNADN--uluiului. . ModificandModificand secventasecventanucleotidelornucleotidelor se se amplificaamplifica informatiainformatia geneticagenetica. . Wright(1966): Wright(1966): dacadaca genagena are 1000 nucleotide, are 1000 nucleotide, posibilitatileposibilitatile de de modificaremodificare suntsunt de 4de 4¹ººº¹ººº nucleotide.nucleotide.

CODUL GENETICCODUL GENETIC

•• StructuraStructura coduluicodului geneticgenetic

SINTEZA DE PROTEINE SI POLIPEPTIDESINTEZA DE PROTEINE SI POLIPEPTIDE

•• StructuraStructura primaraprimara a a fiecareifiecarei proteineproteine esteeste inscrisainscrisacodificatcodificat in in structurastructura moleculeimoleculei de ADN sub forma de de ADN sub forma de gene;gene;

•• O O genagena esteeste un segment de ADN care un segment de ADN care codificacodifica un un produsprodusfunctional(ARNfunctional(ARN--mm, ARN, ARN--t, ARNt, ARN--r);r);

•• MajoritateaMajoritatea genelorgenelor codificacodifica sintezasinteza proteicaproteica, , deoarecedeoarecemareamarea majoritatemajoritate a a genelorgenelor suntsunt transcrisetranscrise in ARNin ARN--m m iariarARNARN--m m esteeste apoiapoi translattranslat in in proteineproteine sausau polipeptidepolipeptide;;

•• PolipeptidelePolipeptidele micimici, , codificatecodificate de de douadoua sausau maimai multemultegene gene trebuietrebuie sasa fie unite fie unite pentrupentru a produce o a produce o proteinaproteinafunctionalafunctionala..

SINTEZA DE PROTEINE SI POLIPEPTIDESINTEZA DE PROTEINE SI POLIPEPTIDE

poatepoate fifi impartitaimpartita in 2 in 2 etapeetape

•• TranscriptiaTranscriptia informatieiinformatiei geneticegenetice de la ADN de la ADN catrecatremoleculelemoleculele de ARN;de ARN;

•• TranslatiaTranslatia/ / TraductiaTraductia informatieiinformatiei geneticegenetice intrintr--un un lantlant polipeptidicpolipeptidic..

TRANSCRIPTIA INFORMATIEI GENETICETRANSCRIPTIA INFORMATIEI GENETICE

•• ADNADN--ulul, , datoritadatorita arhitecturiiarhitecturii sale in sale in structurastructuracromozomilorcromozomilor, , maseimasei molecularemoleculare foartefoarte marimari sisi legariilegarii cu cu proteineleproteinele histonicehistonice la la nivelulnivelul nucleozomilornucleozomilor, , nunu poatepoateparasiparasi nucleulnucleul celulelorcelulelor eucarioteeucariote;;

•• Din Din cantitateacantitatea foartefoarte mare de mare de informatieinformatie geneticageneticadetinutadetinuta de ADN, de ADN, numainumai o mica o mica parteparte esteeste necesaranecesarapentrupentru controlulcontrolul functiilorfunctiilor celularecelulare;;

•• De De aceeaaceea, , mesajulmesajul genetic se genetic se transcrietranscrie pepe secventesecventescurtescurte de ADN, de ADN, danddand nasterenastere ARNARN--m, m, capabilcapabil sasaparaseascaparaseasca nucleulnucleul sisi sasa transportetransporte informatiainformatia in in citoplasmacitoplasma celuleicelulei, , undeunde are loc are loc asamblareaasamblarea aminoaciziloraminoacizilorin in lanturilanturi polipeptidicepolipeptidice..


PrinPrin asamblareaasamblarea ribonucleotidelorribonucleotidelor in in structurastructura ARNARN--m, m, respectandurespectandu--se se principiulprincipiul complementaritatiicomplementaritatii bazelorbazelor se se

reproduce reproduce fidelfidel, in , in negativnegativ, , informatiainformatia geneticagenetica din din segmentulsegmentul cistronuluicistronului de ADN.de ADN.

TranscriptiaTranscriptia ARNARN--m are loc in 3 m are loc in 3 etapeetape::

•• InitiereaInitierea;;

•• ElongatiaElongatia;;

•• TerminareaTerminarea..


FAZA DE INITIEREFAZA DE INITIERE•• IncepeIncepe cu o cu o secventasecventa particularaparticulara de ADN de ADN denumitadenumita situssitus promotorpromotor, ,

undeunde se se ataseazaataseaza enzimaenzima ARNARN--polimerazapolimeraza--ADNADN--dependentadependenta, care , care initiazainitiaza transcriptiatranscriptia;;

•• ARNARN--polimerazapolimeraza sintetizeazasintetizeaza acid nucleic in acid nucleic in directiadirectia 55’’ la 3la 3’’, , iariarcitireacitirea matriteimatritei de ADN se face in de ADN se face in directiadirectia 33’’ la 5la 5’’;;

•• La La acestacest nivelnivel se se gasestegaseste sisi o o subunitatesubunitate proteicaproteica denumitadenumita factor factor sigma, care are sigma, care are rolulrolul de a de a mentinementine conformatiaconformatia de de dubludublu helix helix necesaranecesara recunoasteriirecunoasterii situsuluisitusului promotorpromotor;;

•• In In momentulmomentul in care in care complexulcomplexul ARNARN--polimerazapolimeraza/factor sigma /factor sigma recunoasterecunoaste corectcorect promotorulpromotorul, , factorulfactorul sigma se sigma se disociazadisociaza de ARN de ARN polimerazapolimeraza sisi enzimaenzima incepeincepe sasa despiralizezedespiralizeze helixulhelixul de ADN, de ADN, formandformand o o regiuneregiune de de dezoxiribonucleotidedezoxiribonucleotide neamperecheateneamperecheate, care , care servesteserveste dreptdrept matritamatrita pentrupentru sintezasinteza ARNARN--uluiului..

InitiationInitiation

InitiationInitiation

•• RNA polymerase from RNA polymerase from E.coliE.coli is composed of is composed of 6 polypeptide subunits6 polypeptide subunits::•• two alpha subunits;two alpha subunits;•• one beta;one beta;•• one beta prime;one beta prime;•• one omega;one omega;•• sigma subunitsigma subunit..•• Five of these Five of these subunits(alphasubunits(alpha 2, beta, beta prime, omega) are tightly 2, beta, beta prime, omega) are tightly

bound together and constitute bound together and constitute core enzymecore enzyme..

•• RNA polymerase RNA polymerase holoenzymeholoenzyme(sigma(sigma subunit plus core enzyme), subunit plus core enzyme), recognize the beginning of a gene, the starting region that is crecognize the beginning of a gene, the starting region that is called the alled the promoter;promoter;

•• The information coded in the DNA promoter enables the enzyme toThe information coded in the DNA promoter enables the enzyme torecognize therecognize the exact point where transcription begin;exact point where transcription begin;

THE PROMOTERTHE PROMOTER

•• A characteristic region of the A characteristic region of the promoter that occur at promoter that occur at approximately position approximately position --35 is 35 is the the recognition regionrecognition region to to which the polymerase first which the polymerase first binds(binds(TTGACATTGACA). This sequence ). This sequence refer to the top strand that does refer to the top strand that does not undergo transcription. The not undergo transcription. The polymerase leaves the polymerase leaves the --35 35 sequence and then proceeds to sequence and then proceeds to move downstream to another move downstream to another region conserved. This is the region conserved. This is the second consensus second consensus sequence(sequence(TATAATTATAAT) and is ) and is found at position found at position --10. It is 10. It is known as known as PRIBNOW PRIBNOW BOX(PB).BOX(PB).

THE PROMOTERTHE PROMOTER•• The distance between PB and the The distance between PB and the --35 sequence is about 1635 sequence is about 16--18 18

bases;bases;

•• The PB is the region where polymerase binds firmly and this is The PB is the region where polymerase binds firmly and this is belivebelive to be the location where the helix DNA opens to be the location where the helix DNA opens up(unwindsup(unwinds) to ) to allow base pair recognition to the DNA template for the RNA allow base pair recognition to the DNA template for the RNA formation;formation;

•• The open region extends from PB to a few positions past positionThe open region extends from PB to a few positions past position+1(the starting point of transcription);+1(the starting point of transcription);

•• The first nucleotide of the transcript RNA is typically a The first nucleotide of the transcript RNA is typically a purine(Apurine(A or or G) at the 5G) at the 5’’ end;end;

•• This means that a This means that a pyrimidine(Tpyrimidine(T or C) marks the position on the or C) marks the position on the antisenseantisense strand which undergoes transcription and is toward the 3strand which undergoes transcription and is toward the 3’’end of the strand. end of the strand.


FAZA DE INITIEREFAZA DE INITIERE

•• DespiralizareaDespiralizarea helixuluihelixului de ADN de de ADN de catrecatre ARNARN--polimerazapolimeraza


FAZA DE ELONGATIEFAZA DE ELONGATIE

•• OdataOdata cu cu incepereainceperea transcriptieitranscriptiei, , ribonucleotideleribonucleotidele cece

contincontin 3 3 gruparigrupari fosfatfosfat de de hidrogenhidrogen se se leagaleaga pepe bazabazacomplementaritatiicomplementaritatii bazelorbazelor, , imperechinduimperechindu--se cu se cu dezoxiribonucleotideledezoxiribonucleotidele expuseexpuse de de pepe catena catena despiralizatadespiralizatacare care vava fifi transcrisatranscrisa;;

•• RibonucleotideleRibonucleotidele se se leagaleaga apoiapoi covalent covalent intreintre eleele prinprinlegaturilegaturi fosfodiestericefosfodiesterice, , energiaenergia fiindfiind furnizatafurnizata prinprinclivareaclivarea celorcelor douadoua gruparigrupari fosfatfosfat din ATP;din ATP;

•• ARNARN--m m polimerizeazapolimerizeaza la o rata de la o rata de ccacca 30 nucleotide/sec.30 nucleotide/sec.


FAZA DE TERMINAREFAZA DE TERMINARE

•• CandCand elongatiaelongatia atingeatinge aproxaprox. 10 nucleotide, . 10 nucleotide, factorulfactorul

sigma se sigma se disociazadisociaza, , deoarecedeoarece intalnesteintalneste un un codoncodon stop, stop, iariar lantullantul completcomplet de ARNde ARN--m m parasesteparaseste genagena;;

•• TerminareaTerminarea transcriptieitranscriptiei are loc are loc numainumai in in prezentaprezenta unuiunuifactor factor roro(Robert(Robert, 1970);, 1970);

•• OdataOdata cece ARNARN--polimerazapolimeraza se se deplaseazadeplaseaza de la de la nivelulnivelul

regiuniiregiunii promotorpromotor, se , se poatepoate atasaatasa o o nouanoua moleculamolecula de de ARNARN--polimerazapolimeraza la la promotorpromotor, care , care poatepoate initiainitia o o nouanouaetapaetapa a a transcriptieitranscriptiei; ;

•• O O genagena poatepoate fifi transcrisatranscrisa de de maimai multemulte oriori..

TerminationTermination•• Signals to stop transcription are in the DNA in the form of Signals to stop transcription are in the DNA in the form of

sequences called sequences called TERMINATOR SEQUENCESTERMINATOR SEQUENCES. A few . A few features of these sequences are:features of these sequences are:

•• The The presence of inverted repeatspresence of inverted repeats. Reading them in the . Reading them in the same direction 5same direction 5’’ to 3to 3’’ on either of two DNA strands yields on either of two DNA strands yields the same sequence of nucleotides. On either of the two the same sequence of nucleotides. On either of the two strands the inverted repeats provides a region where strands the inverted repeats provides a region where base base pairing can take place between segments of the pairing can take place between segments of the same strand, if the two strands are separated;same strand, if the two strands are separated;

•• As a result of this, a loopAs a result of this, a loop-- a hairpin configuration (or a hairpin configuration (or palindromepalindrome) forms;) forms;

•• An inverted repeat of terminator typically is associated An inverted repeat of terminator typically is associated with a region rich in GC;with a region rich in GC;

TERMINATOR SEQUENCETERMINATOR SEQUENCE


ELONGATIA SI TERMINAREAELONGATIA SI TERMINAREA

•• ElongatiaElongatia ARNmARNm complementarcomplementar geneigenei

TRANSCRIPTION IN EUKARYOTESTRANSCRIPTION IN EUKARYOTES

Different features from prokaryotesDifferent features from prokaryotes::

•• Eukaryotes have three different RNA Eukaryotes have three different RNA polymerases, whereas prokaryotes have polymerases, whereas prokaryotes have only one RNA polymerase;only one RNA polymerase;

•• mRNA from eukaryotes undergoes mRNA from eukaryotes undergoes chemical modification before it is used to chemical modification before it is used to make proteins.make proteins.


•• In eukaryotic cells are found three different RNA In eukaryotic cells are found three different RNA polymerases and each is responsible for the polymerases and each is responsible for the synthesis of a different class of RNA molecules.synthesis of a different class of RNA molecules.

•• RNA polymerase IRNA polymerase I is confined to the nucleolus is confined to the nucleolus -- synthesis of small and large subunit ribosomal synthesis of small and large subunit ribosomal RNA(RNA(rRNArRNA););

•• RNA polymerase IIRNA polymerase II synthesizes synthesizes mRNAmRNA from from all the various kinds of structural genes coded all the various kinds of structural genes coded for polypeptides and for some of for polypeptides and for some of snRNAssnRNAs..

•• RNA polymerase IIIRNA polymerase III synthesizes synthesizes tRNAtRNA, other , other small nuclear RNAsmall nuclear RNA and and 5s ribosomal RNA5s ribosomal RNA..


•• The first three polymerases are unable by The first three polymerases are unable by themselves to recognize and bind to specific themselves to recognize and bind to specific base sequences in promoters. The initiation of base sequences in promoters. The initiation of transcription depends entirely on certain transcription depends entirely on certain proteins known as proteins known as TRANSCRIPTION TRANSCRIPTION FACTORSFACTORS. TF are elements that recognize . TF are elements that recognize specific sequence in promoters and initiate specific sequence in promoters and initiate transcription;transcription;

•• Almost all promoters that interact with RNA Almost all promoters that interact with RNA polymerase II contain a conserved sequence polymerase II contain a conserved sequence known as known as HOGNESS HOGNESS box(orbox(or TATA box).TATA box).


•• All of them are made of multiple subunits and are called All of them are made of multiple subunits and are called holoenzymesholoenzymes;;

•• The most active RNAThe most active RNA--synthesizing ability is associated synthesizing ability is associated with with RNA polymerase IRNA polymerase I. Its product . Its product -- ribosomal RNA is ribosomal RNA is a major component of the a major component of the ribosome(aribosome(a large large ribonucleoproteinribonucleoprotein particle). Polymerase I accounts for particle). Polymerase I accounts for most of the RNA synthesized in the cell;most of the RNA synthesized in the cell;

•• RNA polymerase II is responsible for the synthesis of the RNA polymerase II is responsible for the synthesis of the precursor of mRNA precursor of mRNA –– heterogenousheterogenous nuclear RNA( or prenuclear RNA( or pre--mRNA) which is usually much larger than mRNA. PremRNA) which is usually much larger than mRNA. Pre--mRNA is the primary transcript and before it can be used mRNA is the primary transcript and before it can be used by the cell, it must first be by the cell, it must first be enzymaticallyenzymatically processed into processed into mRNA.mRNA.

TRANSCRIPTION IN EUKARYOTES TRANSCRIPTION IN EUKARYOTES

HOGNESS HOGNESS box(TATAbox(TATA box)box)

•• It is located about 25 It is located about 25 bpbp upstream(upstream(--25) from +1(the 25) from +1(the start site of transcription) and have the consensus start site of transcription) and have the consensus sequence 5sequence 5’’--TATAAATATAAA--33’’;;

•• Tends to be surrounding by GC sequences;Tends to be surrounding by GC sequences;

•• Four different transcription factors binds in the vicinity Four different transcription factors binds in the vicinity of the TATA box;of the TATA box;

•• One of these, One of these, transcription factor IID(TF IIDtranscription factor IID(TF IID) ) known also as known also as TATA proteinTATA protein recognizes the TATA recognizes the TATA sequence and must bind to the DNA before any other sequence and must bind to the DNA before any other molecules do;molecules do;

•• Once TF IID attaches it is followed by Once TF IID attaches it is followed by TF ATF A, , TF BTF B, the , the polymerase and by the polymerase and by the TF IIETF IIE;;


•• TATA sequenceTATA sequence determines the exact site for the start determines the exact site for the start of transcription but it does not do this alone. Two other of transcription but it does not do this alone. Two other sequences upstream of the start point also affect gene sequences upstream of the start point also affect gene expression and these are CAAT box an GC box.expression and these are CAAT box an GC box.

•• The The CAAT boxCAAT box has the consensus sequence upstream has the consensus sequence upstream GGCCAATCT and is often located at position GGCCAATCT and is often located at position --80 80 upstream of +1.upstream of +1.

•• Mutations in the CAAT region greatly reduce the level Mutations in the CAAT region greatly reduce the level of transcription from the promoter. Mutations in the of transcription from the promoter. Mutations in the TATA region partially reduce the transcriptional activity TATA region partially reduce the transcriptional activity but the initiation site is altered.but the initiation site is altered.


•• The The GC boxGC box include two boxes, each of each include two boxes, each of each contains the consensus sequence GGGCGG;contains the consensus sequence GGGCGG;

•• One such box is usually found upstream and one One such box is usually found upstream and one downstream from CAAT box, while TATA and GC downstream from CAAT box, while TATA and GC boxes interact with a few defined transcription boxes interact with a few defined transcription factors, CAAT box are recognized by a diversity factors, CAAT box are recognized by a diversity of protein molecules, some of which facilitate of protein molecules, some of which facilitate transcription.transcription.

•• Enhancer sequences are binding sites for a wide Enhancer sequences are binding sites for a wide variety of TF. An enhancer can increase the rate variety of TF. An enhancer can increase the rate of transcription.of transcription.

TRANSCRIPTIA INFORMATIEI GENETICETRANSCRIPTIA INFORMATIEI GENETICEPROCESAREA/MATURATIA ARN MESAGERPROCESAREA/MATURATIA ARN MESAGER

•• TranscriptiaTranscriptia esteeste multmult maimai complexacomplexa in in celulelecelulele eucarioteeucariotedecatdecat in in celulelecelulele procarioteprocariote;;

•• ARNARN--m m nunu esteeste functional functional imediatimediat dupadupa constituireconstituire, el , el are are nevoienevoie de o de o etapaetapa de de maturatiematuratie, care , care lipsestelipseste la la procarioteprocariote;;

•• ExplicatiaExplicatia esteeste data de data de prezentaprezenta in in genelegenele eucarioteeucariote a a

uneiunei marimari cantitaticantitati de de introniintroni, , secventesecvente noncodantenoncodantepentrupentru proteinaproteina finalafinala, , dispersatedispersate printreprintre regiunileregiunilecodantecodante sausau exoniexoni;;

•• ARNARN--polimerazapolimeraza copiazacopiaza atatatat exoniiexonii cat cat sisi introniiintronii pentrupentru

a forma un a forma un ARNARN--m precursorm precursor sausau ARNARN--premesagerpremesager..


PROCESAREA/MATURATIA ARN MESAGERPROCESAREA/MATURATIA ARN MESAGER•• PrecocePrecoce in in transcriptietranscriptie esteeste

adaugatadaugat un un nucleotidnucleotidneobisnuitneobisnuit 77--metilguanilat la metilguanilat la capatulcapatul 55’’ al ARNal ARN--pm, pm, numitnumitcapcap;;

•• AcestaAcesta are are rolulrolul de de atasareatasare a a ribozomilorribozomilor pentrupentrutranslatietranslatie;;

•• In In momentulmomentul in care in care transcriptiatranscriptia esteeste aproapeaproapecompletacompleta, la , la capatulcapatul 33’’ esteesteatasataatasata o o serieserie de 100de 100--250 250 nucleotide cu nucleotide cu adeninaadenina, , numitanumita coadacoada polipoli--AA;;

•• RolulRolul sausau esteeste de a de a transportatransportaARNARN--m in m in afaraafara nucleuluinucleului sisi de de aa--l l stabilizastabiliza impotrivaimpotrivadegradariidegradarii in in citoplasmacitoplasma;;

•• DupaDupa transcriptiatranscriptia ARNARN--pm, pm, regiunileregiunile nonnon--codantecodante suntsuntexcizateexcizate iariar regiunileregiunile codantecodantesuntsunt unite unite prinprin complexecomplexe de de ribonucleoproteineribonucleoproteine numitenumitespliceozomispliceozomi pentrupentru a forma a forma ARNARN--m m maturmatur, care , care trecetreceapoiapoi in in citoplasmacitoplasma pentrupentru a a fifitranslattranslat in in proteineproteine..

TRANSCRIPTIA INFORMATIEI GENETICETRANSCRIPTIA INFORMATIEI GENETICEPROCESAREA/MATURATIA ARN MESAGERPROCESAREA/MATURATIA ARN MESAGER


SEMNIFICATIESEMNIFICATIE

•• ARNARN--m, m, desidesi se se gasestegaseste in in proportieproportie de de 11--2%2% din din totalultotalulARNARN--uluiului celularcelular, , transcrietranscrie aproximativaproximativ 98%98% din din totalultotalulinformatieiinformatiei geneticegenetice existenteexistente in ADNin ADN--ulul cromozomialcromozomial. O . O moleculamolecula de ARNde ARN--m m transcrietranscrie informatiainformatia care care asiguraasigurasintezasinteza unuiunui polipeptidpolipeptid celular.Teoreticcelular.Teoretic existaexista atateaatateatipuritipuri de ARNde ARN--m m caticati cistronicistroni functionalifunctionali suntsunt in in genotipgenotip;;

•• ARNARN--t t sisi ARNARN--r, r, desidesi reprezintareprezinta 15%15% sisi 80%80% din din totalultotalulARNARN--uluiului celularcelular, , utilizeazautilizeaza ca ca matricematrice numainumai 2%2% din din totalultotalul informatieiinformatiei geneticegenetice existentaexistenta in ANDin AND--ululcromozomialcromozomial. . AcesteAceste tipuritipuri de ARN, in de ARN, in cantitaticantitati marimari sisiputinputin diversificatediversificate au au rolrol in in translatiatranslatia mesajuluimesajului genetic, genetic, adouaadoua etapaetapa in in sintezasinteza proteinelorproteinelor celularecelulare. .

TRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICETRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICE

ElementeleElementele implicate in implicate in realizarearealizareatranslatieitranslatiei suntsunt::

ARNARN--rr

ARNARN--tt

AminoaciziAminoacizi

EnzimeEnzime

DonatoriiDonatorii de de energieenergie

ElementeleElementele implicate in implicate in realizarearealizarea translatieitranslatiei::ARNARN--t, t, aminoaciziaminoacizi

•• In In timpultimpul translatieitranslatiei ARNARN--t t specificispecifici fixeazafixeazaaminoaciziiaminoacizii specificispecifici, ii , ii transferatransfera pepe ribozomiribozomi sisi ii ii inserainsera intrintr--oo pozitiepozitie specificaspecifica , in , in functiefunctie de de mesajulmesajuldin ARNdin ARN--m;m;

•• CuplareaCuplarea sisi transportultransportul specific se specific se facfac in in prezentaprezentaATPATP--uluiului sisi a a aminoacilaminoacil--ARNARN--tt--sintetazasintetaza specificaspecifica;;

•• ActivareaActivarea aminoaciduluiaminoacidului sisi transportultransportul sausau specific specific se se desfasoaradesfasoara in in douadoua etapeetape::

ElementeleElementele implicate in implicate in realizarearealizarea translatieitranslatiei::EtapeleEtapele activariiactivarii aminoaciduluiaminoacidului

-- prima prima etapaetapa corespundecorespunde activariiactivarii aminoaciduluiaminoacidului::RR--CHCH--COOH + COOH + EnzimaEnzima + ATP = R+ ATP = R--CHCH--COCO--OO--AMPAMP--E E

+ PP+ PPNH2 NH2 NH2NH2

aminoacidaminoacid aminoacidaminoacidactivatactivat

-- in in etapaetapa a a douadoua are loc are loc cuplareacuplarea aminoaciduluiaminoaciduluiactivatactivat cu ARNcu ARN--t:t:

RR--CHCH--COCO--OO--AMPAMP--E + ARNE + ARN--t = Rt = R--CHCH--COCO--OO--ARNARN--t + t + AMP + EAMP + E

NH2 NH2 aminoacilaminoacil--ARNARN--tt

ElementeleElementele implicate in implicate in realizarearealizarea translatieitranslatiei::ARNARN--tt

•• AcestAcest procesproces esteeste efectuatefectuat

de de catrecatre portiuneaportiuneaanticodonanticodon a a moleculelormoleculelor de de ARNARN--t t complementarecomplementare cu cu

secventasecventa de de codonicodoni de de pepeARNARN--m; m;

•• ARNARN--t t esteeste o o moleculamoleculatridimensionalatridimensionala cu forma de cu forma de frunzafrunza de de trifoitrifoi inversatainversata, , cu cu lungimelungime de de aproxaprox. 70 . 70 nucleotide;nucleotide;

ElementeleElementele implicate in implicate in realizarearealizarea translatieitranslatiei::ARNARN--tt

•• La La capatulcapatul 33’’ se se poatepoateatasaatasa un un aminoacidaminoacidspecific;specific;

•• La La capatulcapatul opus se opus se gasestegaseste buclabuclaanticodonanticodon, care , care continecontineo o serieserie de de treitrei bazebazecomplementarecomplementare cu cu codonulcodonul de de pepe ARNARN--m, m, numitnumit capatulcapatul de de citirecitire;;

•• UnaUna dintredintre buclelebuclelelateralelaterale fixeazafixeaza enzimaenzima de de activareactivare, , iariar cealaltacealalta se se ataseazaataseaza la la subunitateasubunitatearibozomalaribozomala de 50S.de 50S.

ElementeleElementele implicate in implicate in realizarearealizarea translatieitranslatiei::ARNARN--r, r, ribozomiribozomi

•• RibozomiiRibozomii, , descrisidescrisi de de E. E. PalladePallade in 1953, au un in 1953, au un diametrudiametru de 150de 150--200 200 ÅÅ, , fiindfiind formatiformati din din douadoua subunitatisubunitati inegaleinegale, , cuplatecuplate intreintre eleeleprinprin legaturilegaturi stabilizatestabilizate de de ioniiionii de Mgde Mg²²+;+;

•• SuntSunt formatiformati din din douadoua subunitatisubunitati, , diferitediferite prinprin constantaconstanta de de sedimentaresedimentare: : mareamarea subunitatesubunitate are 50S are 50S iariar mica mica subunitatesubunitate are are constantaconstanta 30S;30S;

•• FiecareFiecare subunitatesubunitate esteeste constituitaconstituita din din complexecomplexe de proteine(40%) de proteine(40%) sisi ARNARN--r(60%);r(60%);

•• O O moleculamolecula de ARNde ARN--m m poatepoate fifi explorataexplorata de de maimai multi multi ribozomiribozomi, , formandformand poliribozomulpoliribozomul sausau polizomulpolizomul;;

•• FixareaFixarea ARNARN--m de m de ribozomiribozomi se face la se face la lala subunitateasubunitatea de 30S.de 30S.

TRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICETRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICEFAZA DE INITIEREFAZA DE INITIERE

•• PentruPentru a a initiainitia translatiatranslatia o o unitateunitate ribozomalaribozomala de 30 S se de 30 S se leagaleaga la o la o secventasecventa scurtascurta de de ARNmARNm numitanumita situsulsitusul de de legaturalegatura ribozomalribozomal;;

•• SecventaSecventa incepeincepe intotdeaunaintotdeauna cu cu semnalulsemnalul AUG, AUG, denumitdenumit codoncodoninitiatorinitiator;;

•• AnticodonulAnticodonul complementarcomplementar de de pepeARNARN--t t vava fifi UAC UAC sisi transportatransportaspecific specific numainumai metioninametionina;;

•• AceastaAceasta cuplarecuplare se se realizeazarealizeaza in in prezentaprezenta a a doidoi factorifactori de de initiereinitiere de de naturanatura proteica(Fcproteica(Fc sisiFbFb););

TRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICETRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICEFAZA DE INITIEREFAZA DE INITIERE

•• SubunitateaSubunitatea ribozomalaribozomala de 50S se de 50S se ataseazaataseaza apoiapoi la la complexulcomplexul de de initiereinitiere, , iariar factoriifactorii de de initiereinitiere se se desprinddesprind sisi se se formeazaformeaza ribozomulribozomulde 70S;de 70S;

•• Se Se formeazaformeaza astfelastfel capulcapul de de citirecitire, , favorizatfavorizat de un alt factor de de un alt factor de initiereinitiereFaFa, in , in prezentaprezenta uneiunei molecule de molecule de GTP;GTP;

•• SubunitateaSubunitatea mare are mare are douadoua situsurisitusurialaturatealaturate: : situsulsitusul aminoacilaminoacil--AA sisisitusulsitusul peptidilpeptidil--PP;;

•• SitusulSitusul P P esteeste primulprimul ocupatocupat de de ARNARN--t adaptor.t adaptor.

TRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICETRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICEFAZA DE ELONGATIEFAZA DE ELONGATIE

•• SosesteSoseste al al doileadoilea ARNARN--t t adaptor, care adaptor, care transportatransporta un un aminoacidaminoacid care care carecare se se fixeazafixeazade de ribozomribozom in in situsulsitusul A;A;

•• In In prezentaprezenta peptidilpeptidil--transferazeitransferazei din din ribozomribozom se se stabilestestabileste o o legaturalegatura peptidicapeptidicaintreintre ceicei doidoi aminoaciziaminoacizi;;

•• DupaDupa legarealegarea aminoaciziloraminoacizilor, , ARNARN--t initiator t initiator parasesteparasestesitusulsitusul P P ribozomalribozomal prinprin situsulsitusulde de iesireiesire E;E;

•• RibozomulRibozomul avanseazaavanseaza treitrei bazebazepepe secventasecventa ARNARN--m;m;


FAZA DE ELONGATIEFAZA DE ELONGATIE

•• PrinPrin avansareavansare , al , al doileadoilea ARNARN--t t trecetrece pepe situsulsitusul P;P;

•• SitusulSitusul A A esteeste eliberateliberat prinprinavansareavansare, , cuprinzandcuprinzand codonulcodonulurmatorurmator din din secventasecventa ARNARN--m;m;

•• SosesteSoseste al al treileatreilea ARNARN--t t adaptor, care adaptor, care ocupaocupa situsulsitusul A;A;

•• Se Se formeazaformeaza o o nouanoua legaturalegaturapeptidicapeptidica intreintre aminoaciziiaminoacizii 2 2 sisi3, 3, dupadupa care ARNcare ARN--t t parasesteparasesteribozomulribozomul;;

•• LantulLantul polipeptidicpolipeptidic in in cresterecresterestrabatestrabate un un tuneltunel in in interiorulinteriorulsubunitatiisubunitatii 50S;50S;

TRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICETRANSLATIA/TRADUCTIA INFORMATIEI GENETICEFAZA DE TERMINAREFAZA DE TERMINARE

•• AcestAcest procesproces continua de continua de nenumaratenenumarate oriori in in directiadirectia 33’’--55’’panapana candcand ribozomulribozomul atingeatinge un un codoncodon stop(UAAstop(UAA, UAG, UGA);, UAG, UGA);

•• FactoriiFactorii eliberatorieliberatori elibereazaelibereazalantullantul polipeptidicpolipeptidic de de pepe ARNARN--t, t, iariar celecele douadoua subunitatisubunitatiribozomaleribozomale vorvor fifi reciclatereciclate;;

•• In In timpultimpul fazeifazei de de elongatieelongatieproteinaproteina iaia o forma o forma functionalafunctionalatridimensionalatridimensionala;;


•• AcestAcest mecanismmecanism asiguraasigura adaugareaadaugarea ordonataordonata sisi repetatarepetataa a aminoaciziloraminoacizilor panapana la la formareaformarea lantuluilantului polipeptidicpolipeptidic;;

•• LegareaLegarea aminoaciziloraminoacizilor nunu se face la se face la intamplareintamplare, , ciciconform conform ordonariiordonarii codonilorcodonilor din din structurastructura ARNARN--m, care m, care asiguraasigura astfelastfel specificitateaspecificitatea structuralastructurala sisi functionalafunctionala a a polipeptiduluipolipeptidului;;

•• SintezaSinteza unuiunui polipeptidpolipeptid in in celulacelula se se desfasoaradesfasoara foartefoarterapid; de rapid; de exempluexemplu, , pentrupentru constituireaconstituirea lantuluilantuluipolipeptidicpolipeptidic al al hemoglobineihemoglobinei cu 150 de cu 150 de aminoaciziaminoacizi esteestenecesarnecesar un un timptimp de de aproxaprox. 9 minute.. 9 minute.

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICE

•• GeneleGenele implicate in implicate in sintezasinteza proteinelorproteinelor suntsunt numitenumite gene gene

structuralestructurale;;

•• IntrIntr--oo celulacelula nunu toatetoate genelegenele functioneazafunctioneaza in in acelasiacelasi timptimp;;

•• ActivitateaActivitatea acestoraacestora esteeste reglatareglata in in functiefunctie de de necesitatilenecesitatileceluleicelulei, care , care nunu sintetizeazasintetizeaza sisi nicinici nunu metabolizeazametabolizeaza maimaimultmult material material decatdecat esteeste nevoienevoie;;

•• MecanismeleMecanismele de de reglarereglare au au fostfost descrisedescrise pentrupentru procarioteprocariote sisi

eucarioteeucariote;;

•• EnzimeleEnzimele care care intervinintervin in in reglareareglarea sintezeisintezei proteiceproteice pot pot fificontrolatecontrolate prinprin 2 2 mecanismemecanisme::

1. 1. ControlulControlul genetic al genetic al sintezeisintezei enzimeienzimei;;

2. 2. ControlulControlul activitatiiactivitatii enzimatice(inhibitieenzimatice(inhibitie de feedde feed--

back)back)

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICEA). CONTROL GENETICA). CONTROL GENETIC

•• ControlulControlul genetic al genetic al sintezeisintezei enzimaticeenzimatice se se referareferala la controlulcontrolul transcriptieitranscriptiei ARNARN--m m necesarnecesar pentrupentrusintezasinteza uneiunei enzimeenzime;;

•• AcestAcest control se control se realizeazarealizeaza prinprin intermediulintermediul proteinelorproteinelorreglatoarereglatoare care se pot care se pot atasaatasa la ADN la ADN sisi pot pot blocabloca sausau

amplificaamplifica functiafunctia ARNARN--polimerazeipolimerazei;;

•• ProteineleProteinele reglatoarereglatoare pot pot functionafunctiona ca:ca:

--RepresoriRepresori(control(control genetic genetic negativnegativ))

-- Corepresori(operonulCorepresori(operonul trptrp););

-- Inductori(operonulInductori(operonul laclac););

--ActivatoriActivatori(control(control genetic genetic pozitivpozitiv).).

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICE1). CONTROL GENETIC NEGATIV1). CONTROL GENETIC NEGATIV

•• RepresoriiRepresorii suntsunt proteineproteine reglatoarereglatoare care care blocheazablocheazatranscriptiatranscriptia ARNARN--m;m;

•• RepresoriiRepresorii se se leagaleaga la o la o portiuneportiune de ADN de ADN numitanumita operator care operator care se se gasestegaseste in in avalaval de de promotorpromotor;;

•• LegareaLegarea proteineiproteinei reglatoarereglatoare la operator la operator blocheazablocheaza trecereatrecereaARNARN--polimerazeipolimerazei de operator de operator sisi transcriereatranscrierea secventeisecventei de gene de gene structuralestructurale ale ale enzimeienzimei –– control genetic control genetic negativnegativ;;

•• RepresoriiRepresorii suntsunt proteineproteine alostericealosterice care au un care au un situssitus de de legarelegarepentrupentru o o moleculamolecula specificaspecifica numitanumita::

-- corepresorcorepresor-- care care modificamodifica forma forma proteineiproteinei represorrepresor astfelastfelincatincat ea ea sasa se se poatapoata cuplacupla cu cu operatoruloperatorul sisi sasa blochezeblochezetranscriptiatranscriptia;;

-- inductorinductor-- altereazaaltereaza forma forma proteineiproteinei reglatoarereglatoare, , blochezablochezacuplareacuplarea cu cu operatoruloperatorul sisi permitepermite transcriptiatranscriptia..

E. Coli E. Coli -- 4403 genes 4403 genes

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESORCOREPRESOR

CorepresorCorepresor -- modificamodifica forma forma proteineiproteineirepresorrepresor astfelastfel incatincat ea ea sasa se se poatapoata cuplacuplacu cu operatoruloperatorul sisi sasa blochezeblocheze transcriptiatranscriptia

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESORREGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESOROperonulOperonul represibilrepresibil in in absentaabsenta corepresoruluicorepresorului

((operonoperon TrpTrp))

•• PasulPasul 1: Gena 1: Gena reglatoarereglatoare

codifica o codifica o proteinaproteinarepresoarerepresoare inactiva;inactiva;

•• PasulPasul 2: 2: ProteinaProteina represor represor inactivatainactivata nunu se se poatepoate

lega de lega de regiunearegiunea operatoroperator

a a operonuluioperonului;;

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESORREGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESORUn Un operonoperon represibilrepresibil in in absentaabsenta corepresoruluicorepresorului

((operonoperon TrpTrp))

•• PasulPasul 3: 3: deoarecedeoarece proteinaproteinarepresor inactiva represor inactiva nunu este este capabilacapabila sasa se se atasezeataseze de de regiunearegiunea operatoroperator, ARN , ARN polimerazapolimeraza (enzima (enzima responsabilaresponsabilapentrupentru transcriereatranscrierea geneigenei) este ) este capabilacapabila acumacum sasa se se legelege de de regiunearegiunea promotor a promotor a operonuluioperonului;;

•• PasulPasul 4: ARN 4: ARN polimerazapolimeraza este este capabilacapabila acumacum sasa transcrietranscrie cele 5 cele 5 gene ce codifica enzima in gene ce codifica enzima in ARNmARNm;;

•• PasulPasul 5: 5: prinprin transcriereatranscrierea acestoracestorgene gene suntsunt sintetizatesintetizate cele 5 cele 5 enzimeenzime necesarenecesare bacterieibacteriei pentrupentrusintezasinteza aminoaciduluiaminoacidului triptofantriptofan..

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESORREGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESOR

Un Un operonoperon represibilrepresibil in in prezentaprezenta unuiunui

corepresor(operoncorepresor(operon TrpTrp))

•• PasulPasul 1: Gena 1: Gena reglatoarereglatoare codifica codifica o o proteinaproteina represor inactiva;represor inactiva;

•• PasulPasul 2: 2: DacaDaca corepresorulcorepresorultriptofantriptofan este este prezentprezent, el se , el se leagaleagade de proteinaproteina represor inactiva;represor inactiva;

•• PasulPasul 3: 3: LegareaLegarea corepresoruluicorepresoruluiproduce produce activareaactivarea proteineiproteineirepresor inactive;represor inactive;

•• PasulPasul 4: 4: ProteinaProteina represor represor activataactivata se se leagaleaga apoiapoi la la regiunearegiuneaoperatoroperator a a operonuluioperonului;;

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN COREPRESORPRIN COREPRESORUn Un operonoperon represibilrepresibil in in prezentaprezenta unuiunui corepresorcorepresor

((operonuloperonul TrpTrp))

•• PasulPasul 5: 5: OdataOdata cu cu legarealegarea proteineiproteineirepresor active la represor active la regiunearegiuneaoperatoareoperatoare, ARN , ARN polimerazapolimeraza(enzima (enzima responsabilaresponsabila pentrupentrutranscriereatranscrierea genelorgenelor) ) nunu maimai este este capabilacapabila sasa se se legelege la la regiunearegiuneapromotoarepromotoare a a operonuluioperonului;;

•• PasulPasul 6: 6: DacaDaca ARN ARN polimerazapolimeraza nunuse se maimai leagaleaga la la regiunearegiuneapromotoarepromotoare, cele 5 gene , cele 5 gene enzimaticeenzimatice nunu vorvor maimai fifi transcrisetranscrisein in ARNmARNm;;

•• PasulPasul 7: In 7: In lipsalipsa transcriptieitranscriptiei celorcelor5 gene, cele 5 5 gene, cele 5 enzimeenzime necesarenecesarepentrupentru caca bacteria bacteria sasa sintetizezesintetizezeaminoacidulaminoacidul triptofantriptofan nunu maimai suntsuntsintetizatesintetizate..

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTORINDUCTOR

InductorInductor-- altereazaaltereaza forma forma proteineiproteineireglatoarereglatoare, , blochezablocheza cuplareacuplarea cu cu operatoruloperatorul sisi permitepermite transcriptiatranscriptia

The lactose (The lactose (laclac) ) operonoperon

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTORREGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTORUn Un operonoperon inductibilinductibil in in absentaabsenta inductoruluiinductorului

((operonuloperonul lactozalactoza))

•• PasulPasul 1: Gena 1: Gena reglatoarereglatoare

codifica o codifica o proteinaproteinarepresor activa;represor activa;

•• PasulPasul 2: 2: ProteinaProteina represor represor se se leagaleaga apoiapoi la la regiunearegiunea

operatoroperator a a operonuluioperonului;;

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTOR REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTOR Un Un operonoperon inductibilinductibil in in absentaabsenta inductoruluiinductorului

((operonuloperonul Lac)Lac)

•• PasulPasul 3: ARN 3: ARN polimerazapolimeraza nunu se se poatepoate lega de lega de regiunearegiunea promotor a promotor a operonuluioperonului cindcind proteinaproteina represor represor activa este activa este legatalegata de de regiunearegiuneaoperatoroperator;;

•• PasulPasul 4: 4: DacaDaca ARN ARN polimerazapolimeraza nunuse se leagaleaga la la regiunearegiunea promotor promotor genelegenele celorcelor 3 3 enzimeenzime (Z, Y si A) (Z, Y si A) nunu suntsunt transcrisetranscrise in in ARNmARNm;;

•• PasulPasul 5: In 5: In lipsalipsa transcriptieitranscriptiei celorcelor3 gene 3 gene enzimaticeenzimatice, , celecele 3 3 enzimeenzimenecesarenecesare pentrupentru utilizareautilizarea lactozeilactozeide de catrecatre bacteriebacterie nunu suntsuntsintetizatesintetizate..

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTORREGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTORUn Un operonoperon inductibilinductibil in in prezentaprezenta inductoruluiinductorului

((operonuloperonul LacLac))

•• PasulPasul 1: Gena 1: Gena reglatoarereglatoare codifica o codifica o proteinaproteina represor activa;represor activa;

•• PasulPasul 2: 2: LactozaLactoza, , moleculamoleculainductoareinductoare se se leagaleaga de de proteinaproteinarepresor activa;represor activa;

•• PasulPasul 3: 3: LegareaLegarea inductoruluiinductoruluiinactiveazainactiveaza proteinaproteina represor;represor;

•• PasulPasul 4: 4: ProteinaProteina represor inactiva represor inactiva nunu se se maimai poatepoate lega la lega la regiunearegiuneaoperatoareoperatoare a a operonuluioperonului;;

REGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTORREGLAREA SINTEZEI PROTEICE PRIN INDUCTORUn Un operonoperon inductibilinductibil in in prezentaprezenta

inductorului(operonulinductorului(operonul LacLac))

•• PasulPasul 5: 5: DeoareceDeoarece proteinaproteinarepresor inactiva represor inactiva nunu este este capabilacapabilasasa se se legelege la la regiunearegiunea operatoareoperatoare, , ARN ARN polimerazapolimeraza va va fifi dindin nounoucapabilacapabila sasa se se legelege la la regiunearegiuneapromotor a promotor a operonuluioperonului;;

•• PasulPasul 6: ARN 6: ARN polimerazapolimeraza este este acumacum capabilacapabila sasa transcrietranscrie cele 3 cele 3 gene gene enzimaticeenzimatice (Z, Y si A) in (Z, Y si A) in ARNmARNm;;

•• PasulPasul 7: 7: OdataOdata cu cu transcriereatranscriereaacestoracestor gene gene suntsunt sintetizatesintetizate cele 3 cele 3 enzimeenzime necesarenecesare bacterieibacteriei pentrupentru a a utiliza utiliza lactozalactoza. .

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICE2). 2). CONTROL GENETIC POZITIVCONTROL GENETIC POZITIV

•• ActivatoriiActivatorii suntsunt proteineproteine reglatoarereglatoare care care promoveazapromoveaza sausau initiazainitiaza transcriptiatranscriptia;;

•• ActivatoriiActivatorii controleazacontroleaza gene care au un gene care au un promotorpromotor la care la care ARNARN--polimerazapolimeraza nunu se se poatepoate atasaatasa;;

•• ActivatorulActivatorul esteeste o o proteinaproteina allostericaallosterica care se care se poatepoate legalegade de situsulsitusul activator de activator de legaturalegatura;;

•• ARNARN--polimerazapolimeraza nunu se se vava puteaputea legalega de de promotorpromotor sisi nunuvava puteaputea transcrietranscrie genelegenele;;

•• LegareaLegarea uneiunei proteineproteine inductorinductor la activator ii la activator ii vavamodificamodifica forma forma sisi aceastaaceasta se se vava atasaatasa la la situsulsitusul activator activator de de legaturalegatura;;

•• ARNARN--polimerazapolimeraza se se leagaleaga de de promotorpromotor sisi initiazainitiazatranscriptiatranscriptia –– control genetic control genetic pozitivpozitiv..

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICECONTROL GENETIC POZITIVCONTROL GENETIC POZITIV

O O proteinaproteina activatoareactivatoare in in absentaabsenta inductoruluiinductorului

•• Gena Gena reglatoarereglatoare produce o produce o proteinaproteina activatoareactivatoare inactiva;inactiva;

•• ProteinaProteina activatoareactivatoare nunu se se poatepoate lega de lega de situsulsitusul de de legare legare activatoractivator;;

•• ARN ARN polimerazapolimeraza nunu se se poatepoatelega la promotor;lega la promotor;

•• Gena X Gena X nunu se se transcrietranscrie iariarenzima enzima nunu se se sintetizeazasintetizeaza..

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICE

O O proteinaproteina activatoareactivatoare in in prezentaprezenta inductoruluiinductorului ––

pasulpasul 11

•• Gena Gena reglatoarereglatoare produce o produce o proteinaproteina activatoareactivatoare inactiva;inactiva;

•• InductorulInductorul se se leagaleaga la la activatoractivator;;

•• LegareaLegarea inductoruluiinductorului produce produce modificareamodificarea formeiformei activatoruluiactivatorului;;

•• ActivatorulActivatorul se se poatepoate lega la lega la situsulsitusul activatoractivator de reglare.de reglare.

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICEO O proteinaproteina activatoareactivatoare in in prezentaprezenta inductoruluiinductorului ––

paspas 22

•• LegareaLegarea activatoruluiactivatoruluievidentiazaevidentiaza situsulsitusul de legare al de legare al ARN ARN polimerazeipolimerazei la promotor;la promotor;

•• ARN ARN polimerazapolimeraza se se leagaleaga la la promotor si este promotor si este capabilacapabila sasatranscrietranscrie gena X in ARNgena X in ARN--m;m;

•• SintezaSinteza enzimeienzimei..

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICEB). CONTROLUL ACTIVITATII ENZIMATICEB). CONTROLUL ACTIVITATII ENZIMATICE

((InhibitieInhibitie prinprin feedfeed--back)back)

•• InhibitieInhibitie nonnon--competitivacompetitiva;;

•• InhibitieInhibitie competitivacompetitiva..

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICEInhibitiaInhibitia noncompetitivanoncompetitiva prinprin enzimeenzime allostericeallosterice

•• ProdusulProdusul final (final (inhibitorinhibitor) al ) al caiicaii metabolice se combina metabolice se combina cu cu situsulsitusul allostericallosteric al al enzimeienzimei, , aceastaaceasta altereazaaltereazasitusulsitusul activactiv al al enzimeienzimeiastfelastfel incitincit eaea nunu se se maimaipoatepoate lega la lega la substratulsubstratulinitialinitial al al caiicaii;;

•• AceastaAceasta blocheazablocheaza sintezasintezaprodusuluiprodusului final.final.

REGLAREA SINTEZEI PROTEICEREGLAREA SINTEZEI PROTEICEInhibitiaInhibitia competitivacompetitiva a a activitatiiactivitatii enzimaticeenzimatice

•• ProdusulProdusul final (final (inhibitorinhibitor) ) al al caiicaii metabolice se metabolice se leagaleaga la la situsulsitusul activactiv al al

primeiprimei enzimeenzime a a caiicaii;;

•• Ca Ca rezultatrezultat enzimaenzima nunu se se maimai poatepoate legalega la la substratulsubstratul initiator al initiator al caiicaiimetabolicemetabolice..

6.sinteza proteinelor la eucariote

Documents