proteine

5/17/2018 Proteine - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/proteine-55b08841d9584 1/64

Biosinteza și dinamicaintracelulară a proteinelor



Biosinteza proteinelor

Fromarea legăturilor peptidice...

... în procesul de traducere a informației genetice



Codul genetic

• Regula universală de traducere a codonilor (grupuri de trei nucleotide) din ARNm înaminoacizi din lanțul polipeptidic

• Este redundant – codoni diferiți sunt

traduși în același aminoacid• Codoni start (AUG) și stop (UAA, UAG sau

UGA)



ARN de transfer

• Molecule adaptoare între ARNm și aminoacizi• ~80 nucleotide• Structură terțiară cu bucle: T, anticodon și D



ARN de transfer

• Conțin nucleotide neobișnuite, rezultate prinmodificări chimice post-transcriere (pseudouridină –Ψ, dihidrouridină – D, inozină – I, etc.)

• Pot exista mai multe molecule ARNt pentru acelașiaminoacid (48 anticodoni la om pentru 20 aa)



ARN de transfer

• A treia bază azotată a codonului poate recunoaștenucleotide ambigue ale anticodonului (wobble

position) -> codul genetic este degenerat• Anticodoni pentru același aminoacid diferă în poziția

a treia

Codon Anticodon

U A sau G sau I

C G sau I

A U sau I

G C sau U



ARN de transfer

• E sintetizat de ARN polimeraza III• E modificat covalent înainte de a părăsi nucleul:

– moleculele de ARNt precursor sunt scurtate

– uneori există introni care sunt excizați și ARNt e înnădit(splicing )

• Realizarea modificărilor e dependentă deplierea corectă a moleculei de ARNt



Aminoacil-ARNt sintetaze

• Enzime care cuplează moleculele ARNt deaminoacidul corect (“activarea aa”)

• Există 20 de aa-ARNt sintaze, câte una pentru fiecareaminoacid -> recunosc setul de ARNt corespunzător acelui aa



aa-ARNt sintetaze

• Atât aa-ARNt sintetazele, cât și ARNt asigurătraducerea precisă a codului genetic (adaptori)



Aminoacil-ARNt sintetaze

• 2 clase de aa-ARNt sintetaze: – I: atașază restul aminoacil de radicalul hidroxil 2’ din

adenozina – II: atașază restul aminoacil de radicalul hidroxil 3’ din

adenozina

• Există mecanisme care asigură funcționarea corectăa aa-ARNt-sintetazelor:

– hidroliza aa recunoscuți greșit (“editare hidrolitică”) – interacțiunea cu anticodonul și capătul 3’ al ARNt



Biosinteza polipetidelor

• Sinteza unei noi legături peptidice: adăugareacapătului cacrboxi-terminal al lanțului polipeptidic la

un nou aminoacil-ARNt• Energie eliberată prin hidroliza legăturii macroergice

peptid - ARNt



Ribozomii

• Sediul sintezei lanțurilor polipeptidice• Complexe ribonucleoproteice mari

• Formați din două subunități: mare și mică• Număr variabil în funcţie de tipul celular şiactivitatea metabolică celulară (câtevamilioane / celulă)

• Subunitățile ribozomale sunt sintetizate lanivelul nucleolului



Ribozomii

• Aspect ME: granule electronodense de 15-30 nm

• Localizare: – liberi: în citosol, în matricea mitocondrială – ataşaţi membranei reticulului endoplasmic,

anvelopei nucleare



http://www.nobelprize.org



GE Palade – Nobel Prize Lecture, 1974



Biosinteza proteinelor

Molecular Biology of the Cell. 4th edition. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. New York: Garland Science; 2002.



Ribozomii

• Procariote: 70S; 2,7 MDa (subunități 50Sși 30S)

• Eucariote: 80S; 4,3 MDa (subunități 60S și40S)• Mitocondrii: 55S; ~3 MDa (subunități 39S

și 28S)



Structura ribozomilor 80S

Subunitățile 60S (stânga) și 40S (dreapta) aleribozomilor eucariotici cu eIF6, respectiv eIF1 atașate- 2011 https://www.mol.biol.ethz.ch/groups/ban_group/Ribosome

Klinge S, Voigts-Hoffmann F, Leibundgut M, Arpagaus S, Ban N. (2011), Science 334(6058):941Rabl J, Leibundgut M, Ataide SF, Haag A, Ban N. (2010), Science 331(6018):730



Subunitatea mare ribozomală 60S

• Alcătiută din 3 molecule ARN: 28S, 5,8S(provenite dintr-un transcript comun de45S) şi 5S

• Conţine aprox. 50 lanţuri proteice (notate

L1L50), cu greutate moleculară mică



Subunitatea mică ribozomală 40S

• Alcătuită dintr-o moleculă ARN: 18S• Conţine aprox. 33 lanţuri proteice (notate

S1S50), cu greutate moleculară mică



ARN ribozomal

• Genele pentru ARN ribozomal: – ARNr 28S, 5,8S și 18S se formează dintr-un

transcript inițial comun 45S. ADN-ul pentru

ARNr 45S se găsește în 5 regiuni de pecromozomii 13, 14, 15, 21 și 22. Transcris de ARN polimeraza I.

– ARNr 5S: gene în tandem răspândite îngenom (ex. cromozomul 1). Transcris de ARNpolimeraza III.



Ribozomii

Molecular Biology of the Cell. 4th edition. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. New York: Garland Science; 2002.

• Se găsesc cel mai frecvent grupaţi de-alungul unei molecule de ARNm, formândpoliribozomi = polizomi



Molecular Biology of the Cell. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. New York: Garland Science; 1994.

Ribozomii



Situsuri ribozomale

• Situsuri pentru ARNt: – A (aminoacil-ARNt) – P (peptidil-ARNt) – E (exit)

• Situs pentru ARNm



Ribozomii

Etapele sintezei lanțului polipeptidic:

1.Inițierea sintezei2.Alungirea lanțului3.Încheierea sintezei



Iniţierea sintezei lanţului polipeptidic

• Se formează un complex

de preiniţiere din:subunitatea micăribozomală, primulaminoacil-ARNt,

“iniţiator”, (întotdeaunametionin-ARNt) şi factoriieucariotici de iniţiereeIF1 eIF4

• Complexul se ataşeazăpe ARNm




• Complexul de preinițieredetectează primul codonstart AUG

• Se formează complexul

de iniţiere prin legareasubunităţii ribozomale60S şi pierdereafactorilor de iniţiere. Met-

ARNt este situat însitusul P al ribozomului




• Inițierea sintezei lanțului polipeptidic poatecontrola eficiența sintezei proteinelor – suntimportante secvențele din vecinătateacodonului start

• Uneori, sinteza poate începe de la un altcodon start, situat spre capătul 3’ (IRES –Internal Ribosome Entry Sites)



Alungirea lanțului polipeptidic

1:•E - gol

•P – polipeptidil-ARNt•A – primește un nou aa- ARNt conform codonuluiurmător




2:•polipeptidul este adăugataa din situl A și subunitatea

mare se mișcă =>•E – ARNt fără aa/pp•P – noul polipeptid

•A - gol




3:•subunitatea mică se mișcă=>

•E – gol•P – noul polipeptid•A – gol, în dreptul

următorului codon de pe ARNm




•ciclul se reia cu legareaurmătorului aa-ARNt însitul A




•Factori de elongare cu activitate deGTP-aze sporesc rata sintezei și asigurădirecționalitate:

– EF-1 (legat de aa-ARNt ce ocupă situl A) – EF-G (ocupă situl A după mișcarea subunității

mari)



Terminarea sintezei lanțului polipeptidic

• În situsul A ajunge uncodon stop al ARNm

• Acesta dictează fixeareaunui factor de eliberare(Realease Factor – RF),de natură proteică



Terminarea sintezei lanțului polipeptidic

• Ca urmare, polipeptidulse desprinde de ARNtdin situl P

• Factori de reciclareribozomală contribuie ladezasamblareasubunităților ribozomaleși detașarea lor de

ARNm



Ribozomii



Ribozomii

• Eficiența sintezei proteice e mare: 2aminoacizi / sec. pentru fiecare ribozom ->o proteina e sintetizată în câteva minute

• Mai mulți ribozomi traduc simultan aceeașimoleculă de ARNm

• Rata de eroare la incorporarea de aa înpolipeptid e mică: 1 la 10.000 aa

• Consumul de energie e mare: cel puțin 4legături macroergice / aa incorporat



Ribozomii

• Mecanisme de control al calității sintezeiproteice (structura primară) – Activitate proofreading a aa-ARNt sintetazelor – Activitate de corectare a erorilor de

recunoaștere a aa-ARNt de către ribozom – Asigurarea calității moleculei de ARNmtraduse: recunoașterea existenței modificărilor 5’ (cap) și 3’ (coadă poli-A)



Sinteza proteinelor

• În timpul traducerii, lanțul polipeptidic treceprintr-un canal hidrofil (de aprox. 10 nm ×1.5 nm) din structura subunității ribozomalemari

• Proteinele nu sunt pliate în acest tunel, cidupă ieșirea din subunitatea ribozomală

• Plierea proteinelor poate începe chiar

înainte de sfârșitul sintezei lor



Sinteza proteinelor

• Unele anibiotice interferă cu sintezaproteinelor în ribozomii 70S:

Tetraciclina Inhibă legarea aa-ARNt în situsul A

Streptomicina Inhibă trecerea de la inițiere la elongare

Cloramfenicolul Inhibă activitatea de peptidil transferază

Eritromicina Blochează reacția de translocare a subunității mici

Puromicina Analog aa-ARNt, duce la clivarea prematură a

polipeptidului în curs de formare



Maturarea proteinelor

• Polipeptidele nou-

formate nu sunt încăfuncționale

• Sunt necesare:

– adoptarea unei structurisecundare corecte – modificări covalente

post-traducere(glicozilare, fosforilare,etc)

– asamblarea subunităților ăroteinelor complexe



Plierea proteinelor

• Primul pas pentru obținerea unei

conformații spațiale funcționale• Secvența aminoacizilor e importantă:

– aa polari (+, -, fără sarcină netă) / nonpolari

– dictează structura secundară ( helix, pliuri) – dictează și viteza cu care structura secundarăe formată



Plierea proteinelor

• Domeniile proteinelor se formează imediatdupă ieșirea din canalul subunitățiiribozomale mari (modificare co-traducere)



Plierea proteinelor

• Stare intermediară: “globul topit” (molten

globule)



Plierea proteinelor

Șaperone(chaperones):

clasă de proteinece contribuie laplierea corectă aaltor proteine



Șaperone

•Șase familii dintre care două importante:hsp60 și hsp70 (Heat-shock proteins)•Diferite în citosol față de matricea

mitocondrială•În lumenul RER: BIP (Binding

Immunoglobulin Protein) din familia hsp70•hsp70 ajută plierea inițială, co-traducere

•hsp60 acționează mai târziu



Șaperone

hsp70

•3 domenii: ATP-ază, domeniu de legare asubstratului (aa hidrofobi sau neutri), șidomeniu c-terminal cu rol de reglare ainteracțiunii cu substratul



Șaperone

hsp60 (șaperonine)•oligomer, două subunit.heptamerice•hsp60 (mitocondrii), TCP-1

(citosol)



Plierea proteinelor

• Plierea corectă a proteinelor este esențială

pentru funcția acestora• Proteinele pliate incorect pot agrega și se

acumulează în celulă• Patologii date de pliere incorectă: boala

Creutzfeldt-Jacob, boala Alzheimer



Plierea proteinelor

• Semnalul de pliere incorectă: proteineleexpun resturi hidrofobe pe suprafață• Proteinele pliate incorect sunt degrdate

prin proteoliză• Aprox. 30% din proteinele nou formate,

greșit pliate, sunt degrdate• Proteazomii: proteaze complexe ce distrug

proteinele în citosol



Proteazomii

• Distrug proteine citosolice și proteine dinlumenul RE care au fost retrotranslocate

• Structură cilindrică (20S) cu “capac” (19S)



Proteazomii

• Activitate ATP-azică• realizează proteoliza întregului lanț polipeptidic• “capacul” recunoaște proteinele marcate cu

ubiquitină• marcarea cu ubiquitină reprezintă semnalul

distrugerii unei proteine



Ubiquitina

• Proteină mică, 8,5 kDa• Capăt globular hidrofob, coadă C-terminalăcu care se leagă de resturile lizină dinstructura polipeptidelor

Ubi i i



Ubiquitina

• Se atașază covalent de alte proteine sub

acțiunea unui complex proteic numit“ubquitin-ligază”• E1: enzima de activare a ubiquitinei

• E2: enzime de conjugare a ubiquitinei• Complexul E2-E3: ubquitin-ligază

Ubi iti



Ubiquitina

• 30 tipuri E2• sute de tipuri E3• Complexul E2-E3 recunoaște diferite

semne de degradare a proteinelor:

– denaturare – împachetare greșită – aa anormali (aa oxidați, etc)

• Discerne proteinele greșit pliate de celeincomplet pliate (proteine imature)

Ubi iti



Ubiquitina

• Activarea ubiquitin ligazei se poate faceprin: – fosforilare – legarea unui ligand

– formarea unui complex proteic• Marcarea cu ubiquitină se realizează și

pentru proteinele normale, dar cu duratăscurtă de viață; poate fi un răspuns la

decșanșarea unei căi de semnalizareintracelulare.

D ti ții l t i l



Destinații ale proteinelor

CITOSOL

NUCLEU

RETICULENDOPLASMIC

MITOCONDRII,PEROXIZOMI

GOLGI,LIZOZOMI,SECREȚIE

S ț l



Secvențe semnal

I t l î RE



Importul în RE

Plierea proteinelor în RE

proteine

Documents