TRANSLACJA

(Wykład nr.11)

Kolejnym etapem, po replikacji i transkrypcji, na drodze do syntezy specyficznych białek, jest proces translacji. Zachodzi on w cytoplazmie, a nie w jądrze komórkowym. Jeśli za miarę komplikacji przyjmiemy liczbę zaangażowanych makrocząsteczek, to proces ten jest jeszcze bardziej skomplikowany, niż replikacja i transkrypcja. Do translacji potrzebne są setki różnych makrocząsteczek.

GŁÓWNE KATEGORIE MAKROCZĄSTECZEK ZAANGAŻOWANYCH W TRANSLACJĘ:

• cząsteczka informacyjnego RNA (mRNA) która niesie informację o sekwencji aminokwasowej

• cząsteczki tRNA tyle ile kodonów, tyle musi być specyficznych cząsteczek tRNA (kilkadziesiąt)

• enzymy aktywujące aminokwasy - syntetazy aminoacylo-tRNA, które sprzęgają specyficzne aminokwasy ze specyficznymi rodzajami tRNA, bo to właściwie cząsteczki tRNA rozpoznają kodony na nici mRNA. Enzymy te są bardzo ważne, ponieważ ich specyficzność warunkuje wierność translacji, gdyby nie były wysoce to podczas translacji byłoby wiele błędów.

• rybosomy - składają się z kilkudziesięciu rozmaitych białek, a do tego dochodzą strukturalne, rybosomowe mRNA (u prokariontów 3 rodzaje, u eukariontów 4)

• rozpuszczalne białka zwane:

• IF - czynnik inicjujący

• EF - czynnik elongacyjny

• RF - czynnik uwalniający (terminujący, zakańczający)

Czynniki te u prokariontów nieco się różnią . Oznacza się je odpowiednim numerem np. IF-2. Jeśli chodzi o czynniki eukariotyczne to dodaje się z przodu „e” np. eIF-2

Łańcuch polipeptydowy powstaje stopniowo przez kolejne dołączanie reszt aminokwasowych, począwszy od N-końca. Do pierwszego aminokwasu (do grupy karboksylowej) dołączany jest przez grupę aminową (z wytworzeniem wiązania peptydowego) kolejny aminokwas. Najpierw powstaje N-koniec cząsteczki białkowej, później następuje wydłużenie, C-koniec powstaje na samym końcu.

Aktywną formą aminokwasów są połączenia aminokwasów z tRNA (aminoacylo-tRNA). W związkach tych aminokwasy poprzez grupy karboksylowe wiążą się z 3'końcową rybozą w cząsteczce tRNA tworząc wiązanie estrowe między grupą OH w pozycji 3 rybozy, a grupą karboksylową aminokwasu. Cząsteczki te powstają w wyniku działania syntetaz aminoacylo-tRNA - enzymów rozpuszczalnych występujących w cytoplazmie, bardzo specyficznych. Ich specyficzność warunkuje wierność procesów translacyjnych.

W procesie syntezy łańcuch polipeptydowego można wyróżnić trzy fazy:

1. Inicjację zapoczątkowanie syntezy łańcucha polipeptydowego

2. Elongację wydłużanie

3. Terminację zakończenie polegające na uwolnieniu gotowego łańcucha i rybosomów

Sczytywanie nici mRNA idzie od końca 5' do 3'

SYNTETAZY AMINOACYLO-tRNA - AKTYWACJA AMINOKWASÓW

1)Struktura tRNA:

• Cząsteczki tRNA to struktury zbudowane, w zależności od rodzaju, z od ~70 do ~90 nukleotydów

• Występuje od około dziesięciu do kilkunastu reszt zmodyfikowanych nukleotydów. Modyfikacje są bardzo różne, mogą polegać np. na etylowaniu. To wszystko dzieje się w procesie potranskrypcyjnym

• W procesie transkrypcji z reguły mamy doczynienia z sytuacją, że powstają [………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….] np. u E.coli przeciętna długość cząsteczki pre-tRNA to 130 nukleotydów, a gotowe cząsteczki tRNA - 85 nukleotydów

• Obróbka polega na usunięciu kawałka sekwencji na końcu 5', tak że na końcu 5' cząsteczki finalnej pojawia się ufosforylowana reszta guanozyny (pojedyncza reszta kwasu ortofosforowego kończy łańcuch na końcu 5'). Wycinany jest dodatkowo kawałek ze środka takiej cząsteczki, w wyniku czego powstaje dojrzałe tRNA, krótsze o kilkadziesiąt nukleotydów.

[rys. cząsteczka pro-tRNA] [rys. dojrzały tRNA]

• Na końcu 3' mamy układ nukleotydów: 2 reszty cytozyny i wolną grupę OH rybozy, która jest tym miejscem, gdzie enzymy zwane syntetazami aminoacylo-tRNA przyłączają, wiązaniem estrowym, aminokwas.

2)Wytwarzanie wiązania estrowego

• Wiązanie estrowe pomiędzy grupą OH rybozy na końcu 5' w pozycji 3, a grupą karboksylową określonego aminokwasu

• Na jednej z pętli, które występują w cząsteczce tRNA, znajduje się antykodon

• ANTYKODON - trójka nukleotydowa komplementarna do kodonu występującego na mRNA, ten antykodon rozpoznaje w sposób specyficzny odpowiedni kodon na nici mRNA, w wyniku czego następuje odpowiednie uszeregowanie aminokwasów w momencie ich łączenia z łańcuchem polipeptydowym.

• Rola syntetaz aminoacylo-tRNA jest bardzo istotna - muszą one w sposób bardzo specyficzny odnaleźć odpowiednie cząsteczki tRNA i połączyć z odpowiednimi rodzajami aminokwasów. Mimo, że nie jest to proces ściśle matrycowy to nie ma tu pomyłek.

• Znaczna część cząsteczki tRNA, zwykle więcej niż połowa obszaru, to pseudoniciowe obszary typu: „spinka do włosów”, gdzie występuje zbliżona komplementarność odpowiednich zasad i możliwe jest wytworzenie podwójnych struktur.

struktura „koniczynki” - wygodna do opisu funkcji [………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………]. bo taka struktura wygląda, nie jak koniczynka, ale jak gruba litera [………]

[rys. struktura aminoacylo-tRNA]

3)Syntetazy aminoacylo-tRNA:

katalizują reakcje:

Nie opuszczając enzymu, acylowa grupa aminoacylo-AMP jest przenoszona na koniec 3' cząsteczki tRNA, tworząc aminoacylo-tRNA

Aminoacylo-AMP + tRNA → aminoacylo-tRNA + AMP

Sumarycznie:

aminokwas + ATP + t-RNA → ^{(syntetaza aminoacylo-tRNA)} → aminoacylo-tRNA + AMP + Ppi

• Synteza wiązania estrowego między resztą rybozy, a końcem 3' tRNA odbywa się na koszt ATP, zachodzi dwustopniowo

• W pierwszym etapie reakcji enzymy te katalizują przeniesienie reszty AMP na grupę karboksylową aminokwasu, tak że tworzy się wiązanie między resztą fosforanową AMP, a tym aminokwasem. Drugim produktem jest pirofosforan.

Dzięki tej reakcji możliwe jest napędzanie procesu w prawą stronę, ponieważ reakcja ta sama w sobie jest reakcja łatwo odwracalną. Kosztem rozpadu wiązania bezwodnikowego w ATP następuje synteza wiązania typu mieszany bezwodnik - gr. karboksylowa aminokwasu i reszta kwasu ortofosforowego z cząsteczki AMP. Wiązania te mają podobną wartość energetyczną, dlatego reakcja jest łatwo odwracalna. Ponieważ powstaje pirofosforan jako drugi produkt, to jego rozpad hydrolityczny przy udziale pirofosfatazy prowadzi do tego, że reakcja ta jest rozpędzana w prawą stronę, tak że wystarcza niewielkie stężenie aminokwasów i ATP, żeby reakcja bardzo efektywnie zachodziła w kierunku wytwarzania tych połączeń zwanych aminoacylo-AMP (aminoacyloadenylanem) AMP to reszta kwasu adenylowego.

• W drugim etapie syntetazy aminoacylo-tRNA syntetyzują reakcje, w których reszta aminokwasowi jest przenoszona z aminoacylo-AMP na 3' koniec (grupa OH) tRNA, w wyniku czego powstaje aminoacylo-tRNA i uwalnia się AMP.

AKTYWACJA AMINOKWASU (↑) JEST NIEZBĘDNYM ETAPEM, ABY MÓGŁ ZAJŚĆ PROCES TRANSLACJI. SAMA TRANSLACJA ZACHODZI W RYBOSOMACH.

4)Struktura rybosomu

• Rybosomy eukariontów są trochę większe

• Rybosomy występujące w mitochondriach i chloroplastach mają typ prokariotyczny (70S). Jest to jeden z głównych dowodów potwierdzających endosymbiotyczną teorię powstania tych organelli.

• Zarówno u prokariontów, jak i eukariontów w skład rybosomów wchodzą dwie podjednostki - małą i duża

• Charakterystyki sedymentacji nie są liniowo zależne od masy

• Rybosomy prokariotyczne

• w skład dużej podjednostki wchodzą dwa rodzaje rRNA i 34 białka (u E.coli)

• w małej podjednostce jeden rodzaj rRNA i 21 białek

• Rybosomy eukariotyczne:

• duża podjednostka - trzy rodzaje rRNA

• małą podjednostka - jeden rodzaj rRNA

*ilość białek różni się u różnych organizmów (dane uśrednione)

[rys. model rybosomu]

• W obrębie rybosomu wyróżnia się:

• miejsce peptydowe („p”)

• miejsce aminokwasowi/aminoacylowe („A”)

[rys. ogólny obraz przebiegu translacji]

• nić mRNA jest sczytywana od końca 5' do końca 3'

• najpierw następuje uformowanie się na tej nici struktury rybosomy, zaczyna się synteza łańcucha polipeptydowego - najpierw powstaje N-koniec i jest stopniowo wydłużany. W pewnym momencie dochodzi do terminacji i następuje uwolnienie gotowego łańcucha polipeptydowego oraz rozpad rybosomy na dużą i małą podjednostkę.

• następnie wszystko może zacząć się od nowa

• zwykle jedna nić mRNA może sczytywać na raz wiele rybosomów - stąd mówi się o strukturach polisomowych, które są dobrze widoczne w mikroskopie elektronowym (nić mRNA z nanizanymi rybosomami)

TRANSLACJA

1) Pierwszy etap - inicjacja

• następuje przyłączenie, do mniejszej podjednostki rybosomowej (30S), czynników inicjujących IF1, IF2, IF3 - powstaje kompleks (mała podjednostka + czynniki inicjujące)

• przyłączana są cząsteczki: GTP, mRNA (która posłuży jako matryca) oraz formylometionylo-tRNA

• cząsteczka formylometionylo-tRNA powstaje w ten sposób, że przy udziale odpowiedniej syntetazy aminoacetylo-tRNA następuje przyłączenie, do specyficznego rodzaju tRNA (tRNA + Met) metioniny przez grupę karboksylową. Metionina jest aminokwasem siarkowym, mamy wolną grupę aminową (bo połączenie z tRNA jest poprzez grupę karboksylową tego aminokwasu) i właśnie ta grupa ulega podstawieniu resztą formylową. Jest to wtórny proces, po zsyntetyzowaniu tego związku, czyli podczas [………………………………………………………………………………………………………………………..................] grupy aminowej (N-koniec jest zredukowany grupą formylową). Przenośnikiem grupy formylowej, jak w wielu innych procesach (np. w syntezie nukleotydów purynowych), jest pochodna kwasu tetrahydrofoliowego - uniwersalny przenośnik jednostek jednowęglowych.

[rys.]

• dołączenie GTP, mRNA i formylometionylo - tRNA do podjednostki 30S, wcześniej aktywowanej przyłączeniem trzech czynników inicjujących; następuje uwolnienie czynnika IF3 i powstaje kompleks inicjujący 30S

• dla metioniny antykodon to UAC, więc odpowiedni kodon na nici mRNA to AUG

• kiedy mamy już przyłączoną ……Met - tRNA……….. do odpowiedniego kodonu, rozpoznawanego przez antykodon występujący na cząsteczce tRNA, dołączana jest podjednostka 50S - duża. Powstaje gotowy, funkcjonalny rybosom. Dzieje się to kosztem hydrolizy przyłączonego GTP (rozpada się na GDP i P₂). Uwalniane są czynniki IF1 i IF2

• powstaje duży kompleks inicjujący 70S - gotowy rybosom

2) Drugi etap - elongacja

• prowadzi do formowania się łańcuch a polipeptydowego

• do kolejnego kodonu za AUG może przyłączyć się kolejny tRNA niosący jakiś aminokwas np. serynę, wymaga to połączenia seryny z odpowiednim tRNA serynowym. Potrzebny jest czynnik elongacyjny EF-T i GTP, aby kolejny tRNA, niosący serynę, mógł się przyłączyć

• kolejna reakcja polega na utworzeniu wiązania peptydowego między formylometioniną, a seryną - wiązanie pomiędzy grupą karboksylową formylometioniny, a tRNA metioninowym ulega zerwaniu i grupa karboksylowa formylometioniny tworzy wiązanie peptydowe z grupą aminową seryny

• później następuje translokacja ……………tRNA z miejsca A (aminokwasowego) do miejsca …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… wzdłuż nici mRNA o 3 nukleotydy (jeden kodon) - w miejscu A pojawia się nowy kodon, co powoduje możliwość przyłączenia kolejnej reszty aminoacylo - tRNA, dzięki temu powstaje coraz dłuższy łańcuch

[rys.]

• kiedy pojawia się kodon nonsensowny (STOP) np. UAG nie może się do niego przyłączyć żaden kodon tRNA, dlatego w miejscu A przyłącza się czynnik uwalniający RF

• przyłączenie RF powoduje terminację procesu translacji

3) Trzeci etap - terminacja

• czynnik RF wyzwala hydrolize połączenia pomiędzy aminokwasem C-terminalnym, a cząsteczką tRNA, w wyniku czego następuje uwolnienie łańcucha polipeptydowego

• dochodzi do dezorganizacji całej struktury:

• rozpad rybosomów na dużą i mała podjednostkę

• uwalniany jest ostatni tRNA

• uwalniany jest RF

• wszystko może być ponownie zmontowane na początku nici mRNA, blisko końca 5'

[rys.]

U Eukariontów:

• wszystko zaczyna się od metionylo-tRNA, które nie ulega formylacji

• inne procesy zachodzą praktycznie identycznie

Powstające na rybosomach w cytoplazmie łańcuchy polipeptydowe, nie są zazwyczaj finalnymi, funkcjonalnymi białkami. Zanim się nimi staną musi zajść cały szereg skomplikowanych procesów, które można określić jako dojrzewanie białek. Składają się na nie trzy procesy: targeting, modyfikacje kowalencyjne i folding. Kolejność zachodzenia tych procesów nie musi być taka jak przedstawiona poniżej.

DOJRZEWANIE BIAŁEK

1) Targeting - kierowanie białek do odpowiednich przedziałów komórkowych

• W organizmach eukariotycznych synteza większości białek odbywa się na rybosomach cytoplazmatycznych, nieliczne syntetyzowane są na terenie chloroplastów i/lub mitochondriów. Część białek ulega sekrecji, część zostaje wbudowana w błony komórkowe, część zostaje przetransportowana do organelli np.lizosomów. Wiele białek, będących enzymami procesów zachodzących w matrix, musi zostać skierowana do mitochondriom. Tak samo przypadku chloroplastów np. karboksylaza - oksygenaza rybozoblafosforanowa - podjednostki małe są syntetyzowane na terenie cytoplazmy i kierowane do stromy.

• Również u organizmów prokariotycznych, mimo prostoty ich budowy, białka kierowane są do różnych przedziałów komórkowych. U bakterii grammujemnych komórka otoczona jest podwójną błoną (wewnętrzną i zewnętrzną). Powstające na rybosomach, w cytoplazmie białka mogą pozostawać na terenie cytoplazmy i uczestniczyć np. w procesach metabolicznych, mogą być wbudowywane w wewnętrzną błonę kom., być kierowane do przestrzeni periplazmatycznej (między błoną zew. i wew.) lub błony zewnętrznej. W niektórych przypadkach dochodzi do sekrecji białek poza komórkę, dzieje się tak z wieloma enzymami hydrolitycznymi. Są one wydzielane poza komórkę, by hydrolizować różne, złożone substancje organiczne, a produkty hydrolizy są wykorzystywane do zdobywania energii.

2) Modyfikacje kowalencyjne, mogą polegać na:

• Ograniczonej proteolizie - odcinanie, wycinanie pewnych fragmentów cząsteczki białkowej zanim powstanie funkcjonalne białek

• Modyfikacji reszt aminokwasowych (około stu różnych modyfikacji)

3) Folding (fałdowanie) - przyjmowanie odpowiedniej struktury drugo- i trzeciorzędowej

• Dziś wiemy, że o strukturach wyższego rzędu decyduje głównie struktura pierwszorzędowa (sekwencja aminokwasowa). Przy pomocy programów komputerowych można z bardzo dużym prawdopodobieństwem określać struktury wyższego rzędu (drugo- i trzeciorzędowe) białek na podstawie znajomości aminokwasowej lub odpowiedniego genu

• W komórkach fałdowanie jest sterowane przez specjalne białka - białka chaperonowe, zwane białkami opiekuńczymi, które, w zależności od sytuacji, chronią białko przed fałdowaniem lub ułatwiają powstawanie odpowiednio sfałdowanych struktur.

TARGETING

• U organizmów eukariotycznych synteza białek (pomijając sprawę mitochondriów i chloroplastów) zaczyna się zawsze na rybosomach cytoplazmatycznych

• Część białek, które są syntetyzowane na terenie cytoplazmy, jest kierowana do błony retikulum endoplazmatycznego, albo do jego światła. Następnie białka te mogą być kierowane do różnych przedziałów komórkowych, część może ulec sekrecji

• Kierowanie do er […………………………………………………………………………………………………………………………………………………]

[rys.]

• Niektóre białka, te które mają być kierowane do ER, zawierają na N-końcu sekwencję sygnałową

• Sekwencje sygnałowe kierujące do ER są heterogenne (jest to grupa sekwencji); kilkadziesiąt aminokwasów, zwykle w pobliżu N-końca znajdują się aminokwasy zasadowe; jest też zwykle rejon charakteryzujący się znaczną hydrofobowością → te sekwencje mogą być bardzo różne

• Łańcuch jest ciągle dobudowywany, a sekwencje te są rozpoznawane przez cytoplazmatyczne cząstki rybonukleoproteinowe składające się ze specyficznego kwasu rybonukleinowego o długości ok. 300 nukleotydów oraz pewnych polipeptydów.

SRP - cząstka rozpoznająca sygnał

Cząstki rybonukleoproteinowe są w stanie rozpoznawać charakterystyczne N-końcowe sekwencje występujące w niektórych białkach i mogą wiązać się z nimi. Cząstki SRP mają również powinowactwo do pewnych białek receptorowych znajdujących się w błonie cystern ER, a także mogą wiązać z nimi rybosomy, stąd bierze się szorstkie ER (inkrustowane rybosomami). Proces łączenia się rybosomów z błoną ER jest procesem wtórnym.

• Wiązanie rybosomy do receptora powoduje jego translokację w błonie do specjalnego kanału białkowego. Dzięki temu powstający ciągle łańcuch polipeptydowy może być „wciskany” do światła cystern retikulum

• Niektóre z tych białek mogą być białkami rozpuszczalnymi, występującymi potem w świetle ER, a cześć spośród tych białek może być wbudowywana w błonę, o ile zawierają odpowiednie sekwencje hydrofobowe kotwiczące białka w błonie

• Z wewnętrzną powierzchnią retikulum (od strony światła) związana jest tzw. Peptydaza sygnałowa, enzym który, w momencie kiedy białko zostanie przeciśnięte do retikulum, doprowadza do odcięcia sygnału peptydowego. Jest on już niepotrzebny - oznaczył białka, które miały być ukierunkowane w ten sposób, wykonał swoja funkcję.

[rys.]

• Białka dzięki odpączkowywaniu fragmentów ER mogą być transportowane do aparatu Golgiego, a tam podlegać procesom dalszej obróbki. Następnie, drogą pęcherzykową (przez odpączkowywanie fragmentów cystern AG), mogą być transportowane do błony komórkowej. Pęcherzyki ulegają fuzji z nią, a białka w nich zawarte są wydzielane na zewnątrz komórki w postaci białek sekrecyjnych. Jest wiele takich białek.

• Białka syntetyzowane na rybosomach związanych z ER, mogą nie być wtłaczane w całości do światła ER, ale być wbudowywane w błonę

[rys.]

• Białka te mogą być, drogą pęcherzykową ,przeniesione do aparatu Golgiego, a z niego również przez odpączkowywanie do błony komórkowej. Pęcherzyki mogą ulec fuzji z błoną komórkową, ale białka nie ulęgają sekrecji, lecz zakotwiczają się w niej i stają się białkami błony komórkowej. W ten sposób do błony dostaje się wiele białek receptorowych i transportowych.

• Częstą modyfikacją białek wbudowywanych na terenie ER jest dołączanie łańcucha oligosacharydowego. W specjalnym cyklu, zwanym cyklem [………………] ([…………………] - długołańcuchowy alkohol izoprenoidowy) budowany jest łańcuch oligosachatydowy. Pierwotnie składa z dziewięciu reszt cukrowych: 2 reszt N-acetyloglukozaminy, 5 reszt mannozy i 3 reszt glukozy. Reszty te, w postaci rozgałęzionego oligosacharydu, przenoszone są na białko (konkretnie na resztę asparaginy) w wyniku czego tworzone jest wiązane pomiędzy resztą oligosacharydową, a azotem grupy asparaginy (asparagina - amid kwasu asparaginowego)

• Typowa modyfikacja, której podlega wiele białek kierowanych do ER. Zarówno tych, które są wbudowywane jego błonę, jak i tych „wciskanych” do wnętrza pęcherzyków

• Te białka, na drodze pęcherzykowej, kierowane są do cystern Aparatu Golgiego. Tam zachodzą różne procesy obróbki, które mogą polegać na: usuwaniu części oligosacharydowych (łańcuch ten jest nieco zmieniany), dołączaniu dodatkowych reszt cukrowych np. Reszty glukozy, mogą też zachodzić szczególne modyfikacje łańcuch oligosacharydowego - fosforylacja niektórych reszt mannozy

[rys.]

• Łańcuch jest modyfikowany w AG przez dołączanie do mannozy reszt kwasu ortofosforowego

• W błonach AG występują specjalne białka receptorowe, które rozpoznają ufosforylowane reszty mannozy i potrafią związać te białka, które niosą taka modyfikację. W wyniku tego w pewnym rejonie błony AG grupują się receptory połączone z białkami niosącymi tą modyfikację w postaci reszty fosforanowej przyłączonej do jednej z reszt mannozy łańcucha oligosacharydowego

• Takie rejony mogą odpączkowywać i następnie ulegać fuzji z lizosomami, ale najpierw taki pęcherzyk, w drodze fuzji z innego typu pęcherzykami, daje pęcherzyk sortujący, gdzie zmienia się ph wewnątrz tego pęcherzyka z neutralnego na kwaśne, w wyniku czego następuje dysocjacja białek związanych z receptorami. Receptory są uwolnione [………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………]

• Te części pęcherzyków sortujących, które zawierają białko niosące tę szczególną modyfikację ulegają specyficznej fuzji z lizosomami

• Lizosomy są organellami związanymi z katabolizmem różnych białek, znajdują się w nich liczne hydrolazy białkowe, hydrolizujące złożone lipidy, cukrowce. Zachodzą w nich różne procesy rozszczepiania polimerycznych związków, nie potrzebnych na danym etapie do rozwoju komórki, na proste substancje, które mogą być wykorzystywane do celów energetycznych, do budowy aktualnie potrzebnych cząsteczek

• Praktyczne wszystkie hydrolazy lizosomalne ta drogą dostają się do lizosomów

• W tym przypadku sygnałem kierującym nie jest sekwencja określona w łańcuchu polipeptydowym, ale specyficzna modyfikacja jaka zachodzi w łańcuchu sacharydowym przyłączonym do cząsteczki białkowej

• To, że określone białko ulega danej modyfikacji zależy od jego struktury pierwszorzędowej

• Jest to droga, która pokazuje w jaki sposób pewne białek enzymatyczne syntetyzowane na rybosomach związanych z ER mogą ulegać transportowi specyficznemu do lizosomów

• Podobna sytuacja dotyczy wszystkich innych struktur wewnątrzkomórkowych - też mamy do czynienia z kierowaniem białek, chociaż mechanizmy są bardzo różne

• Transport białek z cytoplazmy do matrix mitochondrialnej

[rys.]

• Bardzo wiele białek matrix mitochondrialenej jest syntetyzowanych w oparci u o genom jądrowy (na rybosomach cytoplazmatycznych), zwykle takie białka na N-końcu zawierją specyficzny sygnał kierujący do matrix mitochondrialnej. Sygnał w postaci odpowiedniej sekwencji aminokwasowej, nie jest tożsamy z sygnałem kierującym do ER

• Do sekwencji sygnałowej dołączane jest białko hsp70 - jedno z białek szoku cieplnego (pojawiają się w dużych ilościach w wyniku szoku termicznego), które eskortuje łańcuch polipeptydowy do receptora znajdującego się na zewnętrznej błonie mitochondrialnej

• Następuje translokacja tego receptora do kanału (kanał jest tworzony w miejscu, gdzie dochodzi do zbliżenia się zew. I wew. Błony mitochondrialnej) zbudowanego z wielu białek, określanego jako kompleks [………………..] (czyli transport[……] wew. i zew. Błony mitochondrialnej, co w sumie daje strukturę kanałową). Dzięki temu jest możliwe przeniesienie łańcucha polipeptydowego, w sposób specyficzny do matrix mitochondrailnej, gdzie sekwencja sygnałowa na N-końcu jest wiązana przez odpowiednik mitochondrialny białka hsp70 (bialko nieco inne, ale podobne)

• W tym momencie dochodzi do odcięcia peptydu sygnałowego (przez odpowiednią peptydazę sygnałową, która […………………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………………………]) niż na terenie matrix mitochondrialnej dochodzi do folingu, czyli przyjęcia przez białak odpowiedniej drugo- i trzeciorzędowej struktury

• Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku transportu białek do stromy chloroplastowej, tam też na N-koncu występuje sekwencja sygnałowa rozpoznawana przez receptory na zewnętrznej blonie chloroplastowej

• W niektórych przypadkach sekwencja sygnałowa może być na C-końcu lub wewnątrz łańcucha polipeptydowego

MODYFIKACJE KOWALENCYJNE

Sprowadzają się do wycinania pewnych fragmentów łańcucha polipeptydowego lub polegają na modyfikacji określonych reszt aminokwasowych. Najbardziej typowe modyfikacje, którym ulegają reszty aminokwasowi:

Ko- i posttranslacyjne modyfikacje białek:

• KOTRANSLACYJNE - zachodzą jeszcze wtedy, gdy łańcuch polipeptydowy jest związany z rybosomom i trwa jego wydłużanie (proces elongacji), pewne reszty mogą już ulegać modyfikacjom

1. hydroksylacja Lys i Pro (np. klagen)

• Te dwa aminokwasy mogą ulegać hydroksylacji przy udziale odpowiednich enzymów tzw. monooksygenaz. Z lizyny powstaje 5-hydroksylizyna,a z proliny 4-hydroksyprolina

• Wprowadzana jest dodatkowa grupa hydroksylowa do łańcucha bocznego aminokwasu

• Takie hydroksylacje są typowe dla białka tkanki łącznej - kolagenu

• U roślin hydroksylacja proliny do 4-hydroksylizyny występuje bardzo obficie w przypadku białek ściany komórkowej, a w szczególności białka zwanego ekstensyną

N-mirystoilacja (NH₂-N-końcowej Gly

• Przyłączanie kwasu mirystynowego (jest to 14 węglowy, nasycony kwas tłuszczowy), poprzez grupę karboksylową, wiązaniem amidowym do grupy NH₂ N-końcowej glicyny

• W większości przypadków następuje wsuwanie reszt aminokwasowych (metionina i fMet u prokariota) na bardzo wczesnym etapie, dlatego bardzo często N-końcowym aminokwasem jest glicyna

• Ta modyfikacja wprowadza element hydrofobowy do cząsteczki białka, ułatwiając oddziaływanie tych zmodyfikowanych białek z błonami komórkowymi

3. N-glikozylacja (dołączanie reszt oligosacharydowych do grupy -CONH₂ Asn)

• Modyfikacji tej podlegają białka kierowane do ER

• Reszta oligosacharydowi dołączana jest, wiązaniem N-glikozydowym, do azotu reszty amidowej

4. Usuwanie grup formylowych z N-końcowej formylometioniny (prokariota)

• Częsta modyfikacja u prokariota

• Działa enzym zwany formylazą

• POSTTRANSLACYJNE - zachodzą na etapie kiedy białko zostaje uwolnione z rybosomy

1. tak zwana ograniczona proteoliza (prokolagen → kolagen, proinsulina → insulina, zymogeny → czynne enzymy, usuwanie peptydów sygnałowych)

• następuje fragmentu aminokwasowego

• np. prokolagen, powstający w wyniku translacji, jest przekształcany w kolagen (dochodzą do tego też inne modyfikacje np. hydroksylacja reszt Lys i Pro)

• taka sam sytuacja, jak w przypadku insuliny: proteoliza wiązań peptydowyh, usunięcie pewnych fragmentów z cząsteczki

insulina - białko o znaczeniu hormonalnym, regulujące metabolizm cukrowcowy i lipidowy w komórkach

• proenzymy=zymogeny - wiele enzymów jest produkowanych w postaci nieaktywnej i ich aktywacja polega na odcięciu pewnego fragmentu polipeptydowego. Taka sytuacja jest bardzo powszechna dla proteaz występujących w przewodzie pokarmowym. Proteazy wytwarzane przez trzustkę powstają jako proenzymy, a potem, w dwunastnicy są aktywowane w wyniku usunięcia pewnych fragmentów peptydowych np.trypsyna wytwarzana jest w postaci chymotrypsynogenu

• usuwanie peptydów sygnałowych może występować również kotranslacyjnie, zanim nastąpi terminacja łańcucha peptydowego na rybosomie

2. wytwarzanie wiązań disiarczkowych (Cys)

• [……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………]

• [……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………] stabilizuje strukturę białka, inne białka wymagają, aby tych wiązań nie było

• Determinują strukturę łańcucha polipeptydowego

3. palmitoilacja (grupy -SH Cys)

• proces podobny do mirystoilacji, w tym sensie, że przyłączany jest również kwas tłuszczowy do odpowiedniej reszty aminokwasowej - kwas palmitynowy 16 węglowy, nasycony

• przyłączanie następuje do grupy -SH cysteiny, w wyniku czego powstaje wiązanie tioestrowe pomiędzy grupą - SH, a grupą karboksylową kw. palmitynowego

4. fosforylacja (Sec, Thr, rzadziej Tyr)

• bardzo częsta modyfikacja

• z punktu widzenia regulacji procesów komórkowych - bardzo istotna

• odwracalna fosforylacja pewnych reszt aminokwasowych, najczęściej seryny lub treoniny

• przyłączanie grupy ortofosforowej do grupy hydroksylowej występującej w serynie lub treoninie

• rzadziej występuje w przypadku tyrozyny, która jest hydroksyaminokwasem

• również znane są przypadki, kiedy fosforylacji mogą ulegać reszty asparaginy, kw. asparaginowego, histydyny (u prokariontów)

• znane są kinazy, które przyłączają, na ogół na koszt cząsteczki ATP, resztę ortofosforanową do grupy hydroksylowej wymienionych aminokwasów, ale są także znane enzymy, które specyficznie odszczepiają reszty ortofosforanową

• enzymy te - kinazy, fosfatazy mają ogromne znaczenie w regulacji metabolizmu komórkowego

5. przyłączanie grup prostetycznych (np. kw. liponowy lub biotyna do grupy E-NH₂ )

• np. kwas limonowy jest przyłączany poprzez grupę karboksylową do grupy aminowej, znajdującej się w łańcuch bocznym lizyny, tworząc wiązanie amidowe

• sytuacja taka występuje w przypadku dehydrogenazy pirogronianowej - enzymu, który spina glikolizę z cyklem Krebsa

• również biotyna, która zawiera grupę karboksylową, może być przez tę grupę wiązana z grupą E-NH₂ lizyny (E-aminową), w wyniku czego powstaje odpowiedni amid, powstaje wiązanie amidowe

• biotyna jest koenzymem bardzo licznych enzymów związanych z karboksylacją (karboksylaz)

Biosynteza insuliny

[rys.]

• Insulina produkowana jest w trzustce, wydzielana do krwi i rozpraszana przez nią po całym organizmie. Działa na odpowiednie tkanki, które zawierają receptory insuliny.

• Produkowana w postaci proinsuliny, która zbudowana jest ze 130 reszt aminokwasowych

• Na N-końcu znajduje się kilkudziesięciu aminokwasowi peptyd sygnałowy rozpoznawany przez cząstki SRP, które kotwiczą powstającą proinsulinę (związaną z rybosomem) do receptor w błonie ER, dzięki czemu proinsulina może się przedostać do światła ER. Kiedy nastąpi jej translokacja do ER, ta sekwencja ulega odcięciu

• Powstaje proinsulina składającą się z 102 aminokwasów

• W tym momencie zachodzi wytwarzanie mostków disiarczkowych; tworzą się trzy mostki disiarczkowe , ale [……………………………………………………………………………………………………………]

• […………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..]
  

7

---