Το πρωτεϊνοσυνθετικό εργοστάσιο του κυττάρου, και …. 1 2 3 4 5 6 7 8 Η κεντρική εικόνα αυτής της διαφάνειας προέρχεται από το βιβλίο The Machinery of Life του David S. Goodsell [(2009) 2η έκδοση, Copernicus Books, an imprint of Springer Science+Business Media, LCC], και τιτλοφορείται Η πρωτεϊνοσύνθεση σε ένα βακτηριακό κύτταρο. Με τους αριθμούς που θα εμφανιστούν στο επόμενο κλικ, μπορείτε να αναγνωρίσετε σε τούτη την καλλιτεχνική απόδοση τα ακόλουθα: 1= mRNA, 2 =ριβόσωμα, 3= μεταφορικό RNA (tRNA), 4 = παράγοντας επιμήκυνσης Tu (EF-Tu), 5 = παράγοντας επιμήκυνσης G (EF-G), 6 = παράγοντες έναρξης. Στο στιγμιότυπο αυτό διακρίνονται επίσης: 7= DNA, 8 = RNA πολυμεράση. Ας μην ξεχνάμε ότι, στα προκαρυωτικά συστήματα, το mRNA μεταφράζεται από ριβοσώματα προτού καλά-καλά προλάβει να ολοκληρωθεί η σύνθεσή του από την RNA πολυμεράση. … ένα μικρό «λεξικό».

Συναρμολογημένα ριβοσώματα rRNA Πρωτεΐνες Υπομονάδες L1 L2 L3 5S + 23S 23S 5S (2900 βάσεις) (120 βάσεις) (Σύνολο: 31) 50S Προκαρυωτικό S1 S2 S3 16S + 70S 16S 30S (1540 βάσεις) (Σύνολο: 21) 5,8S L1 L2 L3 5,8S (160 βάσεις) 5S + 28S 5S 28S Ευκαρυωτικό (θηλαστικού) (4800 βάσεις) (120 βάσεις) (Σύνολο: 50) 60S S1 S2 S3 + 18S 80S 18S 40S (1900 βάσεις) (Σύνολο: 33)

3΄ αμινοακύλo άκρο: θέση για τη σύνδεση του αμινοξέος αντικωδικόνιο βρόχος αντικωδικονίου αντικωδικόνιο 3΄ αμινοακύλo άκρο: θέση για τη σύνδεση του αμινοξέος Η πραγματική τρισδιάστατη δομή του tRNA για το αμινοξύ φαινυλαλανίνη στη ζύμη. φαινυλαλανίνη ασπαρτικό Δύο μόρια tRNA από τη ζύμη της αρτοποιίας, σε υπέρθεση. Όταν αναδιπλωθούν στην τελική τρισδιάστατη δομή τους, το tRNA για το αμινοξύ γλουταμίνη (μπλε) επικαλύπτεται σχεδόν πλήρως με το tRNA για το αμινοξύ φαινυλαλανίνη (κόκκινο) με εξαίρεση δύο περιοχές τους, τον βρόχο του αντικωδικονίου και το 3΄αμινοακύλo άκρο όπου φορτώνεται το αμινοξύ.

(Β) Υπολογιστικό μοντέλο επιμηκυνόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα κέντρο πεπτιδυλοτρανσφεράσης κέντρο αποκωδικοποίησης πολυπεπτίδιο μετατόπιση ριβοσωματίου απακυλιωμένο tRNA μόλις απελευθερωμένο από τη θέση Ε (Α) Σχηματικό μοντέλο (Β) Υπολογιστικό μοντέλο Θέσεις αλληλεπιδράσεων με καίριο ρόλο κατά τη φάση της επιμήκυνσης στη μετάφραση. (Α) Σχηματικό μοντέλο του ριβοσώματος κατά την επίμηκυνση της μετάφρασης. (Β) Υπολογιστικό μοντέλο της τρισδιάστατης δομής του ριβοσώματος στο οποίο συμπεριλαμβάνονται το μεταφραζόμενο μόριο mRNA, τα αναγκαία μόρια tRNA και η επιμηκυνόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα καθώς αναδύεται από τη μεγάλη ριβοσωματική υπομονάδα. μεγάλη υπομονάδα μικρή υπομονάδα μεγάλη υπομονάδα μικρή υπομονάδα περιοχή πρόσδεσης του mRNA θέση Ε θέση Ρ θέση Α Οι περιοχές για την πρόσδεση μορίων RNA στο βακτηριακό ριβόσωμα.

Η μεταφραστική επιμήκυνση θέση Ε θέση Ρ θέση Α νεοεισαχθέν tRNA εξερχόμενο tRNA επιμηκυνόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα 1ο βήμα 1ο βήμα νεοεισαχθέν tRNA εξερχόμενο tRNA 2ο βήμα Η μεταφραστική επιμήκυνση 4ο βήμα 3ο βήμα

διορθωτικός έλεγχος διορθωτικός έλεγχος θέση Α θέση Ρ θέση Ε διορθωτικός έλεγχος κάθε αταίριαστο tRNA αποβάλλεται διορθωτικός έλεγχος κάθε αταίριαστο tRNA αποβάλλεται Η μεταφραστική επιμήκυνση με λεπτομέρεια.

αμινοακύλο-tRNA·EF-Tu EF-G·GTP απακυλιωμένο tRNA Οι τρισδιάστατες δομές των αλληλεπιδρώντων συστατικών κατά τη μεταφραστική επιμήκυνση. Σημείωσε την ομοιότητα ως προς το σχήμα και τον προσανατολισμό μεταξύ του αμινοακύλο-tRNA με τον συνδεδεμένο σε αυτό παράγοντα EF-Tu, όταν προσδένονται στη θέση Α, και του παράγοντα EF-G, όταν ο τελευταίος προσδένεται επίσης στην ίδια θέση. αμινοακύλο-tRNA·EF-Tu EF-G·GDP

μικρή υπομονάδα (40S) & συστατικά παράγοντες έναρξης IF2·fMet·tRNAi IF3 σύμπλοκο έναρξης 30S μεγάλη υπομονάδα (50S) IF1 + IF2 σύμπλοκο έναρξης 70S μικρή υπομονάδα (40S) & συστατικά της έναρξης παράγοντες έναρξης + GTP Met·tRNAi υπομονάδα 40 S μεγάλη υπομονάδα (60S) σύμπλοκο έναρξης 80S Το «περπάτημα σάρωσης» που εκτελεί η ευκαρυωτική μικρή υπομονάδα κατευθυνόμενη 5΄3΄ κατά μήκος του mRNA (είναι διπλωμένο, διαθέτει 2οταγή δομή) διευκολύνεται από πρόσθετους παράγοντες έναρξης οι οποίοι δρουν ως ελικάσες προωθούμενες με ΑΤΡ. Στο 90% των περιπτώσεων, το πρώτο AUG που θα συναντήσει η μικρή υπομονάδα κατά τη σάρωση αυτή, θα αποτελέσει τη θέση έναρξης της μετάφρασης. Στο σημείο αυτό, οι παράγοντες έναρξης απομακρύνονται, και έτσι επιτρέπεται στη μεγάλη υπομονάδα να συναρμολογηθεί με το σύμπλοκο και να ολοκληρωθεί εν τέλει το ριβόσωμα. Τα νουκλεοτίδια που περιβάλλουν τη θέση έναρξης στα ευκαρυωτικά mRNA, επηρεάζουν την απόδοση της αναγνώρισης του AUG κατά τη σάρωση. Αν τούτη η περιοχή της αναγνώρισης διαφέρει σημαντικά από την συναινετική αλληλουχία 5΄-ACCAUGG-3΄, τότε το πρώτο AUG θα αγνοηθεί από τη μικρή υπομονάδα, η οποία θα προχωρήσει στο επόμενο, δεύτερο ή τρίτο κατά σειρά, κωδικόνιο AUG της αλυσίδας. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως «διαφεύγουσα σάρωση» (leaky scanning), και χρησιμοποιείται από τα κύτταρα όταν πρόκειται να συνθέσουν από το ίδιο μόριο mRNA δύο ή περισσότερες πρωτεΐνες με διαφορετικό αμινικό άκρο. Στα βακτήρια ο μηχανισμός για την επιλογή του κωδικονίου έναρξης διαφέρει: Κάθε βακτηριακό μόριο mRNA περιέχει στο 5΄αμετάφραστο άκρο του μια ειδική θέση για την πρόσδεση του ριβοσώματος (γνωστή ως αλληλουχία Shine-Dalgarno, προς τιμήν αυτών που την ανακάλυψαν), η οποία βρίσκεται μερικά νουκλεοτίδια πριν από το AUG όπου πρόκειται να ξεκινήσει η μετάφραση. Η συγκεκριμένη αλληλουχία (συναινετική 5΄-AGGAGGU-3΄) σχηματίζει ζεύγη βάσεων με το 16S rRNA της μικρής υπομονάδας, προκειμένου να τοποθετηθεί σωστά το εναρκτήριο AUG εντός του ριβοσώματος. Η αλληλεπίδραση αυτή ενορχηστρώνεται από ένα σύνολο παραγόντων για την έναρξη της μετάφρασης, οι οποίοι στη συνέχεια οργανώνουν τη συναρμολόγηση της μεγάλης υπομονάδας ώστε να ολοκληρωθεί το ριβόσωμα. Σε αντίθεση λοιπόν προς το ευκαρυωτικό ριβόσωμα, το βακτηριακό ριβόσωμα συναρμολογείται απευθείας πάνω σε ένα κωδικόνιο έναρξης που βρίσκεται στο εσωτερικό ενός μορίου mRNA, εφόσον προηγείται αυτού, σε απόσταση κάμποσων νουκλεοτιδίων, θέση πρόσδεσης για το ριβόσωμα. Μεταφραστική έναρξη στους ευκαρυώτες. Το σύμπλοκο έναρξης σχηματίζεται στο 5΄άκρο του mRNA, το οποίο στη συνέχεια «σαρώνει» με κατεύθυνση 3΄ αναζητώντας κωδικόνιο έναρξης. Αφού αναγνωρίσει το κωδικόνιο έναρξης, τότε πυροδοτείται η συγκρότηση του πλήρους ριβοσώματος και απομακρύνονται οι παράγοντες έναρξης (δεν δείχνονται εδώ). Από την υδρόλυση του ΑΤΡ παρέχεται ενέργεια αναγκαία για τη διεργασία της σάρωσης. Μεταφραστική έναρξη στους προκαρυώτες. Οι παράγοντες έναρξης επικουρούν τη συναρμολόγηση του ριβοσώματος στη θέση της μεταφραστικής έναρξης, και ακολούθως απομακρύνονται πριν από την μετάφραση.

διάσπαση του πεπτιδυλο-tRNA Λήξη της μετάφρασης. Η μετάφραση τερματίζεται όταν ένας παράγοντας απελευθέρωσης (RF1) εισέλθει στη θέση Α της μικρής υπομονάδας και αναγνωρίσει το κωδικόνιο λήξης. Τότε ένα μόριο νερού εισέρχεται στο κέντρο της πεπτιδυλοτρανσφεράσης, και οδηγεί στην απελευθέρωση του πολυπεπτιδίου από το τελευταίο tRNA στη θέση Ρ· μέσω μιας σειράς αντιδράσεων κατά τις οποίες απαιτούνται πρόσθετες πρωτεΐνες και υδρόλυση GTP, οι ριβοσωματικές υπομονάδες αποχωρίζονται, και η μικρή υπομονάδα είναι πλέον έτοιμη να σχηματίσει ένα νέο σύμπλοκο έναρξης.

A G G G U C C/U Αντικωδικόνιο θέση αστάθειας 3΄ 5΄ 5΄ Κωδικόνιο 3΄ βρόχος αντικωδικονίου στο μόριο του tRNA Αντικωδικόνιο θέση αστάθειας 3΄ A G G G 5΄ U C C/U 5΄ Κωδικόνιο 3΄ Η αστάθεια/ταλάντευση (wobble). Στην 3η θέση του αντικωδικονίου, η G μπορεί να καταλάβει μία από τις δύο θέσεις αστάθειας, και έτσι καθίσταται ικανή να ζευγαρώσει είτε με την C είτε με την U. Αυτό σημαίνει ότι σε ένα μόριο mRNA μπορούν να αναγνωρίζονται 2 κωδικόνια τα UCU και UCC, από το αυτό μόριο tRNA το οποίο φέρει συγκεκριμένο αμινοξύ (στο εδώ παράδειγμα, τη σερίνη).