Sintesi proteica: macchinario e meccanismo di sintesi proteica

Leggi questo articolo per conoscere la sintesi delle proteine: meccanismi e meccanismi di sintesi proteica!

Macchine per la sintesi proteica:

Consiste di ribosomi, amminoacidi, mRNA, tRNA e amminoacil-tRNA sintetasi. L'mRNA funziona come un modello con informazioni genetiche.

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Il ribosoma è il sito della sintesi proteica. tRNA porta l'aminoacido desiderato, legge l'informazione genetica e posiziona l'amminoacido al posto giusto. Gli RNA si formano sul DNA durante la trascrizione mentre la sintesi proteica avviene nel citoplasma sopra i ribosomi.

I due sono separati sia nello spazio che nel tempo. Impedisce il mescolamento delle materie prime, protegge il DNA dagli enzimi respiratori e le macchine ribosomali dalle nucleasi.

1. Ribosomi (Fig. 6.27):

La sintesi proteica avviene sopra i ribosomi. I ribosomi sono, quindi, anche chiamati fabbriche di proteine. Ogni ribosoma ha due parti diseguali, piccole e grandi. La subunità più grande del ribosoma ha un solco per spingere fuori il polipeptide appena formato e proteggere lo stesso dagli enzimi cellulari.

La subunità più piccola si adatta a quella più grande come un cap, ma lascia un tunnel per l'mRNA. Le due subunità si uniscono solo al momento della formazione delle proteine. Il fenomeno è chiamato associazione. Mg ²⁺ è essenziale per questo. Subito dopo il completamento della sintesi proteica, le sottounità si separano. Il fenomeno è chiamato dissociazione.

I ribosomi solitamente formano rosette o gruppi elicoidali durante la sintesi proteica attiva. Sono conosciuti come poliribosomi o polisomi (Rich, 1963). I diversi ribosomi di un polisoma sono tenuti insieme da un filamento di RNA messaggero. Il polibosoma aiuta a produrre un numero di copie dello stesso polipeptide. I ribosomi adiacenti di un polribosoma sono circa 340 A o 34 nm a parte. Le diverse parti di un ribosoma collegato alla sintesi proteica sono:

(i) Un tunnel per l'mRNA. Si trova tra le due subunità.

(ii) Un solco per il passaggio del polipeptide di nuova sintesi. Il groove fa parte della subunità più grande.

(iii) Ci sono tre siti reattivi: P (D), A ed E (Fig. 6.28). Il sito P (trasferimento peptidilico o sito donatore) è fornito congiuntamente dalle due subunità ribosomiali. Il sito А (sito ammino-acilico o accettore) si trova nella subunità più grande del ribosoma. Affronta il tunnel tra le due subunità. L'E o il sito di uscita fanno parte di una subunità più grande che si affaccia sul sito del tunnel.

(iv) L'enzima peptidil transferasi è un ribozima. È componente di una subunità più grande di ribosoma (rRNA 23S nei procarioti).

(v) La subunità più piccola del ribosoma ha un punto per riconoscere l'mRNA e l'area di legame per i fattori di iniziazione.

2. Aminoacidi:

Centinaia di diversi tipi di proteine ​​possono essere fabbricati in una singola cellula. Tutti i tipi di proteine ​​sono formati dagli stessi amminoacidi. È la disposizione degli amminoacidi nei polipeptidi e il numero di questi che forniscono specificità alle proteine. Ci sono circa 20 amminoacidi e ammidi che costituiscono blocchi di costruzione o monomeri di proteine. Si verificano nel pool cellulare.

3. mRNA:

È l'RNA messaggero che porta informazioni codificate dal DNA e prende parte alla sua traduzione portando gli aminoacidi in una particolare sequenza durante la sintesi del polipeptide.

Tuttavia, i codoni dell'mRNA non sono riconosciuti dagli amminoacidi ma da anticodoni delle loro molecole adattatrici (tRNA -> аа-tRNA). La traduzione avviene sopra i ribosomi. Lo stesso mRNA può essere riutilizzato più e più volte. Sotto forma di polisoma, può aiutare a sintetizzare un numero di copie simultaneamente.

4. tRNA:

Si tratta di RNA trasferibili o solubili che raccolgono particolari amminoacidi (a CCA o 3'end) nel processo chiamato carica. I tRNA caricati prendono la stessa cosa per l'mRNA su determinati codoni corrispondenti ai loro anticodoni.

Un tRNA può prelevare solo un amminoacido specifico sebbene un amminoacido possa essere speziato da 2-6 tRNA. Ogni tRNA ha un'area per venire in contatto con ribosoma (T ¥ C) e l'enzima ammino acil tRNA sintetasi (DHU).

5. Amino-Acil tRNA-sintetasi:

È l'enzima che aiuta a combinare l'amminoacido al suo particolare tRNA. L'enzima è specifico per ciascun amminoacido. È anche chiamato enzima di attivazione.

Meccanismo di sintesi proteica (figure 6.29-31):

1. (a) Attivazione degli amminoacidi:

Viene effettuato attivando enzimi, noti come aminoacil tRNA sintetasi (Zamecnik e Hoagland, 1957). In presenza di ATP, un amminoacido si combina con la sua specifica aminoacil-tRNA sintetasi. È richiesto Mg ²⁺ .

Produce complesso ammino-acil-adenilato-enzima. L'energia resa disponibile all'amminoacido durante la sua attivazione viene successivamente utilizzata nella formazione di legami peptidici.

L'idrolisi del pirofosfato con l'aiuto dell'enzima pirofosfatasi fornisce energia per guidare le reazioni iniziali.

(b) Ricarica o aminoacilazione del tRNA:

Il complesso reagisce con il tRNA specifico per l'amminoacido per formare il complesso aminoacil-tRNA. Enzima e AMP sono rilasciati. Il tRNA complessato con amminoacido è talvolta chiamato tRNA carico. L'amminoacido è legato all'estremità 3-OH del tRNA e si ritiene che il suo gruppo -COOH,

2. Iniziazione:

Richiede fattori chiamati fattori di iniziazione. Ci sono tre fattori di iniziazione nei procarioti: IF3, IF2 e IF1. Gli eucarioti hanno nove fattori di iniziazione: eIF2, eIF3, eIF1, eIF4A, eIF4B, eIf4C, eIF4D, eIF5, eIF6. Di questi IF3 o eIF2 è collegato a una subunità più piccola di ribosoma nello stato dissociato. È richiesto GTP. L'mRNA si attacca alla subunità più piccola del ribosoma nella regione del suo cappuccio.

Il cappuccio ha nucleotidi complementari ai nucleotidi presenti all'estremità 3 dell'rRNA. L'attaccamento è tale che il codone di iniziazione dell'mRNA (AUG o GUG) viene a trovarsi nel sito P. Il fattore di iniziazione già presente in subunità più piccola catalizza la reazione (eIF2 negli eucarioti e IF3 nei procarioti).

Il complesso del tRNA dell'aminoacile specifico per il codone di iniziazione (metionina-tRNA o valina-tRNA) raggiunge il sito P (sito D). Anticodonte (es. UAC di tRNA ^Met ) stabilisce legami di idrogeno temporanei con il codone di iniziazione (es. AUG) dell'mRNA. La reazione codone-anticodone si verifica in presenza del fattore di iniziazione eIF3 negli eucarioti e IF2 nei procarioti. Il passo richiede anche energia fornita da GTP.

L'inizio della metionina che accetta tRNA viene caricato con metionina non formilata (tRNA m ^Met ) nel citoplasma degli eucarioti e della metionina formata (tRNA f ^Met ) nei procarioti, nei plastidi e nei mitocondri. Il tRNA impiegato nel trasferimento di metionina formilata è diverso da quello che trasferisce la metionina non formata.

In presenza di Mg ²⁺, la subunità più grande del ribosoma ora si combina con il complesso 40S-mRNA-tRNA ^Met per formare il ribosoma intatto. Richiede il fattore di attivazione IF1 in procarioti e fattori elFl, eIF4 (А, В, C) negli eucarioti. L'unione delle due subunità dei ribosomi è chiamata associazione. Il ribosoma intatto racchiude il complesso mRNA-tRNA presente nel sito P, ma mantiene esposto il sito А.

3. Allungamento (formazione di catene polipeptidiche). Un complesso di tRNA dell'amminoacile raggiunge il sito А e si attacca al codone dell'mRNA accanto al codone di iniziazione con l'aiuto del suo anticodone. Il passo richiede GTP e un fattore di allungamento (eEFl negli eucarioti e EF-Tu e EF-Ts nei procarioti).

È stato scoperto che in Escherichia coli la proteina più abbondante è il fattore di allungamento (EF-Tu). Un legame peptidico (-CO-NH-) viene stabilito tra il gruppo carbossilico (-COOH) dell'amminoacido collegato al tRNA nel sito P e il gruppo amminico (-NH-7) dell'amminoacido collegato al tRNA nel sito -A.

La reazione è catalizzata dall'enzima peptidil transferasi che è un enzima RNA. A causa di ciò, il gruppo NH ₂ del primo amminoacido viene bloccato dall'essere coinvolto nella formazione del legame peptidico con un altro amminoacido. Nel processo la connessione tra tRNA e l'amminoacido nel sito P si rompe. Il tRNA libero del sito P scivola sull'e-sito e da lì verso l'esterno del ribosoma con l'aiuto del fattore G. Il sito А porta complesso peptidil tRNA.

Subito dopo l'istituzione del primo legame peptidico e dello scivolamento del tRNA liberato del sito P, il ribosoma o l'mRNA ruotano leggermente. Il processo è chiamato traslocazione. Richiede un fattore chiamato translocase (EF-G nei procarioti ed eEF2 negli eucarioti) ed energia dal GTP. Come risultato della traslocazione, il codone А-site insieme al complesso peptidil-tRNA raggiunge il sito P. Un nuovo codone è esposto sul sito А. Attira un nuovo complesso aminoacilico del tRNA.

Il processo di formazione del legame e di traslocazione viene ripetuto. Uno ad uno tutti i codoni di mRNA sono esposti al sito -A e vengono decodificati attraverso l'incorporazione di aminoacidi nella catena del peptide.

La catena del peptide si allunga. La catena o polipeptide allungata del peptide si trova nel solco della subunità più grande del ribosoma per proteggersi dagli enzimi cellulari perché è soggetta a rottura a causa della sua natura estesa. La formazione dell'elica inizia a distanza con l'aiuto di chaprone.

Una grande quantità di energia viene consumata nella sintesi proteica. Per ogni singolo amminoacido incorporato nella catena del peptide si utilizzano un ATP e due molecole GTP.

4. Risoluzione:

La sintesi del polipeptide termina quando un codone senza senso di mRNA raggiunge il sito А. Ci sono tre codoni senza senso: UAA (ocra), UAG (ambra) e UGA (opale). Questi codoni non sono riconosciuti da nessuno dei tRNA. Pertanto, non più aminoacil tRNA raggiunge il sito А.

Il tRNA del sito P viene idrolizzato e il polipeptide completato viene rilasciato in presenza del fattore di rilascio GTP-dipendente. È singolo (eRFl) negli eucarioti e due (RF1 e RF2) nei procarioti. Nei procarioti RF1 è specifico per UAG e UAA. RF2 è specifico per UAA e UGA. GTP dipendente RF3 (eRF3 in lievito) è necessario per rilasciare le RF dal ribosoma.

Ribosome si muove sopra il codone senza senso e scivola via la catena di mRNA. Le due subunità di ribosoma si separano o subiscono la dissociazione in presenza del fattore di dissociazione (DF).

Nei procarioti, la metionina formylata è comunemente l'amminoacido che inizia. È deformato (con l'aiuto dell'enzima deformilasi) o talvolta rimosso dal polipeptide (dall'enzima aminopeptidasi). La metionina iniziante non è solitamente trattenuta negli eucarioti.

In un momento diversi polipeptidi sono sintetizzati dallo stesso mRNA da un polibosoma in cui un numero di ribosomi è collegato allo stesso filamento di mRNA. Ogni ribosoma di un polyribosome forma lo stesso tipo di polipeptide. La formazione di un numero di copie dello stesso polipeptide simultaneamente da un mRNA con l'aiuto di un polisomico è chiamata amplificazione traslazionale.

Quando viene rilasciato dal ribosoma, un polipeptide ha solo struttura primaria. Si avvolge e si piega ulteriormente per avere una struttura secondaria e terziaria. Un polipeptide può essere associato ad altri polipeptidi per produrre (struttura plissettata che forma poi struttura terziaria e quarta.

Nel caso di poliribosomi citoplasmatici liberi, i polipeptidi o le proteine ​​vengono rilasciati nel citoplasma (citosol) dove vengono impiegati per la sintesi di più citoplasma, alcuni enzimi e componenti di organelli cellulari come nucleo, microtubuli, microfibrille, microorganismi, ecc.

Alcune proteine ​​entrano anche nella composizione di organelli semi-autonomi come plastidi e mitocondri sebbene producano una parte del loro fabbisogno proteico da soli con i propri polibrosomi. I polibrosomi attaccati alle membrane del reticolo endoplasmatico producono proteine ​​che o passano nel suo lume (figura 6.27 B) o si integrano nelle sue membrane.

Le proteine ​​rilasciate nel lume ER raggiungono generalmente l'apparato di Golgi per modifiche come la formazione di enzimi idrolitici e la glicosilazione (aggiunta di residui di zucchero). Le proteine ​​modificate sono confezionate in vescicole per l'esportazione o la formazione di lisosomi, enzimi della parete cellulare, membrana plasmatica, ecc.

La sintesi proteica è inibita nei batteri da alcuni antibiotici. Questo costituisce la base per il trattamento di alcune infezioni batteriche.

Inibizione Antibiotica Della Sintesi Della Proteina Batterica: