Translace druh krok genov exprese Od RNA k

Translace (druhý krok genové exprese: Od RNA k proteinu) Milada Teplá, Helena Klímová KUDCH, PřF UK v Praze 2013

Genetický kód a kodon Z funkční m. RNA je informace použita pro syntézu proteinu. Genetický kód: pravidla, kterými se řídí přenos z DNA do aminokyselinové sekvence (prostřednictvím m. RNA). V genetickém kódu platí konvence, že 5'-konec m. RNA je zapisován vlevo! Sekvence nukleotidů m. RNA je čtena po trojicích – po kodonech. G G C C A G U U A U G C G U m. RNA A C A A 5' kodon 3'

Genetický kód Dohromady lze vytvořit 64 (43) kombinací trojic nukleotidů: • některé aminokyselině přísluší i několik tripletů (např. CCU, CCA, CCG, CCC je prolin) • jednomu tripletu přísluší nanejvýš jedna aminokyselina. Genetický kód je téměř univerzální pro všechny organismy. G G C C A G U U A U G C G U m. RNA A C A A 5' kodon 3'

Genetický kód V principu může být m. RNA překládána ve všech třech čtecích rámcích podle toho, u kterého nukleotidu translace začne. Avšak jen v jednom čtecím rámci vzniká požadovaný protein. Val Thr 5' 5' 5' Ala Lys Val Stop kodon G G C C A G U U A U G C G U m. RNA A C A A Gln Leu Arg Pro Ser G G C C A G U U A U G G U C m. RNA A C A A Ser Gly Cys 3' Gln Leu G G C C A G U U A U G C G U m. RNA A C A A 3' 3'

Genetický kód – všech 64 možných kombinací U C První nukleotid A Druhý nukleotid U A Terminační kodony G UUU fenyalanin UCU serin UAU tyrosin UGU cystein U UUC fenyalanin UCC serin UAC tyrosin UGC cystein C UUA leucin UCA serin UAA stop kodon A UUG leucin UCG serin UAG stop kodon UGA stop kodon (selenocystein) UGG tryptofan G CUU leucin CCU prolin CAU histidin CGU arginin U CUC leucin CCC prolin CAC histidin CGC arginin C CUA leucin CCA prolin CAA glutamin CGA arginin A CUG leucin CCG prolin CAG glutamin CGG arginin G AUU isoleucin ACU threonin AAU asparagin AGU serin U AUC isoleucin ACC threonin AAC asparagin AGC serin C AGA arginin A AUA isoleucin G C Iniciační kodon ACA threonin AAA lysin AUG methionin ACG threonin AAG lysin AGG arginin G GUU valin GCU alanin GAU kyselina asparagová GGU glycin U GUC valin GCC alanin GAC kyselina asparagová GGC glycin C GUA valin GCA alanin GAA kyselina glutamová GGA glycin A GUG valin GCG alanin GAG kyselina glutamová GGG glycin G Třetí nukleotid

t. RNA Kodony v m. RNA nerozpoznávají přímo aminokyseliny, které specifikují. Translace m. RNA do proteinu závisí na t. RNA, která se spáruje s kodonem v m. RNA. Na t. RNA je navázána aminokyselina (aminoacyl-t. RNA). Touto částí váže příslušné aminokyseliny Touto částí se páruje s kodonem v m. RNA

Aminoacyl-t. RNA Na 3'-konec (vždy končí sekvencí CCA) je navázána aminokyselina Antikodon jsou tři nukleotidy komplementární ke kodonu v m. RNA

Struktura aminoacyl-t. RNA přibližně 80 nukleotidů dlouhé Skutečný L-tvar t. RNA Struktura jetelového listu

Aminoacyl-t. RNA-synthetasa - enzym, rozpozná a připojí správnou aminokyselinu k t. RNA Kodon pro tryptofan je UGG – antikodon je ACC Aminokyselina (Tryptofan) t. RNA A C C Aminoacyl-t. RNA-synthetasa

Aminoacyl-t. RNA-synthetasa Reakce katalyzovaná aminoacyl-t. RNA-synthetasou vyžaduje dodání energie hydrolýzou ATP. Aminokyselina (Tryptofan) t. RNA ATP A C C Aminoacyl-t. RNA-synthetasa AMP + 2 Pi Vazba aminokyseliny k t. RNA A C C

Aminoacyl-t. RNA-synthetasa Při této reakci vzniká vysokoenergetická vazba mezi t. RNA a AMK. Energie je využita pro tvorbu kovalentní vazby mezi rostoucím polypeptidovým řetězcem a nově navázanou aminokyselinou. Aminokyselina (Tryptofan) Makroergická vazba t. RNA ATP A C C Aminoacyl-t. RNA-synthetasa AMP + 2 Pi Vazba aminokyseliny k t. RNA A C C Vazba kodonu k antikodonu 5' A C C Párování U G G m. RNA bází 3'

Translace probíhá na ribosomech E-místo P-místo A-místo Velká ribosomální jednotka Vazebné místo pro m. RNA E P A Malá ribosomální jednotka Malá podjednotka zodpovídá za nasednutí t. RNA na kodon m. RNA. Velká podjednotka katalyzuje vznik peptidové vazby mezi aminokyselinou a polypeptidovým řetězcem. Ribosom se pohybuje podél m. RNA, překládá sekvenci m. RNA do aminokyselinové sekvence za použití t. RNA.

Met Iniciace translace Začátek na iniciačním kodonu AUG Pro iniciaci je třeba iniciační t. RNA, s navázaným methioninem (u bakterií iniciační formyl-methionin). t. RNA s Met Malá ribosomální podjednotka 5' U eukaryot: iniciační t. RNA je připojená k malé ribosomální jednotce. AUG 3' m. RNA

Iniciace translace malá podjednotka se váže na 5'-konec m. RNA pohybuje se ve směru 5' → 3' a hledá kodon AUG, který je rozpoznán antikodonem iniciační t. RNA. Met 5' AUG 3' m. RNA

Iniciace translace E P A malá podjednotka se váže na 5'-konec m. RNA pohybuje se ve směru 5' → 3' a hledá kodon AUG, který je rozpoznán antikodonem iniciační t. RNA. Po rozpoznání iniciačního kodonu se připojí velká ribosomální podjednotka. Velká ribosomální podjednotka Met E 5' P A Iniciační t. RNA se váže do P-místa, prodlužování řetězce může ihned začít navázáním druhé t. RNA s aminokyselinou do A-místa. AUG 3' m. RNA

Iniciace translace aa 2 malá podjednotka se váže na 5'-konec m. RNA pohybuje se ve směru 5' → 3' a hledá kodon AUG, který je rozpoznán antikodonem iniciační t. RNA. Po rozpoznání iniciačního kodonu se připojí velká ribosomální podjednotka. Met E 5' P A Iniciační t. RNA se váže do P-místa, prodlužování řetězce může ihned začít navázáním druhé t. RNA s aminokyselinou do A-místa. AUG 3' m. RNA

Iniciace translace V dalším kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi methioninem a přicházející aminokyselinou (aa 2). Met E 5' P AUG aa 2 A m. RNA 3'

Iniciace translace V dalším kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi methioninem a přicházející aminokyselinou (aa 2). Ribosom se posune o 3 nukleotidy podél m. RNA. t. RNA bez navázané aminokyseliny se uvolní z E-místa a t. RNA z A-místa se přenese do P-místa. Met aa 2 E 5' P AUG A m. RNA 3'

Elongace translace Neustále opakován tříkrokový cyklus: • První krok: aminoacyl-t. RNA je navázána do A-místa. aa 4 NH 2 aa 1 aa 2 E 5' aa 3 P A m. RNA 3'

Elongace translace Neustále opakován tříkrokový cyklus: • První krok: aminoacyl-t. RNA je navázána do A-místa. • Druhý krok: vznik peptidové vazby. NH 2 aa 1 aa 2 E 5' aa 3 P aa 4 A m. RNA 3'

Elongace translace Neustále opakován tříkrokový cyklus: • První krok - aminoacyl-t. RNA je navázána do A-místa. • Druhý krok - vznik peptidové vazby. • Třetí krok - ribosom se posune o 3 nukleotidy. - t. RNA bez navázané AMK se uvolní z Emísta. - t. RNA z A-místa se přenese do P-místa. NH 2 aa 1 aa 2 aa 3 aa 4 E 5' P A m. RNA 3'

Elongace translace - aminoacyl-t. RNA je navázána do A-místa. • První krok • Druhý krok - vznik peptidové vazby. • Třetí krok - ribosom se posune o 3 nukleotidy. - t. RNA bez navázané AMK se uvolní z Emísta. - t. RNA z A-místa se přenese do P-místa. aa 5 NH 2 aa 1 aa 2 aa 3 E 5' aa 4 aa 5 P A m. RNA 3'

Rostoucí peptidový řetězec Elongace translace NH 2 aa 1 aa 2 aa 3 EPA 5' m. RNA je překládána ve směru 5' → 3' nejprve vzniká N-konec proteinu (polypeptidový řetězec roste směrem od N-konce k C-konci). aa 4 NH 2 m. RNA 3' aa 1 aa 2 aa 3 aa 4 EPA 5' NH 2 m. RNA aa 1 aa 2 aa 3 aa 4 3' Posun o tři nukleotidy EPA Celý cyklus všech tří kroků je opakován dokud ribosom nenarazí na stop-kodon. 5' m. RNA 3' aa 5 NH 2 aa 1 aa 2 aa 3 aa 4 EPA 5' NH 2 t. RNA m. RNA 3' aa 1 aa 2 aa 3 aa 4 aa 5 EPA 5' m. RNA 3'

Terminace translace Konec proteinu je signalizován přítomností stop kodonu (UAA, UAG nebo UGA). • do A-místa se váže uvolňovací faktor • místo AMK se váže molekula vody • uvolní se C-konec polypeptidového řetězce z t. RNA v P-místě Uvolňovací faktor NH 2 aa 1 aa 2 aa 3 aa 4 E 5' aa 5 P A UAA m. RNA 3'

Terminace translace Konec proteinu je signalizován přítomností stop kodonu (UAA, UAG nebo UGA). • do A-místa se váže uvolňovací faktor • místo AMK se váže molekula vody • uvolní se C-konec polypeptidového řetězce z t. RNA v P-místě H 2 O NH 2 aa 1 5' aa 2 aa 3 aa 4 aa 5 E P Protein se uvolňuje do cytoplasmy. COOH A UAA m. RNA 3'

Terminace translace • m. RNA se odpojí od ribosomu • dojde k disociaci obou podjednotek ribosomu 5' E P A UAA m. RNA 3'

Použitá literatura ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1997. NEČAS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany: Nakladateství H&H, 2000. KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia, 1998. Obrázky: Milada Teplá (v MS powerpoint, Adobe flash)