Μετα-μεταγραφική ρύθμιση και πρωτεϊνοσύνθεση σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά

Transcript

1 Μετα-μεταγραφική ρύθμιση και πρωτεϊνοσύνθεση σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά

2 Το βασικό δόγμα σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά

3 Μεταγραφή-μετάφραση σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά 1. ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ Η μεταγραφή είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τη μετάφραση γιαυτό και υπάρχουν ρυθμιστικοί μηχανισμοί που τα συνδέουν- θυμηθείτε το οπερόνιο Trp. Η μεταγραφή και η μετάφραση συμβαίνουν στην ίδια περιοχή του κυττάρου. Τα mrna δεν περιέχουν εσόνια και δεν υπόκεινται σε ωρίμανση. Η σταθερότητα του μετάγραφου εξαρτάται από τη πρόσδεση ριβονουκλεο-πρωτεϊνών στο 3-μη μεταφράσιμο και 5-μη μεταφράσιμο άκρο. Η μετάφραση σχετίζεται άμεσα με τη σταθερότητα του μορίου. Από ένα γονίδιο προκύπτει ένα μετάγραφο και μία πολυπεπτιδική αλυσίδα. 2. ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ Η μεταγραφή και η μετάφραση είναι δυο ξεχωριστές διαδικασίες που ελέγχονται από ανεξάρτητους μηχανισμούς. Ανάμεσα στη μεταγραφή και στη μετάφραση μεσολαβεί η διαδικασία της μετα-μεταγραφικής τροποποίησης του αρχικού μετάγραφου. Από ένα γονίδιο μπορεί να προκύπτουν εναλλακτικά μετάγραφα που μεταφράζονται σε διαφορετικά πολυπεπτίδια. Η σταθερότητα και η μετάφραση του μορίου εξαρτώνται από την προσθήκη τροποποιήσεων στο αρχικό μετάγραφο- στο 5 άκρο το καπέλο και στο 3 άκρο την polya ουρά. Η μετάφραση εξαρτάται από τη σταθερότητα του μετάγραφου στον πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα, από τη διαδικασία μεταφοράς του μετάγραφου από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα και από τη σύνδεση του με τη μηχανή πεωτεϊνοσύνθεσης στο κυτταρόπλασμα.

4 Το ώριμο μετάγραφο σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά 1. ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ Το μετάγραφο χαρακτηρίζεται από την κωδική περιοχή και από 3-μη μεταφράσιμο και 5-μη μεταφράσιμο άκρο. Στο 5-μη μεταφράσιμο άκρο υπάρχει η περιοχή πρόσδεσης του ριβοσώματος. 2. ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ Το μετάγραφο χαρακτηρίζεται από την κωδική περιοχή και από 3-μη μεταφράσιμο και 5-μη μεταφράσιμο άκρο. Στο 5-μη μεταφράσιμο άκρο υπάρχει το καπέλο και στο 3-μη μεταφράσιμο άκρο βρίσκεται η polya ουρά.

5 Οι μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις στα ευκαρυωτικά

6 Βήματα ωρίμανσης μετάγραφου σε ευκαρυωτικά Με την απελευθέρωση μικρού τμήματος RNA από την RNAPolΙΙ δημιουργείται το καπέλο-cap. Με τη λήξη της μεταγραφής συμβαίνει εντομή στη θέση polya και δημιουργία της polya ουράς. Τέλος ολοκληρώνεται η διαδικασία του ματίσματος- splicing

7 Το καπέλο- cap Μέσα από μια σειρά αντιδράσεων στο 5 άκρο του νέου μετάγραφου συνδέεται μία μεθυλιωμένη ριβοζο-γουανοσίνη. Η σύνδεση είναι μεταξύ των C5 των δύο ριβοζών με τη μεσολάβηση 3 φωσφορικών ριζών. Ακολουθεί μεθυλίωση των δύο πρώτων ριβοζών στο αρχικό 5-άκρο του μετάγραφου.

8 Ο ρόλος του καπέλου στη ζωή του mrna Στο καπέλο συνδέεται το σύμπλοκο CBC το οποίο συμμετέχει σε: 1. σταθερότητα του μετάγραφου εμποδίζοντας τη δράση 5-εξωριβονουλεασών (d) 2. ωρίμανση του μετάγραφου αλληλεπιδρώντας με το spliceosome (b) 3. μεταφορά του μετάγραφου από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα (c) 4. έναρξη της μετάφρασης (e) Varani G. Structure Volume 5, Issue

9 Η polya ουρά Στην περιοχή AAUAAA- polya σήμανση- συνδέεται η πρωτεϊνη CPSF ενώ στη γειτονική περιοχή η CStF. Σύμπλοκο με αυτές κάνουν οι CFI, CFII υπεύθυνες για εκτομή στη θέση προσθήκης polyapolya site. Αυτό συμβαίνει μετά και την προσθήκη της πολυμεράσης PAP. Έτσι αμέσως μετά την εντομή γίνεται προσθήκη τμήματος oligoa με μικρή ταχύτητα πολυμερισμού. Μετά την προσθήκη της PABII, η PAP πολυμερίζει με ταχύ ρυθμό κατασκευάζοντας μια ουρά περίπου 200 ra.

10 Ο ρόλος του polya στη ζωή του RNA Η polya ουρά συμμετέχει σε: 1. σταθερότητα του μετάγραφου εμποδίζοντας τη δράση εξωριβονουλεασών (κάτω Δε) 2. μεταφορά του μετάγραφου από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα (πάνω Αρ) 3. έναρξη της μετάφρασης (κάτω κέντρο) oligoa ουρά από το σύμπλοκο TRAMP συμβαίνει σε ανώριμα: pre-mrna, rrna, trna, τα οποία οδηγούνται σε καταστροφή μετά και από σύνδεση με το exosome (πάνω εικόνα) Houseley et al. Nat Rev Mol Cell Biol 7, ; 2006

11 Ο ρόλος του exosome στη ζωή του RNA To exosome συμμετέχει σε: 1. καταστροφή του λανθασμένου RNA: mrna, trna, rrna, snrna, snorna 2. καταστροφή του RNA που περιέχει πλούσιες σε AU ρυθμιστικές περιοχές 3. καταστροφή του mrna που δεν μεταφράζεται σωστά (NGD: non-go-decay, NSD:non-stop-decay) 4. καταστροφή του μη-κωδικοποιού ασταθούς RNA (CUT: cryptic-unstable-transcipt) 5. συμμετοχή στην ωρίμανση κάποιων RNA: rrna, snrna, snorna Lykke-Andersen S et al. J Cell Sci 2009;122:

12 Έλεγχος μετάγραφου κατά τη μετάφραση To exosome συμμετέχει σε καταστροφή του α) mrna που δεν μεταφράζεται σωστά: 1. μετάγραφο που κωλύει τη μετάφραση (NGD: non-go-decay) (c) 2. μετάγραφο χωρίς κωδικόνιο λήξης (NSD:non-stop-decay) (b) 3 μετάγραφο που με πρόωρο κωδικόνιο λήξης β) 18S (16S) rrna που δεν αλληλεπιδρά σωστά με το mrna (d) Graille M, Séraphin B. Nat Rev Mol Cell Biol ; 13(11):

13 Το μάτισμα- splicing Ι Το μάτισμα είναι μια διαδικασία ωρίμανσης του pre-mrna κατά την οποία μη-κωδικοποιά τμήματα (εσόνια- introns) του pre-rna αποκόπτονται και το υπόλοιπο μόριο (εξόνια) επανασυνδέεται ώστε να σχηματιστεί ένα ενιαίο ώριμο μετάγραφο μόριο. Το μάτισμα γίνεται ταυτόχρονα με τη μεταγραφή. Όλα τα μόρια RNA είναι πάντα συνδεδεμένα με πρωτεΐνες αποτελώντας ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σύμπλοκα. Τέτοια σύμπλοκα είναι υπεύθυνα για : -προστασία του RNA από καταστροφή -ωρίμανση του RNA -μεταφορά του RNA στο κυτταρόπλασμα

14 Το μάτισμα- splicing ΙΙ Το μάτισμα συμβαίνει σε θέσεις συντηρημένων περιοχών των εσονίων και εξονίων. Cartegni et al Nature Reviews Genetics 3, ; 2002 Η όλη διαδικασία περιλαμβάνει δύο βήματα και σε αυτή βασικό ρόλο διαδραματίζει η θέση διακλάδωσης του εσονίου.

15 Το μάτισμα- splicing ΙΙΙ Το μάτισμα πραγματοποιείται με τη δράση και αλληλεπίδραση μεταξύ των μικρών πυρηνικών ριβονοκουκλεοπρωτεϊνών snrnp- βασικό ρόλο στην αναγνώριση των συντηρητικών αλληλουχιών παίζουν τα snrnas. Υπάρχουν 5 βασικές snrnp που προσδιορίζονται από το snrna που φέρουν: U1, U2, U4, U5 και U6 snrna. Από αυτά το U1snRNP αναγνωρίζει τη θέση ματίσματος του προηγούμενου εξονίου- εσονίου ενώ το U2snRNP τη θέση διακλάδωσης και τη θέση ματίσματος του εσονίου- επόμενου εξονίου.

16 Το μάτισμα- splicing ΙV Τα snrnps προσελκύονται στις θέσεις ματίσματος από την οικογένεια των πρωτεϊνών SR (SF1, SF2). Οι πρωτεϊνες SR συνδέονται σε περιοχές των εσονίων (ISE) ή των εξονίων (ESE). Αντίθετα, ετερογενείς πυρηνικές πρωτεϊνες hnrnps συνδέονται σε αλληλουχίες των εσονίων/εξονίων (ISS/ESS) αποκλείοντας τα snrnps. Από τον ανταγωνισμό των προαναφερομένων πρωτεϊνών εξαρτάται το εκλεκτικό μάτισμα εξονίων (εναλλακτικό μάτισμα). Cartegni et al Nature Reviews Genetics 3, ; 2002

17 Το μάτισμα- splicing V Συμβατικά θα σημειώσουμε το προηγούμενο εξόνιο Ε1 και το επόμενο Ε2 ενώ το εσόνιο Ι. Αρχικά το U1snRNP προσδένεται στην περιοχή Ε1-Ι, στην περιοχή διακλάδωσης συνδέεται ο SF1 και στην περιοχή Ι-Ε2 ο U2 AF. Ο τελευταίος προσελκύει το U2snRNP και απομακρύνεται ο SF1. Το spliceosome ολοκληρώνεται με την προσθήκη και των υπολοίπων snrnps (U4/U6/U5). Το spliceosome ενεργοποιείται με την απομάκρυνση των U1, U4 ώστε να ολοκληρωθεί η διπλή αντίδραση transεστεροποίησης. Το spliceosome λύεται και το εσόνιο (δομή λάσου) απομακρύνεται. Το ενεργό κέντρο του spliceosome μετά την ενεργοποίηση του: U5/U2/U6

18 Τα εσόνια ομάδας Ι και ΙΙ Τα trna των ανωτέρων εξελικτικά οργανισμών, τα rrna, trna, κάποια mrna μιτοχονδρίων/χλωροπλαστών και κατωτέρων εξελικτικά οργανισμών περιέχουν αλληλουχίες που απομακρύνονται με αυτόματο μάτισμα ύστερα από στερεοδιαμόρφωση του αρχικού μορίου- ριβοένζυμα, εσόνια ομάδας Ι, ΙΙ Στην αριστερή εικόνα φαίνεται η ομοιότητα μεταξύ της: 1) συνολικής δομής των U snrna στο spliceseosome και των δομών Ι-VI σε εσόνιο ομάδας ΙΙ 2) διπλής αντίδρασης trans-εστεροποίησης με τη βοήθεια μιας A. Και εδώ το κομμάτι που αφαιρείται είναι με τη δομή θηλειάς. Σε αντίθεση στα εσόνια ομάδας Ι η αντίδραση πραγματοποιείται με τη μεσολάβηση μιας G και το τελικό προϊόν που αποκόπτεται είναι γραμμικό (δεξιά εικόνα).

19 Τα μεταθετά στοιχεία και το μάτισμα Ι Στα θηλαστικά τα ρετροτρανσποζόνια αποτελούν το 1/3 του γενετικού υλικού- LINEs 21%, SINEs 13%. Παρακάτω παριστάνεται ένα στοιχείο LINE. Διακρίνονται δύο πλαίσια αναγνωσης που κωδικοποιούν για μια RBP (ORF1) και μια ιντεγκράση (ORF2)- η πρωτεϊνη αυτή έχει δράση ενδονουκλεάσης και ανάστροφης μεταγραφάσης. Στα άκρα υπάρχουν οι περιοχές ενσωμάτωσης και περιοχές πλούσιες σε ΑΤ. Τα SINEs είναι αντίστοιχα στοιχεία από τα οποία λείπουν τα ORF1/ORF2. Τα LINEs μεταγράφονται από την RNAPol II ενώ τα SINEs από την RNA Pol III. Δίπλα σχηματικά δίνεται η ενσωμάτωση ενός LINE σε θέση ενσωμάτωσης στο γενετικό υλικό. Εχει προηγηθεί έκφραση των ORF1, ORF2 που προσδένονται στο LINE RNA στο κυτταρόπλασμα και το σύμπλοκο μεταφέρεται στον πυρήνα. Σε θέση ενσωμάτωσης προσδένεται η πρωτεϊνη ORF2.Μετά από πέψη στον ένα κλώνο και υβριδισμό του polya του LINE RNA με την πλούσια σε Α/Τ περιοχή ξεκινάει η αντιστροφή μεταγραφή. Η ενσωμάτωση ολοκληρώνεται με ένζυμα της μηχανής διπλασιασμού του κυττάρου.

20 Τα μεταθετά στοιχεία και το μάτισμα ΙΙ Στην αριστερή εικόνα δίδονται δύο μοντέλα για την μετακίνηση εξονίου από ένα γονίδιο σε ένα άλλο με τη βοήθεια των LINEs. Α) Το εξόνιο οριοθετείται από δύο LINEs. Κατά τη διαδικασία μεταγραφής το εξόνιο μαζί με τα περιβάλλοντα LINEs μετακινούνται και ενσωματώνονται σε άλλη θέση. Β) Το LINE μαζί με εξόνιο που φέρει polya σήμα μεταγράφονται και στην ενσωμάτωση χρησιμοποιείται η polyα ουρά του γονιδίου αντι της Α/Τ περιοχής του LINE. Στη δεξιά εικόνα δίδεται το μοντέλο για την μετακίνηση εξονίου από ένα γονίδιο σε ένα άλλο με τη βοήθεια των SINEs (Alu sites). Εξόνια που οριοθετούνται από Alu περιοχές μπορούν να μεταφερθούν από μια περιοχή σε άλλη αντίστοιχη με ομόλογο ανασυνδυασμό.

21 Επιδιόρθωση του RNA Τα mrna κάποιων γονιδίων επιδιορθώνονται επιλεκτικά σε κάποιους ιστούς δίδοντας νέα τροποποιημένα προϊόντα με εξελικτική υπεροχή. Οι κύριες τροποποιήσεις που συμβαίνουν είναι απαμινώσεις βάσεων: η C σε U (απαμινάση C) και η A σε I (απαμινάσες A: ADAR) Παρακάτω δίδονται παραδείγματα από τρία γονίδια: 1) η απολιποπρωτεϊνη Β έχει άλλο μέγεθος στο ήπαρ (δημιουργία LDL, VLDL) και στο έντερο (δημιουργία χυλομικρών) 2) o υποδοχέας του Glu και του 5-ΗΤ2c στα νευρικά κύτταρα είναι τροποποιημένοι αλλάζοντας την ευαισθησία μεταφοράς δευτερευόντων μηνυμάτων. Nishikura Κ Nat Rev Mol Cell Biol 7: ; 2006

22 Τροποποίηση του RNA Τα rrnas και trnas τροποποιούνται περαιτέρω έτσι ώστε να αυξηθεί η σταθερότητα τους- προαναφέρθηκε ότι και οι δύο κατηγορίες μορίων συμπεριφέρονται ως ριβοένζυμα. Οι τροποποιήσεις αυτές πραγματοποιούνται με τη βοήθεια των μικρών RNA των πυρινίσκων- snornas (Αρ εικόνα): η ομάδα C/Dbox μεθυλιώνει ριβόζη και η H/ACA μετατρέπει τη U σε ψ Στην εικόνα Δε δίδεται η δομή ενός trna με όλες τις τροποποιήσεις.

23 Ρυθμιστικές περιοχές mrna 1)m7G: καπέλο-cap 2)IRE: Περιοχή ανταπόκρισης σε Fe-δεσμευτικές ρυθμιστικές πρωτεϊνες- Iron responsive elements 3)uORF: εναλλακτικό πλαίσιο ανάγνωσης 4)IRES: περιοχή αναγνώρισης από το ριβόσωμα- επί ελλείψει καπέλου 5)ARE: περιοχές πλούσιες σε AU 6)περιοχές αλληλεπίδρασης με mirna/sirna 7)περιοχή αναγνώρισης πρωτεινών μεταφοράς Ahmed F. Front. Plant Sci., 30 November 2011; 84(2): 1-8

24 Περιοχές ελεγχόμενες από Fe-ρυθμιστικές πρωτεϊνες 1)Φερριτίνη: Οι Fe-ρυθμιστικές πρωτεϊνες παρουσία Fe συνδέονται στα IRE μπλοκάροντας τη μετάφραση. 2)Τρανσφερίνη: Οι Fe-ρυθμιστικές πρωτεϊνες παρουσία Fe συνδέονται στις AU περιοχές εμποδίζοντας την καταστροφή του RNA

25 Μεταφορά του ώριμου μετάγραφου από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα Τα ώριμα μετάγραφα διακινούνται διαμέσου των πυρηνικών πόρων. Οι πυρηνικοί πόροι δομούνται από πρωτεϊνες που σχηματίζουν ένα δακτύλιο με μία είσοδο (στον πυρήνα) που θυμίζει καλάθι και μια ακτινωτή δομή στην έξοδο (στο κυτταρόπλασμα) που συνδέεται με κυτταροπλασματικά ινίδια. Η είσοδος του πόρου κλείνει από ινώδεις πρωτεϊνες- τις FG νουκλεοπορίνες. Το ώριμο mrnp για να περάσει από τον πυρηνικό πόρο πρέπει να αλληλεπιδράσει με τις FG-νουκλεοπορίνες. Οι κύριες πρωτεϊνες που συμμετέχουν στην μεταφορά του μεταγράφου από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα είναι οι ΝΧΤ1,NXF1. Κατά τη μετακίνηση από τη μια πλευρά στην άλλη αλλάζει η σύσταση των RNPs- από αυτές αξίζει να αναφερθεί η αντικατάσταση του CBC από τον elf4e και της PABPII από την PABPI.

26 Μεταφορά του ώριμου μετάγραφου σε θέσεις στο κυτταρόπλασμα Το ώριμο mrna μεταφέρεται αλληλεπιδρώντας με σύμπλοκα μεταφοράς- πρωτεϊνη αναγνώρισης RNA και μονάδα μοριακής μετακίνησης(για τα θηλαστικά βλέπε Αρ εικόνα: ZBP1-molecular motor, για τους μύκητες βλέπε Δε εικόνα: locasome. Η κίνηση γίνεται σε ινίδια του κυτταροπλάσματος. Το σύμπλοκο περιλαμβάνει και αναστολείς της μετάφρασης (στοιχεία του molecular motor και Khdp1, αντίστοιχα. Στη θέση προορισμού κινάσες (Src και Yok1p, αντίστοιχα) φωσφορυλιώνουν το σύμπλοκο επιτρέποντας στο mrna να συνδεθεί στο ριβόσωμα. Paquin N,Chartrand P. Trends Cell Biol. 2008;18:

27 Τα μικρά πυρηνικά RNA- snrna Τα snrna διακρίνονται σε δυο κατηγορίες: sirna: παράγεται από δίκλωνο RNA (προϊόν της δράσης της RDRNAPol σε RNA) μετά από πέψη της ενδονουκλεάσης Dicer. Παρατηρούνται σε μύκητες, φυτά, κατώτερους ζωϊκούς οργανισμούς. mirna: παράγεται από pre-mirna (προϊόν της δράση της ενδονουκλεάσης Dorsha σε φουρκέτα του pri-mirna μετά από πέψη της ενδονουκλεάσης Dicer. Παρόντα σε όλα τα βασίλεια των ευκαρυωτικών οργανισμών. Στη συνέχεια τα snrnas δεσμέυονται από τις πρωτεϊνες Argonaute (Ago, Ago2) και ενεργοποιούν ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σύμπλοκα (mirnp και RISC, αντίστοιχα) Rüdel S and Meister G. Biochemical Journal 2008; 413: e007-e9

28 Ο ρόλος των snrnas σε μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις Τα μικρά πυρηνικά RNA ρυθμίζουν τη μεταγραφή προκαλώντας: τροποποιήσεις των νουκλεοσωμάτων- επίπεδο έναρξης μεταγραφής (sirna) προάγοντας την καταστροφή του mrna (sirna, mirna) καταστέλλοντας τη μετάφραση του μετάγραφου (mirna) Pek JW et al. Development 2012; 139:

29 Τα mirnas και η ελεγχόμενη μετάφραση Τα mirnp-mrnas μεταφέρονται και αποθηκεύονται προσωρινά στα σωμάτια P. Αν αρθεί η καταστολή συνεχίζεται η μετάφραση του mrna. Σε εναλλακτικά μηνύματα μπορεί να συμβεί αφαίρεση του καπέλου και καταστροφή του mrna. Pillai R RNA :

30 Μετάφραση στα ευκαρυωτικά

31 Ριβόσωμα- η συνάντηση των RNAs

32 Η δομή των ριβοσωμάτων Το ριβόσωμα αποτελείται από δύο υπομονάδες που συνδέονται κατά τη διάρκιεα της πρωτεϊνοσύνθεσης. Στα προκαρυωτικά το ριβόσωμα-70s αποτελείται από τη μεγάλη υπομονάδα-50s με τα 23S rrna, 5SrRNA και 31 πρωτεϊνες, και τη μικρή υπομονάδα-30s με το 16S rrna και 21 πρωτεϊνες Στα ευκαρυωτικά το ριβόσωμα-80s αποτελείται από τη μεγάλη υπομονάδα-60s με τα 28S rrna, 5SrRNA, 5.8SrRNA και 50 πρωτεϊνες, και τη μικρή υπομονάδα-40s με το 18S rrna και 33 πρωτεϊνες. προκαρυωτικά ευκαρυωτικά

33 Η διαδικασία ωρίμανσης του ριβοσώματος στα ευκαρυωτικά Το pre-rrna συνδέεται με κάποιες ριβοσωμικές πρωτεϊνες και στο σύμπλοκο προστίθονται το U3snoRNP και άλλοι τροποποιητικοί παράγοντες. Κατά τη διαδικασία τροποποίησης-ωρίμανσης γίνεται διαχωρισμός σε pre-60s και pre-40s. Με μικρές επιπλέον τροποποιήσεις η pre-40s υπομονάδα συνδέεται με μεταφορικές πρωτεϊνες και διέρχεται των πυρηνικών πόρων όπου και ολοκληρώνεται η ωρίμανση. Αντίθετα η μεγάλη pre-60s υπομονάδα θα υποστεί αρκετές τροποπιήσεις και στερεοδιαμορφώσεις με τη δράση ΑΑΑ-ATPases, GTPases και ενδιάμεσα στάδια ελέγχου πριν συνδεθεί με πρωτεϊνες μεταφοράς και διέλθει τον πυρηνικό πόρο. Σημείο ελέγχου ποιότητας για τη μικρή υπόμονάδα παρατηρείται στην αρχή της πρωτεϊνοσύνθεσης κατά την αλληλεπίδραση του 18SrRNA με το mrna.

34 O γενετικός κώδικας Συνδυασμός των βάσεων του RNA ανά τρίατριπλέτα δημιουργεί 64 συνδυασμούς-κωδικόνια που αντιστοιχούν οι 61 σε αμινοξέα και οι 3 σε κωδικόνια λήξης. Ο γενετικός κώδικας είναι γενικευμένος σε όλους τους οργανισμούς- περιλαμβάνοινται και τα υποκυτταρικά οργανίδια στα ευκαρυωτικά, με κάποιες εξαιρέσεις. Επίσης είναι εκφυλισμένος αφού ένα αμινοξύ αντιστοιχίζεται με παραπάνω από ένα κωδικόνια. Η θεωρία του γενετικού κώδικα επιβεβαιώθηκε από τη δομή των trna. To trna είναι ο μεταλλάκτης αφού κάθε μόριο από τη μια φέρει μία τριπλέτα συμπληρωματική με το κωδικόνιο- το αντικωδικόνιο και από την άλλη κουβαλάει το αντίστοιχο αμινοξύ.

35 Η ωρίμανση του trna Τo πρωϊμο trna μετάγραφο αποκόπτεται στα άκρα με τη βοήθεια των Rnase P και D. Στη συνέχεια το μόριο θα υποστεί αυτόματο μάτισμα και θα δημιουργηθεί η θηλεία του αντικωδικονίου. Σε ένα επόμενο βήμα διαμορφώνεται το 3-άκρο δέσμευσης του αμινοξέος (CCA). Τέλος το μόριο θα υποστεί τροποποιήσεις βάσεων - RNA editing.

36 Η μονάδα της μετάφρασης-το άμινο-ακέτυλο-trna Για κάθε αμινοξύ υπάρχει ένα και μόνο ειδικό ένζυμο που καταλύει την αντίδραση του αμινοξέος με τα αντίστοιχα trna. Η άμινο-ακέτυλο-trna συνθετάση προσδένει πρώτα το ειδικό αμινοξύ και στη συνέχεια κάποιο από τα αποδεκτά- συννώνυμα trna μετά από αντιδράσεις ελέγχου ως προς το αντικωδικόνιο και άλλες περιοχές του trna. Το ένζυμο καταλύει μια αντίδραση που δημιουργεί εστερικό δεσμό υψηλής ενέργειας ανάμεσα στο COOH του αμινοξέος και το ΟΗ (2' ή 3') της Α του CCA 3 άκρου. Το ένζυμο έχει δυνατότητα επιδιόρθωσης λάθους φόρτωσης trna πράγμα που επιτρέπει στην μετάφραση λάθος μόνο 1 στα κωδικόνια.

37 Η έναρξη της μετάφρασης στα προκαρυωτικά Το σύμπλοκο 30S υπόμονάδα- IF3, οι παράγοντες IF1, IF2GTP, και το Met-tRNA με την απομάκρυνση του IF3 συνδέονται στην περιοχή δέσμευσης του ριβοσώματος στο mrna (περιοχή Shine-Dalgarno). H θέση P η οποία περιέχει το formilmet-trna ευθυγραμίζεται με το κωδικόνιο AUG. Στη θέση Α συνδέονται οι IF1, IF2-GTP. Αυτό είναι το 30S σύμπλοκο προέναρξης. Στο σύμπλοκο προέναρξης συνδέεται η μεγάλη υπομονάδα 50S. Μετά καταναλώσεως ενέργεια από την υδρόλυση του GTP, οι δύο παράγοντες απομακρύνονται. Η απομένουσα δομή είναι το 70S σύμπλοκο έναρξης.

38 Μετάφραση στα ευκαρυωτικά Το πρώτο στάδιο έναρξης της μετάφρασης- το 43S σύμπλοκο προέναρξης Το σύμπλοκο της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος/eif1/1a/3 συνδέεται με το σύμπλοκο MettRNA/eIF2/GTP και τον παράγοντα eif5. Το ενεργό κέντρο της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος- θέσεις E, P, A είναι καταλημένο από τους παράγοντες eif1/3/5 Met-tRNA/eIF2 eif1a, αντίστοιχα

39 Μετάφραση στα ευκαρυωτικά Το δεύτερο στάδιο έναρξης της μετάφρασης- ενεργοποίηση του mrna Το σύμπλοκο eif4 (E/G/A) συνδέεται, με κατανάλωση ενέργειας, στο καπέλο μαζί με τον παράγοντα eif4b. Ταυτόχρονα ο παράγοντας eif4g αλληλεπιδρά με την PABP της polya ουράς και δημιουργείται μια κυκλική δυναμική δομή.

40 Μετάφραση στα ευκαρυωτικά Το τρίτο στάδιο έναρξης της μετάφρασης- το 48S σύμπλοκο έναρξης Το 43S σύμπλοκο προέναρξης συνδέεται στο ενεργοποιημένο mrna. Με εξαίρεση τον παράγοντα eif4e που παραμένει συνδεδεμένος με το καπέλο το υπόλοιπο σύμπλοκο κυλάει πάνω στο mrna μέχρι το κωδικόνιο έναρξης AUG να ευθυγραμιστεί με τη θέση P- τότε καταναλώνεται και η ενέργεια από το eif2-gtp. Αυτή η δομή αποτελεί το 48S σύμπλοκο έναρξης.

41 Μετάφραση στα ευκαρυωτικά Το τελευταίο στάδιο έναρξης της μετάφρασης- το 80S σύμπλοκο έναρξης Το 48S σύμπλοκο έναρξης διαλύεται, με απομάκρυνση των eif1, 2, 3, 4A, 4B, 4E, 4G, 5 ενώ στην περιοχή προσελκύονται η μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος και ο eif5b-gtp. O τελευταίος συνδέεται στη θέση Α της μεγάλης υπομονάδας και αλληλεπιδρά με τον eif1a που είναι συνδεδεμένος με την αντίστοιχη θέση της μικρής υπομονάδας. Μετά κατανάλωση ενέργειας από την υδρόλυση του GTP, οι παράγοντες eif1a και 5Β-GDP απομακρύνονται και το ριβόσωμα βρίσκεται στο σημείο έναρξης της μετάφρασης με τη θέση P πάνω στο κωδικόνιο AUG κατηλημένη από το Met-tRNA. Αυτό αποτελεί το 80S σύμπλοκο έναρξης.

42 Η επιμήκυνση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας Στη θέση P βρίσκεται το ακετυλιωμένο trna συνδεδεμένο με την πολυπεπτιδική αλυσίδα (ή το Met). Στη θέση A ο EF1a-GTP φέρει το κατάλληλο aa-trna. Μετά κατανάλωση ενέργειας από την υδρόλυση του GTP το ριβόσωμα αλλάζει στερεοδιαμόρφωση και καταλύει τον πεπτιδικό δεσμό ανάμεσα στο καρβοξύλικό άκρο της εξελισόμενης πεπτιδικής αλυσίδας και του αμινοτελικού άκρου του νέου aa. Στη συνέχεια με κατανάλωση ενέργειας από την υδρόλυση του GTP του EF2-GTP συμβαίνει νέα τροποποίηση στη στερεοδιαμόρφωση του ριβοσώματος με αποτέλεσμα τη μεταφορά του νέου συμπλοκου ακετυλ-trna-πεπτιδική αλυσίδα από τη θέση Α στη θέση P. Το απακετυλιωμένο trna μεταφέρεται στη θέση Ε. Ο παραπάνω κύκλος επαναλαμβάνεται μέχρι τη λήξη της μετάφρασης.

43 Η λήξη της μετάφρασης Όταν στη θέση Α βρεθεί ένα κωδικόνιο λήξης τότε στρατολογείται το σύμπλοκο erf1/erf3-gtp. Μετά κατανάλωση ενέργειας από την υδρόλυση του GTP, το ριβόσωμα καταλύει την απελευθέρωση του πολυπεπτιδίου από το trna. Οτι απομένει είναι το μετά τη λήξη μεταφρασής σύμπλοκο. Στο σύμπλοκο αυτό θα επιδράσουν οι: ATPase ABCE1 και eif1, eif1a, eif3 με αποτέλεσμα την απελευθέρωση της 60S υπομονάδας και τη δημιουργία του συμπλόκου 30S υπομονάδα/eif