Δεφτερο καλοπάτι τησ Ροήσ Πληροφοριών φνθεςη Πρωτεϊνών ΒΑΙΛΗ ΣΖΟΤΝΑΚΑ

Transcript

1 Δεφτερο καλοπάτι τησ Ροήσ Πληροφοριών φνθεςη Πρωτεϊνών ΒΑΙΛΗ ΣΖΟΤΝΑΚΑ

2 Γενετικόσ Κώδικασ o Τπάρχουν οριςμζνα γονίδια, για τα οποία το τελικό προϊόν είναι ζνα μόριο RNA (rrna) o τισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ, όμωσ, προκφπτουν μόρια mrna και θ γενετικι πλθροφορία πρζπει με κάποιο τρόπο να περάςει από αυτά ςτθν πρωτεΐνθ o Η αλλθλουχία των βάςεων ςτο mrna είναι αυτι που κα κακορίςει τθν αλλθλουχία των αμινοξζων ςτθν πρωτεΐνθ o Πϊσ όμωσ μπορεί να γίνει αντιςτοίχιςθ μεταξφ 4 διαφορετικϊν νουκλεοτιδίων και 20 διαφορετικϊν αμινοξζων;

3 Γενετικόσ Κώδικασ o Η διαδικαςία τθσ μεταγραφισ, είναι εφκολα κατανοθτι, κακϊσ το DNA και το RNA είναι χθμικά και δομικά παρόμοια, το πρϊτο μπορεί να λειτουργιςει ωσ άμεςο καλοφπι για τθ ςφνκεςθ του δεφτερου μζςω τθσ ςυμπλθρωματικότθτασ των βάςεων. τθ μεταγραφι το μινυμα τθσ γενετικισ πλθροφορίασ γράφεται με άλλο τρόπο, άλλο μζςο π.χ. o τθν πρωτεϊνοςφνκεςθ, το μινυμα πρζπει να μεταφραςτεί από τθ γλϊςςα των νουκλεοτιδίων ςτθ γλϊςςα των αμινοξζων τθ μετάφραςθ το μινυμα τθσ πλθροφορίασ γράφεται ςε άλλθ γλώςςα γενετικισ

4 Γενετικόσ Κώδικασ o Η διαδικαςία τθσ μετάφραςθσ, εφόςον υπάρχουν 4 νουκλεοτίδια ςτο mrna και 20 αμινοξζα ςτθν πρωτεΐνθ, δε μπορεί να αποτελεί μία ζνα προσ ζνα αντιςτοίχιςθ. o τθ μετατροπι τθσ γενετικισ πλθροφορίασ από νουκλεοτιδικι ςε αμινοξικι, ακολουκοφνται κανόνεσ που είναι γνωςτοί ωσ Γενετικόσ Κώδικασ.

5 Γενετικόσ Κώδικασ o Χαρακτθριςτικά Γενετικοφ Κϊδικα: 1. Κϊδικασ Σριπλζτασ 2. υνεχισ 3. Μθ Επικαλυπτόμενοσ 4. χεδόν Κακολικόσ 5. Εκφυλιςμζνοσ 6. Μεκωδικόνια ζναρξθσ και λιξθσ

6 Γενετικόσ Κώδικασ Κϊδικασ Σριπλζτασ o Μία τριάδα νουκλεοτιδίων αντιςτοιχεί (κωδικοποιεί) ςε ζνα αμινοξφ. o Κάκε τζτοια τριάδα ονομάηεται κωδικόνιο (και ςτο mrna, και ςτο αρχικό DNA) o π.χ. UUU φαινυλαλανίνθ (phe) AUU ιςολευκίνθ (ile)

7 Γενετικόσ Κώδικασ υνεχισ o Σο mrna διαβάηεται ςυνεχϊσ ανά τρία νουκλεοτίδια χωρίσ να παραλείπεται κάποιο νουκλεοτίδιο ςτακερό πλαίςιο ανάγνωςθσ

8 Γενετικόσ Κώδικασ Μθ Επικαλυπτόμενοσ o Σα γειτονικά κωδικόνια δεν αλλθλοεπικαλφπτονται o Σο κάκε νουκλεοτίδιο «ανικει» ςε ζνα μόνο κωδικόνιο ςτακερό πλαίςιο ανάγνωςθσ

9 Γενετικόσ Κώδικασ χεδόν Κακολικόσ o Οι ίδιεσ αλλθλουχίεσ τριϊν νουκλεοτιδίων κωδικοποιοφν τα ίδια αμινοξζα ςχεδόν ςε όλουσ τουσ οργανιςμοφσ, από τουσ πιο απλοφσ μικροοργανιςμοφσ μζχρι τουσ πιο περίπλοκουσ πολυκφτταρουσ οργανιςμοφσ

10 Γενετικόσ Κώδικασ Εκφυλιςμζνοσ o Σο ίδιο αμινοξφ κωδικοποιείται από περιςςότερεσ από μία νουκλεοτιδικζσ τριπλζτεσ o Σο παράδειγμα τθσ λευκίνθσ...

11 Γενετικόσ Κώδικασ Με κωδικόνιο ζναρξθσ... o Σο κωδικόνιο ζναρξθσ ςχεδόν ςεόλουσ τουσ οργανιςμοφσ είναι το AUG (αδενίνθ ουρακίλθγουανίνθ) o Η τριπλζτα AUG κωδικοποιεί το αμινοξφ μεκειονίνθ. o Σο κωδικόνιο ζναρξθσ είναι το πρϊτο από τα κωδικόνια του mrna που μεταφράηεται

12 Γενετικόσ Κώδικασ... και κωδικόνια λιξθσ o Σα κωδικόνια: UAA, UAG και UGA δεν κωδικοποιοφν κανζνα αμινοξφ o Η παρουςία τουσ ςτο μόριο του mrna οδθγεί ςτον τερματιςμό τθσ ςφνκεςθσ τθσ πολυπεπτιδικισ αλυςίδασ

13 trna o Σα κωδικόνια ςτο μόριο του mrna δεν αναγνωρίηουν άμεςα τα αντίςτοιχα αμινοξζα o Η μετάφραςθ του mrna ςε πρωτεΐνθ ζχει ανάγκθ από μόρια-αντάπτορεσ που μποροφν να αναγνωρίςουν και να δεςμεφςουν και το κωδικόνιο (ςε μια περιοχι δζςμευςθσ) και το αμινοξφ (ςε άλλθ περιοχι δζςμευςθσ) o Σα μόρια αυτά είναι γνωςτά ωσ μεταφορικά RNA (trna) Θζςθ αναγνϊριςθσ/δζςμευςθσ κωδικονίου Θζςθ δζςμευςθσ αμινοξζοσ

14 trna o Σα trna αναδιπλϊνονται με τζτοιο τρόπο που μοιάηουν με τριφφλλι και ςτθ ςυνζχεια με επιπλζον αναδίπλωςθ αποκτοφν μία δομι «L» που ςυγκροτείται λόγω τθσ φπαρξθσ δεςμϊν υδρογόνου.

15 trna o ε κάκε τελικι περιοχι του ςχιματοσ L υπάρχει μία περιοχι ελεφκερων νουκλεοτιδίων που ςυμμετζχουν άμεςα ςτθ διαδικαςία τθσ πρωτεϊνοςφνκεςθσ o τθ μία πλευρά υπάρχει το αντικωδικόνιο: 3 ςυνεχόμενα νουκλεοτίδια που ςυνδζονται με το ςυμπλθρωματικό κωδικόνιο ςτο mrna o τθν άλλθ πλευρά, μία κοντι μονόκλωνθ περιοχι ςτο 3 άκρο του μορίου, είναι θ περιοχι όπου ςυνδζεται το αμινοξφ που αντιςτοιχεί ςτο κάκε κωδικόνιο

16 trna o Η αναγνϊριςθ και θ ςφναψθ του ςωςτοφ αμινοξζοσ ςτο trna εξαρτάται από τα ζνηυμα αμινοακυλο-trna ςυνκετάςεσ. o Σα ζνηυμα αυτά ςυνδζουν ομοιοπολικά κάκε αμινοξφ ςτο κατάλλθλο trna αμινοακυλοtrna

17 trna o Η αντίδραςθ αυτι είναι ςυηευγμζνθ με τθν αντίδραςθ υδρόλυςθσ του ATP και δθμιουργείται ζνασ δεςμόσ υψθλισ ενζργειασ μεταξφ του trna και του αμινοξζοσ o Η ενζργεια κα χρειαςτεί αργότερα ςτθ διαδικαςία τθσ πρωτεϊνοςφνκεςθσ

18 trna o Κατά τθν πρωτεϊνοςφνκεςθ κα ςυναντιςουμε τα trna ςε τρεισ μορφζσ: 1. Αμινοακυλο-tRNA: Σο ελεφκερο trna που φζρει πάνω του το αμινοξφ που του αντιςτοιχεί 2. Πεπτιδυλο-tRNA: To trna του οποίου το αμινοξφ είναι ςυνδεδεμζνο με τθν νεοςυντικζμενθ πολυπεπτιδικι αλυςίδα 3. Αποακυλιωμζνο-tRNA: Σο trna που μόλισ ζχει απελευκερωκεί από το ριβόςωμα κι ζχει «αφιςει» το αμινοξφ του ςτθ νεοςυντικζμενθ πολυπεπτιδικι αλυςίδα

19 Αμινοξζα o Σα αμινοξζα είναι οι δομικοί λίκοι των πρωτεϊνϊν

20 Αμινοξζα o τθ ςφνκεςθ των πρωτεϊνϊν ςυμμετζχουν 20 αμινοξζα, τα οποία διαφζρουν ωσ προσ τθν πλευρικι τουσ ομάδα διαφορετικζσ ιδιότθτεσ

21 Αμινοξζα o Δθμιουργοφνται πεπτιδικοί δεςμοί μεταξφ τουσ και ςχθματίηεται ζτςι μία πολυπεπτιδικι αλυςίδα

22 φνδεςη Αμινοξζων o Η βαςικι αντίδραςθ ςτθν πρωτεϊνοςφνκεςθ είναι ο ςχθματιςμόσ πεπτιδικοφ δεςμοφ μεταξφ τθσ καρβοξυλομάδασ ςτο τζλοσ μίασ αυξανόμενθσ πολυπεπτιδικισ αλυςίδασ και τθσ ελεφκερθσ αμινομάδασ του επόμενου αμινοξζοσ. o Η πρωτεϊνοςφνκεςθ γίνεται από το αμινοτελικό προσ το καρβοξυτελικό άκρο o Η αναπτυςςόμενθ πολυπεπτιδικι αλυςίδα παραμζνει ενεργοποιθμζνθ από τθν ομοιοπολικι τθσ δζςμευςθ ςτο trna (πεπτιδυλο-trna)

23 φνδεςη Αμινοξζων o Κάκε προςκικθ αμινοξζοσ διατταράςςει το δεςμό υψθλισ ενζργειασ, αλλά αμζςωσ τον αντικακιςτά με μία πανομοιότυπθ ςφνδεςθ ςτο τελευταίο αμινοξφ που προςτζκθκε. Κάκε αμινοξφ «κουβαλά» τθν ενζργεια ενεργοποίθςθσ για τθν προςκικθ του επόμενου αμινοξζοσ

24 Ριβόςωμα o Για να: 1. Διατθρείται το ςωςτό πλαίςιο ανάγνωςθσ 2. Τπάρχει ακρίβεια (1 λάκοσ/ αμινοξζα) θ πρωτεϊνοςφνκεςθ λαμβάνει χϊρα ςτο ριβόςωμα

25 Ριβόςωμα o Σο ριβόςωμα είναι μία πολφπλοκθ καταλυτικι μθχανι που αποτελείται από >50 πρωτεΐνεσ (ριβοςωμικζσ πρωτεΐνεσ) και αρκετά μόρια RNA (rrna). o Αποτελείται από δφο υπομονάδεσ: μεγάλθ και μικρι o Οι δφο υπομονάδεσ ςυναρμολογοφνται ςτον πυρινα, κακϊσ εκεί μεταφζρονται οι ριβοςωμικζσ πρωτεΐνεσ μετά τθ ςφνκεςι τουσ ςτο κυτοςόλιο, για να ςυνδεκοφν με τα rrna. o Οι δφο υπομονάδεσ ςτθ ςυνζχεια μεταφζρονται ςτο κυτταρόπλαςμα όπου αλλθλεπιδροφν μεταξφ τουσ για να ςυντεκοφν πρωτεΐνεσ o το κυτταρόπλαςμα ενόσ τυπικοφ ευκαρυωτικοφ κυττάρου υπάρχουν εκατομμφρια ριβοςϊματα

26 Ριβόςωμα o Σα ριβοςϊματα τοπολογικά ςτο κφτταρο μπορεί να βρεκοφν είτε προςδεδεμζνα ςτισ μεμβράνεσ του κοκκιϊδουσ ενδοπλαςματικοφ δικτφου (ΕΔ) είτε ελεφκερα ςτο κυτταρόπλαςμα o τα ριβοςϊματα του ΕΔ παράγονται οι πρωτεΐνεσ που ενςωματϊνονται ςε μεμβράνεσ ι πακετάρονται ςε κυςτίδια (για αποκικευςθ ι ζκκριςθ) o τα ριβοςϊματα του κυτταροπλάςματοσ παράγονται οι διαλυτζσ πρωτεΐνεσ του κυτταροπλάςματοσ ι οι πρωτεΐνεσ που ςχθματίηουν ςθμαντικά κυτταροπλαςματικά δομικά ι κινθτά ςτοιχεία

27 Ριβόςωμα o Προκαρυωτικό Ριβόςωμα: Μικρι υπομονάδα 30S και μεγάλθ υπομονάδα 50S 70S ριβόςωμα

28 Ριβόςωμα o Ευκαρυωτικό Ριβόςωμα: Μικρι υπομονάδα 40S και μεγάλθ υπομονάδα 60S 80S ριβόςωμα

29 Ριβόςωμα o Η μικρι υπομονάδα παρζχει το πλαίςιο πάνω ςτο οποίο τα trna μποροφν να ςυνδεκοφν ςωςτά με τα κωδικόνια του mrna o Η μεγάλθ υπομονάδα καταλφει τθ δθμιουργία του πεπτιδικοφ δεςμοφ που ςυνδζει διαδοχικά αμινοξζα ςτθν πολυπεπτιδικι αλυςίδα o Όταν δε ςυμμετζχουν ςτθ ςφνκεςθ πρωτεϊνϊν, οι δφο υπομονάδεσ είναι χωριςμζνεσ μεταξφ τουσ, και ενϊνοναι ςε ζνα μόριο mrna, ςυνικωσ κοντά ςτο 5 άκρο του, όταν ξεκινιςει θ ςφνκεςθ τθσ πρωτεΐνθσ.

30 Ριβόςωμα o Σο ριβόςωμα περιζχει 4 περιοχζσ δζςμευςθσ RNA: 1. Περιοχι δζςμευςθσ του mrna 2. Θζςθ Α: πρόςδεςθ ειςερχόμενου αμινοακυλο-trna 3. Θζςθ P: ςυγκρατεί το πεπτιδυλο-trna που είναι ομοιοπολικά ςυνδεδεμζνο με τθν αυξανόμενθ πολυπεπτιδικι αλυςίδα 4. Θζςθ E: παροδικι πρόςδεςθ του εξερχόμενου αποακυλιωμζνου trna

31 Πρωτεϊνοςφνθεςη o Η πρωτεϊνοςφνκεςθ χωρίηεται ςε τρία ςτάδια, κοινά για όλουσ τουσ κυτταρικοφσ τφπουσ (προκαρυωτικοφσ και ευκαρυωτικοφσ): 1. Ζναρξθ 2. Επιμικυνςθ 3. Λιξθ

32 Ζναρξη o Η κζςθ όπου κα ξεκινιςει θ πρωτεϊνοςφνκεςθ ςτο μόριο του mrna είναι ιδιαίτερα κρίςιμθ, κακϊσ κα κακορίςει το πλαίςιο ανάγνωςθσ για όλο το μικοσ του μορίου. o Ζνα λάκοσ ςε ζνα νουκλεοτίδιο ςτο ςτάδιο αυτό κα οδθγοφςε ςτθ λάκοσ ανάγνωςθ όλων των κωδικονίων διαφορετικι / μθ λειτουργικι πρωτεΐνθ

33 Ζναρξη o Σο ςτάδιο τθσ ζναρξθσ λαμβάνει χϊρα μόνο μια φορά ανά κφκλο μετάφραςθσ τθσ πολυπεπτιδικισ αλυςίδασ o Προχποκζτει τθν αυτοςυγκρότθςθ του ενεργοφ ριβοςϊματοσ και τθν ανάγνωςθ του κωδικονίου ζναρξθσ (AUG) o υμμετζχουν οριςμζνοι παράγοντεσ ζναρξθσ που καταλφουν τθν αυτοςυγκρότθςθ του ενεργοφ ριβοςϊματοσ και τθν τοποκζτθςθ του πρϊτου trna o Τπάρχει ςυγκεκριμζνο trna μόριο που ςυμμετζχει ςτθν αναγνϊριςθ και τοποκζτθςθ μεκειονίνθσ μόνο όςον αφορά ςτο κωδικόνιο ζναρξθσ και όχι τα υπόλοιπα AUG εντόσ του mrna που μεταφράηεται

34 Ζναρξη o Σο mrna, πριν το κωδικόνιο ζναρξθσ, ζχει μία περιοχι που ονομάηεται 5 αμετάφραςτθ περιοχι και δε μεταφράηεται ςε πρωτεΐνθ. τθν περιοχι αυτι υπάρχει μία αλλθλουχία που προςδζνεται ςτο rrna τθσ μικρισ υπομονάδασ του ριβοςϊματοσ λόγω ςυμπλθρωματικότθτασ των βάςεϊν τουσ.

35 Ζναρξη o Οι δεςμοί μεταξφ του ριβοςωμικοφ RNA και του mrna ευκυγραμμίηουν το κωδικόνιο ζναρξθσ AUG ςτθ κζςθ P τθσ μικρισ ριβοςωμικισ υπομονάδασ

36 Ζναρξη o τθ ςυνζχεια, πρζπει να δεςμευτεί ςτθ κζςθ P, όπου βρίςκεται το κωδικόνιο ζναρξθσ (AUG), το trna που φζρει μεκειονίνθ. o Φυςιολογικά τα trna ειςζρχονται ςτθ κζςθ A του ριβοςϊματοσ, οπότε το πρϊτο trna κα πρζπει να διαφζρει από τα επόμενα ζτςι ϊςτε να πάει ςτθ κζςθ P και να δϊςει το ζναυςμα τθσ μετάφραςθσ.

37 Ζναρξη o Σο πρϊτο trna λζγεται εναρκτιριο trna (trna-imet) και διαφζρει ωσ προσ τθ δομι του (ελαφρϊσ) και τθν αφκονία του ςτο κυτταρόπλαςμα ςε ςχζςθ με τα trna-μet που ςυμμετζχουν ςτθν επιμικυνςθ τθσ πεπτιδικισ αλυςίδασ. Επίςθσ αλλθλεπιδρά με διαφορετικοφσ παράγοντεσ, Ρφκμιςθ μετάφραςθσ

38 Ζναρξη o Με τθ βοικεια παραγόντων ζναρξθσ, θ μεγάλθ υπομονάδα του ριβοςϊματοσ δεςμεφεται ςτο ςφμπλοκο μικρισ ριβοςωμικισ υπομονάδασ mrna εναρκτιριο trna και δθμιουργείται το ςφμπλοκο ζναρξθσ

39 Ζναρξη υνοπτικά: mrna δεςμεφεται ςε μικρι ριβοςωμικι υπομονάδα εναρκτιριο trna δεςμεφεται ςτο κωδικόνιο ζναρξθσ AUG θ μεγάλθ ριβοςωμικι υπομονάδα ενϊνεται με τθ μικρι ζναρξθ πρωτεϊνοςφνκεςθσ Η ζναρξθ τθσ πρωτεϊνοςφνκεςθσ δεν αποτελεί λειτουργία των ολόκλθρων ριβοςωμάτων αλλά επιτυγχάνεται από τισ διαχωριςμζνεσ ριβοςωμικζσ υπομονάδεσ που επαναςυνδζονται κατά τθν αντίδραςθ ζναρξθσ τθσ πρωτεϊνοςφνκεςθσ

40 Επιμήκυνςη o Μόλισ ξεκινιςει θ ςφνκεςθ τθσ πρωτεΐνθσ, κάκε νζο αμινοξφ προςτίκεται ςτθ νεοςυντικζμενθ πολυπεπτιδικι αλυςίδα μζςω ενόσ κφκλου αντιδράςεων που περιλαμβάνουν 4 βαςικά βιματα: 1. Δζςμευςθ trna 2. χθματιςμόσ πεπτιδικοφ δεςμοφ 3. Μετακίνθςθ τθσ μεγάλθσ υπομονάδασ 4. Μετακίνθςθ τθσ μικρισ υπομονάδασ

41 Επιμήκυνςη Δζςμευςθ trna o Ζνα trna που φζρει το επόμενο αμινοξφ ςτθν αλυςίδα, δεςμεφεται ςτθ ριβοςωμικι κζςθ Α μζςω ςφνδεςθσ ςυμπλθρωματικότθτασ του αντικωδικονίου του με το κωδικόνιο του mrna που βρίςκεται ςτθ κζςθ αυτι. o Η κζςθ P κι θ κζςθ A περιζχουν τϊρα γειτονικά δεςμευμζνα trna

42 Επιμήκυνςη χθματιςμόσ Πεπτιδικοφ Δεςμοφ o Σο καρβοξυλικό άκρο τθσ πολυπεπτιδικισ αλυςίδασ απελευκερϊνεται από το trna ςτθ κζςθ P (λόγω κραφςθσ του δεςμοφ υψθλισ ενζργειασ μεταξφ του trna και του αμινοξζοσ του) και ςυνδζεται με τθν ελεφκερθ αμινομάδα του αμινοξζοσ που είναι δεςμευμζνο με το trna ςτθ κζςθ Α (δλδ του νεοπροςτικζμενου αμινοξζοσ)

43 Επιμήκυνςη χθματιςμόσ Πεπτιδικοφ Δεςμοφ o Η κεντρικι αντίδραςθ τθσ πρωτεϊνοςφνκεςθσ, θ δθμιουργία δθλαδι του πεπτιδικοφ δεςμοφ, καταλφεται από το ριβοζνηυμο πεπτιδυλο-τρανςφεράςθ που υπάρχει ςτθ μεγάλθ ριβοςωμικι υπομονάδα

44 Επιμήκυνςη Μετακίνθςθ Μεγάλθσ Τπομονάδασ o Η μεγάλθ υπομονάδα μετακινείται κατά τρία νουκλεοτίδια κάτα μικοσ του ακινθτοποιθμζνου από τθ μικρι υπομονάδα μορίου mrna. o Ζτςι, τα δφο trna μετακινοφνται ςτισ κζςεισ E (το πρϊτο) και P (το δεφτερο)

45 Επιμήκυνςη Μετακίνθςθ Μικρισ Τπομονάδασ o Η μικρι υπομονάδα και το δεςμευμζνο ςε αυτι mrna κινοφνται κατά ακριβϊσ τρία νουκλεοτίδια, και ζτςι απομακρφνεται και το trna που βρίςκεται ςτθ κζςθ E. o Σο ριβόςωμα τϊρα είναι ζτοιμο να δεχκεί το επόμενο αμινοακυλο-trna (επανάλθψθ του κφκλου των 4 βθμάτων)

46 Λήξη o Η λιξθ του μθνφματοσ που κωδικοποιεί πρωτεΐνθ ςθματοδοτείται από τθν φπαρξθ ενόσ από τα 3 κωδικόνια λιξθσ: UAA, UAG, UGA o υμβαίνει μόνο μία φορά ανά κφκλο μετάφραςθσ τθσ πολυπεπτιδικισ αλυςίδασ και οδθγεί ςτθν αποδζςμευςθ του πολυπεπτιδίου από το ριβόςωμα. υμμετζχουν διάφοροι παράγοντεσ απελευκζρωςθσ.

47 Λήξη o Όταν ζνα κωδικόνιο λιξθσ βρεκεί ςτθ κζςθ Α του ριβοςϊματοσ, δεν υπάρχει αμινοακυλοtrna με ςυμπλθρωματικό αντικωδικόνιο να δεςμευτεί o Αντί για αυτό, προςδζνονται πρωτεΐνεσ που ονομάηονται παράγοντεσ απελευκζρωςθσ ςτο ριβόςωμα, «υποχρεϊνοντασ» τθν πεπτιδυλοτρανςφεράςθ να καταλφςει τθν προςκικθ ενόσ μορίου νεροφ αντί για αμινοξφ ςτο πεπτιδυλοtrna

48 Λήξη o Η αντίδραςθ αυτι οδθγεί ςτθν απελευκζρωςθ του καρβοξυτελικοφ άκρου τθσ αναπτυςςόμενθσ πολυπεπτιδικισ αλυςίδασ από το trna o Η ολοκλθρωμζνθ πολυπεπτιδικι αλυςίδα απελευκερϊνεται ςτο κυτταρόπλαςμα o Σο ριβόςωμα απελευκερϊνει το δεςμευμζνο mrna και διαχωρίηεται ςτισ δφο υπομονάδεσ o Οι υπομονάδεσ μποροφν να ςυγκροτθκοφν πάλι είτε ςτο ίδιο, είτε ςε άλλο mrna για να ξεκινιςει νζοσ κφκλοσ μετάφραςθσ

49 Πολυςώματα o Η ςφνκεςθ των περιςςότερων πρωτεϊνϊν χρειάηεται από 20 δευτερόλεπτα εϊσ και μερικά λεπτά o Κατά τθ διάρκεια όμωσ αυτι, πολφ ςυχνά ςτο ίδιο mrna λαμβάνουν χϊρα πολλζσ παράλλθλεσ μεταφράςεισ

50 Πολυςώματα o Μόλισ μεταφραςτοφν αρκετά νουκλεοτίδια από το πρϊτο ριβόςωμα και απομακρυνκεί από το ςθμείο ζναρξθσ τθσ πρωτεϊνοςφνκεςθσ, το 5 άκρο του mrna είναι ελεφκερο για να δεςμευτεί ςε αυτό άλλο ριβόςωμα πολφςωμα: ςυγκρότθςθ πολλϊν ριβοςωμάτων κατά μικοσ ενόσ μορίου mrna (ςυνικωσ κυκλικι δομι κοντά 5 και 3 άκρα)

51 Πολυςώματα o Μετον τρόπο αυτό παράγονται περιςςότερα μόρια πρωτεΐνθσ ςε λιγότερο χρόνο o Επιπλζον ανακυκλϊνονται τα ριβοςϊματα που απελευκερϊνονται από το 3 άκρο του mrna, και αφοφ βρίςκονται κοντά ςτο 5 ενιςχφεται θ είςοδόσ τουσ ςτθ διαδικαςία τθσ πρωτεϊνοςφνκεςθσ αφξθςθ τθσ αποτελεςματικότθτάσ τθσ

52 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ o Μετά τθ ςφνκεςι τουσ αρκετζσ πρωτεΐνεσ υπόκεινται ςε μετα-μεταφραςτικζσ τροποποιιςεισ. o Οι τροποποιιςεισ αυτζσ ςυνικωσ γίνονται ςτισ πλευρικζσ ομάδεσ των αμινοξζων ι ςτα άκρα τθσ πρωτεΐνθσ (αμινοτελικό καρβοξυτελικό) o Οι μετα-μεταφραςτικζσ τροποποιιςεισ ενιςχφουν τθν αφξθςθ τθσ πολυπλοκότθτασ από το γονιδίωμα ςτο πρωτζωμα.

53 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ o Οι περιςςότερεσ μετα-μεταφραςτικζσ τροποποιιςεισ καταλφονται από ζνηυμα (κινάςεσ, φωςφατάςεσ, τρανςφεράςεσ, λιγάςεσ, πρωτεάςεσ) o Οριςμζνεσ πρωτεΐνεσ ζχουν τθν ικανότθτα να τροποποιοφν τον εαυτό τουσ μζςω αυτοκαταλυτικϊν δομικϊν περιοχϊν (π.χ. δομικζσ περιοχζσ αυτοκινάςθσ)

54 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ o Πολλζσ πρωτεΐνεσ τροποποιοφνται αμζςωσ μετά τθ μετάφραςι τουσ ςωςτι αναδίπλωςθ, ςτακερότθτα, ςωςτι τοπολογία o Άλλεσ τροποποιιςεισ γίνονται μετά τθν αναδίπλωςθ και τθ μεταφορά ςτο ςωςτό κυτταρικό διαμζριςμα ενεργοποίθςθ o Άλλεσ τροποποιιςεισ γίνονται με ςκοπό τθν αποικοδόμθςθ τθσ πρωτεΐνθσ o Οι πρωτεϊνικζσ μετα-μεταφραςτικζσ τροποποιιςεισ μπορεί να είναι αντιςτρεπτζσ (αναλόγωσ με τθ φφςθ τθσ τροποποίθςθσ)

55 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ 1. Φωςφορυλίωςθ 2. Γλυκοηυλίωςθ 3. Ουμπικουιτινυλίωςθ 4. Μεκυλίωςθ 5. Λιπιδίωςθ 6. Ν-ακετυλίωςθ 7. Πρωτεόλυςθ

56 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ Φωςφορυλίωςθ o Αντιςτρεπτι προςκικθ φωςφορικισ ομάδασ o Ζνηυμα: κινάςεσ o υνικωσ ςε κατάλοιπα ςερίνθσ, κρεονίνθσ και τυροςίνθσ o θμαντικόσ ρόλοσ ςτθ ρφκμιςθ κυτταρικϊν διαδικαςιϊν (κυτταρικόσ κφκλοσ, απόπτωςθ, μεταγωγι ςιματοσ)

57 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ Γλυκοηυλίωςθ o Επίδραςθ ςτθν αναδίπλωςθ, τθ διαμόρφωςθ, τθν κατανομι, τθ ςτακερότθτα και τθν ενεργότθτα των πρωτεϊνϊν o Προςκικθ μονάδων ςακχάρων (μονοςακχαριτικζσ διακλαδιηόμενεσ πολυςακχαριτικζσ τροποποιιςεισ)

58 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ Ουμπικουιτινυλίωςθ o χθματιςμόσ πολυμεροφσ ουμπικουιτίνθσ ςτο μόριο κάποιασ πρωτεΐνθσ-ςτόχου αναγνϊριςθ από το πρωτεάςωμα αποικοδόμθςθ πρωτεΐνθσ και ανακφκλωςθ ουμπικουιτίνθσ o Άλλεσ δομζσ ι μονομερι ουμπικουιτίνθσ αλλαγι δράςθσ ι τοπολογίασ πρωτεΐνθσ

59 Μετα-μεταφραςτικζσ Σροποποιήςεισ Πρωτεόλυςθ o Μθ αντιςτρεπτι αντίδραςθ o Ζνηυμα: πρωτεάςεσ o Θραφςθ πεπτιδικϊν δεςμϊν o Ενεργοποίθςθ πρωτεϊνϊν (πρόδρομθ μορφι ενεργι μορφι)

60 Αναδίπλωςη Πρωτεϊνών o Μετά τθν παραγωγι τθσ θ πρωτεΐνθ πρζπει να αναδιπλωκεί ςτο χϊρο για να είναι λειτουργικι. o Η πλθροφορία που απαιτείται για τθ διαδικαςία αυτι βρίςκεται ςτθν αλλθλουχία των αμινοξζων o Πριν και μετά τθν αναδίπλωςι τθσ ςτθν πρωτεΐνθ μπορεί να γίνουν μετα-μεταφραςτικζσ τροποποιιςεισ ϊςτε να βρεκεί ςτο ςωςτό κυτταρικό διαμζριςμα και να μπορεί να λειτουργιςει

61 Αναδίπλωςη Πρωτεϊνών o Για οριςμζνεσ πρωτεΐνεσ θ αναδίπλωςθ ξεκινά αμζςωσ μόλισ «βγει» θ πολυπεπτιδικι αλυςίδα από το ριβόςωμα o Ζτςι, κακϊσ κάκε δομικι περιοχι τθσ πρωτεΐνθσ εξζρχεται από το ριβόςωμα, μζςα ςε λίγα δευτερόλεπτα ςχθματίηει μια ςυμπαγι δομι που παρουςιάηει τα περιςςότερα χαρακτθριςτικά τθσ δευτεροταγοφσ δομισ (α-ζλικα, β-πτυχωτό φφλλο)

62 Αναδίπλωςη Πρωτεϊνών o Οι περιςςότερεσ πρωτεΐνεσ δεν αναδιπλϊνονται ςωςτά κατά τθ ςφνκεςι τουσ και απαιτοφν μια ειδικι τάξθ πρωτεϊνών για να τισ βοθκιςουν Σςαπερόνεσ / Μοριακζσ υνοδοί: πρωτεΐνεσ που διευκολφνουν τθ διαδικαςία τθσ αναδίπλωςθσ των πρωτεϊνϊν και ζχουν τθν ικανότθτα να αναγνωρίηουν και να επιδιορκϊνουν λανκαςμζνα αναδιπλωμζνεσ πρωτεΐνεσ.

63 Αναδίπλωςη Πρωτεϊνών o Χαρακτθριςτικό παράδειγμα τςαπερονϊν Hsp o Οι τςαπερόνεσ Hsp παράγονται όταν τα κφτταρα εκτίκενται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ o Η Hsp70: Κάκε μονομερζσ τθσ δεςμεφει 4-5 υδρόφοβα αμινοξζα Μόλισ δεςμεφςει ATP, απελευκερϊνει τθν πρωτεΐνθ επιτρζποντάσ τθσ να διπλωκεί ςωςτά

64 Αναδίπλωςη Πρωτεϊνών o Η Hsp60: χθματίηει μία μεγάλθ βαρελοειδι δομι που επιδρά ςτθν πρωτεΐνθ αφοφ ζχει ολοκλθρωκεί θ ςφνκεςι τθσ Δθμιουργεί ουςιαςτικά μία απομονωμζνθ κοιλότθτα για τθν αναδίπλωςθ τθσ πρωτεΐνθσ

65 Ρφθμιςη Γονιδιακήσ Ζκφραςησ o Οι διαφορετικοί τφποι κυττάρων ςε ζναν πολυκφτταρο οργανιςμό διαφζρουν πολφ τόςο ςε δομι όςο και ςε λειτουργία o Όταν τα ςυγκρίνουμε μεταξφ τουσ είναι δφςκολο να αποδεχκοφμε ότι όλα ζχουν το ίδιο γονιδίωμα Διαφορετικι ςφνκεςθ και ςυςςϊρευςθ RNA και πρωτεϊνϊν Εξωκυττάρια ιματα Γονιδιακι Ρφκμιςθ

66 Ρφθμιςη Γονιδιακήσ Ζκφραςησ o Γονιδιακι Ρφκμιςθ (ςε πολλά ςτάδια του μονοπατιοφ ζκφραςθσ): Έλεγχοσ μεταγραφισ: πότε και πόςο ςυχνά μεταγράφεται ζνα γονίδιο Έλεγχοσ επεξεργαςίασ RNA: μάτιςμα (splicing) και επεξεργαςία RNA Ζλεγχοσ μεταφοράσ και τοπολογίασ RNA: ποια mrna εξζρχονται από τον πυρινα ςτο κυτταρόπλαςμα και ποφ ακριβϊσ ςτο κυτταρόπλαςμα Ζλεγχοσ μετάφραςθσ: ποια mrna ςτο κυτταρόπλαςμα μεταφράηονται από το ριβόςωμα Ζλεγχοσ αποικοδόμθςθσ mrna: επιλεκτικι αποςτακεροποίθςθ mrna μορίων ςτο κυτταρόπλαςμα Ζλεγχοσ πρωτεϊνικισ ενεργότθτασ: επιλεκτικι ενεργοποίθςθ, αποικοδόμθςθ ι τοπολογικι μεταφορά πρωτεϊνικϊν μορίων απενεργοποίθςθ,

67 Ρφθμιςη Γονιδιακήσ Ζκφραςησ Ζλεγχοσ Μεταγραφισ o Μεταγραφικοί ρυκμιςτζσ: πρωτεΐνεσ που αναγνωρίηουν ςυγκεκριμζνεσ αλλθλουχίεσ ςτο DNA, δεςμεφονται ςε αυτζσ και ακολουκεί μια ςειρά αντιδράςεων που προςδιορίηουν ποια γονίδια κα μεταγραφοφν και με ποιο ρυκμό Κάκε μεταγραφικόσ ρυκμιςτισ ζχει μοναδικά χαρακτθριςτικά υνικωσ δεςμεφονται ςτο DNA ωσ ομοδιμερι ι ετεροδιμερι

68 Ρφθμιςη Γονιδιακήσ Ζκφραςησ Ζλεγχοσ Μεταγραφισ o Προκαρυωτικοί μεταγραφικοί ρυκμιςτζσ: Δεςμεφονται ςε ςυγκεκριμζνεσ αλλθλουχίεσ κοντά ςτο ςθμείο όπου προςδζνεται θ RNA πολυμεράςθ ι ςε πιο απομακρυςμζνεσ περιοχζσ που τελικά «ζρχονται» κοντά λόγω τθσ ευελιξίασ του DNA (ςχθματιςμόσ κθλιάσ)

69 Ρφθμιςη Γονιδιακήσ Ζκφραςησ Ζλεγχοσ Μεταγραφισ o Προκαρυωτικοί μεταγραφικοί ρυκμιςτζσ: Είτε ενεργοποιοφν είτε αναςτζλλουν τθν ζκφραςθ του γονιδίου

70 Ρφθμιςη Γονιδιακήσ Ζκφραςησ Ζλεγχοσ Μεταγραφισ o Ευκαρυωτικοί μεταγραφικοί ρυκμιςτζσ: Για ζνα ευκαρυωτικό γονίδιο πολλοί μεταγραφικοί ρυκμιςτζσ, δεςμευμζνοι ςε αλλθλουχίεσ που μπορεί να απζχουν δεκάδεσ, εκατοντάδεσ ι και χιλιάδεσ ηεφγθ βάςεων από τον υποκινθτι που κακορίηει τθ μεταγραφι του γονιδίου Μεταβάλλουν τθ δομι τθσ χρωματίνθσ και ελζγχουν τθ ςυγκζντρωςθ των γενικϊν μεταγραφικϊν παραγόντων και τθσ RNA πολυμεράςθσ ςτον υποκινθτι Τπάρχουν και ςυν-ενεργοποιθτζσ ι ςυν-αναςτολείσ για τουσ ενεργοποιθτικοφσ και αναςταλτικοφσ μεταγραφικοφσ ρυκμιςτζσ Ζλεγχοσ χρόνου και τόπου που κάκε γονίδιο μεταγράφεται και του ρυκμοφ με τον οποίο μεταγράφεται φπο διαφορετικζσ ςυνκικεσ

71 Ρφθμιςη Γονιδιακήσ Ζκφραςησ Ζλεγχοσ Επεξεργαςίασ mrna o Σο μάτιςμα (splicing) του RNA απομακρφνει τα εςϊνια από το πρόδρομο mrna. o Ζνα κφτταρο μπορεί να κάνει διαφορετικό μάτιςμα ςε ζνα mrna και άρα να προκφψουν δεκάδεσ διαφορετικζσ πολυπεπτιδικζσ αλυςίδεσ από το ίδιο μετάγραφο. o π.χ. ςτθ Drosophila ζνα γονίδιο μπορεί να οδθγιςει ςτθν παραγωγι διαφορετικϊν πρωτεϊνϊν μζςω εναλλακτικοφ ματίςματοσ!