Pamoka apie baltymų sintezę

1. Doc. Dalė Vieželienė
Biochemijos katedra
MLK 229 kamb.
E. paštas: daleveze@med.kmu.lt
Baltymų sintezė (transliacija)

2. Genetinis kodas
Ryšys tarp kodonų ir jų koduojamų aminorūgščių vadinamas genetiniu
kodu.
Genetinio kodo savybės:
• Genetinis kodas yra trinukleotidinis (tripletas). Iš 4 nukleotidų gali
susidaryti 64 kodonai (43
=64).
• Genetinis kodas yra išsigimęs (degeneruotas), t.y. tą pačią aminorūgštį
gali koduoti daugiau nei vienas kodonas
• Genetinis kodas labai specifinis, (vienas kodonas koduoja vieną
aminorūgštį).
• Genetinis kodas yra universalus. Visuose organizmuose tie patys
tripletai koduoja tas pačias aminorūgštis.
• Genetinis kodas yra nesanklotinis, t.y. tarp kodonų nėra jokių
skiriamųjų ženklų, po vieno tripleto tuoj pat eina kitas.
• Genetinis kodas nepersidengiantis.

3. Genetinis kodas (B)
•61kodonas
koduoja amino
rūgštis
•3 kodonai yra
“stop” kodonai
Persidengiantis kodas (neteisingai)
Nepersidengiantis kodas (teisingai)
Nukleorūgštis
Nukleorūgštis
Nukleorūgštis
Nukleorūgštis
Ištisinis kodas (teisingai)
Neištisinis kodas (neteisingai)

4. Bendrieji baltymų biosintezės bruožai
• Baltymų sintezė vyksta N→C kryptimi, nuosekliai
prijungiant aminorūgštis (AR) prie augančios peptidinės
grandinės C galo.
• Aktyvūs pirmtakai yra aminoacil-tRNR, kuriuose
aminorūgščių karboksigrupė sujungta su tRNR 3’-OH galu.
Šio ryšio susidarymą katalizuoja aminoacil-tRNR sintetazės
(ARSazės), energiją teikia ATP. Kiekviena aminorūgštis
turi mažiausiai vienos rūšies tRNR ir ARSazę.
• mRNR transliuojama 5’→3’ kryptimi, t.y. kodonai
skaitomi 5’→3’ kryptimi.

5. Baltymų biosintezės stadijos
•Iniciacija. Iniciacijos metu iniciacinė tRNR prisijungia prie mRNR starto
kodono ir užima ribosomos P (angl. peptidyl) vietą.
• Elongacija. Elongacija prasideda aminoacil-tRNR (aa-tRNR)
prisijungimu prie A (angl. aminoacyl) vietos ribosomoje. Peptidinis ryšys
susidaro tarp naujos ateinančios aa-tRNR -NH2
grupės ir formilmetionino
-COOH grupės (fmet atneša iniciacinė tRNR). Gautas dipeptidil-tRNR
pasislenka iš A į P vietą, o iniciacinė tRNR prieš palikdama ribosomą juda
į E (angl. exit) vietą. Šiems procesams energiją teikia GTP. Prie
atsilaisvinusios A vietos prisijungia nauja aa-tRNR molekulė ir vyksta
sekantis elongacijos etapas.
• Terminacija. Terminacija vyksta pasiekus mRNR grandinėje esantį
terminacijos signalą, kurį atpažįsta R faktoriai(atpalaidavimo, angl.
release), atpalaiduojantys polipeptidą nuo ribosomos.

6. mRNR transliacija į polipeptidą
tRNR prisijungimo vieta apima abu ribosomos
subvienetus ir atitinka mRNR kodoną Aminoacil-tRNR jungiasi A vietoje;
peptidil-tRNR jungiasi P vietoje
Peptidinis ryšys susidaro pernešant polipeptidą
prie aminoacil-tRNR amino grupės A vietoje
Ribosoma pasislenka per vieną mRNR kodoną
Peptidil-tRNR atsiduria P vietoje, tuščia tRNR
atsilaisvina nuo ribosomos (iš E vietos) Nauja
aminoacil-tRNR jungiasi A vietoje, kur yra
naujas kodonas
P A
Aminorūgštys
Ribosoma juda
3’
3’5’
5’
5’
5’
3’
3’
4
3
21

7. Pagrindiniai baltymų sintezės komponentai
E.coli ribosomų sedimentacijos koeficientas 70 S. Ribosomos sudarytos iš mažojo
30S (16 S rRNR ir 21 įvairių baltymų (S1
–S21
, small – S); ir didžiojo 50S )23S rRNR
ir 5S rRNR ir 34 baltymų (L1
–L34
, large – L). subvienetų. Pavadinimas ribosomos,
nes apie 2/3 jų masės sudaro rRNR
Bakterijų ląstelėse yra apie 20.000 ribosomų, sudarančių apie 20 proc. sausos ląstelės
masės, o rRNR ir jų baltymus koduoja apie 5 proc. E.coli genomo.
Ribosomos
Dideli RNR-baltymų kompleksai, koordinuojantys tRNR, mRNR ir baltymų
tarpusavio sąveiką bei katalizuojantys nuo mRNR priklausomą peptidinių ryšių
susidarymą. Pavadinimas ribosomos, nes apie 2/3 jų masės sudaro rRNR. Veikimui
būtini Mg2+

8. Ribosomų struktūra (prokariotuose)
3’5’
E (exit)
vieta
P vieta
A vieta
50S subvienetas
33 baltymas
21 baltymas70S subvienetas
30S subvienetas

9. Pagrindiniai baltymų sintezės komponentai tRNR
Adaptorinė molekulė tRNR
atpažįsta:
a) fermentą, prijungiantį
teisingą aminorūgštį,
b) mRNR kodoną.
Kodoną tRNR atpažįsta
antikodonu, t.y. tripletu, kuris
yra komplementarus mRNR
kodonui.
Akceptinis stiebas
Kintamoji
kilpa
D kilpa
kilpa
Antikodono kilpa
Antikodonas

10. Kodono-antikodono sąveika
Pagrindiniai bruožai:
•pirmos dvi kodono bazės poruojasi standartiniu būdu. Atpažinimas yra tikslus.
•trečia kodono bazė su pirma antikodono baze poruojasi nevisiškai tiksliai
Pirmoji antikodono bazė kartais dar vadinama svyruojančia pozicija.
Manoma, kad svyravimo privalumas yra tas, kad tRNR gali greičiau disocijuoti
nuo mRNR (nes nestandartinės bazių poros yra silpnesnės), taigi ir baltymų
sintezė tampa greitesnė.
Antiko
dono
bazė
C A U G I
Atpažį
stamos
kodon
o bazės
G U A, G U, C U, C,
A
Antikodonas
KodonasRibosoma
Aminoacil-tRNR
Auganti peptidinė
grandinė

11. Antrinės tRNR struktūros savybės
•Sudarytos iš vienos 73–95 nukleotidų ilgio grandinės ( apie 25 kDa)
•Sudėtyje daug neįprastų (7-15%), daugiausiai metilintų bazių.
Metilinimo svarba:
- neleidžia susidaryti kai kurioms bazių poroms, taigi tos bazės gali
dalyvauti kitose sąveikose,
- suteikia kai kurioms sritims hidrofobinį charakterį, o tai gali būti
svarbu sąveikaujant su ribosomomis ir sintetazėmis.
Kitos nukleotidų modifikacijos taip pat gali keisti kodono atpažinimą.
• tRNR 5’ galas yra fosforilintas. Paprastai 5’ galinis nukleotidas – G.
•Subrendusios tRNR 3’ galo nukleotidų seka – CCA. Aktyvinta aminorūgštis
jungiasi prie galinio A 3’-OH.
•apie pusė tRNR nukleotidų susiporavę sudaro dvigubąsias spirales. 5
nukleotidų grupės nėra suporuotos: 1) 3’ galas CCA, 2) TψC kilpa
(ribotiminas–pseudo-uridinas–citozinas), 3) ekstra kilpa, turinti kintamą
nukleotidų kiekį, 4) DHU kilpa, turinti keletą dihidrouracilų ir 5)
antikodono kilpa

12. Pagrindiniai baltymų sintezės
komponentai aminoacil tRNR
sintetazės (ARSazės)
•Aktyvina ir prijungia aminorūgštis prie
tRNR
•labai specifiški fermentai: labai tikslūs
atpažindami tiek aminorūgštis, tiek tRNR.
• pasižymi savęs pasitikrinimo savybe
•Yra 20 ARSazių – kiekvienai AR
Adeninas
A
Adeninas
Aminorūgštis
A
ATP
Pirofosfatazė
Aminoacil
adenilatas

13. Baltymų sintezės schema
Iniciacija
Elongacija
P A P A
Peptido sintezė
IF
EF
EF
Translokacija
P A
AUG
AUG
UCA
UCA
GAG
AUG UCA
AUG
UCA
AUG
Met
Met
Ser
Met
Met
Ser
SerMet Met Ser
Glu

14. Baltymų sintezės iniciacija prokariotuose
•Iniciacinė aminorūgštis - N–formilmetioninas (fmet),
kurį į ribosomas atneša speciali iniciacinė tRNR
(tRNRf
met
) . Formil transferazė prijungia formilo grupę
prie metionino
•Iniciacijos kodonas mRNR yra AUG (met)
•būtini 3 iniciacijos faktoriai: IF1, IF2 ir IF3.
•formilmetionil-tRNRf
met
(iniciacinė tRNR, prisijungusi
fmet) jungiasi ribosomos P vietoje
•Procesui reikalingas GTP

15. Transliacijos elongacija
Grandinės elongacija gali būti suskirstyta į 3 pagrindines stadijas:
•aminoacil-tRNR prisijungimas A vietoje;
•Peptidinio ryšio susidarymas,
•Peptidil-tRNR translokacija į P vietą. A vieta atsilaisvina naujai
ateinančiai aminoacil-tRNR. Šis persislinkimas susijęs su ribosomos
persislinkimu per vieną kodoną išilgai mRNR molekulės.
Translokacija:
• deacilinta tRNR išeina iš P vietos, esančios 30S subvienete.
• peptidil-tRNR iš A vietos, esančios 30S subvienete, pereina į P vietą,
esančią 30S
• mRNR pajuda per 3 nukleotidus, t.y. per vieną kodoną pirmyn
•Translokaciją apsprendžia EF-G (dar vadinamas translokaze,
veikiantis GTP→GDP formoje)

16. Peptidinio ryšio susidarymas
Reakciją katalizuoja peptidiltransferazė
Energija peptidinio ryšio susidarymui gaunama iš jau esančios
aminoacil-tRNR energijos.
Peptidil-tRNR aa-tRNR tRNR Peptidil-tRNR
A vieta
P vieta A
P

17. Transliacijos terminacija
Kodonai UAA, UGA ir UAG nekoduoja
jokių aminorūgščių – tai “stop” kodonai
“stop” kodonus atpažįsta atpalaidavimo
(angl. release) baltyminiai faktoriai RF
RF prisijungimas prie “stop” kodonų A
vietoje aktyvina peptidiltransferazę taip, kad
ši hidrolizuoja ryšį tarp polipeptido ir tRNR,
esančios P vietoje.
Stop kodonas A vietoje
RF1, RF2, RF3GTP
GTP
5’
5’
5’
3’
3’
3’
3’
tRNR-Peptidinis ryšys
hidrolizuojamas
tRNR
50 S subvienetas 30 S subvienetas
Ribosomos
subvienetų
disociacija

18. Baltymų biosintezės iniciacija eukariotuose
m7G kepurėlė 5’ gale
Iniciacijos kodonas Poliadenilinimo
signalas
5’
netransliuojama
sritis
Koduojanti
sritis
3’ netransl.
sritis
Poli(A)
Eukariotų mRNR struktūra

19. Baltymų biosintezė eukariotuose
Ribosomos:
60S didysis subvienetas turi 3 rRNR: 5S (prokariotuose – 5S), 28S (prokariotuose – 23S)
ir 5,8S rRNR (būdinga tik eukariotams).
40S mažajį subvienetą sudaro 18S rRNR (prokariotuose – 16S)
60S ir 40S subvienetai kartu sudaro 80S ribosomą (prokariotuose – 70S).
Mitochondrijų ir chloroplastų ribosomos labai panašios į prokariotų ribosomas
Iniciacija. Inicijuojanti aminorūgštis yra met (prokariotuose – fmet). Iniciacinė tRNR
vadinama met-tRNRf
.. Iniciacinė tRNR, prisijungusi met) jungiasi ribosomos P vietoje
Starto signalas. Visada AUG. Arčiausiai mRNR 5’ galo esantis AUG paprastai būna starto
vieta. 40S subvienetas prisijungia prie mRNR 5’ gale esančios kepurėlės ir, judėdama 3'
kryptimi, pasiekia AUG kodoną.
Eukariotų mRNR turi tik vieną starto vietą ir yra matrica tik vienam polipeptidui, t.y.,
eukariotuose mRNR yra monocistroninė
Daugiau iniciacijos ir elongacijos faktorių, sąveika tarp jų sudėtingesnė.
Terminacijai reikalingas vienintelis atpalaidavimo faktorius eRF – nuo GTP priklausomas
baltymas (prokariotuose – 3 RF).
Baltymų sintezei reikalinga GTP hidrolizės energija

20. Poliribosomos (polisomos)
mRNR tuo pat
metu gali
transliuoti daug
ribosomų.
Prie mRNR
molekulės tuo
pat metu
prisijungusių
ribosomų grupės
vadinamos
poliribosomomis
5 ribosomos,
transliuojančios
tą pačią mRNR
Iniciacijos
kodonas
Auganti peptidinė
grandinė
Susintezuotas
polipeptidas
Stop kodonas
Ribosomos
judėjimo kryptis

21. Baltymų sintezė eksportui
Sintezės
pradžia
Sintezė
stabteli
Sintezė
tęsiama
Pašalina
mas
signalas
Sintezė
tęsiama
Ribosomos
disocijuoja
Ribosoma
mRNR 5’
Signalo seka
Signalo atpažinimo dalelė
Translokonas Signalo
peptidazė Glikozilinimas
Baltymas
ŠER