Molekylärbiologins centrala dogma

Transkript

1 Molekylärbiologins centrala dogma m Replikation:Bassekvensen i DNA står för den genetiska informationen. När en cell ska delas måste DNA:tdupliceras man måste få nytt DNA med exakt samma bassekvens som originalet. Vid proteinsyntes överförs informationen från DNA till aminosyrasekvens i två steg: Transkription:Bassekvensen i DNA översätts till bassekvens i mrna. mrnafungerar sedan som mall för proteinsyntesen. Translation:Bassekvens i mrnaöversätts till aminosyrasekvensm h a trna. Processen sker på ribosomerna. En sekvens av tre baser utgör den GENETISKA KODEN och specificerar en viss aminosyra.

2 RNA: Trehuvudtyper: Snabb repetition - RNA molekylerna trna transfer RNA Hämtaraminosyrai cytosolenoch transporterar den till ribosomen rrna ribosomalt RNA Stora RNA molekyler som tillsammans med proteiner bygger upp ribosomer(2/3 av massan är RNA, 1/3 proteiner). mrna messenger RNA Innehåller bassekvensensom specificerar aminosyrasekvensen i ett protein.

3 Snabb repetition - splicing av mrna De primära mrnatranskripteni eukaryoterbestår av EXONERoch INTRONER. Exonernainnehåller den genetiska informationen som kodar för protein -2% av vårt genmaterial Intronerna(-98 % av vårt genmaterial) används inte som mall för proteinsyntes utan dessa klipps bort från mrna processen kallas för splicing Splicingsker i cellkärnan på SPLICEOSOMEN-innehåller proteiner och snrna(= small nuclearrna som har katalytisk aktivitet!) Exon Exon mrna före splicing mrna efter splicing Färdigprocessat mrna som kan translateras

4 Translationen Bassekvensen i mrna överförs till aminosyrasekvens via GENETISKA KODEN. Varje aminosyra motsvaras av en eller flera bastripletter. De tre baserna kallas med ett ord för ett kodon knäcktes koden och gav nobelpriset 1968 kort tid mellan upptäckt och pris. 4 baser kan kombineras och ge 4 3 =64 olika tripletter. 61av dessa kodar för aminosyrormedan 3 koder är STOPP-koder: UAG, UGA, UAA. 20aminosyror 61koder: Flera aminosyror har flera koder genetiska koden är degenererad. När man väl förstått DNA-strukturen 1953 började jobbet med att förstå hur bassekvensen översätts till aminosyrasekvensen bildades RNA-slipsklubben (RNA-tieclub) med 20 välrenommerade forskare där alla fick var sin ullslips broderat med en gulgrön helix. De kläckte idén att det nog fanns en adaptormolekyl(trna) och att det nog var 3 baser som svarade mot en aminosyra. Dock var det andra forskare som slutligen knäckte koden.

5 Genetiska koden Tre nukleotider i följd kodar för en aminosyra Ex: UUU = Phe CAU = His CAA = Gln CGU = Arg CGC = Arg CGA = Arg CGG = Arg AGA = Arg AGG = Arg En aminosyra kan kodas av flera kodon = den genetiska koden är degenererad

6 Genetiska koden -De olika koderna för en aminosyra liknar varandra vilket minskar risken för allvarliga effekter av mutationer. Ex: CGU = Arg CGC = Arg CGA = Arg CGG = Arg AGA = Arg AGG = Arg -Antalet koder är korrelerat till hur vanlig respektive aminosyra är i proteiner. Koder som kodar för samma aminosyra kallas SYNONYMER 1. Genetiska koden är degenerarad 2. Introner(98 % av genmaterialet) Många mutationer är tysta! dvsde leder inte till något fel i aminosyrasekvensen

7 Den genetiska koden Genetiska koden Uppgifter: Ange vad följande kodoner motsvarar för aminosyror: AAG CCU GAG Ange alla koder för: Asparagin Serin

8 Genetiska koden Varför är genetiska koden degenererad? Om alla aminosyror bara hade en kod: 20 kodon 44 stoppsignaler (större chans att en mutation leder till en stopkodon) Risken är mycket hög att ett protein blir inaktivt om translationen avbryts för tidigt. Ett protein med en utbytt aminosyra har oftast viss aktivitet om det inte är någon av de katalytiska aminosyrorna som ersatts. Genetiska koden är nästan universell: Vissa variationer har dock upptäckts i mitokondriedna. Mitokondriernahar bakteriellt ursprung men upptogs av en eukaryot värd mycket tidigt i evolutionen. MitokondrielltDNA ärvs bara från mamman och används bland annat inom forensisk genetik vid identifiering. MitokondrielltDNA är mer skyddat och bevaras bättre och därför är det användbart speciellt om det bara finns små mängder analysmaterial, t ex hudflagor på en tröja.

9 Translationen Kodon antikodon: Kodon finns på mrna Antikodon finns på trna trna interagerar antiparallellt med mrna 3' Uppgifter: 1. Kodon: 5 -GCA-3 (kodar for Ala) Antikodon? Ange antikoden för en trna som bär metionin

10 Translationen mrna innehåller start signal (AUG) för proteinsyntes Proteinsyntesen börjar med aminosyran metionin Formylgrupp

11 Translationen Proteinsyntesen sker på ribosomen som utgörs av rrna(2/3) och protein (1/3) Ribosomenbestår av en stor enhet på 50Soch en mindre enhet på 30S (60S och 40S hos eukaryoter) Tillsammans bildar dessa enheter ett komplex på 70S(S = sedimenterings koefficient)

12 Translationen stegvis 1. Aktivering av aminosyran Kopplas till aminosyrans karboxylgrupp Aminosyra+ ATP aminoacyl-amp + PP i Reaktionen kräver energi

13 Translationen stegvis 2. Kopplingavden aktiveradeaminosyrantill trna. Aminoacyl-AMP + trna aminoacyl-trna+ AMP En aminosyra kopplad på 3 -OH på trna Aminoacyl-tRNA

14 Translationen stegvis Totalreaktionen för aktivering och koppling av aminosyra till trna: Aminosyra + ATP + trna aminoacyl-trna+ AMP + PP i Både aktivering och koppling katalyseras av aminoacyl-trna-syntetas Aminoacyl-tRNA-syntetaser = Enzymer som kopplar aminosyran till rätt trna. Varje aminoacyl-trna-syntetas är specifikt för en viss aminosyra.

15 Translationen stegvis Garanti för specificitet dvsatt rätt aminosyra kopplas på: Aminosyra Aktiva ytan hos enzymet utformad för att passa en viss aminosyra. -Hydrofobt för hydrofoba aminosyror -Hydrofilt för hydrofila aminosyror -Steriska hinder för stora aminosyror att passa in i där små aminosyror skall binda in Finns ett editerings-site undersöks ytterligare en gång att det är rätt aminosyra som kopplats på. Om fel aminosyra har kopplats på så kan den tas bort genom hydrolys. aminoacyl-trna-syntetas

16 Enzymet måste även välja rätt trna. Translationen stegvis Vissa känner igen sina trna-partnersenbart på deras antikodon medan andra även kräver närvaro av vissa sekvenser nära 5 och 3 änden (acceptor stem). trna aminoacyl-trna syntetas Cirklarna representerar nukleotideroch storleken på cirklarna är proportionell till hur ofta positionen används av aminoacyl-trna syntetas för att känna igen rätt trna

17 Translationen stegvis 3. Initiering av polypeptidsyntesen SyntesriktningN C mrna:tläses5 3 Förklaring till varför aasekvensen skrivs N C och nukleotidsekvensen 5 3 OBS! Beskrivning av prokaryot system mer komplicerat i eukaryoter! Peptidkedjan börjar alltid med formyl-metionin, fmet: Metioninhar koden AUGvilket alltså också fungerar som START-kod.

18 Translationen stegvis Start-AUGmärks ut genom att det finns en purinriksekvens (A+G) i mrna:t, SHINE-DALGARNO-sekvensen, som föregår ett start-augoch skiljer det från övriga AUG. Sekvensen finns på 5 -sidan, ca 10 nukleotider från start-aug. Shine-Dalgarno sekvens känns igen och binder till rrna i ribosomen

19 Translationen stegvis Formation av ett 70S initierings komplex För detta krävs energi samt flera initieringsfaktorer. Först bildar den lilla ribosomenheten(30s) ett komplex med IF1och IF3. Syftet är att förhindra interaktion med den stora ribosomenheten(50s) i frånvaro av mrna. IF2(bundet till GTP) bildar ett komplexmed fmet-trnaoch mrna och binder sedan in till den lilla ribosomenheten IF1och IF3lossnar. GTP(bunden till IF2) hydrolyserasvilket leder till konformationsförändringar och associationmed den stora ribosomenheten(50s). IF2 dissocierar. Translationen kan starta.

20 Translationen stegvis Tre bindningssite för trna på ribosomen: A aminoacylsitet P peptidylsitet E exit Shine-Dalgarnosekvensen(A+G) i mrna basparar med pyrimidinrik(c+u) sekvens i rrnaoch positionerar på det sättet mrna:trätt för translationsstart. Start-AUG ska exponeras i P-sitet. Basparning Shine-Dalgarnosekvensen roll 1. Märka ut start AUG i mrna 2. Iteragera med rrna i ribosomen

21 4. Polypeptidkedjans förlängning Stegvis: Translationen stegvis En elongeringsfaktor och GTP (energi) krävs för förlängningsreaktionerna. En trna-molekylsom bär den växande polypeptidkedjan(eller i första varvet formylmetionin) sitter bunden i P-sitet. En ny trnaladdad med aminosyra binder in till A-sitet. Nu kollas att kodonetsom exponeras i A-sitetstämmer överens med antikodonet på trna:t. E P A

22 4. Polypeptidkedjans förlängning Stegvis: Translationen stegvis Den växande polypeptidkedjan på trna:t som sitter i P-sitet överförs till aminosyran i A-sitet varvid en ny peptidbindning bildas vid det s k peptidyltransferascentret, som är en del av den stora ribosomenheten. E P A E P A

23 4. Polypeptidkedjans förlängning Stegvis: Translationen stegvis Elongeringsfaktorn EF-G med bunden GTP påverkar ribosomenså när GTP hydrolyserastill GDP ändras formen på EF-G vilket leder till en TRANSLOKERINGdär trna:tmed den växande polypeptidkedjanflyttas från A-sitettill P-sitetoch det fria trna:tflyttas till E-sitet. Samtidigt flyttas mrna:t motsvarande 3 baser så att ett nytt kodon exponeras i A-sitet. E P A E P A E P A

24 4. Polypeptidkedjans förlängning Stegvis: Translationen stegvis Det fria trna:tlämnar E-sitetför att hämta ny aminosyra i cytosolen. Nu kan processen börja om och en ny trnamed aminosyra kan binda in i A-sitet. Detta upprepas till ett STOPPKODON visas i A-sitet. E P A E P A

25 Translationen stegvis E P A E P A E P A E P A

26 Translationen stegvis Mekanismen för bildande av en ny polypeptidbindning: Kväveti aminogruppen på aminosyran bunden till trnai A-sitetgör en nukleofil attack på karbonylkolet hos aminosyran bunden till trna i P-sitet. Ny peptidbindning Deacylerat trna

27 5.Terminering: Translationen stegvis Speciella RELEASE -faktorer (proteiner) känner igen stoppkoderna UAA, UGA och UAG och binder till dem. - Blockerar för ny aminoacyl-trna i A-sitet. - Binderen vattenmolekyloch bindningen mellan den C-terminala aminosyran och trna:t hydrolyseras.

28 Translationen stegvis Mekanism hydrolys av polypeptidkedjan från trna Syreti vattenmolekylen gör en nukleofilattack på karbonylkolet som fäster polypeptidkedjan till trna bindningenmellan den C-terminala aminosyran och trna:t bryts

29 Translationen stegvis Hela ribosomkomplexetdissocieras och polypeptidkedjanveckas till sin tredimensionella form vilket krävs for proteinet funktion.

30 Translationen Viktiga skillnader vid eukaryot translation: Eukaryotaribosomerär större; 40S + 60S Den första aminosyran är metionin, inte formylmetionin Finns ingen Shine-Dalgarnosekvens utan det AUG som är närmast mrna:ts 5 - ände fungerar som start. Notera; mrnai prokaryoterkodar för mer än ett protein, i eukaryoter motsvarar en mrna-molekyl = ett protein. Eukaryoter använder flera initieringsfaktorer. Termineringen sköts av en release -faktor jämfört med två hos prokaryoter.

31 Translationen ANGREPPSPUNKTER FÖR ANTIBIOTIKA!!! -Streptomycin interfererar med inbindning av formylmetionin-laddad trna Var ett av de första verksamma läkemedlen mot tuberkulos. Resistensutveckling samt många biverkningar gör att medlet inte längre används i Sverige -Erytromycinbinder till storaribosomenhetenochförhindrartranslokering. Används vid t ex lunginflammation, clamydiainfektioner och kikhosta Pneumokocker är resistenta I allt högre grad (>40% I flera länder) Resistensutveckling nya strategier?????

32 Translationen Vilken aminosyrasekvens motsvarar följande DNA-sekvens? DNA templat: 5 -GCA GGT TAG CGT GGA ACC-3