Transkripce a translace prokaryot

Transkripce

Transkripce je proces přepisu jednoho řetězce DNA do komplementárního řetězce RNA. Je katalyzován enzymem RNA polymerázou. Probíhá ve směru od 5’ konce nové molekuly RNA k jejímu 3’ konci.
Transkripce u prokaryot probíhá podle podobného základního mechanismu jako transkripce eukaryot. Další informace s výkladem naleznete v článku Transkripce u prokaryot a Operonový model.

RNA polymeráza

Transkripci u bakterií zajišťuje jediná RNA polymeráza:

• 5 proteinových podjednotek α, β, β‘, ω a σ; α ve dvou kopiích
• σ podjednotka slouží k navázání n DNA, po začátku syntézy disociuje

Iniciace

Zahájení syntézy RNA probíhá u bakterií takto:

• rozeznání promotoru pomocí sigma faktoru (vícero variant promotorů + σ)
• σ rozeznává −35 a −10 (TATA box/Pribnow box) konsenzus sekvence
• otevření transkripční bubliny
• syntéza krátkého řetězce kolem 9 nt, disociace σ faktoru
• energeticky je transkripce poháněna hydrolýzou makroergní vazby přicházejícího ribonukleosidtrifosfátu

Terminace

Terminace transkripce prokaryot může být Rho (ρ) nezávislá, nebo ρ závislá:
– Rho nezávislá terminace:

• terminační sekvence obsahující invertované repetice oddělené nerepititivním úsekem bohatá na GC páry
• vytvoření struktury smyčky zastavující transkripci
• následující úsek polyA (v DNA) umožňuje snadnou disociaci

– Rho závislá

• Rho faktor rozeznává sekvenci v RNA
• pohybuje se směrem k polymeráza a způsobuje disociaci

Translace

Translace je proces syntézy polypeptidového řetězce na základě informace obsažené v mRNA. Triplety nukleotidů v RNA jsou překládány do podoby jednotlivých aminokyselin polypeptidu podle pravidel genetického kódu. Translace u prokaryot probíhá podle podobného základního mechanismu jako translace eukaryot. Další informace s výkladem naleznete v článku Translace u prokaryot, Translace a otázce Translace u eukaryot, zde jsou uvedeny především základní rysy a specificity prokaryotické translace.

Syntéza aminoacyl-tRNA

Molekula tRNA přináší aminokyselinový zbytek na ribozom. Pro bakteriální tRNA je typické:

• zhruba 60 typů tRNA (oproti 100–110 u savčí buňky)
• délka 73–93 nukleotidů
• sekundární struktura tvaru čtyřlístku, terciární struktura písmene L
• akceptorové rameno zakončené tripletem CCA
• dihydrouridinové rameno (D nebo DHU), pseudouridinové rameno (T nebo TΨC),variabilní rameno
• antikodonové rameno

K aktivaci tRNA navázáním zbytku aminokyseliny dochází prostřednictvím enzymu aminoacyl-tRNA-syntetázy za spotřeby ATP:

• aminokyselina + ATP ↔ aminoacyl-AMP + pyrofosfát
• aminoacyl-AMP + tRNA ↔ aminoacyl-tRNA + AMP

Reakce je termodynamicky poháněna rozkladem pyrofosfátu.

Prokaryotní ribozom

Bakteriální ribozom, stejně jako ribozom eukaryot, se skládá ze dvou podjednotek:
– 30S podjednotka

• 16S rRNA (s 3’ koncem komplementárním k Shine-Delgarno sekvenci)
• 21 proteinů

– 50S podjednotka

• 5S rRNA, 23S rRNA (s peptidiyltransferázovou aktivitou – katalyzuje prodlužování petidového řetězce)
• 31 proteinů

Iniciace translace

Samotná proteosyntéza může být rozdělena na iniciaci, elongaci a terminaci. Bakteriální iniciace probíhá následovně:

• první aminokyselinou většiny bakterií je N-formylmetionin navázaný na zvláštní tRNA^fMet. Obvykle je posttranslačně odštěpeno 1–3 N-koncových aminokyselin.
• N-formylmethionyl-tRNA^fMet se váže na volnou 30S podjednotku ribozomu
• mRNA je navázána interakcí 3’ konce 16S rRNA s Shine-Delgarno sekvencí poblíž 5‘ konce (RBS – riobosome-binding site), obvykle 8 nukleotidů od iniciačního kodonu AUG
• fMet-tRNA interaguje antikodonem s iniciačním kodonem AUG (někdy GUG)
• 50S podjednotka ribozomu se naváže tak, že fMet-tRNA je v P místě ribozomu
• iniciace translace vyžaduje iniciační faktory IF1, IF2 a IF3 a spotřebovává energii ve formě GTP

Elongace

Při elongaci dochází k přidávání aminokyselinových zbytků na C-konec polypeptidu prostřednictvím opakující se sekvence dějů:

• P místo ribozomu (viz translace) je obsazeno N-formylmethionyl-tRNA^fMet nebo peptidyl tRNA, A místo je prázdné
• aminoacyl-tRNA příslušná následujícímu kodonu se váže do A místa za pomoci faktoru EF-Tu a spotřeby GTP
• dochází k transpeptidázové reakci katalyzované 23S rRNA – α-aminoskupina aminokyselinového zbytku v A místě nukleofilně napadá α-karboxylovou skupinu C-terminální aminokyseliny v P místě. Peptid se tím přesouvá na tRNA v A místě. Reakce nespotřebovává žádnou energeticky bohatou molekulu.
• dochází k translokaci: peptidyl-tRNA se přesouvá z A místa do P místa, ribozom se posouvá o jeden kodon na mRNA a předchozí tRNA se posouvá do E místa. Proces vyžaduje faktor EF-G a hydrolýzu molekuly GTP
• tRNA v E místě opouští ribozom a cyklus se opakuje

Terminace

Ukončení translace v prokaryotní buňce probíhá následovně:

• na A místo ribozomu se dostane jeden z tří (obvykle) terminačních (nonsense) kodonů – UAA, UAG nebo UGA
• je rozpoznán jedním ze tří terminačních faktorů (RF-1, RF-2 nebo RF-3)
• peptid je hydrolyticky uvolněn aktivitou peptidyltransferázy
• dochází k disociaci podjednotek ribozomu a proteinů translace.
• IF-3 zůstává navázán na 30S podjednotce a brání tak reasociaci s 50S podjednotkou

Odkazy

Související články

• Transkripce
• Transkripce u prokaryot
• Translace u prokaryot
• Translace u eukaryot
• Translace
• Regulace genové exprese u prokaryot
• RNA
  • mRNA

Zdroje

• MADIGAN, Michael, Kelly BENDER a John MARTINKO, et al. Brock Biology of Microorganisms. - vydání. Pearson, 2014. 1030 s. ISBN 9781292018317.

• PRESCOTT, Lansing, John HARLEY a Donald KLEIN. Microbiology. - vydání. WCB/McGraw-Hill, 1999. 963 s. ISBN 9780697354396.

• KOHOUTOVÁ, Milada, et al. Lékařská biologie a genetika (II. díl). 1.. vydání. Karolinum, 2012. ISBN 978-80-246-1873-9.