Planul de bază al sintezei proteinelor la eucariote și archaea este similar cu cel de la bacterii. Temele structurale și mecaniciste majore se repetă în toate domeniile vieții. Cu toate acestea, sinteza proteinelor eucariote implică mai multe componente proteice decât sinteza proteinelor procariote, iar unele etape sunt mai complicate. Unele asemănări și diferențe notabile sunt următoarele:
Ribosomi. Ribozomii eucarioți sunt mai mari. Ei constau dintr-o subunitate mare 60S și o subunitate mică 40S, care se unesc pentru a forma o particulă 80S având o masă de 4200 kd, comparativ cu 2700 kd pentru ribozomul procariot 70S. Subunitatea 40S conține un ARN 18S care este omolog al ARN 16S procariotic. Subunitatea 60S conține trei ARN-uri: ARN-urile 5S și 28S sunt omologii moleculelor 5S și 23S procariote; ARN-ul său 5,8S este unic la eucariote.
ARNt inițiator. La eucariote, aminoacidul inițiator este metionina și nu N-formilmetionina. Cu toate acestea, ca și la procariote, un ARNt special participă la inițiere. Acest aminoacil-tARN se numește Met-tARNi sau Met-tARNf (indicele „i” semnifică inițiere, iar „f” indică faptul că poate fi formilat in vitro).
Inițiere. Codonul de inițiere la eucariote este întotdeauna AUG. Eucariotele, spre deosebire de procariote, nu folosesc o secvență specifică bogată în purină pe partea 5′ pentru a distinge AUG-urile inițiatoare de cele interne. În schimb, AUG cel mai apropiat de capătul 5′ al ARNm este de obicei selectat ca loc de inițiere. Un ribozom 40S se atașează la capacul de la capătul 5′ al ARNm eucariot (secțiunea 28.3.1) și caută un codon AUG, deplasându-se pas cu pas în direcția 3′ (figura 29.33). Acest proces de scanare în sinteza proteinelor eucariote este alimentat de elicaze care hidrolizează ATP. Împerecherea anticodonului Met-tRNAi cu codonul AUG al ARNm semnalează faptul că ținta a fost găsită. În aproape toate cazurile, ARNm eucariot are un singur situs de start și, prin urmare, este șablonul pentru o singură proteină. În schimb, un ARNm procariotic poate avea mai multe secvențe Shine-Dalgarno și, prin urmare, mai multe situsuri de pornire, și poate servi drept șablon pentru sinteza mai multor proteine. Eucariotele utilizează mult mai mulți factori de inițiere decât procariotele, iar interacțiunea lor este mult mai complexă. Prefixul eIF desemnează un factor de inițiere eucariot. De exemplu, eIF-4E este o proteină care se leagă direct de capacul de 7-metilguanosină (secțiunea 28.3.1), în timp ce eIF-4A este o elicozină. Diferența de mecanism de inițiere dintre procariote și eucariote este, în parte, o consecință a diferenței de procesare a ARN-ului. La procariote, capătul 5′ al ARNm este ușor disponibil pentru ribozomi imediat după transcriere. În schimb, la eucariote, pre-ARNm trebuie să fie procesat și transportat în citoplasmă înainte de a fi inițiată traducerea. Astfel, există numeroase posibilități de formare a unor structuri secundare complexe care trebuie îndepărtate pentru a expune semnalele din ARNm matur. Capacul 5′ oferă un punct de plecare ușor de recunoscut. În plus, complexitatea inițierii traducerii eucariote oferă un alt mecanism de exprimare a genelor pe care îl vom explora în continuare în capitolul 31.
Alungire și terminare. Factorii de elongație eucarioți EF1α și EF1βγ sunt omologii factorilor de elongație procarioți EF-Tu și EF-Ts. Forma GTP a EF1α livrează aminoacil-ARNt la situsul A al ribozomului, iar EF1βγ catalizează schimbul de GTP cu GDP legat. EF2 eucariotă mediază translocarea condusă de GTP în același mod ca și EF-G procariotă. Terminarea la eucariote este realizată de un singur factor de eliberare, eRF1, în comparație cu doi la procariote. În cele din urmă, eIF3, ca și omologul său procariot IF3, previne reasocierea subunităților ribozomale în absența unui complex de inițiere.
Figura 29.33
Inițializarea traducerii eucariote. La eucariote, inițierea traducerii începe cu asamblarea unui complex pe capătul 5′ care include subunitatea 40S și Met-tRNAi. Impulsionat de hidroliza ATP, acest complex scanează ARNm până la primul AUG (mai mult…)
29.5.1. Multe antibiotice acționează prin inhibarea sintezei proteinelor
Diferențele dintre ribozomii eucarioți și procarioți pot fi exploatate pentru dezvoltarea de antibiotice (tabelul 29.4). De exemplu, antibioticul puromicină inhibă sinteza proteinelor, determinând eliberarea lanțurilor polipeptidice procariote născute înainte ca sinteza lor să fie finalizată. Puromicina este un analog al părții terminale de aminoacil-adenozină din aminoacil-ARNt (figura 29.34).
Tabel 29.4
Antibiotice inhibitoare ale sintezei proteinelor.
Figura 29.34
Acțiunea antibiotică a Puromicinei. Puromicina seamănă cu terminația aminoacil a unui aminoacil-ARNt. Grupa sa amino se unește cu grupa carbonil a lanțului polipeptidic în creștere pentru a forma un produs de aducere care se disociază de ribozom. Acest aduct este stabil deoarece (more…)
Se leagă de situsul A de pe ribozom și inhibă intrarea aminoacil-ARNt. În plus, puromicina conține o grupare α-amino. Această grupare amino, ca și cea de pe aminoacil-ARNt, formează o legătură peptidică cu grupa carboxil a lanțului peptidic în creștere. Produsul, o peptidă care are la capătul său carboxilat un reziduu puromicină atașat covalent, se disociază de ribozom.
Streptomicina, o trisacaridă foarte bazică, interferează cu legarea formilmetionil-ARNt la ribozomi și astfel împiedică inițierea corectă a sintezei proteice. Alte antibiotice aminoglicozide, cum ar fi neomicina, kanamicina și gentamicina, interferează cu situsul de decodificare situat în apropierea nucleotidei 1492 din ARNr 16S al subunității 30S (secțiunea 29.3.9). Cloramfenicolul acționează prin inhibarea activității peptidil-transferazei. Eritromicina se leagă de subunitatea 50S și blochează translocarea. În cele din urmă, ciclohexamida blochează activitatea peptidil-transferazei în ribozomii eucarioți, devenind un instrument de laborator util pentru blocarea sintezei proteice în celulele eucariote.
29.5.2. Toxina difterică blochează sinteza proteinelor la eucariote prin inhibarea translocației
Difteria a fost o cauză majoră de deces în copilărie înainte de apariția imunizării eficiente. Efectele letale ale acestei boli se datorează în principal unei toxine proteice produse de Corynebacterium diphtheriae, o bacterie care se dezvoltă în tractul respirator superior al unei persoane infectate. Gena care codifică toxina provine de la un fag lizogen care este găzduit de unele tulpini de C. diphtheriae. Câteva micrograme de toxină difterică sunt de obicei letale la o persoană neimunizată, deoarece inhibă sinteza proteinelor. Toxina este scindată la scurt timp după ce intră într-o celulă țintă într-un fragment A de 21 kd și un fragment B de 40 kd. Fragmentul A al toxinei catalizează modificarea covalentă a unei componente importante a mașinăriei de sinteză a proteinelor, în timp ce fragmentul B permite fragmentului A să intre în citosolul celulei-țintă.
Un singur fragment A al toxinei din citosol poate ucide o celulă. De ce este atât de letală? Ținta fragmentului A este EF2, factorul de alungire care catalizează translocarea în sinteza proteinelor eucariote. EF2 conține diftimidă, un reziduu neobișnuit de aminoacid cu funcție necunoscută, care se formează prin modificarea posttranslațională a histidinei. Fragmentul A catalizează transferul unității de adenozindifosfat riboză a NAD+ la un atom de azot al inelului diftimidă (figura 29.35). Această ADP-ribosilare a unui singur lanț lateral al EF2 blochează capacitatea sa de a efectua translocarea lanțului polipeptidic în creștere. Sinteza proteinelor încetează, ceea ce explică toxicitatea remarcabilă a toxinei difterice.
Figura 29.35
Blocarea translocației de către toxina difterică. Toxina difterică blochează sinteza proteinelor la eucariote prin catalizarea transferului unei unități de ADP-riboză de la NAD+ la diftimidă, un reziduu de aminoacid modificat în factorul de alungire 2 (translocație). Diftamida (more…)
.