Valgusüntees prokarüootides

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search
Valgusüntees ribosoomides. Tähendused: small subunit– väike alaühik; large subunit– suur alaühik; amino acids– aminohapped; P-site– P-sait; A-site– A-sait; newly born protein– sünteesitud valk

Valgusünteesiks nimetatakse protsessi, mille käigus sünteesitakse aminohapetest koosnevaid peptiidahelaid ehk valke. Inglise keelest tulenevalt kutsutakse seda protsessi ka aminohappelise järjestuse ümbertõlkimiseks valguliseks järjestuseks, mis toimub geneetilise koodi põhjal. Prokarüootides toimub valgusüntees tsütoplasmas ning eukarüootide puhul toimub antud protsess endoplasmaatilises retiikulumis (ER). Eukarüootides toimuvat valgusünteesi alles uuritakse ja seega on sealsed seaduspärasused siiamaani ebaselged. See-eest on piisavalt andmeid kogutud prokarüootidest ning antud artikkel ongi kirjutatud viimastest lähtuvalt.

Valgusüntees prokarüootides toimub ribosoomides, mis koosnevad RNA-st (rRNA) ning valkudest (r-valgud). Kogu sünteesis osaleb 3 erinevat RNA-d: 1) mRNA (messanger RNA) ehk informatsiooniline RNA – valkude sünteesiks vajaminevat informatsiooni kandev üksus.[1] 2) tRNA (transport RNA) ehk transpordi RNA – spetsiifiline RNA, mis on vajalik vahendamaks aminohappeid vastavusse mRNA-s sisalduva geneetilise materjaliga.[2] 3) rRNA (ribosomaalne RNA ehk ribosoomis endas paiknev RNA).[3]

Ribosoom sünteesimas uut valku. Tumesinisena on märgitud tRNA

Prokarüootide valgusünteesis eristatakse kolme etappi: initsiatsioon, elongatsioon ning terminatsioon. Initsiatsiooni käigus toimub ribosoomi alaühikute seondumine, valku kodeeriva ala alguse leidmine mRNA-l ning esimese peptiidsideme süntees. Elongatsioonil valguahel pikeneb ning terminatsiooni faasi jõuab süntees siis, kui kohtutakse stoppkoodoniga. Sünteesi lõppfaasis eralduvad sünteesitud valk, mRNA ning tRNA ning omavahel lahknevad ribosoomi alaühikud.

Veel eristatakse ka preribosomaalset ja ribosomaalset etappi, mille esimeses jaos sünteesitakse väljaspool ribosoomi vastavate süntetaaside abil aminoatsüül-tRNA (aa-tRNA). Just aminoatsüül-tRNA süntetaas on ensüüm, mis identifitseerib tRNA molekuli ning sünteesib tRNA molekuli ja vastava aminohappe vahele estersideme. Valgusünteesi teises etapis, mis toimub juba ribosoomis, pannakse vastavusse mRNA-s olev kolmest järjestikusest nukleotiidist koosnev koodon tRNA-s sisalduva antikoodoniga. Ribosoom sünteesib koodoni ja antikoodoni vahele peptiidsideme.[4]

Aminoatsüül-tRNA teke[muuda | muuda lähteteksti]

Aminohappe liitmine tRNA molekulile toimub kahes jaos – nagu eespool kirjeldatud, on võtmeensüümiks süntetaas ning süntetaasiga seondumine toimub erinevatel hetkedel.[5] Esimeses reaktsioonis seonduvad süntetaasiga aminohape ja ATP, mis moodustavad ensüümi pinnal aminoatsüül-adenülaadi. Antud ühendis on aminohape aktiveeritud karboksüülrühma kaudu. Teises reaktsioonis sünteesitakse esterside aminohappe karboksüülrühma ja tRNA vahele, mille tagajärjel vabaneb AMP.

  1. sünt + aa + ATP ↔ sünt ATP aa ↔ sünt AMP-aa + PP
  2. sünt AMP-aa + tRNA ↔ sünt AMP-aa tRNA ↔ sünt aa-tRNA + AMPLeft ↔ sünt + aa-tRNA
Legend[muuda | muuda lähteteksti]

(sünt-aminoatsüül-tRNA süntetaas, aa-aminohape, AMP-aa tähistab aminoatsüül-adenülaati ning "-" näitab kovalentset keemilist sidet.)

Aminoatsüül-tRNA süntees toimub erakordselt täpselt – üks vale aminohape 100 000 õigesti sünteesitud aa-tRNA kohta.

tRNA molekuli valimine[muuda | muuda lähteteksti]

Süntetaasi ensüümil on valida mitme tRNA molekuli vahel ning "kineetilise veerulugemise"[6] meetodi abil tehakse kindlaks, milline molekul on see õige. Meetod toimub kahes etapis: 1) süntetaasi seondumine "õige" tRNA molekulile ning 2) "õige" tRNA aminoasüleerimine tänu konformatsioonilistele muutustele süntetaasis. Vale molekuli seondumine väljendub selles, et see tRNA võib küll seonduda süntetaasiga, kuid teda ei aminoasüleerita, sest ta ei kutsu süntetaasis esile konformatsioonilist muutust. Seega ei jõua "vale" tRNA keemilist sidet looma hakatagi, kui ta juba ensüümilt eemaldub.

Initsiatsioon bakteri ribosoomis[muuda | muuda lähteteksti]

Protsessi läbiviimisel osalevad lisaks ribosoomile veel initsiaator-tRNA, GTP ning initsiatsioonifaktorid. Viimaseid on bakteritel kolm tükki, kaks neist on konserveerunud (IF-2 (initsiatsioonifaktor nr 2) ja IF-3 on leitud kõigil bakteritel, IF-1 esineb mõnedel). Kõige suurem faktor on IF-2 ning tema ülesandeks on GTP juuresolekul siduda initsiaator -tRNA (bakterirakus on selleks fMet-tRNAfMet). See kompleks seondub bakteri väiksema ribosoomi 30S-ga ning moodustab stabiilse kompleksi. IF-3 ülesandeks on takistada ribosoomide alaühikute assotsieerumist – sellega tehakse võimalikuks mRNA ja IF-2 GTP fMet-tRNAfMet kompleksi sidumine väiksele alaühikule. Initsiatsioon saab alguse initsiaator-koodonist, milleks on tavaliselt AUG. (10% juhtudest on selleks GUG). Initsiaator-koodonile eelneb RBS ehk Ribosome binding site (kutsutakse ka Shine-Dalgarno järjestuseks), mis kujutab endast 4–7 nukleotiidilist järjestust, mis on komplementaarne ribosoomi 30S alaühiku RNA otsaga. RBS asub AUG-st 5–7 nukleotiidi eespool. Valgusünteesi alguseks võib lugeda järgnevat protsessi, kus mRNA 30S kompleks seondub IF-2 GTP fMet-tRNAfMet kompleksiga ning sellega tekitatakse esimene koodon-antikoodon paardumine. Sellega määratakse ka lugemisraami algus. Edasi seondub initsiaator-tRNA (fMet-tRNAfMet) 30S ribosoomi P-saiti (vt alapunkti "Ribosoomides paiknevad tRNA saidid"). Järgmiseks etapiks initsiatsioonil on ribosoomi suurema alaühiku 50S seondumine kompleksile ning 70S ribosoomi teke. Sellega kaasneb IF-2-ga seotud GTP hüdrolüüs ning pärast selle toimumist vabanevad IF-2, IF-3 ja GDP. Pärast esimese peptiidsideme sünteesi on valgusüntees jõudnud elongatsiooni etapini.

Ribosoomides paiknevad tRNA saidid[muuda | muuda lähteteksti]

Ribosoomide alaühikute vahele jääv ala on piirkond, mida nimetatakse tRNA sidumiskohaks ehk aktiivtsentriks. Selliseid piirkondi on kolm: A-, P- ja E-sait.[7]

  • A-saiti seondub aminoatsüül-tRNA (samas kohas toimub ka aa-tRNA-de valik mRNA koodoni alusel). Aa-tRNA reageerib peptidüül- tRNA-ga ning selle tulemusena moodustub peptiidside. Nüüd paikneb A-saidis peptridüül-tRNA.
  • P-saiti seondub peptidüül-tRNA. Pärast peptiidsideme moodustumist A-saidis kantakse kasvav peptiidahel üle peptidüül-tRNA-lt A-saidis asuvale aa-tRNA-le ning P-saiti jääb deatsüleeritud tRNA.
  • E-sait on spetsiifiline sait, millele liigub P-saidis deatsüleeritud tRNA. Koos sellega liigub nii deatsüleeritud tRNA kui ka mRNA ühe koha võrra edasi. E-saidi kaudu väljub deatsüleeritud tRNA ribosoomist ning läheb "uuele ringile".
mRNA ja tRNA interaktsioonid valgusünteesil. Tähendused: Protein synthesis– valgusüntees; ribosome– ribosoom; growing peptide chain– kasvav peptiidahel; outgoing empty tRNA– tühi tRNA, mis lahkub ribosoomilt; Messanger RNA– mRNA ehk informtasiooniline RNA

Elongatsioon bakteri ribosoomis[muuda | muuda lähteteksti]

Järgnevate protsesside käigus toimub ribosoomis peptiidahela pikenemine vastavalt mRNA järjestusele. Elongatsioon on tsükliline protsess – st iga tsükli käigus lisatakse kasvavasse peptiidi üks aminohape. Protsessi kiiruseks on kuni 20 aminohapet sekundis. Igale etapile on omased isemoodi faktorid ning elongatsiooni puhul on nendeks EF-Tu, EF-Ts, EF-G ning kofaktorina esinev GTP. Elongatsioonifaktorid EF-Tu ja EF-Ts moodustavad kompleksi, mida nimetatakse EF-T kompleksiks. (EF-T – T tuleneb sõnast transfer, väikesed tähed "v" ja "s" tähistavad siinkohal termilist stabiilsust: u- unstable (ebastabiilne), s- stable (stabiilne). Seega EF-Tu kujutab endast ebastabiilselt ning EF-Ts stabiilset struktuuri. Viimane faktor, milleks on EF-G omab võimet hüdrolüüsida ribosoomide juuresolekul GTP-d. EF-Tu ja EF-Ts osalevad aa-tRNA transpordil ribosoomi A-saiti. Alguses moodustab EF-Tu kompleksi aa-tRNA ja GTP-ga (nn kolmikkompleks) ning see liigub A-saiti. Järgnevalt kontrollitakse antikoodoni vastavust ribosoomis paikneva koodoniga. Kui aa-tRNA antikoodon on komplementaarne vastava ribosoomi koodoniga, siis toimub EF-Tu-l GTP hüdrolüüs ja EF-Tu GDP ja fosfaadijääk lahkuvad ribosoomist. Alles pärast EF-Tu GDP kompleksi lahkumist ribosoomist saab toimuda peptiidsideme süntees. Kui komplementaarsus ei esine, siis kolmikkompleks ribosoomile ei seondu. Vastavuse esinemisel katalüüsib EF-Ts EF-Tu-l nukleotiidi vahetuse (GDPGTP) ning pärast seda tekib EF-Tu GTP kompleks, mis on valmis siduma järgmist aa-tRNA-d (EF-Tu GDP kompleks seda ei suuda).

Järgmiseks reaktsiooniks on peptiidsideme süntees, mis katalüüsitakse peptidüültransferaasses tsentris, mis asub ribosoomi suurel alaühikul. Sünteesi käigus kantakse peptiidjääk peptidüül-tRNA-lt üle aa-tRNA-le ehk aminohape, mis on tRNA 3' otsas, reageerib aminorühma kaudu peptidüül-tRNA karbosküülrühmaga. Edasi toimub translokatsioon, mille käigus liigub mRNA kompleks (mRNA + kaks tRNA-d) ühe koodoni võrra edasi. Nüüd jõuab peptidüül-tRNA P-saiti ning deatsüül-tRNA omakorda E-saiti. Seda reaktsiooni viib läbi EF-G koos GTP-ga. Pärast katalüüsi toimumist hüdrolüüsub GTP EF-G pinnal GDP-ks ning mõlemad lahkuvad ribosoomist.

Terminatsioon bakteri ribosoomis[muuda | muuda lähteteksti]

Valgusüntees toimub täpselt nii kaua, kuni A-saiti jõuab üks kolmest stoppkoodonist: UUA, UAG või UGA. Igale koodonile on spetsiifilised terminatsioonifaktorid: RF-1 tunneb ära UUA ja UAG ning RF-2 identifitseerib koodonid UAA ja UGA. Veel on olemas ka RF-3, mis seondub ribosoomile siis, kui seal on ees juba RF-1 või RF-2. RF-3 ülesandeks on soodustada RF-1 ja RF-2 reaktsiooni ehk peptidüül-tRNA hüdrolüüsi, mille tagajärjeks on polüpeptiidahela vabanemine ribosoomist. Esineb ka neljas terminatsioonifaktor RRF(Ribosome Releasing Factor), mis on vajalik mRNA vabanemiseks. UAA koodon on ilmselgelt kõige enam esinev stoppkoodon ning samal ajal ka kõige tugevam. RF-1 ja RF-2 seonduvad ribosoomi A-saiti ning interakteeruvad seal nii 30S kui ka 50S alaühikutega. Seondumisel on oluline lisaks stoppkoodoni olemasolule veel ka polüpeptidüül-tRNA olemasolu P-saidis. Kui nüüd juhtub ribosoomis olema lühike peptidüül-tRNA, siis ei ole terminatsioonifaktorite seondumine stabiilne ning terminatsiooni toimumine on vähetõenäoline.

Kui terminatsioon on edukas, eemalduvad faktorid, mRNA ja tRNA ribosoomist. Ribosoomide alaühikud eemalduvad teineteisest, et saaks alata uus süntees.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]