Pe scurt
Sinteza proteinelor este procesul prin care informația genetică din ADN este convertită în proteine, esențiale pentru structura și funcționarea celulelor. Procesul se desfășoară în două etape principale: transcrierea (în nucleu) și translatia (în citoplasmă, pe ribozomi). Înțelegerea acestui mecanism este fundamentală pentru biologia moleculară, medicină și biotehnologie.
Transcrierea – sinteza ARN-ului mesager
Transcrierea are loc în nucleu (la eucariote) și constă în sinteza unei molecule de ARN mesager (ARNm) pe baza unei matrițe de ADN.
- Enzima ARN polimeraza II se atașează la promotorul genei, desfășoară dublul helix și copiază una dintre catenele de ADN (catena sens) în ARN
- Complementaritatea bazelor: adenina (A) se asociază cu uracil (U) în loc de timină, iar citozina (C) cu guanina (G)
- ARNm rezultat conține introni (secvențe necodante) care sunt îndepărtați prin maturare (splicing), rămânând doar exonii (secvențe codante)
- La capătul 5' al ARNm se adaugă o capotă de metil-guanină, iar la capătul 3' o coadă de poli-A, care protejează molecula și facilitează transportul în citoplasmă
Translatia – sinteza proteinei pe ribozomi
Translatia are loc în citoplasmă, pe ribozomi, și presupune decodificarea secvenței de nucleotide a ARNm într-o secvență de aminoacizi.
- Ribozomul se leagă de ARNm la codonul de inițiere AUG
- ARN-ul de transfer (ARNt) aduce aminoacizii specifici, fiecare având un anticodon complementar codonului
Procesul implică trei etape
- Inițierea – formarea complexului ribozomal
- Elongarea – adăugarea succesivă a aminoacizilor prin formarea de legături peptidice
- Terminarea – când se întâlnește un codon stop (UAA, UAG sau UGA), ribozomul se desprinde și polipeptida este eliberată
Codul genetic și mutațiile
Codul genetic este universal valabil, dar fiecare triplet de nucleotide (codon) codifică un aminoacid specific.
- Codul genetic este degenerat (mai mulți codoni pot codifica același aminoacid)
- Există 64 de codoni în total: 61 codifică aminoacizi, iar 3 sunt codoni stop
- Citirea se face în cadre de lectură
Erorile în sinteza proteinelor pot duce la boli genetice, cum ar fi anemia falciformă (mutație punctuală care schimbă un aminoacid în hemoglobină).
Exemple practice
Exemplul 1: Determinarea secvenței de ARNm pornind de la o secvență de ADN
- Se dă secvența de ADN pe catena sens: 5'-ATGGCCCTGTAC-3'
- Transcrierea produce ARNm complementar: înlocuim T cu U și păstrăm complementaritatea: 3'-UACCGGGACAUG-5'
- Pentru a fi citit corect în translatie, orientarea ARNm este 5'->3', deci secvența este 5'-AUGGCCCUGUAC-3'
- Codonii: AUG (Met), GCC (Ala), CUG (Leu), UAC (Tyr)
- Rezultă un tetrapeptid: Met-Ala-Leu-Tyr
Exemplul 2: Identificarea mutațiilor
- O genă normală are secvența: ADN: 3'-TACCTCCAC-5', ARNm: 5'-AUGGAGGUG-3', secvența aminoacizi: Met-Glu-Val
- O mutație punctuală transformă ADN în: 3'-TACCTCCGC-5', ARNm devine: 5'-AUGGAGGCG-3', iar aminoacizii: Met-Glu-Ala
- Se observă schimbarea Valinei în Alanină, ceea ce poate afecta funcția proteinei (exemplu similar cu anemia falciformă, dar aici este un caz ipotetic)
Exemplul 3: Calculul numărului de nucleotide în funcție de numărul de aminoacizi
- O proteină conține 150 de aminoacizi
- Fiecare aminoacid este codat de un codon (3 nucleotide), deci ARNm are 150 x 3 = 450 nucleotide
- La acestea se adaugă codonul de start și codonii de stop (în total 3 codoni, deci 9 nucleotide), dar în practică regiunea necodantă poate fi mai lungă
- În general, pentru o proteină de n aminoacizi, numărul minim de nucleotide în ARNm este (n+1) x 3 (incluzând codonul de stop), adică 453 nucleotide
Verifică-te!
- Care sunt cele două etape principale ale sintezei proteinelor și unde au loc fiecare (la eucariote)?
- Ce enzimă este responsabilă de transcrierea ADN-ului în ARNm și la ce secvență se atașează aceasta?
- Câți codoni există în total în codul genetic și câți dintre aceștia codifică aminoacizi?