M.Cooper, R.Hausman - Stanica - Molekularni pristup, 3. izdanje, Skripte' predlog Biologia Molecolare. Sveučilište u Zagrebu
tena_zovko
tena_zovko

M.Cooper, R.Hausman - Stanica - Molekularni pristup, 3. izdanje, Skripte' predlog Biologia Molecolare. Sveučilište u Zagrebu

40 str.
106broj poseta
Opis
Molekularna biologija, 7. poglavlje, sinteza i obrada proteina
20 poeni
poeni preuzimanja potrebni da se preuzme
ovaj dokument
preuzmi dokument
pregled3 str. / 40
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument
07-pogl.indd

Poglavlje 7 Sinteza, dorada i regulacija proteina

Translacija mRNA 281

Smatanje i dorada proteina 298

Regulacija funkcije proteina 309

Razgradnja proteina 313

KLJU^NI POKUS: Kataliti~ka uloga ribosomne RNA 288

MOLEKULARNA MEDICINA: Antibiotici i sinteza proteina 292

N A KON TRAN SKRIP CI JE I DORADE RNA SLI JE DI TRAN SLA CI JA, od nos no sin te za pro tei nfa ko ja se od vi ja pre ma ka lu pu mR NA. Pro tei ni ak tiv no sud je lu- ju u ve }i ni sta ni~ nih pro ce sa obav lja ju }i mno gob roj ne za da }e, ko je su

od re |e ne in for ma ci ja ma poh ra nje nim u ge nom skoj DNA. Sin te zu pro tei na, mo- gu }e je smat ra ti kraj njim ko ra kom gen ske ek spre si je, dok je tran sla ci ja, od no- sno pre vo |e nje mR NA, tek pr vi ko rak nas tan ka fun kcio nal nog pro tei na. Na kon sin te ze, po li pep tid ni se la nac tre ba smo ta ti u od go va ra ju }u tro di men zio nal nu kon for ma ci ju, a uz to, ~es to pod li je ̀ e raz li ~i tim ob li ci ma dorade pri je zau zi ma- nja ak tiv nog ob li ka. Dorada (engl. processing) pro tei na, po se bi ce kod eu ka rio ta, us ko je po ve za no s razvr sta va njem i tran spor tom pro tei na do nji ho vih od go va- ra ju }ih od re di{ ta unu tar sta ni ce.

Prem da je ek spre si ja ve }i ne ge na pri mar no re gu li ra na na ra zi ni tran skrip ci je (vi di pog lav lje 6), kon tro la se mo ̀ e od vi ja ti i na ra zi ni tran sla ci je, {to je va ̀ an ele me nt gen ske re gu la ci je ka ko u pro ka riot skih ta ko i u eu ka riot skih sta ni ca. Vrlo su zna ~aj ni me ha niz mi ko ji kon tro li ra ju ak tiv nos ti pro tei na u sta ni ci. Jed- nom sin te ti zi ra ni, mno gi pro tei ni u od go vo ru na izvan sta ni~ ne sig na le mo gu bi ti re gu li ra ni ka ko ko va len tnim mo di fi ka ci ja ma ta ko i po ve zi va njem s dru gim mo le ku la ma. Uz to, ra zi ne pro tei na u sta ni ci mo gu bi ti re gu li ra ne raz li ~i tom brzi nom raz grad nje pro tei na. Ove vi {es tru ke kon tro le ko li ~i ne i ak tiv nos ti unu- tar sta ni~ nih pro tei na, u ko na~ ni ci, re gu li ra ju sve as pek te po na {a nja sta ni ce.

Translacija mR NA Sin te za pro tei na od vi ja se pre ma ka lu pu mR NA pro ce som ko ji je ti je kom evo lu- ci je os tao vi so koo ~u van (preg led u 3. pog lav lju). Sve se mR NA ~i ta ju u smje ru 5' pre ma 3', a po li pep tid ni se la nac sin te ti zi ra od ami no-kra ja pre ma kar bok si--kra- ju. U mR NA sva ka je ami no ki se li na od re |e na s tri ba ze (ko don), pre ma go to vo uni ver zal nom ge ne ti~ kom ko du. Te melj ni me ha ni zam pro tein ske sin te ze ta ko- |er je is tov je tan u svim sta ni ca ma: tran sla ci ja se od vi ja na ri bo so mi ma uz tR NA ko je slu ̀ e kao pos red ni ci iz me |u ka lu pa mR NA i ami no ki se li na ko je se ug ra |u- ju u pro tein. Ti me sin te za pro tei na obuh va }a in te rak ci ju tri ju ti po va mo le ku la RNA (ka lup mR NA, tR NA i rR NA) kao i raz li ~i te pro tei ne pot reb ne za tran sla- ciju.

282 Poglavlje 7

mjesto vezanja aminokiseline

mjesto vezanja aminokiseline

antikodon antikodon

(A)

(B) (C) 5'

5'

3'

3'

C

G

C ψT

DHU G

G

YU

A

G

C

U

U

A

A G A C A

U

GUGU

C U

GA G

G

U

ψ

AA

A

A C

CGG

C

U

U

A

A

C

G

mG

C

C

C

C

PHOTO

mG

mC

mG

Slika 7-1. Struk tu ra tR NA. Struk tu ra fe ni la la nil-tR NA pri ka za na je u ot vo re noj for mi lis ta dje te li ne (A) ka ko bi kom ple men tar no spa ri va nje ba za bi lo vid lji vo. Mo di fi ci ra ne ba ze obi- lje ̀ e ne su kao mG – me til gva no zin; mC – me til ci to zin; DHU – di hid rou ri din; T – ri bo ti mi din; Y – mo di fi ci ra ni pu rin (naj ~e{ }e ade no zi n); y – pseu dou ri din. Smo ta na for ma mo le ku le pri ka za na je pod (B), a pros tor ni mo del pod (C) (C, sus ret lji vo{ }u Da na Ric har dso na).

Transportne RNA Ti je kom tran sla ci je, sva ka od 20 ami no ki se li na mo ra bi ti prid ru ̀ e na od go- va ra ju }im ko do ni ma na ka lu pu mR NA. Sve sta ni ce sad r ̀ avaju mno{ tvo tR NA ko je slu ̀ e kao pos red ni ci ovog pro ce sa. Kao {to se mo ̀ e o~e ki va ti, zbog is tov jet ne fun kci je u pro ce su sin te ze pro tei na, raz li ~i te tR NA ima ju za jed ni~ ke struk tur ne oso bi ne. Uz to, pos je du ju je din stve ne iden ti fi ci ra ju- }e slje do ve ko ji omo gu }u ju ve za nje od go va ra ju }e ami no ki se li ne i nje zi no prid ru ̀ i va nje svom pri pa da ju }em ko do nu u mR NA.

Tran spor tne RNA iz gra |e ne su od prib li` no 70 do 80 nuk leo ti da i ima ju ka rak te ris ti~ nu struk tu ru »lis ta dje te li ne« ko ja je pos lje di ca spa ri va nja kom- ple men tar nih ba za iz raz li ~i tih re gi ja mo le ku le (sli ka 7-1). Kris ta lo graf ske ana li ze X-zra ka ma do dat no su pot vr di le da se sve tR NA sma ta ju u sli~ ne kom pak tne L-ob li ke ko ji su nu` ni za uk la pa nje tR NA u ri bo so me za vri je- me pro ce sa tran sla ci je. Pos red ni~ ka fun kci ja tR NA te me lji se na dvi je od vo- je ne re gi je mo le ku le. Sve tR NA na 3' kra ju sad r ̀ avaju sli jed CCA, a ami no- ki se li ne se ko va len tno ve ̀ u na ri bo zu kraj njeg ade no zi na iz to ga sli je da. An ti ko donska pet lja, smje{ te na na dru gom kra ju smo ta ne tR NA, pu tem kom ple men tar nog spa ri va nja ba za pre poz na je i ve ̀ e od go va ra ju }i ko don u ka lu pu mR NA.

Pra vil na ug rad nja ko di ra ne ami no ki se li ne u pro tei ne ovi si o nje zi nom po- ve zi va nju s od go va ra ju }om tR NA kao i o spe ci fi~ nom ko do n-an ti ko don spa- ri va nju ba za. Reak ci je u ko ji ma se ami no ki se li ne po ve zu ju sa spe ci fi ~nim tR NA pos re do va ne su en zi mi ma, naz va nim ami noa ci l-tR NA-sin te ta ze, ko- je su 1957. go di ne ot kri li Paul Za mec nik i Mah lon Hoag la nd. Sva ki od tih en zi ma pre poz na je jed nu ami no ki se li nu i od go va ra ju }u tR NA (ili vi {e njih) za ko ju ami no ki se li na tre ba bi ti ve za na. Reak ci ja se od vi ja u dva ko ra ka (sli- ka 7-2). Pr vo se ami no ki se li na ak ti vi ra reak ci jom s ATP ka ko bi nas tao ami- noa ci l-A MP-sin te taz ni me |up ro du kt. Ak ti vi ra na se ami no ki se li na, za tim po- ve zu je s 3' kra jem tR NA. Aminoacil-tRNA-sin te ta ze mo ra ju bi ti vi so ko-se lek- tiv ni en zi mi ko ji pre poz na ju i po je di na~ ne ami no ki se li ne i spe ci fi ~ne slje do- ve ba za ko ji su svoj stve ni od go va ra ju }oj ak cep tor skoj tRNA. U ne kim slu ~a- je vi ma vi so ka pouz da no st pre poz na va nja ami no ki se li na po tje ~e di je lom i od pro ce sa prov je re ~i ta nja (ko rek tiv ne fun kci je), u ko jem se neis prav ni ami- noa ci l-A MP kom plek si hid ro li zi ra ju, umjesto da bu du pri dru ̀ e ni tran spor- tnim RNA ti je kom dru goga ko ra ka reak ci je. Pre poz na va nje is prav ne tR NA i ami noa ci l-tR NA-sin te ta ze ta ko |er je vi so ko-se lek tiv no: sin te ta za pre poz na-

Sinteza, dorada i regulacija proteina 283

Slika 7-2. Ve za nje ami no ki se li ne na tR NA. U pr vom reak cij skom ko ra ku ami no ki se li ni se prid ru ̀ u je AMP, ~i me nas ta je me |u- pro du kt ami noa ci l-A MP. U dru gom se ko ra ku ami no ki se li na pre no si na 3' CCA kraj ak cep tor ske tR NA, a AMP se ot pu{ ta. Oba reak cij ska ko ra ka ka ta li zi ra ju ami noa ci l- tR NA sin te ta ze.

aminoacil-AMP

aminoacil-tRNA

AMP

AMP

O

–O

tRNA

C

R

H C

+ NH3

O

O C

R

R

H C

+ NH3

O

O C

H C

+ NH3

P iP

CC A

CC A

je spe ci fi ~an nuk leo tid ni sli jed (ko ji u ve }i ni slu ~a je va obuh va }a i an ti ko- don) ko ji je din stve no iden ti fi ci ra sva ku po je di nu vr stu tR NA.

Na kon {to se ami no ki se li na po ve za la s tR NA, nas ta li se kom ple ks smje- {ta na ka lup mR NA, {to je pos re do va no kom ple men tar nim spa ri va njem ba za ko do na mR NA i an ti ko do na tR NA. Spa ri va nje ba za iz ko do na i an ti ko- do na ne{ to je ma nje stro go od stan dar dnog spa ri va nja ba za A-U i G-C o ko jem je bi lo go vo ra u pret hod nim pog lav lji ma. Zna ~e nje ovog neuo bi ~a je- nog spa ri va nja ba za u pre poz na va nju ko do n-an ti ko don po ve za no je sa re- dun dan ci jom ge ne ti~ kog ko da. Od 64 mo gu }a ko do na, tri su sto p-ko do ni ko ji sig na li zi ra ju zav r {e tak tran sla ci je, dok os ta lih 61 ko di ra ju ami no ki se li- ne (vi di tab li cu 3-1). Suk lad no to mu, ve }i na ami no ki se li na od re |e na je i vi- {e ne go jed nim ko do nom. Ova re dun dan ci ja di je lom proiz la zi iz ~i nje ni ce da se mno ge ami no ki se li ne mo gu ve za ti s ne ko li ko vr sta tR NA. E. co li, pri- mje ri ce, pos je du je oko 40 raz li ~i tih tR NA ko je slu ̀ e kao ak cep to ri za 20 ra- zli ~i tih ami no ki se li na. Uz to, ne ke tR NA mo gu pre poz na ti vi {e od jed nog ko do na u mR NA, {to je pos lje di ca nes tan dar dnog spa ri va nja ba za (naz va- nog ko le ba nje) iz me |u an ti ko do na tR NA i ba ze na tre }em po lo ̀ a ju ne kih kom ple men tar nih ko do na (sli ka 7-3). Slo bod ni je spa ri va nje ba za na tom po- lo ̀ a ju di je lom pot je ~e od stva ra nja pa ro va ba za G-U, a di je lom od mo di fi- ka ci je gva no zi na u ino zin u an ti ko do ni ma ne ko li ci ne tR NA ti je kom dorade (vi di sli ku 6-40). Ino zin mo ̀ e stvo ri ti par ba za bi lo s C, U ili A na tre }em po- lo ̀ a ju, ta ko da pri sut no st ove ba ze u an ti ko do nu omo gu }uje jed noj tR NA pre po zna va nje tri ju raz li ~i tih ko do na u ka lu pu mR NA.

Ribosom Mjes ta na ko ji ma se od vi ja sin te za pro tei na, ka ko u pro ka riot skim ta ko i u eu ka riot skim sta ni ca ma, je su ri bo so mi. Pr vot no su opi sa ni kao ~es ti ce de- tek ti ra ne ul tra cen tri fu gi ra njem sta ni~ nog li za ta, pa ih se sto ga, ~es to ime nu- je na te me lju nji ho ve br zi ne se di men ta ci je: oz na ka 70S ko ris ti se za bak te rij- ske ri bo so me, a oz na ka 80S za ne{ to ve }e ri bo so me eu ka riot skih sta ni ca. Ri bo so mi i pro ka riot skih i eu ka riot skih sta ni ca iz gra |e ni su od dvi ju raz li ~i- tih pod je di ni ca, ko je ob je sad r ̀ e ka rak te ris ti~ ne pro tei ne i mo le ku le rR NA. ^i nje ni ca da sta ni ce uo bi ~a je no sad r ̀ avaju mno go ri bo so ma od ra ̀ a va sre- di{ nju va` no st sin te ze pro tei na u sta ni~ nom me ta bo liz mu. E. co li, prim je ri- ce, sad r ̀ ava oko 20.000 ri bo so ma, {to pred stav lja prib li` no 25% su he ma se sta ni ce, dok br zo ras tu }e sta ni ce si sa va ca sad r ̀ avaju oko 10 mi li ju na ri bo- soma.

Prem da se u ne kim de ta lji ma raz li ku ju, os nov na je struk tu ra pro ka riot- skih i eu ka riot skih ri bo so ma sli~ na (sli ka 7-4). Ma la se pod je di ni ca (obi lje ̀ e- na kao 30S) ri bo so ma E. co li, sas to ji od 16S rR NA i 21 pro tei na, a ve li ka je pod je di ni ca (50S) iz gra |e na od 23S i 5S rR NA i 34 pro tei na. Sva ki ri bo som sad r ̀ ava jed nu ko pi ju rR NA i jed nu ko pi ju sva kog ribosomnog pro tei na, uz jed nu iz nim ku: je dan je pro tein 50S pod je di ni ce pri su tan u ~e ti ri ko pi je. Pod je di ni ce eu ka riot skih ri bo so ma su ve }e i sad r ̀ avaju vi {e pro tei na u od- no su na od go va ra ju }e pod je di ni ce pro ka riot skih ri bo so ma. Ma la je pod je di- ni ca (40S) eu ka riot skih ri bo so ma iz gra |e na od 18S rR NA i prib li` no 30 pro- tei na, dok ve li ka pod je di ni ca sad r ̀ ava 28S, 5,8S i 5S rR NA te oko 45 pro tei- na. Zbog svo je ve li ~i ne i kom plek snos ti, vi so ko-re zo lu cij ska struk tur na

284 Poglavlje 7

gvanozin kodon ili antikodon

uridin kodon ili antikodon

N

N

N

N

N

N

riboza riboza

O

O

H

N

H

H

H

H

H

O

H

inozin antikodon

uridin kodon

N

N

N

N

N

N

riboza riboza

O

O

H

H

H

H

H

O

H

inozin antikodon

citozin kodon

N

N

N

N

N

N

riboza

riboza

O H

H

H H

H

H

O

H

inozin antikodon

adenin kodon

N N

N

N

N

N

N

riboza riboza

O H

H

H

H

N

H H

U

U

I

I

I

mRNA

tRNA

5' 3'

A

G

N

N

N

N riboza

O

N

H

H

H

H

G

C

uridin kodon ili antikodon

N

N

riboza

H

H

H

H

O

C

gvanozin kodon ili antikodon

sparivanje fenilalanil tRNA

sparivanje alanil tRNA

G

CU

Phe

mRNA

tRNA

5' 3'A G

U U U

Phe

mRNA

tRNA

5' 3'

Ala

mRNA

tRNA

5' 3'

Ala

mRNA

tRNA

5' 3'

Ala

I

G

G C

IG C

C U

G C C

IG C

G C A

N

N

N

Slika 7-3. Nes tan dar dno spa ri va- nje ba za ko do n-an ti ko don. Spa ri va nje ba ze na tre }em po lo ̀ a ju ko- do na ni je stro go, ~i me je gva ni nu (G) omo gu }e no spa ri va nje s uri di nom (U), a ino zi nu (I) iz an ti ko do na spa ri va nje s uri di nom (U), ci to zi nom (C) i ade ni nom (A). Pri ka za na su dva prim je ra neuo bi- ~a je noga spa ri va nja, na te me lju ko jeg je fe ni la la nil (Phe) tR NA omo gu }e no pre poz na va nje ko do na UUC i UUU te ala nil (Ala) tR NA pre poz na va nje ko do- na GCU, GCC i GCA.

Sinteza, dorada i regulacija proteina 285

(C)

23S i 5S rRNAs 34 proteina

16S rRNA 21 protein

(A)

prokariotski 70S ribosom

50S

30S

28S, 5.8S, i 5S rRNAs (š45 proteina)

18S rRNA (š30 proteina)

eukariotski 80S ribosom

60S

40S

Slika 7-4. Struk tu ra ri bo so ma. (A) Kom po nen te pro ka riot skih i eu ka- riot skih ri bo so ma. Na te me lju br zi ne se di men ta ci je pri li kom ul tra cen tri fu gi- ra nja, in tak tni se pro ka riot ski ri bo so mi oz na ~u ju oz na kom 70S, a eu ka riot ski oz na kom 80S. Iz gra |e ni su od ve li ke i ma le pod je di ni ce ko je sad r ̀ avaju i ribo- somne pro tei ne i rR NA. (B-C) Vi so ko re- zo lu cij ska kris tal na struk tu ra (do bi ve na X-zra ka ma) ribosomne pod je di ni ce 30S (B) i 50S (C). (B, iz B. T. Wim ber ly, D. E. Bro der sen, W. M. Cle mo ns, R. J. Mor- ga n-War r ner, A. P. Car ter, C. Von r hein, T. Har tr sch and V. Ra mak ris hnan, 2000. Na tu re 407:327. C, iz N. Ban, P. Nis sen, J. Han sen, P. B. Moo re and T. A. Stei tz, 2000. Scien ce 289:905.)

ana li za ri bo so ma X-zra ka ma ni je us pje{ no iz ve de na sve do 2000. go di ne kad je pr vi put ob jav lje na struk tu ra i 50S i 30S pod je di ni ce. Kao {to }e u dalj njem tek stu bi ti do dat no pot vr |e no, poz na va nje struk tu re ri bo so ma na atom skoj ra zi ni bi lo je klju~ no za ra zu mi je va nje fun kci je ri bo so ma.

Va` no je svoj stvo ri bo so ma da mo gu nas ta ti in vit ro, sa moud ru ̀ i va njem pri pa da ju }ih RNA i pro tei na. Kao {to je Ma saya su No mu ra pr vot no opi sao 1968. go di ne, pro ~i{ }e ni }e ribosomni pro tei ni i mo le ku le rR NA kad se po- mi je {a ju za jed no, pod od go va ra ju }im uv je ti ma, po no vo stvo ri ti fun kcio nal- ne ri bo so me. Prem da je ud ru ̀ i va nje ri bo so ma in vi vo (po se bi ce u eu ka riot- skim sta ni ca ma) zna ~aj no slo ̀ e ni je, spoz na ja da se ri bo so mi mo gu sa moud- ru ̀ i va ti in vit ro, osi gu ra la je va ̀ an ek spe ri men tal ni pris tup, omo gu }iv {i na taj na ~in is pi ti va nje ulo ge sva kog po je di nog pro tei na i mo le ku le rR NA.

286 Poglavlje 7

Slika 7-5. Struk tu ra 16S RNA Kom ple men tar no spa ri va nje ba za re zul- ti ra stva ra njem spe ci fi~ ne se kun dar ne struk tu re. (Iz M. M. Yu su pov, G. Z. Yu- su po va, A. Bau com, K. Lie ber man, T. N. H. Ear ne st, J. H. D. Ca te and H. F. Nol ler. 2001. Scien ce 292:883.)

Kao i tran spor tne RNA, i ribosomne RNA pu tem kom ple men tar nog spa- ri va nja ba za stva ra ju ka rak te ris ti~ ne se kun dar ne struk tu re (sli ka 7-5). Po ve- zu ju }i se s ribosomnim pro tei ni ma ribosomne se RNA do dat no sma ta ju u po seb ne tro di men zio nal ne struk tu re. Pr vot no se smat ra lo da ribosomne RNA ima ju struk tur nu ulo gu, od nos no da osi gu ra va ju kos tur ko ji sje di nju- je ribosomne pro tei ne. Ot kri }em ka ta li ti~ kih oso bi na dru gih vr sta RNA, prim je ri ce, RNa ze P i sa mop rek ra ja ju }ih in tro na o ko ji ma je bi lo go vo ra u 6. pog lav lju, uve li ke se po ~e la raz mat ra ti mo gu }a ka ta li ti~ ka ulo ga rR NA. U skla du s tom pret pos tav kom, ut vr |e no je da je rR NA nu` na za ud ru ̀ i va- nje fun kcio nal nih ri bo so ma in vit ro. S dru ge stra ne, izos tav lja nje mno gih ribosomnih pro tei na re zul ti ra lo je sma nje njem, ali ne i pot pu nim gu bit kom ribosomne ak tiv nos ti.

Sinteza, dorada i regulacija proteina 287

Slika 7-6. Struk tu ra 50S ribosomne pod je di ni ce. Viso ko re zo lu cij ski mo del 50S ribosomne pod je di ni ce s tri mo le ku le tR NA ve za ne na mjes ta A, P i E na ri bo so- mu (vi di sli ku 7-12). Ribosomni su pro tei ni pri ka za ni ru ̀ i ~as tom, a rR NA pla vom bo jom. (Iz P. Nis sen, J. Han sen, N. Ban, P. B. Moo re and T. A. Stei tz. 2000. Scien ce 289:920.)

Pr vi iz rav ni do kaz o ka ta li ti~ koj ak tiv nos ti rR NA proi za {ao je iz ek spe ri- me na ta Har ry Nol le ra i nje go vih su rad ni ka 1992. go di ne. Ovi su znan stve- ni ci po ka za li da ve li ka ribosomna pod je di ni ca mo ̀ e ka ta li zi ra ti nas ta ja nje pep tid ne ve ze (reak ci ja pep ti di l-tran sfe ra ze) ~ak i kad je 90% ribosomnih pro tei na uk lo nje no stan dar dnim pos tup ci ma ek strak ci je pro tei na. Sup rot- no to mu, na kon prim je ne RNa ze, stva ra nje pep tid ne ve ze u pot pu nos ti je do ki nu to, ~i me je sna` no po dup r ta hi po te za da ovu reak ci ju ka ta li zi ra RNA. No, ka ko je pri sut no st ne kih ribosomnih pro tei na bi la nu` na za od r- `a va nje in tak tnos ti RNA, jo{ uvi jek ni je bi lo mo gu }e u pot pu nos ti is klju ~i ti mo gu} no st da stva ra nje pep tid ne ve ze ka ta li zi ra ju pro tei ni.

Ned voj be ni do kaz o to me da rR NA ka ta li zi ra reak ci ju stva ra nja pep tid- ne ve ze proi zi {ao je iz pr vih struk tur nih ana li za 50S ribosomne pod je di ni- ce pri vi so kom raz lu ~i va nju, ko je su 2000. go di ne ob ja vi li Pe ter Moo re, Tho- mas Sei tz i nji ho vi su rad ni ci. Uvid u struk tu ru ri bo so ma na atom skoj ra zi ni ot krio je da ribosomni pro tei ni ni su pri sut ni na mjes tu u ko jem se od vi ja reak ci ja pep ti di l-tran sfe ra ze, ~i me je pot vr |e no da rR NA ka ta li zi ra reak ci ju stva ra nja pep tid ne ve ze. Na te me lju struk tur ne ana li ze pred lo ̀ en je i mo- gu }i me ha ni zam ove reak ci je: smat ra se da rR NA os ta tci u ak tiv nom mje- stu ka ta li zi ra ju stva ra nje pep tid ne ve ze reak ci jom pri je no sa pro to na ko ja od go va ra reak ci ji sup rot noj od hid ro li ze pep tid ne ve ze ko ju ka ta li zi ra ju se- rin ske pro tea ze (vi di sli ku 2-26). Prem da pred lo ̀ e ni me ha ni zam tre ba do- dat no pot vr di ti novim stu di ja ma, za sad je ~vr sto prih va }e no da te melj nu reak ci ju sin te ze pro tei na ka ta li zi ra ribosomna RNA. Ia ko su smat ra ni pri- mar nim ka ta li ti~ kim di je lo vi ma ri bo so ma, da nas se smat ra da pro tei ni ima- ju ug lav nom struk tur nu ulo gu.

Iz rav na uk lju ~e no st rR NA u reak ci ju pep ti di l-tran sfe ra ze ima va` ne po- slje di ce i za evo lu ci ju. RNA su smat ra ne pr vim sa mo rep li ci ra ju }im mak ro- mo le ku la ma (vi di 1. pog lav lje). Ovu pret pos tav ku sna` no po du pi re ~i nje ni- ca da ri bo zi mi, kao {to su RNa za P i sa mop rek ra ja ju }i in tro ni, mo gu ka ta li-

288 Poglavlje 7

Kataliti~ka uloga ribosomne RNA

Unusual Resistance of Peptidyl Transferase to Protein Extraction Procedures

Harry F. Noller, Vernita Hoffarth, and Ludwika Zimniak University of California at Santa Cruz Science, Volume 256, 1992, pages 1416–1419

KLJU^NI POKUS

Harry F. Noller

ekstrakcija proteina – – + +

RNaza

f-Met- puro

– + – +

Pep ti di l-tran sfe raz na ak tiv no st mje re na je pra }e njem nas ta log ra dioak tiv nog N- for mil me tio ni n-pu ro mi ci na (f-Me t-pu ro), prim je nom elek tro fo re ze i au to ra diog ra fi je. Ri bo so mi iz T. aqua ti cus iz lo ̀ e ni su ek strak- ci ji pro tei na ili dje lo va nju RNa ze, kao {to je po ka za no na sli ci.

zi ra ti reak ci je s RNA-sup stra ti ma. Ulo ga rR NA u stva ra nju pep tid ne ve ze pro {i ru je ka ta li ti~ ku ak tiv no st RNA iz van sa mo rep li ka ci je, sve do iz rav ne uk lju ~e nos ti u sin te zu pro tei na. Do dat ne stu di je, ko je su po ka za le da ri bo- zim ska rR NA iz pra ̀ i vo ti nje Tet ra hyme na mo ̀ e ka ta li zi ra ti ve za nje ami no ki-

Kontekst Ulo ga ri bo so ma u sin te zi pro tei na ot kri- ve na je {ez de se tih go di na 20. sto lje }a. U tom su raz dob lju ri bo so mi opi si va ni kao ~es ti ce ko je se sas to je od pro tei na i RNA, te je us pje{ no obav ljen ek spe- ri me nt us pos tav lja nja fun kcio nal nih ri bo so ma iz pro ~i{ }e nih gra dbe nih kom po nen ti. Ta da se smat ra lo da stva- ra nje pep tid ne ve ze (reak ci ju pep ti di l- tran sfe ra ze) ka ta li zi ra ju ribosomni pro- tei ni, a da rR NA ug lav nom pri do no si od r ̀ a nju struk tu re ri bo so ma. U ra nim se dam de se ti ma, do ka zi su ipak po ~e li su ge ri ra ti da bi mo le ku le ribosomne RNA mog le iz rav ni je sud je lo va ti u pro- tein skoj sin te zi. Prim je ri ce, ut vr |e no je da mno gi ribosomni pro tei ni ni su esen- ci jal ni za fun kci ju ri bo so ma. Sup rot no to mu, po ka za no je da su slje do vi ne kih di je lo va rR NA dob ro o~u va ni ti je kom evo lu ci je, {to je upu }i va lo na klju~ nu fun kcio nal nu ulo gu ovih di je lo va mo le- ku le rR NA.

U ra nim osam de se ti ma, na te me lju stu di ja To ma Cec ha pro ve de nih na ri bo zi mu iz pra ̀ i vo ti nje Tet ra hyme na i stu di ja Sid neya Al tma na pro ve de nih na RNa zi P, ut vr |e na je ka ta li ti~ ka ak tivno st mo le ku la RNA. Ova su ot kri }a stvo ri la te me lje za pret pos tav ku da je rR NA iz rav no uk lju ~e na u ka ta- li zu stva ra nja pep tid ne ve ze. Ne po bit ni do kaz, ko ji je pot vr dio pred lo ̀ e nu ulo gu rR NA pru ̀ i li su u svom ~lan ku Har ry Nol ler i nje go vi su rad ni ci, 1992. go di ne.

Ek spe ri men ti U stu di ja ma ka ta li ti~ ke ak tiv nos ti rR NA, Nol ler i su rad ni ci ko ris ti li su po jed nos tav nje nu mo del nu reak ci ju za od re |i va nje pep ti di l-tran sfe raz ne ak tiv nos ti. U reak ci ji je mje ren pri je nos ra dioak tiv no obi lje ̀ e nog N-for mil me- tio ni na s frag men ta tR NA na ami no sku pi nu pu ro mi ci na, an ti bio ti ka ko ji sli ~i ami noa ci l-tR NA i mo ̀ e stvo ri ti pep tid nu ve zu s ras tu }im po li pep tid- nim lan cem. Pred no st ove mo del ne reak ci je pep ti dil tran sfe ra ze je st da se mo ̀ e pro ves ti s izo li ra nom ribosom- nom pod je di ni com 50S; ma la ribo- somna pod je di ni ca, dru gi pro tein ski fak to ri, kao ni mR NA ni su pot reb ni za od vi ja nje ove reak ci je.

Is tra ̀ i va ~i su za tim is pi ta li ulo gu rR NA mje re njem pep ti di l-tran sfe raz ne ak tiv nos ti pod je di ni ce 50S iz ko je su ribosomni pro tei ni uk lo nje ni stan dar- dnim pos tup ci ma ek strak ci je pro tei na. Va ̀ an de talj ovih po ku sa bi la je upo- ra ba ri bo so ma iz bak te ri je Ther mus aqua- ti cus. S ob zi rom na to da ove bak te ri je `i ve pri vi so kim tem pe ra tu ra ma, smat- ra lo se da je struk tu ra nji ho ve rR NA sta bil ni ja od struk tu re rR NA iz E. co li. Klju ~an je bio re zul tat da je pep ti di l- tran sfe raz na ak tiv no st ri bo so ma iz T. aqua ti cus bi la u pot pu nos ti ot por na na sna` ne ek strak cij ske po stup ke, prim- je nu de ter ge na ta, pro tea za i fe no la (vi di sliku). [to je jo{ zna ~aj ni je, pep- ti dil-tran sfe raz na ak tiv no st bi la je u pot pu nos ti o~u va na ~ak i na kon po nov-

lje nih ek strak ci ja, ko ji ma je uk lo nje no 90% ribosomnih pro tei na. Sup rot no to mu, pep ti di l-tran sfe raz na je ak tiv- no st, bi lo in tak tnih, bi lo ek stra hi ra nih ri bo so ma bi la iz nim no os jet lji va ~ak i na krat ko iz la ga nje dje lo va nju RNa ze. Prem da na te me lju ovih po ku sa ni je bi lo mo gu }e is klju ~i ti po ten ci jal nu ulo gu ribosomnih pro tei na zaos ta lih na kon ek strak ci je, do bi ve ni su re zul ta ti pru ̀ i li sna` nu pot po ru pret pos tav ci

Sinteza, dorada i regulacija proteina 289

5' UTR

vi{estruka mjesta po~etka translacije

UTRprotein 1 protein 2 protein 3 3'

prokariotska mRNA

eukariotska mRNA

jedino mjesto po~etka translacije

UTR UTR 3'AAAA(n)

protein 1 m7G5'

Slika 7-7. Pro ka riot ske i eu ka riot ske mR NA. I pro ka riot ske i eu ka riot ske mR NA sa dr- `e re gi je ko je se ne pre vo de (UTR) na svo jim 5' i 3' kra je vi ma. Eu ka riot ske mR NA sad r ̀ avaju ta ko |er 5' 7-metil gva- no zinske (m7G) ka pe i 3' po li-A re po ve. Pro ka riot ske su mR NA ~es to po li cis tron- ske: ko di ra ju vi {e pro tei na, od ko jih se sva ki prevodi s neo vis nog mjes ta po ~et- ka tran sla ci je. Eu ka riot ske mR NA naj- ~e{ }e su mo no cis tron ske, od nos no, ko di- ra ju sa mo je dan pro tein.

se li na na RNA, ot vo ri le su mo gu} no st da su iz vor ne ami noa ci l-tR NA-sin te- ta ze vje ro jat no bi le ri bo nuk lein ske ki se li ne, a ne pro tei ni. ^i nje ni ca da mo- le ku le RNA mo gu ka ta li zi ra ti reak ci je pot reb ne za sin te zu pro tei na kao i reak ci je sa mo rep li ka ci je, mo ̀ e pred stav lja ti va` nu spo nu za ra zu mi je va nje ra ne evo lu ci je sta ni ca.

Organizacija mR NA i ini ci ja ci ja tran sla ci je Prem da su me ha niz mi sin te ze pro tei na u pro ka riot skim i eu ka riot skim sta- ni ca ma sli~ ni, pos to je i ne ke raz li ke, po se bi ce u sig na li ma ko ji od re |u ju mjes to po ~et ka sin te ze pro tei na na ka lu pu mR NA (sli ka 7-7). Tran sla ci ja ne za po ~i nje na 5' kra ju mR NA, ve} na spe ci fi~ nom ini ci ja cij skom mjes tu. Sto- ga su i kod pro ka riot skih i kod eu ka riot skih mR NA di je lo vi na 5' kra ju ne ko- di ra ju }i slje do vi, naz va ni 5' pod ru~ je ko je se ne pre vo di. Eu ka riot ska mRNA ug lav nom ko di ra sa mo je dan po li pep tid ni la nac, ali mno ge pro ka- riot ske mR NA ko di ra ju vi {e po li pep ti da ko ji se sin te ti zi ra ju neo vis no, s tim da sin te za za po ~i nje na za seb nim ini ci ja cij skim mjes ti ma. Prim je ri ce, lac ope ron iz E. co li sad r ̀ ava tri ge na ko ji se pre vo de s is te mR NA (vi di sli ku 6-9). Glas ni~ ke RNA ko je ko di ra ju vi {e po li pep ti da naz va ne su po li cis tron-

o iz rav nom sud je lo va nju ribosomne RNA 23S u pep ti dil tran sfe raz noj reak- ci ji.

Utjecaj Re zul ta ti Nol le ro vih po ku sa ko na~ no su pot vr |e ni ana li zom 50S ribosomne pod je di ni ce pri vi so kom raz lu ~i va nju ko ju su 2000. go di ne ob ja vi li Pe ter Moo re, Tho mas Stei tz i nji ho vi su rad- ni ci. Po ka za no je da mjes to na ri bo so mu u ko jem se od vi ja pep ti di l-tran sfe raz na reak ci ja sad r ̀ ava sa mo rR NA, a da

ribosomni pro tei ni ni su pri sut ni. Ovi su re zul ta ti uk lo ni li sva ku sum nju o ka ta li- ti~ koj ulo zi rR NA u ovoj reak ci ji te su po ka za li da te melj nu reak ci ju sin te ze pro tei na ka ta li zi ra ribosomna RNA. Ova ot kri }a ne sa mo da su ima la sna- `an ut je caj na na {e ra zu mi je va nje fun- kci je ri bo so ma, ve} su uve li ke pro {i ri la spoz na je o pret hod no opi sa nim ka ta li- ti~ kim ak tiv nos ti ma mo le ku la RNA te su osi gu ra la no ve vri jed ne do ka ze ko ji go vo re u pri log hi po te zi pre ma ko joj je ra ni pe riod evo lu ci je bio svi jet RNA

na pu ~en sa mo rep li ci ra ju }im mo le ku- la ma RNA. Ova je hi po te za pret hod no te me lje na na spo sob nos ti mo le ku la RNA da ka ta li zi ra ju reak ci je pot reb ne za nji ho vu vlas ti tu rep li ka ci ju. Ot kri }e da RNA mo ̀ e ka ta li zi ra ti reak ci je ko je sud je lu ju u sin te zi pro tei na, pru ̀ i lo je do kaz o iz rav noj ve zi iz me |u svi je ta RNA i pro to ka ge ne ti~ ke in for ma ci je u da nas pos to je }im sta ni ca ma, u ko ji ma rR NA sud je lu je u klju~ nim reak ci ja ma stva ra nja pep tid ne ve ze.

290 Poglavlje 7

Slika 7-8. Sig na li za ini ci ja ci ju tran sla ci je. Ini ci ja cij ska mjes ta na pro ka riot skim mR NA obi lje ̀ e na su sli je dom Shi ne- Del gar no ko ji pret ho di ini ci ja cij skom ko do nu AUG. Spa ri va nje ba za iz sli je da Shi ne-Del gar no i kom ple men tar nog sli je da bli zu 3' kra ja 16S rR NA smje{ ta mR NA na ri bo som. Sup rot no to mu, eu- ka riot ske su mR NA na 40S ribosomnu pod je di ni cu ve za ne pre ko svo jih 5' 7-metilgvanozinskih ka pa. Ri bo som za- tim pret ra ̀ u je uz du` mR NA sve dok ne nai |e na ini ci ja cij ski ko don AUG.

3'

3'

3'5' kapa

5'

slijed Shine-Delgarno

5'

UUGACCUAAGGAGGU UG UCCUCCA

prokariotska mRNA

16S rRNA

eukariotska mRNA

40S ribosomska podjedinica pretra`ivanje ribosoma

3'5' kapa m7G

m7G AUG

AUG

ske, dok mo no cis tron ske mR NA ko di ra ju je dan po li pep tid ni la nac. Ko na- ~no, i pro ka riot ske i eu ka riot ske mR NA zav r {a va ju 3' pod ru~ jem ko je se ne pre vo di.

I u pro ka riot skim i u eu ka riot skim sta ni ca ma, tran sla ci ja uvi jek za po ~i- nje ami no ki se li nom me tio ni nom, ko ja je naj ~e{ }e ko di ra na ko do nom AUG. Al ter na tiv ni ini ci ja cij ski ko do ni, kao {to je prim je ri ce ko don GUG, pov re- me no se ko ris te kod bak te ri ja, ali kad se na |u na mjes tu po ~et ka po li pep tid- nog lan ca ti ko do ni od re |u ju ug rad nju me tio ni na, a ne ami no ki se li ne ko ju nor mal no ko di ra ju (GUG je ko don za va lin). Kod ve }i ne bak te ri ja, sin te za pro tei na za po ~i nje mo di fi ci ra nim me tio nin skim os tat kom (N-for mil me tio- ni nom), dok kod eu ka rio ta sin te za za po ~i nje ne mo di fi ci ra nim me tio ni nom (osim u mi to hon dri ji ma i klo rop las ti ma, ~i ji ri bo so mi sli ~e bak te rij ski ma).

Sig na li ko ji od re |u ju ini ci ja cij ske ko do ne raz li ~i ti su kod pro ka riot skih i eu ka riot skih sta ni ca, {to je u sug las ju s raz li ~i tim fun kci ja ma po li cis tron skih i mo no cis tron skih mR NA (sli ka 7-8). Ini ci ja cij skim ko do ni ma u bak te rij skim mR NA pret ho di spe ci fi ~an sli jed (naz van sli jed Shi ne-Del gar no, pre ma nje go vim ot kri va ~i ma) ko ji spa ru ju }i se s ba za ma kom ple men tar nog sli je da na 3' kra ju 16S rR NA smje{ ta mR NA na ri bo som za tran sla ci ju. Ovo spa ri va- nje ba za omo gu }uje bak te rij skim ri bo so mi ma za po ~i nja nje tran sla ci je ne sa mo na 5' kra ju mR NA ve} i na unut ra{ njim ini ci ja cij skim mjes ti ma po li cis- tron ske mR NA. Sup rot no to mu, kod eu ka rio ta ri bo so mi ve }i nu mR NA pre- poz na ju ve za njem na 7-metilgvanozinsku ka pu smje{ te nu na 5' kra ju mRNA (vi di sli ku 6-41). Ri bo so mi, za tim, pret ra ̀ u ju mR NA niz vod no od 5' kra ja sve dok ne nai |u na ini ci ja cij ski ko don AUG. Slje do vi oko ko do na AUG ut je ~u na u~in ko vi to st ini ci ja ci je, pa se u ne kim slu ~a je vi ma do ga |a da pr vi AUG ko don u mR NA bu de pres ko ~en te da tran sla ci ja za po~ ne na slje de }em AUG ko do nu ko ji se na la zi niz vod no. Ta ko |er tre ba spo me nu ti da ne ko li ko vi rus nih i ne ke sta ni~ ne mR NA ima ju unut ra{ nja mjes ta ula za ri bo so ma, pa na nji ma tran sla ci ja mo ̀ e za po ~e ti ve za njem ri bo so ma na unut ra{ nji po lo ̀ aj na mR NA. Ipak, tran sla ci ja ve }i ne eu ka riot skih mR NA za po ~i nje na mjes tu od re |e nom pret ra ̀ i va njem od 5' kra ja {to je u skla du s nji ho vom mo no cis tron skom po ru kom ko ja ko di ra sa mo je dan po li pep tid.

Proces tran sla ci je Pro ces tran sla ci je ili pre vo |e nja mo gu }e je op }e ni to po di je li ti u tri stup nja: ini ci ja ci ju, elon ga ci ju i ter mi na ci ju (sli ka 7-9). I kod pro ka rio ta i kod eu ka rio-

Sinteza, dorada i regulacija proteina 291

5'

smjer kretanja ribosoma

ribosom ve`e mRNA na start kodonu

polipeptid se produljuje stupnjevitim dodavanjem aminokiselina

kad je stop kodon prona|en, polipeptid se otpu{ta, a ribosom disocira

inicijacija elongacija terminacija

3'

Slika 7-9. Pregled tran sla ci je.

Uloga Prokarioti Eukarioti Inicijacija IF-1, IF-2, IF-3 eIF-1, eIF-1A, eIF-2, eIF-2B, eIF-3, eIF-4A, eIF-4B, eIF-4E, eIF-4G, eIF-5 Elongacija EF-Tu, EF-Ts, EF-G eEF-1a, eEF-1bg, eEF-2 Terminacija RF-1, RF-2, RF-3 eRF-1, eRF-3

Tablica 7-1. Translacijski faktori

ta pr vi je ko rak ini ci ja cij skog stup nja ve za nje spe ci fi~ ne ini ci ja tor ske me tio- ni l-tR NA i mR NA za ma lu ribosomnu pod je di ni cu. Za tim se ovom kom- plek su prid ru ̀ u je ve li ka ribosomna pod je di ni ca, ~i me je stvo ren fun kcio nal ni ri bo som na ko jem se da lje nas tav lja pro ces elon ga ci je po li pep- tid nog lan ca. Za od vi ja nje po je di nih stup nje va pro ce sa tran sla ci je nu` na je pri sut no st broj nih spe ci fi~ nih ne ribosomnih pro tei na (tab li ca 7-1).

Kod bak te ri ja pr vi tran sla cij ski ko rak pred stav lja ve za nje tri ini ci ja cij ska fak to ra (IF-1, IF-2 i IF-3) na 30S ribosomnu pod je di ni cu (sli ka 7-10). Kom- plek su se za tim prid ru ̀ u ju mR NA i ini ci ja tor ska N-formilmetionil-tRNA, ko ju spe ci fi~ no pre poz na je IF-2 (na ko ji je ve zan GTP). Po tom se ot pu{ ta IF-3, ~i me je omo gu }e no prid ru ̀ i va nje ribosomne pod je di ni ce 50S. Ovo prid ru ̀ i va nje po ti ~e hid ro li zu GTP ve za nog za IF-2, {to za tim do vo di do ot pu{ ta nja i IF-1 i IF-2 (na ko ji je sad ve zan GDP). Ti me nas ta je ini ci ja cij ski kom ple ks 70S (s mR NA i ini ci ja tor skom tRNA ko je su ve za ne na ri bo som) ko ji je spre man za po ~e ti stva ra nje pep tid ne ve ze ti je kom elon ga cij skog stup nja tran sla ci je.

Ini ci ja ci ja je kod eu ka rio ta mno go slo ̀ e ni ja i zah ti je va ba rem de set pro- tei na (sva ki se sas to ji od vi {e po li pep tid nih la na ca), naz va nih eIF (euka riot- ski ini ci ja cij ski fak to ri; vi di tab li cu 7-1). Fak to ri eI F-1, eI F-1A, eI F-3 i eI F-5 ve ̀ u se za 40S ribosomnu pod je di ni cu, a eI F-2 (ko ji je pri su tan u kom plek- su s GTP) se ve ̀ e na ini ci ja tor sku me tio ni l-tR NA (sli ka 7-11). Glas ni~ ku RNA pre poz na ju i na ri bo som do no se fak to ri sku pi ne eI F-4. Elon ga cij ski fak tor eI F-4E pre poz na je 5' ka pu glas ni~ ke mR NA, dok se eI F-4G ve ̀ e i na eI F-4E i na pro tein (pro tein ko ji ve ̀ e po li-A ili PABP) po ve zan s po li-A re- pom na 3' kra ju mR NA. Na taj na ~in, eu ka riot ski ini ci ja cij ski fak to ri pre po-

292 Poglavlje 7

Antibiotici i sinteza proteina

MOLEKULARNA MEDIC INA

zna ju i 5' i 3' kraj mR NA, {to ob ja{ nja va sti mu la tor ni u~i nak po lia de ni la ci je na tran sla ci ju. Ini ci ja cij ski fak to ri eI F-4E i eI F-4G, za jed no s fak to ri ma eI F- 4A i eI F-4B za tim do no se mR NA na ribosomnu pod je di ni cu 40S, pri ~e mu fak tor eI F-4G stu pa u in te rak ci ju s fak to rom eI F-3. Ribosomna pod je di ni ca 40S za jed no s ve za nom me tio ni l-tR NA i elon ga cij skim fak to ri ma pret ra ̀ u je mR NA ka ko bi ot kri la ini ci ja cij ski AUG ko don. Kad je ko don AUG pro na- |en, fak tor eI F-5 po ti ~e hid ro li zu GTP veza nog na fak tor eI F-2. Ini ci ja cij ski se fak to ri (uk lju ~u ju }i eI F-2 na ko ji je sa da ve zan GDP) za tim ot pu{ ta ju, a pod je di ni ca 60S ve ̀ e se na pod je di ni cu 40S te nas ta je ini ci ja cij ski kom ple ks 80S eu ka riot skih sta ni ca.

Na kon nas tan ka ini ci ja cij skog kom plek sa, sli je di elon ga ci ja po li pep tid- nog lan ca. Me ha ni zam elon ga ci je je kod pro ka rio ta i eu ka rio ta vr lo sli ~an

Bo le st Bak te ri je su od go vor ne za {i rok spek- tar po ten ci jal no smr to nos nih za raz nih bo les ti, kao {to su tu ber ku lo za, bak te- rij ska upa la plu }a, me nin gi tis dje~ je do bi, in fek ci je ra na i opek li na, si fi lis i go no re ja. Pri je ~et r de se tih go di na 20. sto lje }a, li je~ ni ci ni su ima li u~in ko vi tu te ra pi ju za ove bak te rij ske in fek ci je. Up ra vo su tih go di na pr vi an ti bio ti ci pos ta li dos tup ni za kli ni~ ku upo ra bu. Mo gu} no st iz lje ~e nja in fek ci ja za ko je pret hod no ni je bi lo te ra pi je te zna ~aj no pro du lje nje pros je~ noga ljud skog `i vo ta bi lo je iz rav na pos lje di ca uvo |e- nja an ti bio ti ka u kli ni~ ku prak su. Da nas je u upo ra bi vi {e od sto ti nu an ti bio ti ka ko ji osi gu ra va ju u~in ko vi tu te ra pi ju bak te rij skih in fek ci ja.

Mo le ku lar na i sta ni~ na os no va Da bi an ti bio tik bio kli ni~ ki u~in ko vit, mo ra ili ubi ti bak te ri je ili in hi bi ra ti

nji hov ra st, a pri to me ne smi je bi ti tok si ~an za ~ov je ka. Sto ga je dje lo va- nje ve }i ne an ti bio ti ka, ko ji su kli ni~ ki prim je nji vi, us mje re no na ci lje ve ko ji su pri sut ni u bak te rij skim, ali ne i u ljud skim sta ni ca ma. Pe ni ci lin, prim je- ri ce, in hi bi ra sin te zu sta ni~ ne stijenke bak te ri je (vi di 12. pog lav lje). Mno gi, uo bi ~a je no ko ri{ te ni an ti bio ti ci in hi bi- ra ju po je di ne ko ra ke sin te ze pro teina (vi di tab li cu). Ne ki od ovih an ti bio ti ka, prim je ri ce strep to mi cin, tet ra cik lin, klo ram fe ni kol i erit ro mi cin, spe ci fi~ no dje lu ju na pro ka riot ske ri bo so me te su sto ga u~in ko vi ti agen si za li je ~e nje bak te rij skih in fek ci ja. Dje lo va nje dru- gih an ti bio ti ka, in hi bi to ra pro tein ske sin te ze, us mje re no je i na eu ka rio te i na pro ka rio te (prim je ri ce, pu ro mi- cin) ili sa mo na eu ka rio te (prim je ri ce, ci klo hek si mid). Prem da ovi an ti bio ti ci o~ig led no ni su prih vat lji vi za kli ni~ ku prim je nu, up ra vo su se oni po ka za li

kao va` ne ek spe ri men tal ne alat ke za stu di je sin te ze pro tein a i kod pro ka riot- skih i kod eu ka riot skih sta ni ca.

Pre ven ci ja i li je ~e nje Upo ra ba an ti bio ti ka ima la je sna ̀ an ut je caj na mo der nu me di ci nu omo gu- }iv {i li je~ ni ci ma li je ~e nje za ̀ i vot po gub- nih bak te rij skih in fek ci ja. Na `a lo st, mu ta ci je ipak mo gu do ves ti do raz vo ja bak te rij skih so je va ko ji su re zis ten tni na an ti bio ti ke. Mno go je bak te rij skih so je va da nas re zis ten tno na je dan ili vi {e an ti bio ti ka, ta ko da li je~ ni ci po ne- kad mo ra ju is pro ba ti ne ko li ko raz li ~i tih an ti bio ti ka pri je no {to na |u je dan ko ji je u~in ko vit. [to vi {e, {i re nje bak te rij ske re zis ten ci je sta vi lo je ne ke an ti bio ti ke iz van upo ra be. Mno go je oz bilj ni ja ~i nje ni ca da su nas ta li bak te rij ski so je vi ko ji su re zis ten tni na vi {e an ti bio ti ka, a ne ki od njih, ko ji su ~es to pri sut ni u bol- ni ca ma, ot por ni su na sve, osim mo` da na je dan ili tek ne ko li ko poz na tih an ti bio ti ka. Nas ta nak ovak vih so je va s vi {es tru kom re zis ten ci jom {i ri spek tar neiz lje ~i vih in fek ci ja uz ro ko va nih {i re- njem bak te ri ja ot por nih na an ti bio ti ke – to je sce na rij ko ji na jav lju je pov ra tak u pre-an ti bio ti~ ko vri je me in fek tiv nih bo les ti. Svla da va nje bak te ri ja ot por nih na an ti bio ti ke, ka ko op ti mi ra njem upo- ra be tre nut no dos tup nih an ti bio ti ka, ta ko i raz vo jem no vih an ti bio ti ka, pred- stav lja va` nu bri gu u suv re me noj me di- cin skoj prak si.

Antibiotik Ciljna stanica U~inak Streptomicin prokariotska inhibira inicijaciju i uzrokuje pogrje{no ~itanje Tetraciklin prokariotska inhibira vezanje aminoacil-tRNA Kloramfenikol prokariotska inhibira peptidil-transferaznu aktivnost Eritromicin prokariotska inhibira translokaciju Puromicin prokariotska uzrokuje prerani zavr{etak sinteze lanca i eukariotska Cikloheksimid eukariotska inhibira peptidil-transferaznu aktivnost

Antibiotici inhibitori sinteze proteina

Sinteza, dorada i regulacija proteina 293

3'5'

30S podjedinica

vezanje inicijacijskih faktora

50S podjedinica

3'5'

mRNA

tRNA

AUG

3'5' AUG

fMet

UAC

fMet

UAC

fMe t

UAC

IF-1

IF-2

IF-1 IF-2

IF-1

IF-3

IF-3

IF-2

GDP

P i

Sli ka 7-10. Ini ci ja ci ja tran sla ci je kod bak te ri ja. Prvo se tri ini ci ja cij ska fak to ra (IF-1, IF-2, IF-3) ve ̀ u za 30S ribosomnu pod je di ni cu. Za tim se ovom kom plek su prid ru ̀ u ju mR NA i ini ci ja tor ska N-for- mil me tio nin (fMet) tR NA, ko ju pre poz na je fak tor IF-2, ve zan s GTP. IF-3 se za tim ot pu{ ta, a 50S pod je- di ni ca se ve ̀ e za kom ple ks po ti ~u }i hid ro li zu GTP ve za nog na IF-2, na kon ~e ga se fak to ri IF-1 i IF-2, na ko ji je sa da ve zan GDP, ot pu{ ta ju.

(sli ka 7-12). Na ri bo so mu pos to je tri mjes ta za ve za nje tR NA, naz va na mje- sto P (pep ti dil), mjes to A (ami noa cil) i mjes to E (iz laz no, en gl. exit). Ini ci ja- tor ska me tio nil tR NA ve za na je na mjes to P. Pr vi je ko rak elon ga ci je ve za- nje slje de }e ami noa ci l-tR NA na mjes to A, {to se od vi ja na te me lju spa ri va- nja ba za an ti ko do na s ba za ma dru gog ko do na na mR NA. Aminoacil-tRNA do ri bo so ma pra ti elon ga cij ski fak tor (EF-Tu kod pro ka rio ta, eE F-a kod eu- ka rio ta) ko ji se na la zi u kom plek su s GTP. Oda bir is prav ne ami noa ci l-tR NA za ug rad nju ami no ki se li ne u ras tu }i po li pep tid ni la nac klju ~an je ko rak ko- ji od re |u je to~ no st sin te ze pro tein a. Prem da se ovaj oda bir te me lji na spa ri- va nju ba za ko do na mR NA i ba za an ti ko do na na tR NA, sa mo spa ri va nje ba- za ni je do volj no da bi se osi gu ra la to~ no st sin te ze pro tein a ko joj je u~es ta- lost po grje{ ke ma nja od 10 3. Ova ko ve li ku to~ no st osi gu ra va ðde ko di ra ju }i cen tar’ u ma loj ribosomnoj pod je di ni ci, ko ji pre poz na je pra vil no spo je ne ko do n-an ti ko don pa ro ve baza, od nos no raz li ku je ih od nep ra vil no spo je- nih. Smje {ta nje is prav ne ami noa ci l-tR NA u mjes to A po ti ~e kon for ma cij- sku prom je nu ko ja in du ci ra hid ro li zu GTP ve za nog na EF-Tu te ot pu{ ta nje

294 Poglavlje 7

eIF-1

eIF-3

eIF-1A

eIF-4A

eIF-4B

eIF-4G eIF-4E

eIF-2

vezanje inicijacijskih faktora

pretra`ivanje

60S podjedinica

3'AUG

Met

UAC

eIF-5

eIF-5

5' m7G

eIF-2

3'm7G5' AUG

Met

UAC

eIF-2

Met

UAC

40S podjedinica

ADP +

eIF-1

GDP

eIF-1A

P i

eIF-3

eIF-3

3'

m7G5' mRNA

eIF-4A

eIF-4B

AAAAAA

PABP

eIF-1A

eIF-4G

eIF-4G

eIF-4E

eIF-4E

eIF-4A

eIF-4B

eIF-1

Slika 7-11. Ini ci ja ci ja tran sla ci je kod eu ka riot skih sta ni ca. Ini ci ja cij ski fak to ri eI F-3, eI F-1A i eIF-5 ve ̀ u se na 40S ribosomnu pod je di ni cu. Ini ci ja tor sku me tio ni l-tR NA na ri bo som do no si fak tor eI F-2 (u kom plek su s GTP), mR NA do no se fak to ri eI F-4E (ko ji se ve ̀ e na 5' ka pu), eI F-4G (ko ji se ve ̀ e i na eI F-4 na 5' ka pi i na PABP na 3' po li- A re pu), eI F-4A i eI F-4B. Ri bo som za tim niz vod no pret ra ̀ u je mR NA sve dok ne nai |e na pr vi AUG ini ci ja cij ski ko don. Za pret ra ̀ i va nje je pot reb na ener gi ja, pa se ovaj pro ces sto ga od vi ja uz hid ro- li zu ATP. Kad je ini ci ja cij ski ko don AUG ot kri ven, fak tor eI F-5 po ti ~e hid ro li zu GTP ve za nog na fak tor eI F-2 {to iza zi va ot pu{ ta nje eI F-2 (sa da u kom plek su s GDP), kao i ot pu{ ta nje os ta lih fak to ra ini ci ja ci je. Za tim se 40S kom plek su pri- dru ̀ u je 60S ribosomna pod je di ni ca.

ovog elon ga cij skog fak to ra na ko ji je sa da ve zan GDP. Ne dav ne su struk tur- ne stu di je ri bo so ma po lu ~i le zna ~a jan re zul tat pre ma ko jem se pre po zna va- nje pra vil nog ko do n-an ti ko don pa ra u de ko di ra ju }em cen tru, kao i pep ti- di l-tran sfe raz na ak tiv no st, te me lji pog la vi to na ak tiv nos ti ribosomne RNA, a ne pro tei na.

Jed nom kad je EF-Tu (ili eE F-1a) na pus tio ri bo som, iz me |u ini ci ja tor ske me tio ni l-tR NA smje{ te ne u mjes tu P i dru ge ami noa ci l-tR NA smje{ te ne u mjes tu A, mo ̀ e nas ta ti pep tid na ve za. U ovoj reak ci ji, ko ju ka ta li zi ra ve li ka ribosomna podje di ni ca, klju~ nu ulo gu ima RNA (kao {to je pret hod no obja{ nje no). Re zul tat je pri je nos me tio ni na na ami noa ci l-tR NA, smje{ te nu u mjes tu A ri bo so ma, pri ~e mu na tom mjes tu nas ta je pep ti di l-tR NA, a ne- na bi je na ini ci ja tor ska tR NA na pu{ ta mjes to P. Slje de }i ko rak elon ga ci je je tran slo ka ci ja, za ko ju je pot re ban dru gi elon ga cij ski fak tor (EF-G kod pro ka-

Sinteza, dorada i regulacija proteina 295

stvaranje peptidne veze

3'AUG UAC

GCC

Ala

Ala

CGG

Ala

CGG

5'

3'

fMet

GCC5'

3'GCC CGG

5'

3'AUG

Ala fM

et

5'

EF-Tu

GDP

A E

P

translokacija

fMe t

GDP

P i

EF-G

Slika 7-12. Elon ga cij ski stu panj tran sla ci je. Na ri bo so mu pos to je tri mjes ta ve za nja tR NA, oz na ~e na kao mjes to P (pep ti dil), mjes to A (ami noa cil) i E (iz laz no, en gl. exit). Ini ci ja cij ska N-formilmetionin-tRNA smje{ ta se u mjes to P, dok je mjes to A praz no. Dru gu ami noa ci l-tR NA (prim je ri ce, ala ni l-tR NA) u mjes to A do no si fak tor EF-Tu, ve zan s GTP. Na kon hid ro li ze GTP, fak- tor EF-Tu (sa da ve zan s GDP) na pu{ ta ri bo som, u ~i jem je mjes tu A sa da smje{ te na ala ni l-tR NA. Po tom se stva ra pep tid na ve za, pri ~e mu se me tio nin pre no si na ami- noa ci l-tR NA ko ja se na la zi u mjes tu A. Ri bo som se po tom po mi ~e za tri nuk leo ti da uz du` mR NA. Ovim se po ma kom pep ti dil-(Me t-A la)-tR NA prem je{ ta u mjes to P, a ne na bi je na tR NA u mjes to E, os tav lja ju }i praz no mjes to A sprem no za prih vat slje- de }e ami noa ci l-tR NA. Tran slo ka ci ja je pos re do va na fak to rom EF-G, a pra }e na je hid- ro li zom GTP. Na sli ci je she mat ski pri ka za no od vi ja nje ovog pro ce sa kod pro ka rio ta, ko ji je i kod eu ka rio ta veo ma sli ~an. (U tab li ci 7.1 na ve de na su ime na eu ka riot skih elon ga cij skih fak to ra.)

3’

fMet Ala

5’

Ala

EF-Tu

EF-Tu

Ala

CGG

EF-Tu

aktivan oblik

inaktivan oblik

GDP

GDP

P i

EF-Ts

tRNA

tRNA vezana na ribosom

Slika 7-13. Ob nav lja nje kom plek sa EF-Tu/GTP. Fak tor EF-Tu u kom plek su s GTP pra ti ami noa ci l-tR NA do ri- bo so ma. Ka d je is prav na tR NA smje{ te na na ri bo som, GTP se hid ro li zi ra, a fak tor EF-Tu, sa da u kom plek su s GTP, ot pu{ ta. Kom ple ks EF-Tu/GDP je inak ti van i kao ta kav ne mo ̀ e ve za- ti no vu tR NA. Ka ko bi se tran sla ci ja mog la nas ta vi ti, ovaj se kom ple ks mo ra ob no vi ti, od nos no pre ves ti u ak ti van ob lik ET- -Tu/GTP. Ob nav lja nje kom plek sa EF-Tu ka ta li zi ra dru gi fak tor, EF-Ts, ko ji po ti ~e iz mje nu GDP sa slo bod nim GTP.

rio ta, a eE F-2 kod eu ka rio ta). Ovaj je ko rak, kao i pret hod ni, pra }en hid ro li- zom GTP. Za vri je me tran slo ka ci je, ri bo som se po mi ~e za tri nuk leo ti da uz- du` mRNA, smje{ ta ju }i slje de }i ko don u praz no mjes to A. Ovim se ko ra- kom pep ti di l-tRNA iz mjes ta A prem je{ ta u mjes to P, a ne na bi je na tRNA iz mjes ta P u mjes to E. Ti me ri bo som os ta je s pep ti di l-tR NA smje{ te nom u mjes tu P i praz nim mjes tom A. Ve za nje no ve ami noa ci l-tR NA u mjes to A po ti ~e ot pu{ ta nje ne na bi je ne tR NA iz mjes ta E, ~i me je ri bo som spre man za ug rad nju no ve ami no ki se li ne u ras tu }i po li pep tid ni la nac.

Ka ko se elon ga ci ja nastavlja, EF-Tu (ili eE F-1a) ko ji je s ri bo so ma ot pu- {ten u kom plek su s GDP mo ra bi ti vra }en u ob lik EF-Tu/GTP (sli ka 7-13). Za ovu pret vor bu pot re ban je tre }i elon ga cij ski fak tor, EF-Ts (eE F-1bg kod eu- ka rio ta) ko ji se ve ̀ e na EF-Tu/GDP kom ple ks i po ti ~e zam je nu ve za nog GDP s GTP. Re zul tat ove iz mje ne je ob nav lja nje kom plek sa EF-Tu/GTP, ko ji je sa da spre man za pra }e nje no ve ami noa ci l-tR NA u mjes to A na ri bo so mu, ~i me za po ~i nje no vi cik lus elon ga ci je. Re gu la ci ja EF-Tu ve za njem i hid ro li- zom GTP ti pi ~an je prim jer re gu la ci je pro tein ske ak tiv nos ti. Sli~ ni me ha niz- mi kon tro li ra ju ak tiv nos ti mno{ tva pro tei na uk lju ~e nih u re gu la ci ju sta ni- ~nog ras ta i re gu la ci je, kao i tran spor ta i sek re ci je pro tei na.

296 Poglavlje 7

faktor za otpu{tanje

3'5'

A E

P

3'5'

AE

E

P

3'

UCU

5'

3'

5'

APE

AGA UAA

AGA UAA UCU

UCU

AGA UCU

UAA

Slika 7-14. Ter mi na ci ja tran sla ci je. Ter mi na cij ski ko don (prim je ri ce UAA) pre poz na je fak tor ot pu{ ta nja, a ne spe ci fi~ na tR NA. Pos lje di ca pre poz na va nja stop ko do na je ot pu{ ta nje dov r {e noga po li pep tid- noga lan ca, na kon ~e ga tR NA i mR NA di so ci ra ju sa ri bo so ma.

Elon ga ci ja po li pep tid nog lan ca nas tav lja se sve dok u mjes to A na ri bo so- mu ne do |e stop ko don (UAA, UAG ili UGA). Sta ni ce ne sad r ̀ avaju trans- por tne RNA s an ti ko do ni ma ko ji su kom ple men tar ni ovim ter mi na cij skim sig na li ma; um jes to to ga pos to je fak to ri za ot pu{ ta nje ko ji pre poz na ju ove sig na le i zav r {a va ju sin te zu pro tei na (sli ka 7-14). Pro ka riot ske sta ni ce sa dr- `avaju dva fak to ra za ot pu{ ta nje ko ji pre poz na ju ter mi na cij ske ko do ne: fak tor RF-1 pre poz na je UAA ili UAG, a fak tor RF-2 pre poz na je UAA ili UGA (vi di tab li cu 7-1). U eu ka riot skim sta ni ca ma pri su tan je sa mo je dan fak tor za ot pu{ ta nje (e R F-1) ko ji pre poz na je sva tri ter mi na cij ska kodo na. I pro ka- riot ske i eu ka riot ske sta ni ce sad r ̀ avaju ta ko |er i tre }i fak tor za ot pu{ ta nje (RF-3 kod pro ka rio ta, a e R F-3 kod eu ka rio ta). On ne pre poz na je spe ci fi~ ni ter mi na cij ski ko don, ve} dje lu je za jed no s RF-1 (ili e R F-1) i RF-2. Fak to ri za ot pu{ ta nje se ve ̀ u na ter mi na cij ski ko don u mjes tu A i po ti ~u hid ro li zu ve- ze iz me |u tR NA i po li pep tid nog lan ca u mjes tu P, {to re zul ti ra ot pu{ ta njem dov r {e nog po li pep ti da s ri bo so ma. Za tim se ot pu{ ta tR NA, a ribosomne pod je di ni ce i ka lup mR NA di so ci ra ju. I kod pro ka rio ta i kod eu ka rio ta sin te- za pro tei na iz glas ni~ ke RNA mo ̀ e se od vi ja ti is tov re me no na ne ko li ko ri- bo so ma. Jed nom, kad se ri bo som mak ne s ini ci ja cij skog mjes ta, dru gi se ri- bo som mo ̀ e ve za ti na mR NA i za po ~e ti sin te zu no vog po li pep tid nog lan- ca, ta ko da se mR NA ug lav nom pre vo de se ri jom ri bo so ma ko ji su me |u sob- no uda lje ni 100–200 nuk leo ti da (sli ka 7-15). Sku pi na ri bo so ma ve za na na jed nu mo le ku lu RNA na zi va se po li ri bo som ili po li som. Sva ki ri bo som unu- tar sku pi ne fun kcio ni ra neo vis no, {to re zul ti ra nas ta ja njem za seb nih po li- pep tid nih la na ca.

Regulacija tran sla ci je Prem da je tran skrip ci ja pri mar na ra zi na na ko joj se od vi ja kon tro la ek spre- si je ge na, tran sla ci ja mR NA ta ko |er je re gu li ra na, ka ko kod pro ka riot skih, ta ko i kod eu ka riot skih sta ni ca. Je dan na ~in re gu la ci je tran sla ci je je st ve za- nje rep re sor skih pro tei na ko ji spr je ~a va ju tran sla ci ju na spe ci fi~ ne slje do ve mR NA. Dob ro prou ~en prim jer ovog me ha niz ma kod eu ka riot skih sta ni ca je st re gu la ci ja sin te ze fe ri ti na, pro tei na ko ji poh ra nju je `e lje zo unu tar sta ni- ce. Tran sla ci ju fe ri ti na re gu li ra dos tup no st `e lje za: vi {e se fe ri ti na sin te ti zi- ra ka d je `e lje zo pri sut no (sli ka 7-16). Ova je re gu la ci ja pos re do va na pro tei- nom ko ji se, ka da `e lje zo ni je pri sut no, ve ̀ e za sli jed u 5' pod ru~ ju ko je se ne pre vo di glas ni~ ke RNA za fe ri tin (naz van ele me ntom od go vo ra na `e lje- zo, en gl.iron res pon se ele me nt ili IRE) te na taj na ~in blo ki ra tran sla ci ju fe ri ti- na. U pri sut nos ti `e lje za, rep re sor se ne ve ̀ e na IRE, pa se tran sla ci ja mo ̀ e da lje od vi ja ti.

Za nim lji vo je da je re gu la ci ja tran sla ci je mR NA za fe ri tin s po mo }u `e lje- za sli~ na re gu la ci ji sta bil nos ti mR NA za tran sfe rin ski re cep tor o ~e mu je bi- lo go vo ra u pret hod nom pog lav lju (vi di sli ku 6-51). Nai me, sta bil no st mRNA za tran sfe rin ski re cep tor re gu li ra na je ve za njem pro tei na na IRE ko- ji se na la zi u nje zi nom 3' pod ru~ ju ko je se ne pre vo di. Is ti se pro tein ve ̀ e i na sli jed IRE u mR NA za fe ri tin i u mR NA za tran sfe rin. Me |u tim, pos lje di- ce ve za nja is tog pro tei na na IRE slje do ve su raz li ~i te. Ve za nje pro tei na na IRE u mR NA za tran sfe rin ski re cep tor {ti ti mR NA od raz grad nje, a ne in hi- bi ra nje zi nu tran sla ci ju. Ovi raz li ~i ti u~in ci pos lje di ca su raz li ~i tog smje{ ta ja IRE slje do va u ovim dvje ma mR NA. Da bi dje lo vao kao mjes to za ve za nje rep re so ra, IRE mo ra bi ti smje{ ten unu tar 70 nuk leo ti da od 5' kra ja mR NA

Sinteza, dorada i regulacija proteina 297

5'

smjer kretanja ribosoma

polipeptidni lanac u nastajanju

3'

(B)(A)

50 nm Slika 7-15. Po li so mi. Tran sla ci ja se is todob no od vi ja na mno{- tvu ri bo so ma na ni za nih uz du` mR NA (po li som). (A) Elek tron ska mik rog ra fi ja eu ka riot skog po li so ma. (B) Uop }e ni she mat ski pri kaz po li so ma. Uo ~i te da su na ri bo so mi ma ko ji su bli ̀ e 3’ kra ju mR NA, po li pep tid ni la na ci du ̀ i. (A, iz M. Boub lik et al. 1990. The Ri bo so me, str. 117., sus ret lji vo{ }u Ame ri~ koga dru{ tva za mik ro bio lo gi ju.)

Slika 7-16. Re gu la ci ja tran sla ci je fe ri ti na. Glas ni~ ka RNA za fe ri tin bli zu svo je 5’ ka pe sad r ̀ ava ele me nt od go vo ra na `e lje zo (IRE). Ka d je `e lje zo pri sut no u do volj nim ko li ~i na ma, tran sla ci ja mR NA za fe ri tin od vi ja se nor mal no. Ako `e lje zo ne dos ta je, pro tein (naz van pro tei nom ko ji ve ̀ e ele me nt od go vo ra na `e lje zo ili IRE-BP) se ve ̀ e na IRE i ti me spr je ~a va tran sla ci ju mR NA.

regija koja kodira proteinIRE

zadovoljavaju}a koli~ina `eljeza

nedostatnost `eljeza

5' kapa m7G 3'

translacija se odvija translacija je zaustavljena

AAAA(n)

AAAA(n)AAAA(n) IRE

IRE- B

m7G IRE

m7G

mRNA za feritin

za trans fe rin, {to upu }u je na to da ve za nje pro tei na na IRE blo ki ra tran sla ci- ju time {to in ter fe ri ra s pre poz na va njem ka pe (na 5' kra ju mR NA) i s ve za- njem na 40S ribosomnu pod je di ni cu. S dru ge pak stra ne, ve za nje pro tei na na is ti sli jed smje{ ten unu tar 3' pod ru~ ja ko je se ne pre vo di glas ni~ ke RNA za tran sfe rin ski re cep tor {ti ti mR NA od raz grad nje nuk lea za ma. Na taj na- ~in, ve za nje is tog re gu la tor nog pro tei na na raz li ~i ta mjes ta unu tar mo le ku- le mR NA mo ̀ e ima ti raz li ~i te u~in ke na gen sku ek spre si ju; u jed nom slu ~a- ju in hi bi ra tran sla ci ju, a u dru gom sta bi li zi ra mR NA po ja ~a va ju }i sin te zu pro tei na.

Re gu la ci ja tran sla ci je iz nim no je va` na ti je kom ra nog raz vo ja or ga ni- zma. Kao {to je bi lo go vo ra u 6. pog lav lju u oo ci ta ma je mno{ tvo mR NA poh ra nje no u ob li ku koji se ne prevodi; tran sla ci ja ovih poh ra nje nih mRNA ak ti vi ra se fer ti li za ci jom ili u kas ni jim fa za ma raz vo ja. Je dan od me- ha ni za ma ovak ve re gu la ci je tran sla ci je je st kon tro li ra na po lia de ni la ci ja oo- cit nih mR NA. U oo ci ta ma je poh ra nje no mno{ tvo mR NA s krat kim po li-A re po vi ma (prib li` no 20 nuk leo ti da) koje se ne prevode. U od go va ra ju }em sta di ju raz vo ja poh ra nje ne se mR NA po ti ~u na tran sla ci ju pro du lje njem nji ho vih po li-A re po va do ne ko li ko sto ti na nuk leo ti da. Uz to, ~i ni se da je tran sla ci ja ne kih mR NA ti je kom raz vo ja re gu li ra na rep re sor skim pro tei ni- ma ko ji se ve ̀ u na spe ci fi~ ne slje do ve u 3' pod ru~ ju ko je se ne pre vo di.

Pro tei ni ko ji se ve ̀ u na 3' pod ru~ ja ko ja se ne pre vo de glas ni~ ke RNA od go vor ni su i za smje{ taj mo le ku la mR NA u spe ci fi~ na pod ru~ ja u sta ni ci, ~i me je omo gu }e na sin te za pro tei na u spe ci fi~ nim unu tar sta ni~ nim pod ru- ~ji ma. Smje{ taj mo le ku la mR NA va ̀ an je dio re gu la ci je tran sla ci je u mno- gim sta ni~ nim ti po vi ma, uk lju ~u ju }i ja ja{ ca, em bri je, `iv ~a ne sta ni ce i po- kret ne fib rob las te. Prim je ri ce, smje{ taj mo le ku la mR NA u spe ci fi~ nom pod- ru~ ju ja ja{ ca ili em bri ja ig ra va` nu ulo gu u raz vo ju ti me {to osi gu ra va od vi- ja nje sin te ze pro tei na u od go va ra ju }em mjes tu raz vi ja ju }eg em bri ja (sli ka 7-17). Smje{ taj mo le ku la mR NA us ko je po ve zan s re gu la ci jom nji ho ve

298 Poglavlje 7

100 mm

Sli ka 7-17. Smje{ taj mR NA u oo ci ta ma vr ste Xe no pus. Hib ri di za ci jom in si tu pri ka zan je smje- {taj mR NA za Xle rk u ve ge ta tiv noj ko ri oo ci ta vr ste Xe no pus. (Sus ret lji vo{ }u Ja- me sa Des hle ra, Sveu ~i li{ te u Bos to nu.)

trans la ci je, ta ko da se pro tei ni ko je te mR NA ko di ra ju, sin te ti zi ra ju tek ka- da se, u od go va ra ju }em raz voj nom sta di ju, mR NA pra vil no smjes ti.

Ne dav ne su stu di je po ka za le da tran sla ci ja mR NA, osim pro tei ni ma, mo- `e bi ti re gu li ra na i ne ko di ra ju }im mo le ku la ma RNA ko je su ho mo log ne di- je lu sli je da mR NA. Ve }i na ovih ne ko di ra ju }ih re gu la tor nih RNA ma le su dvo lan ~a ne mo le ku le ko je po ti ~u raz grad nju svo je cilj ne mR NA me ha ni- zmom RNA-in ter fe ren ci je (vi di sli ku 3-41). Ulo ga ovih ne ko di ra ju }ih RNA mo le ku la iz nim no je dob ro prou ~e na kod bi lja ka: u bilj ci Ara bi dop sis tha lia- na iden ti fi ci ra no je prib li` no pe de se tak ge na ~i ja je tran sla ci ja re gu li ra na ovim me ha niz mom.

Dru gi me ha ni zam re gu la ci je tran sla ci je u eu ka riot skim sta ni ca ma, ko ji re zul ti ra glo bal nim u~in kom na cje lo kup nu tran sla cij sku ak tiv no st vi {e ne- go na tran sla ci ju spe ci fi~ nih mR NA, uk lju ~u je mo du la ci ju ak tiv nos ti ini ci ja- cij skih fak to ra, po se bi ce fak to ra eI F-2 i eI F-4E. Kao {to je ve} ob ja{ nje no, fak tor eI F-2 se (u kom plek su s GTP) ve ̀ e s ini ci ja tor skom me tio ni l-tR NA i dono si je na ri bo som. Za tim sli je di ot pu{ ta nje fak to ra eI F-2, {to je pra }e no hid ro li zom GTP, a ~i me eI F-2, sa da u kom plek su s GDP, pos ta je neak ti van. Da bi sud je lo vao u slje de }em cik lu su ini ci ja ci je, kom ple ks eI F-2/GTP mo ra se re ge ne ri ra ti iz mje nom ve za nog GDP za GTP (vi di sli ku 7-18). Ova je iz- mje na pos re do va na fak to rom eI F-2B. Kon tro la ak tiv nos ti eI F-2 pu tem ve za- nja/hidrolize GTP sli~ na je sto ga kon tro li ak tiv nos ti fak to ra EF-Tu (vi di sli ku 7-13). Na taj na ~in, re gu la ci ja ak tiv nos ti fak to ra eI F-2 osi gu ra va klju~ nu kon trol nu to~ ku u mno gim eu ka riot skim sta ni ca ma. [to vi {e, fak to ri eI F-2 i eI F-2B mo gu bi ti fos fo ri li ra ni re gu la tor nim pro tei n-ki na za ma. Ove fos fo ri la- ci je in hi bi ra ju iz mje nu ve za nog GDP s GTP, te na taj na ~in in hi bi ra ju ini ci ja- ci ju tran sla ci je. Prim je ri ce, ako sta ni ca ma si sa va ca ne dos ta ju fak to ri ras ta, pro tei n-ki na ze ko je fos fo ri li ra ju fak tor eI F-2B pos ta ju ak tiv ne, in hi bi ra ju }i na da lje sin te zu pro tei na.

Re gu la ci ja ak tiv nos ti fak to ra eI F-4E, ko ji se ve ̀ e na 5' ka pu mo le ku la mRNA, dru ga je klju~ na to~ ka kon tro le sin te ze pro tei na fak to ri ma ras ta. Prim je ri ce, fak to ri ras ta ko ji po ti ~u sin te zu pro tei na u sta ni ca ma si sa va ca ak ti vi ra ju pro tei n-ki na ze ko je fos fo ri li ra ju re gu la tor ne pro tei ne ko ji ve ̀ u fak tor eI F-4E (naz va ne pro tei ni ma ko ji ve ̀ u eI F-4E ili 4E-BP). U od sut no sti od go va ra ju }ih fak to ra ras ta, ne fos fo ri li ra ni 4E-BP ve ̀ u fak tor eI F-4E te in hi- bi ra ju tran sla ci ju ti me {to ome ta ju in te rak ci ju fak to ra eI F-4E i fak to ra eI F- 4G (vi di sli ku 7-11). Kad su fak to ri ras ta pri sut ni u do volj noj ko li ~i ni, fos fo ri- la ci ja fak to ra 4E-BP spr je ~a va nji ho vu in te rak ci ju s fak to rom eI F-4E, {to do- vo di do po ja ~a ne ini ci ja ci je tran sla ci je.

Smatanje i dorada pro tei na Tran sla ci jom je zav r {en pro tok ge ne ti~ ke in for ma ci je unu tar sta ni ce. Sli jed nuk leo ti da u DNA sa da je pre ve den u sli jed ami no ki se li na u po li pep tid- nom lan cu. Ipak, sin te za po li pep ti da ne od go va ra u pot pu nos ti stva ra nju fun kcio nal nog pro tei na. Da bi bio upo rab ljiv, po li pep tid se mo ra smo ta ti u spe ci fi~ nu tro di men zio nal nu kon for ma ci ju, a u mno go slu ~a je va vi {e se po- li pep tid nih la na ca mo ra ud ru ̀ i ti u fun kcio nal ni kom ple ks. Uz to, mno gi pro tei ni pod li je ̀ u dalj njim mo di fi ka ci ja ma, iz me |u os ta log ki da nju te ko- va len tnom ve za nju ug lji ko hid ra ta i li pi da, {to je klju~ no za nji ho vu fun kci- ju i pra vi lan smje{ taj unu tar sta ni ce.

[aperoni i sma ta nje pro tei na Tro di men zio nal na je kon for ma ci ja pro tei na pos lje di ca in te rak ci ja iz me |u bo~ nih og ra na ka ami no ki se li na ko je ih iz gra |u ju, kao {to je ob ja{ nje no u 2. pog lav lju. Pre ma kla si~ noj pos tav ci o sma ta nju pro tei na, sve in for ma ci je

Sinteza, dorada i regulacija proteina 299

AP

E 3'AUG

translacija se odvija

translacija je zaustavljena

UAC 5'

Met

UAC

GDP

eIF-2

Met

UAC

eIF-2

eIF-2

eIF-2 GDP

eIF-2

GDP

(A) zadovoljavaju}a opskrba faktorima rasta

3'5'

Met

UAC

P zamjena GDP za GTP je sprije~ena

fosforilacija eIF-2 i eIF-2B

(B) nedostatnost faktora rasta

P i

P i

eIF-2B

P

eIF-2B

Met

GCC

AP

E AUG UAC

Met

GCC

Slika 7-18. Re gu la ci ja tran sla ci je pos re do va na fos fo ri la ci jom fak to ra eI F-2 i eI F-2B. Ak tiv ni ob lik fak to ra eI F-2 (u kom ple- ksu s GTP) pra ti ini ci ja cij sku me tio nil tR NA do ri bo so ma (vi di sli ku 7-11). S ri- bo so ma se fak tor eI F-2 ot pu{ ta kao inak- tiv ni ob lik, u kom plek su s GDP. Ka ko bi se tran sla ci ja nas ta vi la, fak tor eI F-2 mo ra bi ti reak ti vi ran fak to rom eI F-2B, ko ji po ti ~e iz mje nu ve za nog GDP za GTP. Tran sla ci ja se mo ̀ e in hi bi ra ti (prim je ri ce, ako sta ni ci ne dos ta ju fak to- ri ras ta) re gu la tor nim pro tei n-ki na za ma ko je u tom slu ~a ju fos fo ri li ra ju ili fak tor eI F-2 ili fak tor eI F-2B. Fos fo ri la ci ja ovih fak to ra spr je ~a va zam je nu GDP za GTP, ta ko da se kom ple ks eI F-2/GTP ne mo ̀ e re ge ne ri ra ti.

pot reb ne da bi pro tein zau zeo pra vil nu tro di men zio nal nu kon for ma ci ju sad r ̀ a ne su u nje go vom ami no ki se lin skom sli je du. Ta pos tav ka pot je ~e od ek spe ri me na ta Chris tia na An fin se na ko ji su po ka za li da se u uv je ti ma in vit ro de na tu ri ra na RNa za po no vo spon ta no sma ta u svo ju ak tiv nu kon for- ma ci ju (vi di sli ku 2-17). Na te me lju tih po da ta ka ~i ni lo se da je sma ta nje pro tei na sa moud ru ̀ u ju }i pro ces za ko ji ni su pot reb ni do dat ni sta ni~ ni ~im- be ni ci. No, ne dav ne su stu di je po ka za le da ovaj opis ne od go va ra u pot pu- nos ti sma ta nju pro tei na unu tar sta ni ce. Pra vil no sma ta nje pro tei na unu tar sta ni ce pos re do va no je ak ti va ci jom dru gih pro tei na.

Pro tei ni ko ji olak {a va ju sma ta nje dru gih pro tei na naz va ni su mo le ku lar- nim {a pe ro nima. Po jam cha pe ron pr vi su upot ri je bi li Ron Las key i su rad ni ci da bi opi sa li pro tein (nuk leop laz min) ko ji je bio pot re ban za stva ra nje nu- kleo so ma iz his to na i DNA. Nuk leop laz min se ve ̀ e na his to ne i pos re du je nji ho vo ud ru ̀ i va nje u nuk leo so me, ali se sam nuk leop laz min ne ug ra |u je u ko na~ nu struk tu ru nuk leo so ma. [a pe ro ni na taj na ~in dje lu ju kao ka ta li- za to ri ko ji olak {a va ju ud ru ̀ i va nje, a da se pri to me ne ug ra |u ju u kom- pleks. Stu di je ko je su sli je di le pro {i ri le su kon ce pt, pa se da nas tim ime nom

300 Poglavlje 7

5'

N

N

N N

N

C

smotani protein

dovr{eni polipeptid je otpu{ten

3' mRNA

{aperon

Sli ka 7-19. Dje lo va nje {a pe ro na ti je kom tran sla ci je. [a pe ro ni se ve ̀ u na ami no (N) ter mi nal ni dio po li pep tid nog lan ca u nas ta ja nju te ga sta bi li zi ra ju u nje go vom nes mo ta nom ob li ku sve dok sin te za lan ca ni je u pot pu nos ti zav r {e na. Dov r- {e ni se pro tein za tim ot pu{ ta s ri bo so ma, te se mo ̀ e smo ta ti u svo ju pra vil nu tro di men zio nal nu kon for ma ci ju.

na zi va ju pro tei ni ko ji pos re du ju u mno gim dru gim pro ce si ma ud ru ̀ i va- nja, po se bi ce u sma ta nju pro tei na.

Va` no je uo ~i ti da {a pe ro ni ne pre no se do dat ne in for ma ci je pot reb ne za sma ta nje po li pep ti da u nji ho ve pra vil ne tro di men zio nal ne kon for ma ci je ve} da je kraj nja kon for ma ci ja pro tei na od re |e na is klju ~i vo sli je dom ami- no ki se li na. Ipak, {a pe ro ni ka ta li zi ra ju sma ta nje pro tei na po ma ̀ u }i u pro ce- su sa mos ma ta nja. Oni dje lu ju ta ko da ve ̀ u i sta bi li zi ra ju nes mo ta ne ili dje- lo mi~ no smo ta ne po li pep ti de ko ji su me |up ro duk ti pro ce sa ko ji vo di do ko na~ nog pra vil no smo ta nog ob li ka. U od sut nos ti {aperona, nes mo ta ni ili dje lo mi~ no smo ta ni po li pep tid ni lan ci bi li bi nes ta bil ni unu tar sta ni ce, pa bi se sma ta li nep ra vil no ili bi se ag re gi ra li u ne top lji ve kom plek se. Ve za nje {a pe ro na sta bi li zi ra ove nes mo ta ne po li pep ti de ~i me se spr je ~a va nep ra vil- no sma ta nje i ag re ga ci ja, te na taj na ~in omo gu }uje sma ta nje po li pep tid nog lan ca u nje go vu pra vil nu kon for ma ci ju.

Do bar su prim jer {a pe ro ni ko ji se ve ̀ u na po li pep tid ni la nac u nas ta ja- nju, ko ji se jo{ uvi jek pre vo di na ri bo so mu, te na taj na ~in spr je ~a va ju ne pra- vil no sma ta nje ili ag re ga ci ju ami no-ter mi nal nog di je la po li pep ti da pri je ne- go {to je sin te za ci je log lan ca zav r {e na (sli ka 7-19). Pro tei ni se sma ta ju u do- me ne koje se sastoje od 50 do 300 ami no ki se lin skih os ta ta ka, pa je nu` no da se la nac u nas ta ja nju za{ ti ti od nep ra vil nog sma ta nja ili ag re ga ci je s dru gim pro tei ni ma sve dok sin te za ~i ta ve do me ne ni je zav r {e na i pro tein mo ̀ e bi ti smo tan u svo ju pra vil nu kon for ma ci ju. Ve za nje {a pe ro na sta bi li zi ra ami no- ter mi nal ni dio u nes mo ta noj kon for ma ci ji sve dok preos ta li dio po li pep tid- nog lan ca ne bu de sin te ti zi ran, od nos no dok se dov r {e ni pro tein ne bu de mo gao pra vil no smo ta ti. [a pe ro ni ta ko |er sta bi li zi ra ju nes mo ta ne po li pep- tid ne lan ce za vri je me nji ho vog tran spor ta u sta ni~ ne or ga ne le – pri mje ri ce, za vri je me tran spor ta pro tei na iz ci to so la u mi to hon dri je (sli ka 7-20). Pro tei- ni se kroz mi to hon drij sku mem bra nu pre no se u dje lo mi~ no smo ta noj kon- for ma ci ji ko ja je sta bi li zi ra na {a pe ro ni ma iz ci to so la. Za tim {a pe ro ni unu tar mi to hon dri ja olak {a va ju pr je lazak po li pep tid nog lan ca kroz mem bra nu te nje go vo sma ta nje unu tar or ga ne le. Uz to, {a pe ro ni sud je lu ju i u ud ru ̀ i va- nju pro tei na ko ji su iz gra |e ni od vi {e po li pep tid nih la na ca te nji ho vom u dru ̀ i va nju u mak ro mo le ku lar ne struk tu re (prim je ri ce, nu kleop laz min).

Mno gi pro tei ni za ko je je da nas poz na to da dje lu ju kao mo le ku lar ni {a pe ro ni (tab li ca 7-2) pr vot no su ot kri ve ni kao pro tei ni top lin skoga {o ka, sku pi na pro tei na ko ja se ek spri mi ra u sta ni ca ma ko je su bi le iz lo ̀ e ne po vi- {e nim tem pe ra tu ra ma ili dru gim ob li ci ma stre sa iz oko li ne. Smat ra se da

Sinteza, dorada i regulacija proteina 301

smotani protein

citosolni {aperon

mitohondrij

mitohondrijski {aperon

polipeptidni lanac Slika 7-20. Dje lo va nje {a pe ro na za vri je me pri je no sa pro tei na. Dje lo mi~ no smo ta ni po li pep tid pre- no si se iz ci to so la u mi to hon drij. Ci to- sol ni {a pe ro ni sta bi li zi ra ju nes mo ta nu kon fi gu ra ci ju. Mi to hon drij ski {a pe ro ni olak {a va ju pri je nos i sma ta nje po li pep- tid nog lan ca unu tar or ga ne la.

pro tei ni top lin skoga {o ka (Hsp, od en gl. hea t-sho ck pro tein) ko ji su vi so ko- o~u va ni kod pro ka riot skih i eu ka riot skih sta ni ca, sta bi li zi ra ju i olak {a va ju po nov no sma ta nje pro tei na ko ji su bi li dje lo mi~ no de na tu ra ni zbog iz la ga- nja po vi {e noj tem pe ra tu ri. Me |u tim, mno gi su ~la no vi po ro di ce pro tei na top lin skog {o ka ek spri mi ra ni i ima ju esen ci jal nu fun kci ju u sta ni ci i pod nor mal nim uv je ti ma ras ta. Ovi pro tei ni slu ̀ e kao mo le ku lar ni {a pe ro ni ko- ji su pot reb ni za sma ta nje pro tei na i nji hov tran spo rt pod nor mal nim uv je ti- ma jed na ko kao u sta ni ca ma iz lo ̀ e nim stre su iz oko li ne.

Po ro di ce pro tei na top lin skoga {o ka Hsp70 i Hsp60 iz nim no su va` ne za cje lo ku pan pro ces sma ta nja pro tei na u pro ka riot skim i eu ka riot skim sta ni- ca ma. Pro tei ni obi ju po ro di ca dje lu ju ta ko da se ve ̀ u na nes mo ta ne di je lo- ve po li pep tid nih la na ca. ^la no vi po ro di ce Hsp70 sta bi li zi ra ju nes mo ta ne po li pep tid ne lan ce ti je kom tran sla ci je (vi di za prim jer sli ku 7-19) kao i za vri je me tran spor ta po li pep ti da u raz li ~i te unu tar sta ni~ ne od jelj ke, kao {to su mi to hon dri ji i en dop laz mat ski re ti kul. Ovi se pro tei ni ve ̀ u za krat ke

[aperonski proteini

Porodica proteina Prokarioti Eukarioti

Hsp70 DnaK Hsc73 (citosol) BiP (endoplazmatski retikul) SSC1 (mitohondriji) ctHsp70 (kloroplasti) Hsp60 GroEL TriC (citosol) Hsp60 (mitohondriji) Cpn60 (kloroplasti) Hsp90 HtpG Hsp90 (citosol) Grp94 (endoplazmatski retikul)

Tablica 7-2. Molekularni {aperoni

302 Poglavlje 7

Slika 7-21. Struk tu ra {a pe ro ni na. GroEL, ~lan po ro di ce Hsp60, po svo jem je ob li ku {up lji ci- lin dar iz gra |en od dva nad slo ̀ e na pr ste na. Sva ki se pr sten sas to ji od se dam pod je di ni ca. (Sus ret lji vo{ }u Pau la B. Sig le ra, Sveu ~i li{ te Ya le.)

5' 3'

djelomi~no smotani me|uprodukt

smotani protein

prijenos na Hsp60Hsp70

Hsp60

ADP

ADP

Slika 7-22. Dje lo va nje {a pe ro na Hsp70 i Hsp60 u sli je du je dan iza dru go ga. Za vri je me tran sla ci je nes mo ta ne po li pep tid ne lan ce ve ̀ u i sta bi li zi ra ju {a pe ro ni po ro- di ce Hsp70. Nes mo ta ni se pro tei ni za tim pre no se na {a pe ro ne po ro di ce Hsp60, unu tar ko jih se od vi ja sma ta nje. Za ot pu{ ta nje nes mo ta nih po li pep tid nih la na ca sa Hsp70, kao i za nji ho vo sma ta nje unu tar Hsp60 nu` na je hid ro li za ATP.

hid ro fob ne di je lo ve (od prib li` no se dam ami no ki se lin- skih os ta ta ka) nes mo ta nog po li pep ti da, zad r ̀ a va ju }i po li pep tid ni la nac u nje go voj nes mo ta noj kon for ma ci ji i spr je ~a va ju }i ag re ga ci ju.

^la no vi po ro di ce Hsp60 (naz va ni {a pe ro ni ni) olak {a- va ju sma ta nje pro tei na u nji ho ve na tiv ne kon for ma ci je. Sva ki se {a pe ro nin sas to ji od 14 pod je di ni ca, od ko jih je sva ka ve li ~i ne prib li` no 60 ki lo dal to na (kd). Ure |e ne su u dva nad slo ̀ e na pr ste na, ~i me stva ra ju struk tu ru dvos tru koga pr ste na (sli ka 7-21). Nes mo ta ni po li pep tid- ni lan ci za{ ti }e ni su od ci to so la ta ko {to se ve ̀ u unu tar sre di{ nje {up lji ne {a pe ro nin skog ci lin dra. U ovom izo li- ra nom ok ru ̀ e nju sma ta nje pro tei na mo ̀ e se nas ta vi ti, dok je ag re ga ci ja nes mo ta nih di je lo va po li pep tid nog lan ca spri je ~e na nji ho vim ve za njem za {a pe ro nin. Ve za- nje nes mo ta nih po li pep ti da re ver zi bil na je reak ci ja ko ja je po ve za na s hid ro li zom ATP, ko ji slu ̀ i kao iz vor ener- gi je. Ti me hid ro li za ATP osi gu ra va vi {es tru ko po nav lja- nje ot pu{ ta nja i po nov nog ve za nja nes mo ta nih re gi ja po li pep ti da za {a pe ro nin, ~i me se omo gu }uje pos tup no sma ta nje po li pep ti da u pra vil nu kon for ma ci ju.

U ne kim slu ~a je vi ma, ~la no vi po ro di ca Hsp70 i Hsp60 dje lu ju u sli je du jed ni iza dru gih. Prim je ri ce, ~la- no vi po ro di ce Hsp70 i Hsp60 dje lu ju u sli je du ti je kom tran spor ta pro tei na u mi to hon drij i za vri je me sma ta- nja no vo sin te ti zi ra nih pro tei na u E. co li (sli ka 7-22). Prvo

{a pe ron Hsp70 sta bi li zi ra po li pep tid ni la nac u nas tan ku sve dok pro tein ska sin te za ni je zav r {e na. Za tim se nes mo ta ni po li pep tid ni la nac pre no si na {a pe ro nin Hsp60, u ko jem se od vi ja sma ta nje pro tei na, pri ~e mu nas ta je pro tein pra vil no smo tan u svo ju fun kcio nal nu tro di men zio nal nu kon for- ma ci ju. ^la no vi po ro di ce Hsp70 i Hsp60 na |e ni su u ci to so lu i u sta ni~ nim or ga ne li ma (prim je ri ce mi to hon dri ji ma) eu ka riot skih sta ni ca kao i u bak te- ri ja ma (vi di tab li cu 7-2), ta ko da se ~i ni da dje lo va nje Hsp70 i Hsp60 u sli je-

Sinteza, dorada i regulacija proteina 303

SH S

S

S

S SS SS

neispravne disulfidne veze ispravne disulfidne veze

SS

SS SS

SH

SH

1

2

3

4

S

S

1

2

3

4

1

3

4

1

2

3

4

PDI

SH

Slika 7-23. Dje lo va nje en zi ma pro tei n-di sul fi d-i zo me ra ze. Pro tei n-di sul fi d-i zo me ra za (PDI) ka ta li- zi ra ki da nje i po nov no stva ra nje di sul- fid nih ve za, omo gu }u ju }i iz mje nu spa- re nih di sul fi da u po li pep tid nom lan cu. En zim stva ra di sul fid ne ve ze iz me |u cis tein skih os ta ta ka po li pep ti da, a za tim iz mje nju je spa re ne di sul fid ne pa ro ve s dru gim cis tein skim os ta tci ma. PDI, pri- mje ri ce, ka ta li zi ra pret vor bu dvaju pa- rova neis prav nih di sul fid nih ve za (1-2 i 3-4) u is prav ne pa ro ve (1-3 i 2-4).

trans cis

H

O

CX Pro

peptidil-prolil- izomeraza

N

H

N

O

CX Pro

Slika 7-24. Dje lo va nje pep ti di l-pro- li l-i zo me ra ze. Pep ti di l-pro li l-i zo me ra za ka ta li zi ra izo- me ri za ci ju cis i tra ns kon for ma ci je pep- tid ne ve ze u ko joj sud je lu je pro lin.

du pred stav lja op }i put sma ta nja pro tei na. Al ter na tiv ni put sma ta nja ne kih pro tei na u ci to so lu i en dop laz mat skom re ti ku lu uk lju ~u je dje lo va nje ~la no- va po ro di ca Hsp70 i Hsp90. Ve }i na sup stra ta za sma ta nje uz Hsp90 su pro- tei ni ko ji sud je lu ju u pri je no su sig na la, uk lju ~u ju }i re cep to re ste roid nih hor mo na i raz li ~i te pro tein ske ki na ze.

Enzimi i sma ta nje pro tei na Osim {a pe ro na, ko ji olak {a va ju sma ta nje pro tei na ve za njem i sta bi li za ci- jom dje lo mi~ no smo ta nih me |up ro du ka ta, sta ni ce sad r ̀ avaju naj ma nje dvi je vr ste en zi ma ko ji ka ta li zi ra ju sma ta nje pro tei na. Stva ra nje disul fid nih ve za iz me |u cis tein skih os ta ta ka va` no je za sta bi li za ci ju smo ta nih struk tu- ra mno gih pro tei na (vi di sli ku 2-16). Pro tei n-di sul fi d-i zo me ra ze, ko je je 1963. go di ne ot krio Chris tian An fin sen, ka ta li zi ra ju ki da nje i po nov no stva- ra nje ovih ve za (sli ka 7-23). Za pro tei ne ko ji sad r ̀ avaju vi {e cis tein skih os ta- ta ka, pro tei n-di sul fi d-i zo me ra ze (PDI) ima ju va` nu ulo gu u po ti ca nju br ze iz mje ne iz me |u spa re nih di sul fi da, omo gu }u ju }i ti me pro tei nu zad r ̀ a va- nje obras ca di sul fid nih ve za ko ji je kom pa ti bi lan s nje go vom sta bil no smo- ta nom kon for ma ci jom. Di sul fid ne su ve ze ug lav nom pri sut ne kod se kre tor- nih pro tei na i ne kih mem bran skih pro tei na jer ci to sol sad r ̀ ava re du ci ra ju }e agen se ko ji od r ̀ a va ju cis tein ske os tat ke u re du ci ra nom (–SH) ob li ku, spr je- ~a va ju }i na taj na ~in stva ra nje di sul fid ne (S–S) ve ze. U eu ka riot skim sta ni- ca ma di sul fid ne ve ze nas ta ju u en dop laz mat skom re ti ku lu, u ko jem se odr`a va ju ok si da tiv ni uv je ti. U sug las ju s ulo gom di sul fid nih ve za u sta bi li- za ci ji sek re tor nih pro tei na, ak tiv no st PDI u en dop laz mat skom je re ti ku lu u ko re la ci ji s ra zi nom sek re ci je pro tei na u raz li ~i tim sta ni~ nim ti po vi ma.

Dru gi en zim ko ji sud je lu je u pro ce su sma ta nja pro tei na ka ta li zi ra izo me- ri za ci ju pep tid nih ve za u ko ji ma sud je lu je pro lin (sli ka 7-24). Pro lin je ami- no ki se li na neo bi~ na po to me {to je u rav no te ̀ i iz me |u cis i tra ns kon fi gu ra- ci je pep tid nih ve za ko je pret ho de pro lin skom os tat ku, tra ns ob lik je tek bla- go fa vo ri zi ran. Sup rot no to mu, pep tid ne ve ze iz me |u dru gih ami no ki se li- na go to vo su uvi jek u tra ns ob li ku. Izo me ri za ci ja iz me |u cis i tra ns kon fi gu- ra ci ja pep tid nih ve za ko je pret ho de pro lin skom os tat ku, ko ja mo ̀ e s dru ge stra ne pred stav lja ti og ra ni ~a va ju }i ko rak u pro tein skom sma ta nju, ka ta li zi- ra na je en zi mom pep ti di l-pro li l-i zo me ra zom. Ovaj en zim {i ro ko je ras pro- stra njen i kod pro ka riot skih i kod eu ka riot skih sta ni ca i ig ra va` nu ulo gu u sma ta nju ne kih pro tei na.

Ki da nje pro tei na Ki da nje po li pep tid noga lan ca (pro teo li za) va ̀ an je ko rak u saz ri je va nju ne- kih pro tei na. Jed nos ta van je prim jer uk la nja nje ini ci ja tor skog me tio ni na s ami no-kra ja mno gih po li pep ti da, ko ji se od vi ja ne pos red no na kon {to je ami no-kraj ras tu }eg po li pep tid nog lan ca iz ro nio iz ri bo so ma. Do dat ne ke- mij ske sku pi ne, kao {to su ace tat na sku pi na ili lan ci mas nih ki se li na (o ~e- mu }e se us ko ro ras prav lja ti) ~es to se do da ju na ami no-ter mi nal ni os ta tak.

304 Poglavlje 7

preneseni protein

signalna

kidanje signalnoga slijeda

5'mRNA

smjer kretanja ribosoma

membrana ER

3'

signalni slijed

Slika 7-25. Ulo ga sig nal noga sli je da u pri je no su pro tei na kroz mem bra ne. Sig nal ni sli jed us mje ra va pri je nos po li- pep tid nog lan ca kroz sta ni~ nu mem bra- nu bak te ri ja ili u en dop laz mat ski re ti kul eu ka riot skih sta ni ca ({to je pri ka za no na sli ci). Sig nal ni sli jed, niz hid ro fob nih ami no ki se li na ko ji se na la zi na ami no- -kra ju po li pep tid nog lan ca, ura nja po li- pep tid ni la nac u mem bran ski ka nal ~im la nac iz ro ni iz ri bo so ma. Za tim se os ta- tak lan ca pre no si kroz ka nal, a sig nal ni sli jed ot ki nut dje lo va njem sig nal nih pep ti da za, ot pu{ ta sa zre loga pre ne se- noga pro tei na.

Pro teo li ti~ ke mo di fi ka ci je ami no-kra ja va` ne su ta ko |er i za pri je nos mno gih pro tei na kroz mem bra ne, uk lju ~u ju }i sek re tor ne pro tei ne kod bak- te ri ja i eu ka rio ta, kao i pro tei na pre dod re |e nih za ug rad nju u sta ni ~nu mem bra nu, li zo so me, mi to hon dri je i klo rop las te eu ka riot skih sta ni ca. Ovi su pro tei ni us mje re ni za pri je nos do svo jih od re di{ ta pu tem ami no-ter mi- nal nog sli je da ko ji se uk la nja pro teo li ti~ kim ki da njem kad pro tein pro |e kroz mem bra nu. Prim je ri ce, ami no-ter mi nal ni sig nal ni sli jed, dug naj ~e- {}e dva de se tak ami no ki se li na, us mje ra va mno ge sek re tor ne pro tei ne u sta- ni~ nu mem bra nu bak te ri ja ili u en dop laz mat ski re ti kul eu ka riot skih sta ni ca dok je tran sla ci ja jo{ uvi jek u ti je ku (sli ka 7-25). Sig nal ni sli jed, ko ji se ug lav- nom sas to ji od hid ro fob nih ami no ki se li na, ura nja u mem bran ski ka nal ne- pos red no na kon {to iz ro ni iz ri bo so ma. Ka ko se tran sla ci ja od vi ja, os ta tak po li pep tid noga lan ca pro la zi kroz ka nal u mem bra ni. Za tim se si gnal ni sli- jed uk la nja ki da njem s po mo }u spe ci fi~ nih mem bran skih pro tea za (sig nal- ne pep ti da ze), a zre li se pro tein ot pu{ ta. U eu ka riot skim sta ni ca ma, tran slo- ka ci ja ras tu }eg po li pep tid nog lan ca u en dop laz mat ski re ti kul pred stav lja pr vi ko rak u us mje ra va nju pro tei na za sek re ci ju, ug rad nju u sta ni ~nu mem- bra nu ili ug rad nju u li zo so me. O me ha niz mi ma ko ji us mje ra va ju tran spo rt pro tei na na ova od re di{ ta, kao i o ulo zi dru gih us mje ra va ju }ih slje do va u pri je no su pro tei na u mi to hon dri je i klo rop las te bit }e vi {e go vo ra u pog la- vlji ma 9 i 10.

Drugi va ̀ an ob lik pro teo li ti~ ke dorade je st stva ra nje ak tiv nih en zi ma ili hor mo na, ki da njem ve }ih pre te ~a. Do bar je prim jer in zu lin, ko ji se sin te ti zi- ra kao du gi pre kur sor ski po li pep tid, a ko na~ ni ob lik nas ta je dvos tru kim ki- da njem. Po ~et ni pre kur sor (prep roin zu lin) sad r ̀ ava ami no-ter mi nal ni sli- jed ko ji us mje ra va po li pep tid ni la nac u en dop laz mat ski re ti kul (sli ka 7-26). Uk la nja njem sig nal nog sli je da ti je kom pri je no sa u en dop laz mat ski re ti kul nas ta je dru gi pre kur sor, naz van proin zu lin. Ovaj se pre kur sor za tim pre vo- di u in zu lin (ko ji se sas to ji od dvaju lana ca po ve za nih di sul fid nim ve za ma) pro teo li ti~ kim uk la nja njem unut ra{ njeg di je la pep ti da. Dru gi pro tei ni ak ti- vi ra ni sli~ nim pro ce si ma ki da nja je su pro bav ni pro tei ni i pro tei ni uk lju ~e ni u zgru {a va nje kr vi.

Za nim lji vo je uo ~i ti da pro tei ni mno gih `ivotinjskih vi ru sa nas ta ju ki da- njem ve }ih pre kur so ra. Je dan iz nim no va ̀ an prim jer ulo ge pro teo li ze u rep li ka ci ji vi ru sa na |en je u HIV. Ti je kom rep li ka ci je HIV, pro tea za ko ja je ko di ra na u vi ru su ki da po li pep tid ni pre kur sor pri ~e mu nas ta je vi rus ni

Sinteza, dorada i regulacija proteina 305

N

N

C

C

A

A

B

B

signalni slijed

povezuju}i polipeptid

proinzulin inzulin

preproinzulin

S S

S S

B

S S

S S

A

kidanje signalnoga slijeda stvaranje disulfidnih veza uklanjanje

povezuju}eg polipeptida

Slika 7-26. Pro teo li ti~ ka dorada in zu li na. Zre la mo le ku la in zu li na iz gra |e na je od dvaju po li pep tid nih lana ca (A i B) ko ji su me |u sob no po ve za ni di sul fid nim ve za ma. In zu lin se sin te ti zi ra kao pre- kur sor ski po li pep tid – prep roin zu lin. Ami no-ter mi nal ni sig nal ni sli jed ot ki da se ti je kom pri je no sa ras tu }eg po li pep- tid nog lan ca u en dop laz mat ski re ti kul ~i me nas ta je slje de }i pre kur sor (proin- zu lin). Dalj njom pro teo li zom, ko jom se uk la nja unu tar nji po ve zu ju }i po li pep- tid, proin zu lin se pre vo di u in zu lin.

Slika 7-27. Ve za nje bo~ nih ug lji ko hid rat nih la na ca na gli kop ro tei ne. Ug lji ko hid rat ni lan ci N-ve za nih gli kop ro tei na ve za ni su na as pa ra gin, dok su ug lji- ko hid rat ni lan ci O-ve za nih gli kop ro tei na ve za ni ili za se rin ({to je pri ka za no na sli ci) ili treo nin. [e }e ri pre ko ko jih su ug lji ko hid rat ni lan ci po ve za ni s pro tei nom je su N- -a ce til glu ko za min kod N-ve za nih gli kop ro tei na, od nos no N-a ce til ga lak to za min kod O-ve za nih gli kop ro tei na.

asparagin

N-acetilglukozamin vezan na asparagin

(N-veza)

CH2

CH3

C

C

C

HN

O

O

CH2OH

H

OH

NH

O

HO

serin

N-acetilgalaktozamin vezan na serin

(O-veza)

CH2

CH3

CH

C

C

O

O

O

CH2OH

OH

NH

O HO

HN

struk tur ni pro tein. Zbog sre di{ nje ulo ge u rep li ka ci ji vi ru sa, pro tea ze iz HIV (uz re ver znu tran skrip ta zu) va` na su me ta za raz voj li je ko va za te ra pi- ju AIDS. Da nas su, uis ti nu, in hi bi to ri pro tea za me |u na ju ~in ko vi ti jim agen- si ma dos tup nim za bor bu pro tiv ove bo les ti.

Glikozilacija Mno gi pro tei ni, po se bi ce u eu ka riot skim sta ni ca ma, mo di fi ci ra ni su do dat- kom ug lji ko hid ra ta, u pro ce su naz va nom gli ko zi la ci ja. Pro tei ni na ko je je ve zan ug lji ko hid rat ni la nac (naz va ni gli kop ro tei ni) ug lav nom se iz lu ~u ju ili su smje{ te ni na sta ni~ noj pov r {i ni, prem da su mno gi jez gre ni i ci to sol ni pro tei ni ta ko |er gli ko zi li ra ni. Ug lji ko hid rat ni di je lo vi gli kop ro tei na ima ju va` nu ulo gu u sma ta nju pro tei na u en dop laz mat skom re ti ku lu, u us mje ra- va nju pro tei na u od go va ra ju }e sta ni~ ne odjelj ke, te kao mjes ta pre poz na va- nja u me |us ta ni~ nim in te rak ci ja ma.

Ovisno o mjes tu ve za nja ug lji ko hid rat nog bo~ nog lan ca, gli kop ro tei ni su po di je lje ni na N-ve za ne ili O-ve za ne (sli ka 7-27). Kod N-ve za nih gli ko- pro tei na, ug lji ko hid rat je ve zan na du {i kov atom bo~ nog og ran ka as pa ra gi- na. Kod O-ve za nih gli kop ro tei na, mjes to ve za nja ug lji ko hid ra ta je ki si kov atom bo~ nog og ran ka se ri na ili treo ni na. [e }e ri iz rav no ve za ni na te po lo ̀ a- je su N-a ce til glu ko za min kod N-ve za nih {e }e ra i N-a ce til ga lak to za min kod O-ve za nih {e }e ra.

Ve }i na gli kop ro tei na u eu ka riot skim sta ni ca ma pre dod re |e na je za se- kre ci ju ili ug rad nju u sta ni~ nu mem bra nu. Ovi se pro tei ni naj ~e{ }e pre no se u en dop laz mat ski re ti kul ({to obuh va }a ki da nje sig nal nog sli je da) dok nji- ho va tran sla ci ja jo{ uvi jek tra je. Gli ko zi la ci ja, ta ko |er, za po ~i nje u en do- plaz mat skom re ti ku lu pri je ne go {to je tran sla ci ja u pot pu nos ti zav r {e na. Pr vi je ko rak pri je nos os nov nog oli go sa ha ri da iz gra |e nog od 14 {e }er nih

nema postavljenih komentara
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument