Prokaryoter: Genetisk kod, wobble och proteinsyntes

Question 1

Hur många procent av den kemiska energin av en cell kan proteinsyntesen använda?

Answer 1

90%

Question 2

Ge exempel på biomolekyler som behövs vid proteinsyntesen, och ungefär hur många?

Answer 2

• >70 r-proteiner
• ≈ 20 aminosyre-aktiveringsenzymer
• ≈ 20 proteinfaktorer för initiering, elongering och terminering av peptider
• ≈ 100 ytterligare enzymer som används för final processing
• ≈ 40 olika tRNA och rRNA

Question 3

Vad är en triplett, gällande den genetiska koden?

Answer 3

En sekvens om tre baser (kodon) som krävs för att specificera en aminosyra

Question 4

Vad innebär icke-överlappande kod, gällande den genetiska koden?

Answer 4

Att inga baser delas mellan efterföljande kodon

Question 5

Vad innebär degenererad, gällande den genetiska koden?

Answer 5

Att flera tripletter kan koda för en och samma aminosyra

Exempelvis Leu, Ser och Arg kan kodas av sex olika tripletter

Question 6

Vad innebär universell, gällande den genetiska koden?

Answer 6

Att koden är densamma i alla livsformer, det vill säga att virus, prokaryoter och eukaryoter har samma koder

Några få undantag finns hos bl.a. mitokondrier

Question 7

Hur många olika kodoner finns, och vad kodar de för?

Answer 7

64

61 kodar för aminosyror

3 är stopkodon

Question 8

Vad bestäms av andra basen i ett kodon?

Answer 8

Vilken typ

Om ex. U, då blir det en hydrofob aminosyra

Question 9

Hur många olika aminosyror finns?

Answer 9

20 (men egentligen har man hittat en till, så 21)

Question 10

Vilket kodon är alltid startkodon?

Answer 10

AUG

Question 11

Vad har tRNA för uppgift?

Answer 11

Den tar med sig en aminosyra till ribosomen och basparar med kodonen på mRNA via sitt antikodon

Question 12

Vad är “wobble”?

Answer 12

En variation i vätebindningsmönstret mellan tRNA och mRNA, som tillåter tRNA att känna igen fler än ett kodon

Question 13

Var sker “wobble”?

Answer 13

I den första basen på antikodonet

Question 14

Förekomsten av “wobble” minimerar vilka sorts skador?

Answer 14

De skador som orsakats av tysta mutationer

Ex. Leu kodonet CUU muteras till CUC, CUA eller CUG under transkription av mRNA, kommer kodonet fortfarande översättas till Leu under proteinsyntesen

Question 15

Wobble möjliggör för en cell att framgångsrikt syntetisera proteiner utan att behöva ha alla 61 kodoner representerade i cellens tRNA. Varför?

Answer 15

3:e nukleotiden av kodonet kräver inte samma nivå av bindningsspecificitet som de 2 första, och därför kan den 3:e positionen “wobbla” mellan flera nukleotidmöjligheter

Question 16

Vilka är de “generella” och översiktliga stegen av proteinsyntes?

Answer 16

1. Aktivering av aminosyror - tRNA blir aminoacylerat
2. Initiering - mRNA och det aminoacylerade tRNAt binder till den lilla ribosomala subenheten och därefter binder den stora subenheten till detta
3. Elongering - upprepade cykler av aminoacylerat-tRNA inbindning och bildning av peptidbindningar sker tills att ribosomen når ett stoppkodon
4. Terminering - translationen avslutas när ett stopkodon påträffas. mRNA och proteinet dissocierar och de ribosomala subenheterna återanvänds
5. Proteinveckning och posttranslationell processing sker

Question 17

Vad krävs för aktivering av aminosyror?

Answer 17

• Aminosyror
• tRNA
• Aminoacyl-tRNA syntetaser (ett för varje aminosyra)
• ATP
• Mg²⁺

Question 18

Hur går formningen av aminacyl-tRNA till?

Answer 18

Question 19

Aminosyra-aktiveringen är en tvåstegsreaktion. Detta gör att reaktionen medger selektivitet på två nivåer. Vilka, och hur?

Answer 19

• Aminosyranivå: aminoacyl-AMP förblir bundet till enzymet och bindning av den korrekta aminosyran verifieras av ett redigerings-säte i tRNA-syntetaset
• tRNA-nivå: det finns specifika bindningsställen på tRNA som känns igen av aminoacyl- tRNA syntetaset. (Nästnästa bild visar igenkännings-positionerna på tRNA för olika aminosyror)

Question 20

Initiering (“chain initiation”) kräver vad?

Answer 20

• fmet-tRNA (bara hos prokaryoter, i eukaryoter är det metynin)
• Initeringskodon (AUG) av mRNA
• 30S ribosomal subenhet
• 50S ribosomal subenhet
• Initieringsfaktorer - IF1, IF2, IF3
• GTP, Mg²⁺

Question 21

Vad känns nukleotidpositioner i tRNA igen av?

Answer 21

Aminoacyl-tRNA synthetaser

Question 22

Hos prokaryoter, vilken är den första aminosyran som startar “chain initiation”?

Answer 22

N-terminal aminosyran N-formylmethionin (fMet)

Question 23

Hur går chain initiation till hos prokaryoter?

Answer 23

tRNA^fmet innehåller tripletten 3’-UAC-5’, och denna triplett basparar med 5’-AUG-3’ i mRNA

UAC-tripletten på tRNA^fmet känner igen AUG-tripletten (startsignalen) när det sker i början av mRNA-sekvensen som styr polypeptid syntesen

Innan startsignalen finns sett Shine-Dalgarno purin-rikt ledningssegment (5’-GGAGGU-3’), som vanligtvis ligger ca 10 nukleotider uppströms från startkodonet och är ett ribosomalt inbindningsställe

Question 24

Hur går chain initiation till hos eukaryoter?

Answer 24

tRNA^met innehåller tripletten 3’-UAC-5’, och denna triplett basparar med 5’-AUG-3’ i mRNA

UAC-tripletten på tRNA^met känner igen AUG-tripletten när den sitter på en intern position i mRNA-sekvensen

Innan startsignalen finns sett Shine-Dalgarno purin-rikt ledningssegment (5’-GGAGGU-3’), som vanligtvis ligger ca 10 nukleotider uppströms från startkodonet och är ett ribosomalt inbindningsställe

Question 25

Vad kallas det segment som sitter ungefärligen 10 nukleotider uppströms från AUG-startkodonet, och vad är dess roll i chain initiation?

Answer 25

Shine-Dalgarno purinrikt ledarsegment (5’-GGAGGU-3’)

Kallas även 5’-UTR (5’-untranslated region)

Viktig för att ribosomen ska kunna binda in

Question 26

Beskriv vilka element behövs för bildning av ett 70S initeringskomplex?

Answer 26

• mRNA
• 30S ribosomal subenhet
• fmet-tRNA^fmet
• GTP
• IF-3 - främjar bindningen av mRNA till 30S subenheten och förhindrar att 50S binder i förtid
• IF-2 - binder GTP och hjälper i urvalet av fmet-tRNA^fmet
• IF-1 - verkar främja bindningen av IF-3 och IF-2, samt förhindrar att aa-tRNA binder för tidigt
• 50S ribosomal subenhet

Question 27

Beskriv bildningen av 70S initeringskomplex?

Answer 27

1. IF-3 och IF-1 binder in till 30S subenheten, tillsammans med mRNA
2. fmet-tRNA^fmet kommer in tillsammans med IF-2, bundet till GTP. fmet-tRNA^fmet binder till AUG (startkodon) på mRNA med sitt UAC-kodon
3. GDP + P_i, IF-1, IF-2 och IF-3 lämnar komplexet samtidigt som 50S subenheten kommer och binder in

Nu har 70S initeringskomplexet formats

Question 28

Hur placeras mRNA så att rätt läsram erhålls? Hur vet ribosomen vart den ska starta översättningen av mRNA till ett protein?

Answer 28

Olika Shine-Dalgarno sekvenser känns igen av E. colis ribosomer och den lilla subenheten positionerar sig rätt genom denna

Shine-Dalgarno parar sig med 16S rRNA och initeringskodon (AUG) parar sig med fmet-tRNA^fmet

Question 29

Vilka komponenter krävs för att chain elongation ska kunna ske?

Answer 29

• 70S ribosom
• Kodon från mRNA
• Aminoacyl-tRNA
• Elongeringsfaktorerna EF-Tu, EF-Ts och EF-G (hos bakterier)
• GTP och Mg²⁺

Question 30

Vilka är stegen i chain elongation (elongering) och vad sker, kortfattat, vid dessa?

Answer 30

1. Inbindning av aminoacyl-tRNA nr 2 - Elongeringsfaktor hjälper til latt transportera tRNA-molekylen till A-sätet i ribosomen
2. Bildning av den första peptidbindningen - detta katalyseras av rRNA
3. Translokering - med hjälp av translokas. Lämnar ett tomt A-säte redo för inkommande aminoacyl-tRNA

Question 31

Vilka element krävs för att chain termination ska ske, och vad gör dessa element?

Answer 31

• Termineringskodon (UAA, UAG eller UGA) från mRNA
• RF-1 som binder till UAA och UAG eller RF-2 som binder till UAA och UGA ⇒ blockerar A-sätet på ribosomen och stimulerar aktiviteten av peptidyltransferas, vilket resulterar i hydrolys av bindningen mellan peptiden och tRNA
• RF-3 - binder inte till något termineringskodon, men främjar bindningen av RF-1 och RF-2 till dess kodon
• GTP - sitter bundet till RF-3

Question 32

Vilken reaktion måste ske för att hela komplexet ska dissociera (gällande chain termination)?

Answer 32

Komplexet dissocierar som ett resultat av GTP hydrolys, som utförs av RF-3

Detta släpper fritt den kompletta polypeptiden, release factos, tRNA, mRNA samt 30S och 50S ribosomala subenheterna

Question 33

Vart binder release-faktorer in under chain termination-steget?

Answer 33

Till stoppkodonen på mRNA

Question 34

Vad är en polysom?

Answer 34

mRNA bundet till ett flertal ribosomer

Varje ribosom är på en annan del av translationen

Question 35

Vad innebär “coupled translation”?

Answer 35

Processen där en prokaryotisk gen transkriberas och translateras samtidigt

Question 36

Ge exempel på antibiotika som inhiberar proteinsyntesen, och beskriv hur?

Answer 36

• Streptomycin (och andra aminoglykosider) - inhiberar initeringen och orsakar felaktig läsning av mRNA (prokaryoter)
• Tetracyklin - binder till 30S subenheten och inhiberar inbindningen av aminoacyl-tRNA (prokaryoter)
• Kloramfenikol - inhiberar peptidyltransferasaktiviteten av 50S subenheten (prokaryoter)
• Cykloheximid - inhiberar translokationen (eukaryoter)
• Erytromycin - binder till 50S subenheten och inhiberar translokation (prokaryoter)
• Puromycin - orsakar för tidigt chain termination genom att bete sig som en analog för aminoacyl-tRNA (prokaryoter och eukaryoter)

Question 37

Hur kan puromycin störa bildningen av peptidbindningar?

Answer 37

Puromycin liknar aminoacyl-änden av en laddad tRNA

Den binder till det ribosomala A-sätet och deltar i bildning av peptidbindningar

Produkten av denna reaktion dissocierar från ribosomen istället för att translokeras till P-sätet, vilket orsakar för tidig chain termination