Hoofdstuk 19
Hoofdrolspelers van de translatie
De cellulare machine voor het vertalen van mRNAs in polypeptiden omvat 5
hoofdcomponenten
1. Ribosomen
2. tRNA-moleculen
3. amino-acyl-tRNA synthetase
4. mRNA moleculen
5. eiwitfactoren
Ribosomen voeren polypeptidesynthese uit
ribsomen zijn gemaakt uit rRNA en eiwitten die zich in het cytoplasma en in de
mitochonriale matrix en chloroplast stroma bevinden
in het eukaryote cytoplasma komen ribosomen zowel vrij in het cytosol voor als
gebonden aan membranen van het endoplasmatisch reticulum en het
buitenmembraan van de nucleaire envelop
de ribosomen van prokayoten (arcahea en bacterien) zijn kleiner dan die van
eukaryoten, hoewel veel van de ribosomale eiwitten, translatiefactoren en tRNAs die
door archaea worden gebruikt, meer op hun eukaryote tegenhangers lijken dan de
vergelijkbare componenten van bacterien
figuur 1: typisch bacterieel ribsoom
=> heeft een sedimentatiecoeficient van 70S
=> is opgebouwd uit een 30S kleine subeenheid en een 50S grote
subeenheid
figuur 2: typische eukaryote ribosoom
=> eukaryotisch ribosoom heeft een sedimentatiecoefficient van
80S
=> is opgebouwd uit een 40S kleine subeenheid en een grote 60S subeenheden
de bacteriele ribosoom bevat minder eiwitten, is gevoeliger voor verschillende
remmers van eiwitsynthese en heeft kleinere RNA-moleculen (en minder RNA) dan
eukaryotische ribosomen
rRNAs worden uit grotere precursos moleculen geproduceerd door splitsing en
processing reacties, die in eukaryote cellen plaatsvinden in de nucleolus
=> tijdens deze precessing worden de rRNAs geassocieerd met ribosomale eiwitten
en assembleren ze zichzelf in kleine en grote subeenheden, die ps bij elkaar komen
na binding aan mRNA
4 plaatsen op het ribosoom zijn vooral belangrijk voor de eiwitsynthese
=> mRNA bindingsplaats en de 3 plaatsen waar tRNA kan binden
=> een A (aminoacyl) site die elk nieuw aankomende tRNA bindt met zijn
aangehechte aminozuur
=> P (peptidyl) site waar het tRNA dat de groeiende polypeptideketen draagt
zich bevindt
=> E (exit) site van waaruit tRNA het ribosoom verlaat nadat ze hun aminozuur
hebben afgevoerd
,tRNA moleculen brengen aminozuren tot het ribosoom
Omdat de sequenties van codons in mRNA uiteindelijk de aminozuursequentie van
polypeptideketens bepaalt, moet een mechanisme bestaan dat codons in staat stelt
om aminozuren in de juiste volgorde te rangschikken
Men dacht dat aminozuren niet direct de nucleotide sequentie kunnen herkennen
=> er moet een soort ‘adaptor’ molecule zijn die de interactie tussen aminozuren en
mRNA moet bemiddelen
=> men dacht dat elk adaptor molecule 2 plaatsen bevat
=> een die bindt aan een specifiek aminozuur en een ander die de
mRNA basensequentie herkent die codeert voor dit aminozuur
Later ontdekte men dat radioactieve aminozuren eert covalent gebonden worden
aan een kleine RNA molecule
=> toevoeging van deze aminozuur-RNA complexen aan ribosomen leidde tot
eiwitsynthese en het opnemen van radiactieve aminozuren in de nieuw gevormde
eiwitten
=> conclusie: aminozuren worden eerst gebonden aan kleine RNA moleculen
(tRNA) en brengen dan de aminozuren naar het ribosoom waar ze in de nieuw
gevormde polypeptideketens komen te zitten
tRNA moleculen hebben 2 soorten specificiteit
=> elke tRNA molecule bindt aan 1 specifiek aminozuur
=> elke tRNA molecule herkent een of meer mRNA codons die staan voor dat
specifieke aminozuur
figuur:
=> tRNAs zijn gebonden aan hun aminozuren door een ester
binding aan z’n 2’ of 3’-hydroxylgroep van de adenine
nucleotide op het 3’-einde van alle tRNA moleculen
Selectie van het correcte aminozuur voor elke tRNA is de
verantwoordelijkheid van de enzymen die de vorming van de
esterbinding katalyseren
Volgens conventie wordt de naam van het aminozuur dat hecht aan een gegeven
tRNA aangegeven door een superscript
Bv. tRNA moelculen die specifiek zijn voor alanine worden geidentificeerd als RNA Ala
Eens het aminozuur gebonden is, wordt het tRNA aminoacyl tRNA genoemd
Bv. alanyl tRNAAla
=> er wordt dan gezegd dat tRNA in zijn geladen vorm is
=> van het aminozuur wrdt er gezegd dat het geactiveerd is
tRNA moleculen kunnen codons in mRNA herkennen omdat elke tNA een anticodon
bezit
=> een speciale trinucleotide-sequentie die zich in een van de lussen van het tRNA
molecuul bevindt
=> het anticodon van elke tRNA is complementair aan een of meer mRNA codons die
coderen voor een bepaald aminozuur
codons in mRNA worden geschreven in de 5’-3’-richting terwijl anticodons in tRNA
meestal in de 3’-5’richting worden geschreven
, omdat de genetische code 61 codons gebruikt om specifieke aminozuren te
gebruiken, zou je kunnen verwachten dat er ook 61 verschillende tRNA moelculen
zijn betrokken bij eiwitsynthese die elk dus een ander codon herkennen
=> het aantal tRNAs is veel minder dan 61 (ongeveer 35)
=> veel tRNA-moleculen kunnen meer dan 1 codon herkennen
=> codons die verschillen in de derde base coderen vaak kvoor
hetzelfde aminozuur
=> hierbij kan hetzelfde tRNA binden aan meer dan 1 codon
zonder fouten te introduceren
mRNA en tRNA staan op het ribosoom op een manier die flexibiliteit of ‘wobble’/
wiebelen toelaat in de koppeling tussen de 3de base van het codon en de
overeenkomstige base in het anticodon (= wobble hypothese)
=> maakt het mogelijk dat onverwachte basenparen worden gevormd op de 3 de
positie
=> inosine komt vaak voor in de wiebelpositie
=> adenosines worden soms omgezet in inosines op specifieke locaties
in tRNAs bij RNA editing
=> het kan paren met U,C of A
Bv. een tRNA met een anticodon 3’-UAI-54 kan de codons AUU, AUC en
AUA herkennen die allemaal coderen voor isoleucine
wiebelposities veroorzaken geen invoeging van foute aminozuren
aminoacyl-tRNA synthetasen koppelen aminozuren aan de juiste tRNAs
aminoacyl -tRNA synthetasen zijn verantwoordelijk voor het koppelen van
aminozuren aan hun overeenkomstige tRNA
=> er zijn er zo’n 20 verschillende voor elk aminozuur 1
=> cellen die ongebruikelijk het 21e en 22e aminozuren, selenocysteine en
pyrrolysine gebruiken, bevatten ook speciale tRNAs en aminoacyl-tRNA-
synthetasen voor deze aminozuren
=> katalyseren de binding van aminozuren aan hun overeenkomstige tRNAs via een
esterbinding wat samengaat met de hydrolyse van ATP tot
AMP en pyrofosfaat (drijvende kracht voor de reactie)
=> is de esterbinding een hoog-energetische binding
=> proces van amino-acylatie wordt aminozuur activatie genoemd
omdat het een aminozuur aan z’n tRNA koppelt en het aminozuur
activeert voor de vorming van de daarop volgende
peptidebinding
verschillen in de basensequentie van de verschillende tRNA
moleculenmaken het mogelijk hen te onderscheiden van de rest en
het anticodon is niet het enige kenmerk dat wordt herkend
=> aminoacyl-tRNA synthetasen herkennen nucleotiden die zich
ten minste op 2 verschillende regio’s bevinden van het tRNA
molecule wanneer ze een tRNA molecule moeten uitkiezen dat aan
een bepaald aminozuur moet worden gekoppeld
wanneer meer dan 1 tRNA bestaat voor een bepaald aminozuur,
herkent aminoacl-tRNA synthetase elk van de tRNAs
Hoofdrolspelers van de translatie
De cellulare machine voor het vertalen van mRNAs in polypeptiden omvat 5
hoofdcomponenten
1. Ribosomen
2. tRNA-moleculen
3. amino-acyl-tRNA synthetase
4. mRNA moleculen
5. eiwitfactoren
Ribosomen voeren polypeptidesynthese uit
ribsomen zijn gemaakt uit rRNA en eiwitten die zich in het cytoplasma en in de
mitochonriale matrix en chloroplast stroma bevinden
in het eukaryote cytoplasma komen ribosomen zowel vrij in het cytosol voor als
gebonden aan membranen van het endoplasmatisch reticulum en het
buitenmembraan van de nucleaire envelop
de ribosomen van prokayoten (arcahea en bacterien) zijn kleiner dan die van
eukaryoten, hoewel veel van de ribosomale eiwitten, translatiefactoren en tRNAs die
door archaea worden gebruikt, meer op hun eukaryote tegenhangers lijken dan de
vergelijkbare componenten van bacterien
figuur 1: typisch bacterieel ribsoom
=> heeft een sedimentatiecoeficient van 70S
=> is opgebouwd uit een 30S kleine subeenheid en een 50S grote
subeenheid
figuur 2: typische eukaryote ribosoom
=> eukaryotisch ribosoom heeft een sedimentatiecoefficient van
80S
=> is opgebouwd uit een 40S kleine subeenheid en een grote 60S subeenheden
de bacteriele ribosoom bevat minder eiwitten, is gevoeliger voor verschillende
remmers van eiwitsynthese en heeft kleinere RNA-moleculen (en minder RNA) dan
eukaryotische ribosomen
rRNAs worden uit grotere precursos moleculen geproduceerd door splitsing en
processing reacties, die in eukaryote cellen plaatsvinden in de nucleolus
=> tijdens deze precessing worden de rRNAs geassocieerd met ribosomale eiwitten
en assembleren ze zichzelf in kleine en grote subeenheden, die ps bij elkaar komen
na binding aan mRNA
4 plaatsen op het ribosoom zijn vooral belangrijk voor de eiwitsynthese
=> mRNA bindingsplaats en de 3 plaatsen waar tRNA kan binden
=> een A (aminoacyl) site die elk nieuw aankomende tRNA bindt met zijn
aangehechte aminozuur
=> P (peptidyl) site waar het tRNA dat de groeiende polypeptideketen draagt
zich bevindt
=> E (exit) site van waaruit tRNA het ribosoom verlaat nadat ze hun aminozuur
hebben afgevoerd
,tRNA moleculen brengen aminozuren tot het ribosoom
Omdat de sequenties van codons in mRNA uiteindelijk de aminozuursequentie van
polypeptideketens bepaalt, moet een mechanisme bestaan dat codons in staat stelt
om aminozuren in de juiste volgorde te rangschikken
Men dacht dat aminozuren niet direct de nucleotide sequentie kunnen herkennen
=> er moet een soort ‘adaptor’ molecule zijn die de interactie tussen aminozuren en
mRNA moet bemiddelen
=> men dacht dat elk adaptor molecule 2 plaatsen bevat
=> een die bindt aan een specifiek aminozuur en een ander die de
mRNA basensequentie herkent die codeert voor dit aminozuur
Later ontdekte men dat radioactieve aminozuren eert covalent gebonden worden
aan een kleine RNA molecule
=> toevoeging van deze aminozuur-RNA complexen aan ribosomen leidde tot
eiwitsynthese en het opnemen van radiactieve aminozuren in de nieuw gevormde
eiwitten
=> conclusie: aminozuren worden eerst gebonden aan kleine RNA moleculen
(tRNA) en brengen dan de aminozuren naar het ribosoom waar ze in de nieuw
gevormde polypeptideketens komen te zitten
tRNA moleculen hebben 2 soorten specificiteit
=> elke tRNA molecule bindt aan 1 specifiek aminozuur
=> elke tRNA molecule herkent een of meer mRNA codons die staan voor dat
specifieke aminozuur
figuur:
=> tRNAs zijn gebonden aan hun aminozuren door een ester
binding aan z’n 2’ of 3’-hydroxylgroep van de adenine
nucleotide op het 3’-einde van alle tRNA moleculen
Selectie van het correcte aminozuur voor elke tRNA is de
verantwoordelijkheid van de enzymen die de vorming van de
esterbinding katalyseren
Volgens conventie wordt de naam van het aminozuur dat hecht aan een gegeven
tRNA aangegeven door een superscript
Bv. tRNA moelculen die specifiek zijn voor alanine worden geidentificeerd als RNA Ala
Eens het aminozuur gebonden is, wordt het tRNA aminoacyl tRNA genoemd
Bv. alanyl tRNAAla
=> er wordt dan gezegd dat tRNA in zijn geladen vorm is
=> van het aminozuur wrdt er gezegd dat het geactiveerd is
tRNA moleculen kunnen codons in mRNA herkennen omdat elke tNA een anticodon
bezit
=> een speciale trinucleotide-sequentie die zich in een van de lussen van het tRNA
molecuul bevindt
=> het anticodon van elke tRNA is complementair aan een of meer mRNA codons die
coderen voor een bepaald aminozuur
codons in mRNA worden geschreven in de 5’-3’-richting terwijl anticodons in tRNA
meestal in de 3’-5’richting worden geschreven
, omdat de genetische code 61 codons gebruikt om specifieke aminozuren te
gebruiken, zou je kunnen verwachten dat er ook 61 verschillende tRNA moelculen
zijn betrokken bij eiwitsynthese die elk dus een ander codon herkennen
=> het aantal tRNAs is veel minder dan 61 (ongeveer 35)
=> veel tRNA-moleculen kunnen meer dan 1 codon herkennen
=> codons die verschillen in de derde base coderen vaak kvoor
hetzelfde aminozuur
=> hierbij kan hetzelfde tRNA binden aan meer dan 1 codon
zonder fouten te introduceren
mRNA en tRNA staan op het ribosoom op een manier die flexibiliteit of ‘wobble’/
wiebelen toelaat in de koppeling tussen de 3de base van het codon en de
overeenkomstige base in het anticodon (= wobble hypothese)
=> maakt het mogelijk dat onverwachte basenparen worden gevormd op de 3 de
positie
=> inosine komt vaak voor in de wiebelpositie
=> adenosines worden soms omgezet in inosines op specifieke locaties
in tRNAs bij RNA editing
=> het kan paren met U,C of A
Bv. een tRNA met een anticodon 3’-UAI-54 kan de codons AUU, AUC en
AUA herkennen die allemaal coderen voor isoleucine
wiebelposities veroorzaken geen invoeging van foute aminozuren
aminoacyl-tRNA synthetasen koppelen aminozuren aan de juiste tRNAs
aminoacyl -tRNA synthetasen zijn verantwoordelijk voor het koppelen van
aminozuren aan hun overeenkomstige tRNA
=> er zijn er zo’n 20 verschillende voor elk aminozuur 1
=> cellen die ongebruikelijk het 21e en 22e aminozuren, selenocysteine en
pyrrolysine gebruiken, bevatten ook speciale tRNAs en aminoacyl-tRNA-
synthetasen voor deze aminozuren
=> katalyseren de binding van aminozuren aan hun overeenkomstige tRNAs via een
esterbinding wat samengaat met de hydrolyse van ATP tot
AMP en pyrofosfaat (drijvende kracht voor de reactie)
=> is de esterbinding een hoog-energetische binding
=> proces van amino-acylatie wordt aminozuur activatie genoemd
omdat het een aminozuur aan z’n tRNA koppelt en het aminozuur
activeert voor de vorming van de daarop volgende
peptidebinding
verschillen in de basensequentie van de verschillende tRNA
moleculenmaken het mogelijk hen te onderscheiden van de rest en
het anticodon is niet het enige kenmerk dat wordt herkend
=> aminoacyl-tRNA synthetasen herkennen nucleotiden die zich
ten minste op 2 verschillende regio’s bevinden van het tRNA
molecule wanneer ze een tRNA molecule moeten uitkiezen dat aan
een bepaald aminozuur moet worden gekoppeld
wanneer meer dan 1 tRNA bestaat voor een bepaald aminozuur,
herkent aminoacl-tRNA synthetase elk van de tRNAs
