Izadi Jakintza»Izadi jakintza
Informazio genetikoaren itzulpena: Proteinen sintesia
LABURPENA: informazio genetikoak, DNA molekuletan nukleotido sekuentzietan
kodeturik, aminoazidoen sekuentzia finkatzen du proteinen molekuletan. DNAren
aginduak mRNA molekuletan transkribatzen dira, eta mRNA molekulako hiru nukleotidokako
multzo bakoitzak (kodoiak) aminoazido bana espezifikatzen du. Kode hau,
kode genetiko deritzana, hirukoteen (kodoien) eta hirukote horiei dagozkien aminoazidoen
64 konbinazioz dago osatua. Hirukoteen 64 konbinazioetatik, 61ek aminoazido
bereziak espezifikatzen dituze, eta 3 bukaerako kodoiak dira.
Proteinen sintesia, itzulpena deritzana, erribosometan gertatzen da, eta transferentziazko
RNA molekulak behar ditu horretako. tRNA horiek aminoazidoak zein bere
mRNA kodoiarekin parekatzen dituzten egokitzaileak dira, mRNAren kodoiaren osagarri
den nukleotido hirukote bat baitute (antikodoia), eta, bere antikodoiaren arabera,
aminoazido bakar batekin bereziki elkartzen da tRNA bakoitza.Proteinen sintesirako aginduak DNA
molekuletan daude kodetuak. Zelula amaren
agindu horiek zelula alabei igortzen dizkie
DNAren bikoizte erdikontserbatzaileak,
eta, era horretan, bere egitura eta
funtzioak finkatzen dituzten proteina bereziak
sintetizatzeko behar duen informazioa
heredatzen du zelula berri bakoitzak. DNAren
aginduak transkribatu egiten dira, hau
da, mRNA molekula batean “kopiatzen”
dira, eta “kopia” horietxek erabiltzen dira
proteinen sintesian aminoazidoen sekuentziak
finkatzeko.. RNA hori agindu genetikoen kopia
zela jakiteak uzten zuen oraindik ere arazo
bat konpondu gabe, alegia, nola ote zegoen
informazio hori “kodetua”. Beharrezko
izan zen, hortaz, kode genetikoa deszifratzea.
Kode genetikoa Severo Ochoa Irakasle jauna Medikuntzako Errege Akademiakide izendatu zuteneko hitzaldiaren zati bat
Proteinek 20 aminoazido desberdin dauzkate, baina DNAk eta RNAk, bakoitzak, launa nukleotido desberdin besterik ez daukate. George Gamow astronomialariak zioen bezala, lau nukleotidoetatik batek bakarrik “kodetuko” balu aminoazido bat, lau aminoazido bakarrik espezifikatuko zituzten lau baseek. Aminoazido bat bi nukleotidok espezifikatuko balute, orduan izan zitezkeen, konbinazio posible guztiakerabiliz, 4 x 4, edo 16 aminoazido, gehienera,
eta hori ez zen aski 20 aminoazidoak
197kodetzeko. Beraz, hiru nukleotido gutxienez
behar ziren sekuentzian aminoazido
bakoitza espezifikatzeko. Kasu horretan, 4 x
4 x 4 = 64 konbinazio posible, edo kodoi,
izango lirateke, eta aski da hori 20 aminoazidoentzat.
Hiru nukleotidoko kodea, hirukote
kodea, hartu zen lanerako hipotesi gisa.
Marshall Nirenberg eta Heinrich Matthaei
izan ziren kodea deszifratzeko lehen esperimentuak
egin zituzten zientzialariak.
Nirenbergek E. coliren zelulak hautsi zituen
eta haien edukia atera zuen. Gero erradiaktibitatez
markaturiko aminoazidoak erantsi
zizkien, eta zelula desberdinetako RNA
laginak. Lagin guztiek izan zuten eragina
proteinen sintesian, kopuru txiki baina
neurgarrietan.
Nirenbergek eta Matthaeik beste saio bat
egin zuten gero, RNA artifiziala erabiliz.
Mezu arrotz bat irakurri eta proteinetara
itzuli ahal izan bazuten zeluletatik libre ziren
lagin haiek, mezu sintetiko bat ere irakurri
ahal izango zuten agian, beraiek diktatua.
Severo Ochoak egina zuen entzima prozesu
bat erribonukleotidoak RNA kate luze bati
egokitzeko; RNA molekula bat sortu zuen
saio hodi batean, base nitrogenodun bakarra
zuena, uraziloa, askotan errepikatua. “Poli-
U” izendatu zuten.
Nirenbergek eta Matthaeik hogei saio
hodi desberdin prestatu zituzten, E. colizelulen lagin libre bana zeuzkatenak, erribosomak,
ATP, beharrezko entzimak eta aminoazido guztiak ere bazituztela. Hodi
bakoitzean, aminoazidoetako batek, eta
batek bakarrik, zeraman erradiaktibitate
marka. Hodi bakoitzari poli-U sintetikoa
erantsi zitzaion.
Hemeretzi saio hodietan, ez zen sortu polipeptido
erradiaktiborik, baina hogeigarrenean,
hari erantsi baitzitzaion fenilalanina erradiaktiboa,
kate polipeptidiko sintetizatu
berriak antzeman ziren. Polipeptidoaren
analisia egiterakoan, ikusi zen fenilalaninak
besterik ez zirela, bata bestearen atzetik lotuta.
Esperimentu horrek kodearen lehen hirukotea
definitu zuen (UUU = Fenilalanina),
eta gainerakoak definitzeko metodoari bidea
zabaldu zion.
Ondoko esperimentuen emaitza gisa –H.
G. Khoranak egindakoak aipatu behar dira
horien artean, bi eta hiru nukleotido errepikatzen
ziren mRNA artifizialak erabili baitzituen–,
aminoazido guztien mRNA
kodoiak aurkitu ziren. Kode genetikoa hirukoteen
(kodoien) 64 konbinaziotan datza,
eta, horrez gainera, bakoitzari dagozkion
aminoazidoak ditu. Hirukoteen 64 konbinazioetatik,
61ek aminoazido bereziak espezifikatzen
dituzte, eta 3 bukaerako kodoiak
dira. 1. irudian ikusten denez, kodoi bat
baino gehiago dago aminoazido gehienentzat;
hori dela-eta, kode genetikoa endekatua
dela esaten da.
Kode genetikoa deszifratu zenez geroztik,
beste organismo askoren DNA ere aztertu
da. Kode genetikoa unibertsala da organismo
guztietan. Salbuespen bakarra mitokondriak
dira (beren DNA baduten organuluak, beren
RNAk transkribatzen dituztenak eta proteina
batzuk sintetizatzen dituztenak).… kode genetikoa nola deszifratu zen deskribatu nahi dut. Giltzarria entzima
batek eman zuen, 1954an aurkitu genuen polinukleotido fosoforilasak. Horregatik esaten
dut batzuetan entzima hori kode genetikoaren “Rosetta harria” dela, harri horrek
eman baitzion Champolioni Egiptoko hieroglifoak desfrizatzeko giltzarria. Polinukleotido
fosforilasarekin sintetiza daitezke polirribonukleotido desberdin asko, egitura
kimikoa funtsean RNA naturalaren oso antzekoa dutenak, beste gauza askotan desberdinak
izan daitezkeen arren. Polinukleotido sintetikoak, adibidez, nukleotido mota
bakar bateko kateak (poli A, poli G, poli U, poli C) izan daitezke, edo bi motenak, hiru
motenak edo baita gehiagorenak ere (poli UC, poli AUC, poli AGUC, etab.), era bateko
edo beseko proportzioetan. Polimero horiek beste desberdintasun garrantzitsu bat
nukleotidoak zoriaren arabera kateatuak izatea dute, ez espezifikoki mRNAn bezala.
Zorionez, proteina espezifikoak sintetizatuz mRNAren itzulpena egiteko gauza ziren
bakterio zelulen sistemak, orobat izan ziren gai polinukleotido sintetikoen itzulpena
egin eta polipeptidoak sortzeko, horien aminoazido konposizioa berorien baseen osakeraren
araberakoa baita. Modu horretan frogatu zuen Nirenbergek 1961ean bakterio
sistemek polifenilalaninazko forman egiten dutela poli U-aren itzulpena, eta era horretan
kode genetikoaren lehen hirukotea (UUU) aurkitu zuen. Horrek esan nahi du fenilalaninazko
kodoi bat dela UUU. Geroxeago, geuk frogatu genuen fenilalanina, isoleuzina
eta tirosina duten polipeptidoen sintesia estimulatzen dutela poli AU bezalako
polinukleotidoek; aldiz, poli UG-ak fenilalanina, zisteina, leuizina, balina, glizina,
triptofano eta beste batzuk dauzkaten polipeptidoena estimulatzen du.
Ohartuko zarete agertu berri dudan metodoak hirukoteen baseen osakeraren berri
ematen duela, baina ez du ordea sekuentzia agertzen. Alegia, lehendik ere bagenekien,
adibidez, hirukote batek bi U eta C bat zituela, baina konbinazioa ez genekien, hau da,
UUC, UCU edo CUU ote zen. Nirenbergek eta Khoranak, zeinek bere aldetik, bide
burutsuak erabiliz, sekuentziak finkatu zituzten. Bai tRNA aminoazidoen erribosoma
finkapena, sekuentzia ezaguneko trinukleotidoek espezifikoki estimulatuta, nolakoa zen
ikusiz; bai bakterio zelulagabeen sistemari nukleotidoen aldizkako sekuentziarekiko polirribonukleotido
sintetikoen itzulpena eginaraziz, nondik sortzen zen aminoazido jakin
batzuen sekuentzia aldizkakoa zuten polipeptidoen sintesia.
Kode genetikoa erredundantea da, alegia, kodoi bat baino gehiago dagokio aminoazido
berari. Horrez gainera, zenbait salbuespen kenduta, kode genetikoa unibertsala
dela esan daiteke, alegia, berbera izaki bizi guztientzat.
Informazio genetikoaren itzulpena : proteinen sintesia
Proteinen sintesiari itzulpen deritza, hizkuntza baten (nukleotidoen hizkuntzaren) informazioa beste hizkuntza batera (aminoazidoen hizkuntzara) igaroaraztea baita.
Prozesu hori zitoplasman gertatzen da, eta beharrezko ditu, mRNA molekulez gainera, beste bi RNA motak ere: erribosoma RNA (rRNA) eta transferentzia RNA (tRNA).. RNAz eta proteinez osaturiko erribosomek hurrenez hurreneko tRNAei leku egiteko behar den egitura dute, eta, aldi berean, gai dira mRNA molekuletan barrena kodoiz kodoi mugitzeko. Erribosoma bakoitzak bi lotura gune ditu tRNAentzat (ikus 2. irudia).
Horietako batean dago kokatua polipeptido kateari loturiko azken aminoazidoa daukan tRNA molekula, eta tRNA peptidilaren lotura gunea edo P zentroa deritza. Besteari, kateko hurrengo aminoazidoa dakarrentRNA molekula lotzen zaio, eta tRNA aminoazilaren
lotura gunea edo A zentroa deritza.
Aminoazido bakoitzak badu tRNA espezifiko
bat, eta horrek, bere antikodoiaren
bidez (nukleotido hirukotea, kodoiaren osagarri
diren base nitrogenodunak dituena da
antikodoia), aminoazidoaren mRNAren
kodoi espezifikoa ezagutzen du. Aminoazido
bakoitza bere tRNA espezifikoari lotzen
zaio, aminoazil-tRNA sintetasa izeneko entzima
talde berezi bati esker. Aminoazido
bakoitzak bere sintetasa du: batek glizina
finkatzen dio tRNA Gly -ari, beste batek alanina
tRNA Ala -ri, eta horrela hurrenez hurren.
Erreakzio horrek ATP kontsumitzen du, eta
laburtuta honela adieraz daiteke:aminoazidoa + tRNA + ATP
aminoazil-tRNA + AMP + PPProteinen sintesi prozesua hiru alditan
gertatzen da: hasiera, luzapena eta bukaera.
Hasiera
Errisobomaren azpibanako txikiena mRNA molekula baten 5’ ertzari lotzen zaio.
Formilmetionina (fMet) aminoazido aldatua daraman tRNA lehen molekula, haren lekuan kokatzen da mRNA molekulako AUG kodoi haslearekin parekatzeko. Formilmetionina izango da sintetizatu berria den polipeptido kateko lehen aminoazidoa, gero hortik ken daitekeen arren. mRNA errisoboma azpibanako txikiaren eta tRNA aminoazil haslearen konbinazioari hasiera konplexu deritza. Gero, erribosomaren azpibanako handiena haren lekuan jartzen da, tRNA-formilmetionilak P zentroa hartzen du, eta A zentroa hutsik uzten. Aldi horretarako behar den energia GTParen hidrolisiak hornitzen du, eta prozesuak, gainera, hasteko eragileak behar ditu.
Luzapena
Aldi honetan, aminoazidoak elkarri hurrenez hurren erantsita, hazi egiten da polipeptido katea. Hainbat prozesu gertatzen da: a) Dagokion tRNA aminoazilak hurrengo kodoia ezagutzen du, eta erribosomaren A zentroan jartzen da.
Horrek berekin dakar kodoi (mRNA) eta antikodoi (tRNA) base osagarrien parekatu beharra. Beharrezkoak dira luzapen eta energiaren kontsumo (GTP) faktoreak.. ) Lotura peptidikoa sortzen da P zentroko tRNAri loturiko aminoazidoaren eta A zentroan txertatu berriaren artean, halako eran non polipeptido katea A zentroko tRNAri lotua geratzen zaion. Erreakzio hori erribosomaren azpibanako nagusiaren parte den peptidil transferasa entzimak katalizatzen du.. ) Lekualdaketa. Erribosoma hiru nukleotido harago mugitzen da mRNAren 3’ ertzaren aldera. tRNA librea (aminoazido gabea)
askatu egiten da, eta tRNA peptidilak zentroa
hartzen du. Prozesu honek berriz ere
luzapen faktoreak eta ATP behar ditu. Erribosoma
bukaerako kodoietako batera heltzen
den arte irauten du luzapen aldi honek.
Bukaera
Erribosoma antikodoi osagarriekiko tRNArik ez duten bukaerako kodoietakoren batera heltzen denean (UAA, UGA, UAG), sintesia eten egiten da, askapen faktore zenbaiten parte hartzen delako. Faktore horiek erribosomaren A zentro hutsean jar daitezke, peptidil transferasa entzimaren espezifikotasuna aldatuz, eta era horretan entzima hori gauza da orain polipeptido katearen eta tRNAren lotura hidrolizatzeko. Era horretan, aske geratzen dira proteina sintetizatuberria eta azken tRNA. Azkenik, erribosoma
apartatu egiten mRNAtik, eta bi azpibanakoak
banatu egiten dira.mRNAren 5’ ertza erribosomatik ateratzen
hasten denean, irakurria izan ondoren,
beste erribosoma bat elkar dakioke, eta beste
proteina baten sintesia hasten da. Normalean
erribosoma batek baino gehiagok irakurtzen
dute batera mRNA molekula bera.. RNA batek eta hainbat erribosomak osa-
200turiko egiturak polirribosa eta polisoma
dute izena.
Polipeptido katearen sintesia bukatu
denean, tolesdurak beharko ditu jasan kateak
bere jatorrizko osakera (egitura sekundarioa
eta tertziarioa) iristeko. Polieptido
kate batzuk beste kateekin lotu behar dira
egitura koaternarioa osatzeko. Beste batzuk
koentzima edo ioi metalikoekin lotu beharko
dira.