مواضيع المحاضرة:
background image

 

10

 

Lec.3 Protein synthesis

   

 

Genetic informations are stored in the chromosomes and 
transmitted to daughter cells through DNA replication they are 
expressed through transcription to RNA and, in the case of 
mRNA subsequent translation into polypeptide chains, The 
process of translation requires a genetic code, through which 
the information contained in the nucleic acid sequence is 
expressed to produce a specific sequence of amino acids. Any 
alteration in the nucleic acid sequence may result in an 
improper amino acid being inserted into the polypeptide chain, 
potentially causing disease or even death of the organism. 
Many polypeptide chains are covalently modified following 
their synthesis to activate them,or alter their activities, or 
target them to their final intracellular or extracellular 
destinations.  

 

The genetic code  

Each genetic code is composed of three nucleotide bases and 
called codons.  
Codons  

  Codons are usually presented in the mRNA as adenine (A), 

guanine (G), cytosine (C), and uracil (U). Their nucleotide 
sequences are always written from the 5'-end to the 3'-end. 
The four nucleotide bases are used to produce the three-base 
codons. There are, therefore, 64 different combinations of 
bases, taken three at a time 

 

  Termination ("stop" or "nonsense") codons: three of the 

codons, UAG, UGA, and UAA, do not code for amino acids, 
but rather are termination codons. When one of these codons 
appears in an mRNA sequence, it signals that synthesis of the 
peptide chain coded for by that’s mRNA is completed 
 

Components required for translation  

A large number of components are required for the synthesis 
of a polypeptide chain. These include  

  All the amino acids that are found in the finished product.  

  The mRNA to be translated.  

  tRNA. 

  functional ribosome 

  Energy sources. 

  Enzymes.  

  Protein factors needed for initiation, elongation, and 

termination of the polypeptide chain.  

 

A.  Amino acids  

All the amino acids that eventually appear in the finished 
protein must be present at the time of protein synthesis. [Note: 
if one amino acid is missing (for example, if the diet does not 
contain an essential amino acid) that amino acid is in limited 
supply in the cell, and translation   therefore, stops at the 
codon specifying that amino acid. This demonstrates the 
importance of having all the essential amino acids in sufficient 
quantities in the diet to ensure continued protein synthesis  

B.  Transfer RNA (tRNA) 

Each tRNA molecule has an attachment site for a specific 
amino acid and an Anticodon (which is a three-base 
nucleotide sequence that recognizes a specific codon on the 
mRNA this codon specifies the insertion into the growing 
peptide chain of the amino acid carried by that tRNA, The 
amino acid that is attached to the tRNA molecule is said to be 
activated  

C.  Aminoacyl -tRNA synthetases  

This enzyme is required for attachment of amino acids to their 
corresponding tRNAs. Each member of this family recognizes 
a specific amino acid and the tRNAs that correspond to that 
aminoacid. The extreme specificity of this enzyme in 
recognizing both the amino acid and and its specific tRNA is 
largely responsible for the high fidelity of translation of the 
genetic message in addition this enzyme have a "proofreading" 
activity that can remove amino acids from the tRNA molecule.   

D.  Messenger RNA:  

The specific mRNA required as a template for the synthesis of 
the desired polypeptide chain must be present 

E.  Ribosomes: 

Ribosomes are large complexes of protein and rRNA, 
ribosomes serve as "factories" in which the synthesis of 
proteins occurs,It is composed of  

  Ribosomal RNA (rRNA)  
  Ribosomal proteins 
  3 Binding sites on the ribosomes called A, P,& E for tRNA 

they cover three neighboring codons. During  translation, the 
A site binds an incoming (aminoacid –tRNA) as directed by 
the codon currently occupying this site.The site codon is 
occupied by peptidyl –tRNA  This tRNA carries the chain of 
amino acids that has already been synthesized. The E site is 
occupied by the empty tRNA as it is about to exit the ribosom 

F.  Protein factors: they perform a catalytic function, or stabilize 

the synthetic machinery.  

G. Sources of energy: ATP & GTP are required as energy source 

 

CODON RECOGNITION BY tRNA: 

  Recognition of a particular codon in an mRNA sequence is 

accomplished by the anticodon sequence of the tRNA, Some 
tRNAs recognize more than one codon for a given amino acid 

  Antiparallel binding between codon and anticodon  

  Binding of the tRNA anticodon to the mRNA codon follows 

the rules of complementary and antiparallel binding, that is, 
the mRNA codon is "read" 5-3 by an anticodon pairing in the 
"flipped” 3-5 orientation  

 

Steps in protein synthesis: 

The pathway of protein synthesis translates the nucleotide 
sequences on the mRNA into amino acids that constitute 
proteins. The process of translation is divided into three 
separate steps: initiation, elongation, and termination. The 
polypeptide chains produced may be modified by 
posttranslational modification. 


background image

 

11

 

A.  Initiation  

  Initiation of protein synthesis involves the assembly of the 

components of the translation system before peptide bond 
formation occurs. These components include the two 
ribosomal subunits, the mRNA to be translated, specified by 
the first codon in the message, GTP (which provides energy 
for the process), and initiation factors that facilitate the 
assembly of this initiation complex  

  The main mechanism  by which translation is initiated : 

  Ribosomal subunit binds to the cap structure at the 5'-end 

of the mRNA and moves down the mRNA until it 
encounter the initiator AUG codon.  

   Initiation codon: The initiating codon AUG is recognized 

by a special initiator tRNA that enters the ribosomal P-site.  
Note: Only the initiator tRNA goes to the P site- other 
charged tRNAs enter at the A site

  

B.  Elongation: Elongation of the polypeptide chain involves the 

addition of amino acids to the carboxyl end of the growing 
chain. facilitated. by elongation factors known as eEF The 
formation of the peptide bonds is catalyzed by  
peptidyltransferase . After the peptide bond has been formed, 
the ribosome advances three nucleotides toward the 3'-end of 
the mRNA. This processs known as translocation  This causes 
movement of the uncharged tRNA into the ribosomal E site 
and movement of the peptidyl-tRNA into the P-site. 

C.  Termination: 

Termination occurs when one of the three termination codons 
(UAA, UAG, UGA) moves into the A site and by help of 
release factors (RF ).These factors cause the newly 
synthesized protein to be released from the ribosomal 
complex, and, at the same time, cause the dissociation of the 
ribosome  from the mRNA.  

D.  D. Polysomes are complex of one mRNA and a number of 

ribosomes are called a polysome or polyribosome. 

E.  Regulation of translation 

Although gene expression is most commonly regulated at the 
transcriptional level, the rate of protein synthesis is also 
sometimes regulated. The translation of some messenger RNA 
molecules is regulated by the binding of regulatory proteins, 
which sometimes block translation, and sometimes stabilize 
the mRNA to extend its life time. 
 

Posttranslational modification of polypeptide 
chains  

Many polypeptide chains are modified, either while they are 
still attached to the ribosome or after their synthesis has been 
completed. Because the modifications occur after translation is 
initiated they are called posttranslational modifications.. Some 
types of posttranslational modifications are listed below.  

A.  Trimming  

Many proteins are initially made as large, precursor molecules 
that are not functionally active Portions of the protein chain 

must be removed by specialized endo proteases, resulting in 
the release of an active molecule. 

B.  Covalent alterations  

Protein both enzymatic and structural may be activated or 
inactivated by the covalent attachment of a variety of chemical 
groups Examples of these modifications include. 
Phosphorylation,.glycosylation, hydroxylation 

C.  Protein degradation  

Proteins that are defective are often marked for destruction by 
ubiquitination which is the attachment of a small protein, 
called ubiquitin and is rapidly degraded by a cellular 
component known as the "proteasome" 
 
Consequences of altering the nucleotide sequence:  
Changing a single nucleotide base on the mRNA chain (a 
"pointmutation") can lead to any one of three results 

1)  Silent mutation: The codon containing the changed base may 

code for the same amino acid. For example, if the serine codon 
UCA is given a different third base U to become CCA it still 
codes for serine. Therefore, this is termed a "silent" mutation. 

2)  Missense mutation: The codon containing the changed base 

maycode for a different amino acid. For example, if the serine 
codonUCA is given a different first base -C become CCA, it 
will code for a different amino acid, in this case, proline. This 
substitution of an incorrect amino acid is called a "missense" 
mutation. 

3)  Nonsense mutation: The codon containing the changed base 

may become a termination codon. For example, if the serine 
codon UCA is given a different second base-A- become UAA, 
the new codon causes termination of translation at that point. 
Thecreation of a termination codon at an inappropriate place is 
called a "nonsense" mutation. 

4)  Other mutations: These can alter the amount or structure of 

theprotein produced by translation. 
a)  Trinucleotide repeat expansion: Occasionally, a 

sequence of three bases that is repeated in tandem will 
become amplified in number, so that too many copies of 
the triplet occur.if this occurs within the coding region of a 
gene, the protein will contain many extra copies of one 
amino acid. For example, amplification of the CAG codon 
leads to the insertion of many extra glutamine residues in 
the huntingtin protein, causing the huntingtin disease. 

b)  Splice site mutations: Mutations at splice sites can alter 

the way in which introns are removed from pre mRNA 
molecules, producing aberrant proteins.  

c)  Frame-shift mutations: if one or two nucleotides are 

either deleted from or added to the interior of a message 
sequence, a frame-shift mutation occurs and the reading 
frame is altered. The resulting amino acid sequence may 
become radically different from this point on. [Note:  if 3 
nucleotides are added, a new amino acid is added to the 
peptide or, if three nucleotides are deleted, an amino acid is 
lost, In these instances, the reading frame is not affected  




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 59 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل