background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

1

 

Protein Synthesis  

and drugs that inhibit 

protein synthesis 

 

Objectives: 

 

1. To understand the steps involved in the 

translation process that leads to protein synthesis 

2. To understand and know about all the structures 

and molecules involved in protein synthesis 

3. know about the drugs that inhibits protein 

synthesis and the mechanism of inhibition 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

2

 

Protein biosynthesis is the process in which cells build proteins. The term 

is sometimes used to refer only to protein translation, but more often it 

refers to a multi-step process, beginning with transcription and ending with 

proteintranslation.

 

 


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

3

 

Ribosome

 

 

Figure: Ribosome structure indicating small subunit (A) and large subunit 

(B). Side and front view.(1) Head. (2) Platform. (3) Base. (4) Ridge. (5) 

Central protuberance. (6) Back. (7) Stalk. (8) Front. 

ribosome is an organelle composed of rRNA (synthesized in the 

nucleolus) and ribosomal proteins. It translates mRNA into a polypeptide 

chain (e.g., a protein). It can be thought of as a factory that builds a protein 

from a set of genetic instructions.  

 

Free ribosomes 

Free ribosomes occur in all cells. Free ribosomes usually produce proteins 

that are used in the cytosol or in the organelle they occur in. 

Membrane bound ribosomes 

When certain proteins are synthesized by a ribosome, it can become 

"membrane-bound", associated with the membrane of the nucleus and the 

rough endoplasmic reticulum (in eukaryotes only) for the time of synthesis.  


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

4

 

The ribosomal subunits of prokaryotes and eukaryotes are quite similar. 

However, prokaryotes use 70S ribosomes, each consisting of a (small) 30S 

and a (large) 50S subunit, whereas eukaryotes use 80S ribosomes, each 

consisting of a (small) 40S and a bound (large) 60S subunit.[

The unit S 

means Svedberg units, a measure of the rate of sedimentation of a particle in a 

centrifuge, where the sedimentation rate is associated with the size of the particle

]. 

 

Figure : Translation (1) of mRNA by a ribosome (2) into a polypeptide 

chain (3). The mRNA begins with a start codon (AUG) and ends with a stop 

codon (UAG). 

 

Translation (also called protein biosynthesis or polypeptide synthesis

is the second process in gene expression. In translation, messenger RNA 

is used as a template to produce a specific polypeptide according to the 

rules specified by the genetic code. 

 

Phases 

Translation proceeds in three phases: initiation, elongation, and termination 

(all describing the growth of the amino acid chain, or polypeptide that is the 

product of translation). 


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

5

 

1.  Initiation of translation involves the small ribosomal subunit binding 

to the 'start' codon on the mRNA, which indicates where the mRNA 

starts coding for the protein. This codon is most commonly an AUG. 

In eukaryotes amino acid encoded by the start codon is methionine. 

In bacteria, the protein starts instead with the modified amino acid N-

formyl methionine (f-Met). In f-Met, the amino group has been 

blocked by a formyl group to form an amide, so this amino group can 

not form a peptide bond. This is not a problem because the f-Met is at 

the amino terminus of the protein.  

2.  The large subunit then forms a complex with the small subunit, and 

elongation proceeds. A new activated tRNA enters the A site of the 

ribosome and base pairs with the mRNA. The enzyme peptidyl 

transferase forms a peptide bond between the adjacent amino acids. 

As this happens, the amino acid on the P site leaves its tRNA and 

joins the tRNA at the A site. The ribosome then moves in relation to 

the mRNA shifting the tRNA at the A site on to the P whilst releasing 

the empty tRNA, this process is known as translocation

3.  This procedure repeats until the ribosome encounters one of three 

possible stop codons, where translation is terminated. This stalls 

protein growth, and release factors, proteins which mimic tRNA, enter 

the A site and release the protein in to the cytoplasm. 

Synthesis of proteins can take place extremely quickly. This is aided by 

multiple ribosomes being able to attach themselves to one mRNA chain, 

thus allowing multiple proteins to be constructed at once. An mRNA chain 

with multiple ribosomes is called a polysome. Also, as prokaryotes have no 

nucleus, an mRNA can be translated while it is still being transcribed. This 

is not possible in eukaryotes as translation occurs in the cytoplasm, 

whereas transcription occurs in the nucleus. 


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

6

 

 

 

Protein Synthesis in Eukaryotes 

A major difference between eukaryotes and prokaryotes is that, in a 

typical eukaryotic cell, protein synthesis takes place in the cytoplasm while 
transcription and RNA processing take place in the nucleus. In bacteria, 
these two processes can be coupled so that protein synthesis can start 
even before transcription has finished. 

INITIATION 

The cap-dependent translation initiation pathway 

Cap-dependent initiation is the major translation initiation pathway in 
eukaryotes  

 

eukaryotic mRNAs are monocistronic, capped at the 5' end and 
polyadenylated at the 3' end  

 

ribosomes dissociate into 40S and 60S subunits  


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

7

 

 

40S subunits locate the initiator AUG codon by scanning the mRNA 
from the cap structure in the 3' direction for the first AUG codon  

 

at the AUG codon the 60S ribosomal subunit joins the 40S initiation 
complex to form an 80S ribosome competent for translation 
elongation:  

 

 

Fig.: Principle of cap-dependent translation initiation. AUU, stop codon; 

AAAn, poly(A) tract. 

 A large number of proteins, the eukaryotic translation initiation factors (eIF) 
catalyze individual steps in the pathway.  

 

 

ELONGATION: The elongation in eukaryotes is very similar to that in 
prokaryotes. 

TERMINATION: Mechanism in eukaryotes is similar to that in prokaryotes  

 

 

 

 


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

8

 

Drugs that inhibits protein synthesis  

1.  Erythromycin 

Mechanism of Action 
Erythromycin inhibit protein synthesis 
by binding to the 23S rRNA molecule 
(in the 50S subunit) of the bacterial 
ribosome blocking the exit of the 
growing peptide chain. (Humans do 
not have 50 S ribosomal subunits, but 
have ribosomes composed of 40 S and 
60 S subunits). Certain resistant 
microorganisms with mutational 
changes in components of this subunit 
of the ribosome fail to bind the drug. 
The association between erythromycin 
and the ribosome is reversible and 
takes place only when the 50 S subunit 
is free from tRNA molecules bearing 
nascent peptide chains. The non 
ionized from of the drug is 
considerably more permeable to cells, and this probably explains the 
increased antimicrobial activity that is observed in alkaline pH. 

 

2.  Tetracyclines: 

Tetracyclines have the broadest 
spectrum of antimicrobial activity. 
Four fused 6-membered rings, as 
shown in the figure below, form the 
basic structure from which the 
various tetracyclines are made 
Mechanism of Action: 
Tetracyclines inhibit bacterial protein 
synthesis by blocking the attachment 
of the transfer RNA-amino acid to the 
ribosome. More precisely they are 
inhibitors of the codon-anticodon 
interaction. Tetracyclines can also 
inhibit protein synthesis in the host, 
but are less likely to reach the concentration required because eukaryotic 
cells do not have a tetracycline uptake mechanism.  


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

9

 

3.  Streptomycin: Streptomycin binds to the 30S ribosome and changes its 

shape so that it and inhibits protein synthesis by causing a 
misreading of messenger RNA information. 

4.  Chloramphenicol: 
Chloromycetin is also a broad spectrum antibiotic that possesses activity 
similar to the tetracylines. At present, it is the only antibiotic prepared 
synthetically. It is reserved for treatment of serious infections because it is 
potentially highly toxic to bone marrow cells. It inhibits protein synthesis by 
attaching to the ribosome and interferes with the formation of peptide 
bonds between amino acids. 

 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Lecture 4: Protein synthesis and  translation in prokaryotic and eukaryotic cells and drugs that 
inhibit this process 

2014 

 

      Prof.Dr. H.D.El-Yassin 

11

 

 

Conclusion: 

1.  Proteins are produced by the process of translation which involves three main 

steps: 

a.  Initiation involves formation of a complex containing the initial methionyl-

tR

NA bound to the AUG “start” codon of the mRNA and to the “P” site of 

the ribosome.  

b.  Elongation of the polypeptide involves three steps:  

i.  binding of an aminoacyl-

tRNA to the “A” site on the ribosome where 

it base-pairs with the secondcodon on the mRNA; 

ii.   formation of a peptide bond between the first and second amino 

acids; and  

iii.  (c) translocation, movement of the mRNA relative to the ribosome, 

so that the third mRNA codon moves into the “A” site.  

c.  These three elongation steps are repeated until a termination codon 

aligns with the site on the ribosome where the next aminoacyl-tRNA would 

normally bind. 

2.  Protein synthesis occurs on ribosomes and is directed by mRNA. mRNA with 

multiple ribosomes is known as a polysome. 

3.  each step in the protein synthesis might me inhibited by a certain drug 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 169 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