Ο σκοπός της παρούσας διατριβής εστιάζεται στη διερεύνηση της λειτουργίας και της δομής του ευκαρυωτικού ριβοσώματος. Συγκεκριμένα, ερευνά την επίδραση ορισμένων συστατικών του ριβοσωματικού RNA (rRNA) της μεγάλης και της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος αλλά και ορισμένων εξωριβοσωματικών συστατικών επί της πιστής αποκωδικοποίησης της γενετικής πληροφορίας, επί της ικανότητας κατάλυσης του σχηματισμού πεπτιδικού δεσμού, αλλά και επί της μετατόπισης του πεπτιδυλο-tRNA από την Α στην Ρ ριβοσωματική περιοχή. Τέλος, διερευνήθηκε για πρώτη φορά σε ευκαρυωτικά κύτταρα, η πιθανότητα συσχέτισης της πιστότητας με την οποία επιτελούν τα κύτταρα τη μετάφραση με την οξειδωτική τους κατάσταση. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε περιλαμβάνει α) τον προσδιορισμό της συχνότητας λάθους (E.F) in vitro, η οποία αποτελεί μέτρο της πιστότητας της μετάφρασης, β) τον προσδιορισμό της ταχύτητας κατάλυσης του σχηματισμού πεπτιδικού δεσμού που αποτελεί μέτρο της ενεργότητας της ριβοσωματικής πεπτιδυλοτρανσφεράσης και γ) την εξάρτηση του σταδίου μετατόπισης από την συγκέντρωση των διαλυτών πρωτεϊνικών παραγόντων και του κυκλοεξιμιδίου. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση ορισμένων αντιβιοτικών, κυρίως της παρομομυκίνης και του κυκλοεξιμιδίου, in vivo και in vitro. Επίσης, προσδιορίστηκε η ικανότητα συγκρότησης των ριβοσωματικών υπομονάδων, των ακέραιων ριβοσωμάτων και των πολυσωμάτων. Τέλος, προσδιορίστηκαν χαρακτηριστικοί δείκτες της οξειδωτικής κατάστασης του κυττάρου. Παρά το γεγονός ότι συστατικά του rRNA είναι κυρίως υπεύθυνα για τη ριβοσωματική λειτουργία, τα αποτελέσματα της πρώτης ενότητας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η πιστότητα της μετάφρασης, η καταλυτική ενεργότητα αλλά και το στάδιο μετατόπισης της μετάφρασης καθορίζονται ως ένα βαθμό και από εξωριβοσωματικά συστατικά όπως είναι η φωσφατάση σερίνης/θρεονίνης SAL6 και το προϊόν του γονιδίου ASU9. Τα συμπεράσματα της δεύτερης θεματικής ενότητας δίνουν έμφαση στην συνεχή ενδοεπικοινωνία που υφίσταται μεταξύ των δυο ριβοσωματικών υπομονάδων. Πράγματι, ορισμένες μεταλλάξεις στο rRNA της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος επηρεάζουν εκτός από την κύρια λειτουργία αυτής, δηλαδή την αποκωδικοποίηση, και την ταχύτητα σχηματισμού πεπτιδικών δεσμών. Αντίστροφα, ορισμένες μεταλλάξεις στο rRNA της μεγάλης υπομονάδας του ριβοσώματος επηρεάζουν εκτός από την κύρια ενεργότητα αυτής, δηλαδή την ενεργότητα πεπτιδυλοτρανσφεράσης, και την πιστότητα της αποκωδικοποίησης. Ορισμένες εξ αυτών των μεταλλάξεων επηρεάζουν επίσης και το στάδιο της μετατόπισης. Στην τρίτη ενότητα αποδεικνύουμε ότι οι επιρρεπείς σε λάθη μεταλλάξεις παρουσιάζουν χαμηλότερο οξειδωτικό στρες ενώ οι υπερακριβείς μεταλλάξεις παρουσιάζουν υψηλότερο οξειδωτικό στρες. Μια ελκυστική ερμηνεία των αποτελεσμάτων είναι ότι όσο πιο υπερακριβές είναι ένα κύτταρο κατά τη μετάφραση τόσο περισσότερο είναι το ποσό της ενέργειας που πρέπει να καταναλώσει ώστε να εξασφαλίσει την αποφυγή λαθών κατά τη πρωτεϊνοσύνθεση, ελαττώνοντας κατά αυτό τον τρόπο το ποσό ενέργειας με το οποίο θα αντιμετωπίζονταν οι ελεύθερες ρίζες. / The aim of the present diatribe focuses on the function and the structure of the eukaryotic ribosome. Specifically, the influence of several ribosomal RNA (rRNA) residues from the small and the large ribosomal subunit as well as the influence of several extra-ribosomal elements on the accurate decoding of the genetic information, on the catalysis of peptide bond formation and on the translocation of peptidyl-tRNA from the A to the P ribosomal site, is investigated. In the last part, the possible correlation between translational fidelity and the cell’s oxidative status is determined for the first time in eukaryotic cells. The methodology that was applied includes a) the error frequency (E.F) determination that measures translational fidelity, b) the determination of the catalytic rate constant for peptide bond formation that reflects the ribosomal peptidyltransferase activity and c) the dependence of the translocation step on soluble protein factors concentration and on cycloheximide concentration. Moreover, we studied the effects of the antibiotics paromomycin and cycloheximide in vivo and in vitro. The assembly of ribosomal subunits, of ribosomes and of polysomes was also investigated. Finally, typical markers of the cell’s oxidative status were determined. Despite the fact that rRNA residues are mainly responsible for ribosomal function, the results from the first part of the thesis lead to the conclusion that the translational fidelity, the catalytic activity and the translocation step of translation are determined up to a certain level by extra-ribosomal elements such as the serine/threonine phosphatase SAL6 as well as the ASU9 gene product. The conclusions drawn from the second part of the diatribe point to the constant intercommunication between the two ribosomal subunits. Indeed, several mutations in the small ribosomal subunit rRNA not only affect its major function, i.e. the decoding process, but they also affect the rate of peptide bond formation. Reversely, several mutations in the large ribosomal subunit rRNA not only affect its major activity, i.e. the peptidyltransferase activity, but they also affect the accuracy of decoding. Some of these mutations influence also the translocation step of protein synthesis. In the third part, we prove that error-prone mutations display lower oxidative stress whereas the hyperaccurate mutations display higher oxidative stress. An attractive interpretation of these results is that a cell might spend more energy in order to achieve hyperaccuracy during translation thus reducing the amount of energy left in order to combat free radicals.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε εφαρμογή της Στερικής Μονοφασικής Χρωματογραφίας Χρωματογραφίας βαρυτικού Πεδίου (Μ.Χ.Β.Π.), στη μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας και του pH, στην καταλυτική δραστικότητα εμπορικών στελεχών ζύμης Saccharomyces Cerevisiae. Η τεχνική αυτή είναι απλή, αλλά ευρέως διαδεδομένη τα τελευταία χρόνια, κυρίως για τον προσδιορισμό μεγέθους διαφόρων μορίων και σωματιδίων. Σε αντίθεση με την κλασική χρωματογραφία, στην οποία είναι απαραίτητη η ύπαρξη στατικής φάσης για να επιτευχθεί ο διαχωρισμός των σωματιδίων, στην μονοφασική χρωματογραφία ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται με την εφαρμογή κάποιου εξωτερικού πεδίου, που στην προκειμένη περίπτωση είναι το βαρυτικό πεδίο. Η τεχνική αυτή έχει μεγάλο εύρος εφαρμογών, όπως στο διαχωρισμό κολλοειδών σωματιδίων, σωματιδίων αμύλου, κυττάρων ζυμών, καθώς και στην ανάλυση ουσιών με περιβαλλοντικό και φαρμακευτικό ενδιαφέρον. Στην κανονική Μ.Χ.Π όσο μεγαλύτερη μάζα έχουν τα σωματίδια, τόσο πιο αργά θα εκλούονται από την στήλη. Μετά όμως από ένα κρίσιμο όριο η ισορροπία αυτή αντιστρέφεται και τα μεγαλύτερα σωματίδια εκλούονται πρώτα. Σε αυτό το σημείο αρχίζει η εφαρμογή της στερικής Μ.Χ.Β.Π. Ανάλογα με το είδος των κυττάρων που θέλουμε να διαχωρίσουμε καθορίζεται και το εξωτερικό πεδίο που θα εφαρμόσουμε. Με αποτέλεσμα να προκύπτουν και τα διαφορετικά ήδη της μονοφασικής χρωματογραφίας. Στην παρούσα εργασία η Μ.Χ.Β.Π χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη και τον χαρακτηρισμό κυττάρων ζύμης, αλλά και για τη συγκριτική μελέτη πάνω στον χρόνο ζύμωσης αλλά και τρόπο ανάπτυξης τους σε θρεπτικά διαλύματα διαφορετικών θερμοκρασιών και pH. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα στελέχη Zymaflore F-10 και Zymaflore X-5 της ζύμης Saccharomyces cerevisiae. Οι θερμοκρασίες οι οποίες μελετήθηκαν είναι οι 15οC, 20οC, 25 οC και 30 οC , ενώ οι τιμές pH είναι 3,0 , 4,0 , 5,0 και 6,0. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι τα κύτταρα Zymaflore X-5 παρουσιάζουν μικρότερους χρόνους ζύμωσης σε όλες τις τιμές pH και θερμοκρασίας, σε σχέση με τα κύτταρα Zymaflore F-10. Επίσης, βρέθηκε ότι το βέλτιστο pH και για τα δύο στελέχη είναι το pH 5,0, το οποίο είναι και το pH του θρεπτικού, ενώ η βέλτιστη θερμοκρασία ζύμωσης είναι αυτή των 30 οC / In this study the analytical technique of Gravitational Field- Flow Fractionation (Gr-FFF), which is a type of Field Flow Fractionation ( F.F.F. ), was used for the study of the influence of the temperature and pH on the catalytic activity of varying commercial yeast strains of Saccharomyces Cerevisiae. It is a relatively new, simple, low cost and high accuracy technique, which allows the separation of samples according to their size. The F.F.F. technique has been applied for the separation and characterization of colloids, such as yeast cells, proteins, starch granules, polymers, etc. In F.F.F. the separation take place by applying an external field. According to the type of external field which is used for the separation, the different types of the F.F.F. are result. The Gg.F.F.F. separates the particles based on their mass. When the separation takes part in particles of the same chemical composition, which have the same density, the separation is based to their size. In normal F.F.F. the bigger particles take more time to elute, although under a critical size the separation overbalanced and bigger particles do not react to the external force, so they eluted first from the column. This type of F.F.F. is called steric F.F.F, and is the type of FFF we used in the present study The aim of this study was the separation, categorize and the distinction of the phases of yeast cells, during the alcoholic fermentation at different pH and temperature values. The yeast we study, were the Zymaflore F-10 and Zymaflore X-5, two different parts of Saccharomyces Cerevisiae yeast. The pH scale was 3,0 , 4,0, 5,0 and 6,0 and the temperatures were 15οC, 20οC, 25 οC and 30 οC. From the experimental results we concluded that Zymaflore X-5 cells, have the ability to complete the fermentation process, in smaller time periods at all pH and temperature values compared with Zymaflore F-10 cells. Also, we concluded that the optimum pH value for both strains is pH 5,0 , which is the pH of the medium, while the optimum fermentation temperature is 30 ° C