DNA-OVERSÆTTELSE: PROCES I EUKARYOTER OG PROKARYOTER - BIOLOGI - 2025

Den oversættelse af DNA'et er den proces, hvor oplysningerne i messenger-RNA'et produceres under transkription (kopiering af information i en DNA-sekvens som RNA) er "oversættes" i en aminosyresekvens ved proteinsyntese.

Fra et cellulært perspektiv er genekspression en relativt kompleks affære, der opstår i to trin: transkription og translation.

RNA-oversættelse formidlet af et ribosom (Kilde: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Alle gener, der udtrykkes (uanset om de koder for peptidsekvenser, dvs. proteiner) gør det oprindeligt ved at overføre informationen indeholdt i deres DNA-sekvens til et messenger RNA (mRNA) molekyle gennem en proces kaldet transkription.

Transkription opnås ved hjælp af specielle enzymer kendt som RNA-polymeraser, der bruger en af ​​de komplementære strenge af genets DNA som en skabelon til syntese af et "pre-mRNA" -molekyle, der derefter behandles til dannelse af et modent mRNA.

For gener, der koder for proteiner, "information" indeholdt i modne mRNA'er "læses" og oversættes til aminosyrer i henhold til den genetiske kode, der specificerer hvilket kodon eller nukleotid-triplet svarer til hvilken bestemt aminosyre.

Specifikationen af ​​et proteins aminosyresekvens afhænger derfor af den indledende sekvens af nitrogenholdige baser i DNA'et, der svarer til genet og senere i mRNA, der bærer denne information fra kernen til cytosol (i eukaryote celler); proces, der også defineres som mRNA-styret proteinsyntese.

I betragtning af at der er 64 mulige kombinationer af de 4 nitrogenholdige baser, der udgør DNA og RNA og kun 20 aminosyrer, kan en aminosyre kodes for forskellige tripletter (kodoner), hvorfor det siges, at den genetiske kode er "degenereret" (bortset fra aminosyremethionin, der kodes for et unikt AUG-kodon).

Eukaryotisk oversættelse (trin-proces)

Diagram over en dyreukukotisk celle og dens dele (Kilde: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

I eukaryote celler finder transkription sted i kernen og translation i cytosol, så de mRNA'er, der dannes under den første proces, spiller også en rolle i transporten af ​​information fra kernen til cytosol, hvor cellerne findes. biosyntetiske maskiner (ribosomer).

Det er vigtigt at nævne, at kompartementeringen af ​​transkription og translation i eukaryoter er sandt for kernen, men det er ikke det samme for organeller med deres eget genom, såsom chloroplaster og mitokondrier, som har systemer, der ligner systemerne hos prokaryotiske organismer.

Eukaryote celler har også cytosoliske ribosomer bundet til membranerne i det endoplasmatiske retikulum (groft endoplasmatisk retikulum), hvor oversættelsen af ​​proteiner, der er bestemt til at blive indsat i cellemembraner, eller som kræver post-translationel behandling, der forekommer i nævnte rum, finder sted..

- Behandling af mRNA'er inden deres oversættelse

MRNA'erne modificeres ved deres ender, når de transkriberes:

- Når 5'-enden af ​​mRNA kommer ud fra overfladen af ​​RNA-polymerase II under transkription, "angribes den straks" af en gruppe enzymer, der syntetiserer en "hætte" sammensat af 7-methylguanylat og som er forbundet til nukleotidet terminal af mRNA via en 5 ', 5' triphosphat-binding.

- 3'-enden af ​​mRNA gennemgår en "spaltning" af en endonuklease, der genererer en 3 'fri hydroxylgruppe, hvortil en "streng" eller "hale" af adeninrester (fra 100 til 250) er bundet. en ad gangen af ​​et poly (A) -polymeraseenzym.

"5'-hætten" og "poly A-halen" udfører funktioner i beskyttelsen af ​​mRNA-molekyler mod nedbrydning og ydermere fungerer i transporten af ​​modne transkripter mod cytosol og i initiering og afslutning af henholdsvis oversættelse.

C orth og splejsning

Efter transkription går de "primære" mRNA'er med deres to modificerede ender, der stadig findes i kernen, gennem en "splejsning" -proces, hvorved introniske sekvenser generelt fjernes, og de resulterende eksoner forbindes (post-transkriptionel behandling), hvormed man opnår modne transkripter, der forlader kernen og når cytosolen.

Splejsning udføres af et riboproteinkompleks kaldet spliceosom (spliceosom anglicism), der består af fem små ribonucleoproteiner og RNA-molekyler, som er i stand til at "genkende" regionerne, der skal fjernes fra det primære transkript.

I mange eukaryoter er der et fænomen kendt som "alternativ splejsning", hvilket betyder, at forskellige typer post-transkriptionelle modifikationer kan producere forskellige proteiner eller isozymer, der adskiller sig fra hinanden i nogle aspekter af deres sekvenser.

- Ribosomer

Når modne transkripter forlader kernen og transporteres til translation i cytosol, behandles de af det translationskompleks, der er kendt som ribosomet, som består af et kompleks af proteiner, der er forbundet med RNA-molekyler.

Ribosomer er sammensat af to underenheder, en "stor" og en "lille", som er frit dissocieret i cytosolen og binder eller associeres til det mRNA-molekyle, der er oversat.

Bindingen mellem ribosomer og mRNA afhænger af specialiserede RNA-molekyler, der er forbundet med ribosomale proteiner (ribosomalt RNA eller rRNA og overfører RNA eller tRNA), som hver har specifikke funktioner.

TRNA'er er molekylære "adaptorer", da de gennem den ene ende kan "læse" hvert kodon eller triplet i det modne mRNA (ved basekomplementaritet), og gennem den anden kan de binde til aminosyren, der kodes af det "læste" kodon.

På den anden side er rRNA-molekylerne ansvarlige for at fremskynde (katalysere) bindingsprocessen for hver aminosyre i den begynnende peptidkæde.

Et modent eukaryotisk mRNA kan "læses" af mange ribosomer, så mange gange som cellen indikerer. Med andre ord kan det samme mRNA give anledning til mange kopier af det samme protein.

Start kodon og læseramme

Når et modent mRNA kontaktes af ribosomale underenheder, "scanner" riboproteinkomplekset sekvensen af ​​nævnte molekyle, indtil det finder et startkodon, som altid er AUG og involverer introduktion af en methioninrest.

AUG-kodonet definerer læserammen for hvert gen og definerer desuden den første aminosyre af alle proteiner, der er oversat i naturen (denne aminosyre elimineres mange gange post-translationelt).

Stop kodoner

Tre andre kodoner er identificeret som dem, der inducerer oversættelsesterminering: UAA, UAG og UGA.

De mutationer, der involverer en ændring af nitrogenholdige baser i tripletten, der koder for en aminosyre, og som resulterer i stopkodoner, er kendt som nonsensmutationer, da de forårsager et for tidligt stop af synteseprocessen, som danner kortere proteiner.

Uoversatte regioner

Tæt på 5'-enden af ​​modne mRNA-molekyler er der ikke-translaterede regioner (UTR'er), også kaldet “leder” -sekvenser, som er placeret mellem det første nukleotid og translationsstartkodonet (AUG).

Disse UTR-regioner, der ikke er oversat, har specifikke steder til binding med ribosomer og hos mennesker er for eksempel ca. 170 nukleotider lange, blandt hvilke der er regulerende regioner, proteinbindingssteder, der fungerer i reguleringen af oversættelse osv.

- Start af oversættelse

Oversættelse, såvel som transkription, består af 3 faser: en initieringsfase, en forlængelsesfase og til sidst en afslutningsfase.

Indvielse

Det består af samlingen af ​​translationskomplekset på mRNA, som fortjener binding af tre proteiner kendt som initieringsfaktor (IF) IF1, IF2 og IF3 til den lille underenhed af ribosomet.

"Pre-initiation" -komplekset dannet af initieringsfaktorerne og den lille ribosomale underenhed binder til gengæld med et tRNA, der "bærer" en methioninrest, og dette sæt molekyler binder til mRNA, nær startkodonet. august

Disse begivenheder fører til binding af mRNA til den store ribosomale underenhed, hvilket fører til frigivelse af initieringsfaktorer. Den store ribosom-underenhed har 3 bindingssteder for tRNA-molekyler: A-stedet (aminosyre), P-stedet (polypeptid) og E-stedet (udgang).

Sted A binder til anticodonet af aminoacyl-tRNA, der er komplementært til det for mRNA, der bliver oversat; P-stedet er, hvor aminosyren overføres fra tRNA til det begynnende peptid, og E-stedet er, hvor den findes i "tom" tRNA, inden den frigives til cytosolen, efter at aminosyren er leveret.

Grafisk repræsentation af fasen til oversættelsesinitiering og forlængelse (Kilde: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

forlængelse

Denne fase består af "bevægelse" af ribosomet langs mRNA-molekylet og oversættelsen af ​​hvert kodon, der "læser", hvilket indebærer vækst eller forlængelse af polypeptidkæden ved fødslen.

Denne proces kræver en faktor kendt som forlængelsesfaktor G og energi i form af GTP, hvilket er det, der driver translokationen af ​​forlængelsesfaktorer langs mRNA-molekylet, når det oversættes.

Peptidyltransferaseaktiviteten af ​​ribosomale RNA'er tillader dannelse af peptidbindinger mellem successive aminosyrer, der sættes til kæden.

Afslutning

Oversættelse slutter, når ribosomet støder på nogen af ​​termineringskodonerne, da tRNA'er ikke genkender disse kodoner (de koder ikke for aminosyrer). Proteiner, der er kendt som frigørelsesfaktorer, binder også, hvilket letter løsningen af ​​mRNA fra ribosomet og dissociationen af ​​dets underenheder.

Prokaryotisk oversættelse (trin-processer)

I prokaryoter, som i eukaryote celler, findes ribosomer, der er ansvarlige for proteinsyntese, i cytosolen (hvilket også er tilfældet for det transkriptionelle maskineri), et faktum, der tillader hurtig stigning i den cytosoliske koncentration af et protein når udtrykket af generne, der koder for det, øges.

Selvom det ikke er en ekstremt almindelig proces i disse organismer, kan de primære mRNA'er produceret under transkription gennemgå post-transkriptionel modning gennem "splejsning". Det mest almindelige er imidlertid at observere ribosomer, der er knyttet til det primære transkript, som oversætter det på samme tid, som det transkriberes fra den tilsvarende DNA-sekvens.

I betragtning af det ovenstående begynder translation i mange prokaryoter ved 5'-enden, da 3'-enden af ​​mRNA'en forbliver bundet til skabelon-DNA (og forekommer samtidig med transkription).

Uoversatte regioner

Prokaryotiske celler producerer også mRNA med ikke-oversatte regioner kendt som "Shine-Dalgarno-boksen", og hvis konsensus-sekvens er AGGAGG. Som det er tydeligt, er UTR-regionerne af bakterier betydeligt kortere end eukaryote celler, selvom de udøver lignende funktioner under translation.

Behandle

I bakterier og andre prokaryotiske organismer ligner translationsprocessen temmelig den for eukaryote celler. Det består også af tre faser: initiering, forlængelse og afslutning, som afhænger af specifikke prokaryote faktorer, forskellige fra dem, der bruges af eukaryoter.

Forlængelse afhænger for eksempel af kendte forlængelsesfaktorer som EF-Tu og EF-Ts snarere end G-faktoren for eukaryoter.

Referencer

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molekylærbiologi i cellen. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Oversættelse: DNA til mRNA til protein. Naturundervisning 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion til genetisk analyse. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Mennesker og gener: Videnskab. Sundhed, samfund, 317-338.