DNS TULKOŠANA: PROCESS EIKARIOTOS UN PROKARIOTOS - BIOLOĢIJA - 2025

DNS tulkojums ir process, kurā ietverts messenger RNA ražota transkripcijas laikā informācija (kopējot Informācijas DNS sekvences, kā RNS) ir "tulkots" in ar proteīnu sintēzi aminoskābju sekvenci, kas.

No šūnu viedokļa gēnu ekspresija ir samērā sarežģīta lieta, kas notiek divos posmos: transkripcija un tulkošana.

RNS tulkošana, ko nodrošina ribosoma (Avots: LadyofHats / Public Domain, via Wikimedia Commons)

Visi izteiktie gēni (neatkarīgi no tā, vai tie kodē peptīdu sekvences, tas ir, olbaltumvielas vai nē), sākotnēji to dara, pārsūtot informāciju, kas atrodas to DNS secībā, uz RNS (mRNS) molekulu, izmantojot procesu, ko sauc par transkripcija.

Transkripciju panāk ar īpašiem fermentiem, kas pazīstami kā RNS polimerāzes un kuri izmanto vienu no gēna DNS komplementārām virknēm “šablona” pirms-mRNS molekulas sintēzei, kuru pēc tam apstrādā, veidojot nobriedušu mRNS.

Par gēniem, kas kodē olbaltumvielas, nobriedušās mRNS saturošā informācija tiek “nolasīta” un pārveidota aminoskābēs saskaņā ar ģenētisko kodu, kas norāda, kurš kodons vai nukleotīdu trīskāršais elements atbilst kurai konkrētai aminoskābei.

Tāpēc olbaltumvielu aminoskābju secības specifikācija ir atkarīga no slāpekļa bāzu sākotnējās secības DNS, kas atbilst gēnam, un pēc tam mRNS, kas šo informāciju pārnēsā no kodola uz citozītu (eikariotu šūnās); process, kas tiek definēts arī kā mRNS vadīta olbaltumvielu sintēze.

Ņemot vērā, ka ir 64 iespējamās 4 slāpekļa bāzu kombinācijas, kas veido DNS un RNS, un tikai 20 aminoskābes, aminoskābi var kodēt dažādi tripleti (kodoni), tāpēc tiek teikts, ka ģenētiskais kods ir "deģenerējies". (izņemot aminoskābi metionīnu, ko kodē unikāls AUG kodons).

Eikariotu tulkošana (pakāpenisks process)

Dzīvnieka eikariotu šūnas un to daļu diagramma (Avots: Alejandro Porto, izmantojot Wikimedia Commons)

Eikariotu šūnās transkripcija notiek kodolā un translācija citosolā, tāpēc mRNS, kas veidojas pirmā procesa laikā, arī ir loma informācijas transportēšanā no kodola uz citosolu, kur atrodas šūnas. biosintētiskās iekārtas (ribosomas).

Svarīgi pieminēt, ka transkripcijas un tulkošanas sadalīšana eukariotos notiek kodolā, bet tas nav tas pats organelliem ar savu genomu, piemēram, hloroplastiem un mitohondrijiem, kuru sistēmas ir līdzīgākas prokariotu organismu sistēmām.

Eikariotu šūnās ir arī citosoliskas ribosomas, kas piestiprinātas pie endoplazmatiskā retikuluma membrānām (aptuvens endoplazmatisks retikulums), kurās notiek olbaltumvielu translācija, kuras paredzēts ievietot šūnu membrānās vai kurām nepieciešama pēctranslācijas apstrāde un kas notiek minētajā nodalījumā. .

- mRNS apstrāde pirms to tulkošanas

MRNS tiek pārveidoti to galos, tiklīdz tie tiek pārrakstīti:

- Kad transkripcijas laikā mRNS 5 'gals izkļūst no RNS polimerāzes II virsmas, tam nekavējoties "uzbrūk" enzīmu grupa, kas sintezē "kapuci", kas sastāv no 7-metil guanilāta un ir savienots ar nukleotīdu mRNS gals caur 5 ', 5' trifosfāta saiti.

- mRNS 3 'galā notiek "šķelšanās" ar endonukleāzes palīdzību, kas veido 3' brīvu hidroksilgrupu, kurai ir pievienota adenīna atlikumu "virkne" vai "aste" (no 100 līdz 250). pa vienam ar poli (A) polimerāzes enzīmu.

"5 'motora pārsegs un" poli A asti "pilda funkcijas mRNS molekulu aizsardzībā pret noārdīšanos un turklāt darbojas nobriedušu transkriptu transportēšanā uz citozīnu un iniciējot un izbeidzot attiecīgi tulkojums.

C ortojums un savienojums

Pēc transkripcijas "primārās" mRNS ar abiem modificētajiem galiem, kas joprojām atrodas kodolā, tiek pakļauti "splicēšanas" procesam, kurā parasti tiek noņemtas iekšējās sekvences un iegūtie eksoni tiek savienoti (pēctranskripcijas apstrāde). , ar kuru palīdzību tiek iegūti nobrieduši transkripti, kas atstāj kodolu un nonāk citosolā.

Savienošanu veic riboproteīnu komplekss, ko sauc par spliciceosomu (spliciceozomas anglicism), kas sastāv no piecām mazām ribonukleoproteīniem un RNS molekulām, kuras spēj "atpazīt" no primārā transkripta atdalāmos reģionus.

Daudzos eikariotos notiek parādība, kas pazīstama kā “alternatīva splicēšana”, kas nozīmē, ka dažādi post-transkripcijas modifikāciju veidi var radīt dažādus proteīnus vai izoenzīmus, kas dažos no tiem atšķiras savā secībā.

- Ribosomas

Kad nobrieduši transkripti atstāj kodolu un tiek transportēti tulkošanai citosolā, tos apstrādā translācijas komplekss, kas pazīstams kā ribosoma, kas sastāv no olbaltumvielu kompleksa, kas saistīts ar RNS molekulām.

Ribosomas sastāv no divām apakšvienībām, no kurām viena ir “liela” un otra “maza”, kuras ir brīvi disociētas citozolā un saistās ar translēto mRNS molekulu vai saista to.

Saistīšanās starp ribosomām un mRNS ir atkarīga no specializētām RNS molekulām, kas asociējas ar ribosomālajiem proteīniem (ribosomu RNS vai rRNS un pārnes RNS vai tRNS), un katrai no tām ir noteiktas funkcijas.

TRNAs ir molekulārie "adapteri", jo caur vienu galu viņi var "nolasīt" katru kodonu vai tripletu nobriedušā mRNS (pēc bāzes komplementaritātes), un caur otru tie var saistīties ar aminoskābi, ko kodē "lasītais" kodons.

Savukārt rRNS molekulas ir atbildīgas par katras aminoskābes saistīšanās procesa paātrināšanu (katalizēšanu) topošajā peptīdu ķēdē.

Nobriedušu eikariotu mRNS var "nolasīt" ar daudzām ribosomām tik reižu, cik norāda šūna. Citiem vārdiem sakot, viena un tā pati mRNS var izraisīt daudz viena un tā paša proteīna kopiju.

Sāciet kodonu un lasīšanas rāmi

Kad ar ribosomu apakšvienībām tuvojas nobriedušai mRNS, riboproteīnu komplekss "skenē" minētās molekulas secību, līdz tas atrod sākuma kodonu, kas vienmēr ir AUG un ietver metionīna atlikuma ievadīšanu.

AUG kodons nosaka katra gēna lasīšanas ietvaru un turklāt definē visu dabā tulkoto olbaltumvielu pirmo aminoskābi (šī aminoskābe daudzkārt tiek izvadīta pēc translatūras).

Apturēt kodonus

Trīs citi kodoni ir identificēti kā tādi, kas izraisa translācijas izbeigšanos: UAA, UAG un UGA.

Tās mutācijas, kurās notiek slāpekļa bāzu maiņa trijotnē, kas kodē aminoskābi un kuru rezultātā tiek apturēti kodoni, sauc par muļķībām, jo ​​tās izraisa priekšlaicīgu sintēzes procesa apstāšanos, kas veido īsākus proteīnus.

Netulkoti reģioni

Netālu nobriedušu mRNS molekulu 5'-galā ir netulkoti reģioni (UTR), ko sauc arī par “līderu” sekvencēm, kas atrodas starp pirmo nukleotīdu un translācijas sākuma kodonu ( AUG).

Šiem netulkotajiem UTR reģioniem ir īpašas vietas saistīšanai ar ribosomām, un cilvēkiem, piemēram, ir aptuveni 170 nukleotīdu garums, starp kuriem ir regulatīvie reģioni, olbaltumvielu saistīšanās vietas, kas darbojas tulkošana utt.

- Tulkošanas sākums

Tulkošana, kā arī transkripcija sastāv no 3 fāzēm: iesākuma fāzes, pagarināšanas fāzes un visbeidzot beigu fāzes.

Iniciācija

Tas sastāv no translatīvā kompleksa montāžas uz mRNS, kas ir pelnījis trīs olbaltumvielu, kas pazīstamas kā Initiation Factor (IF) IF1, IF2 un IF3, saistīšanos ar nelielu ribosomas apakšvienību.

Savukārt "pirmsiniciatīvas" komplekss, ko veido iniciācijas faktori, un mazais ribosomu apakšvienība saistās ar tRNS, kas "nes" metionīna atlikumu, un šis molekulu komplekts saistās ar mRNS, netālu no sākuma kodona. AUG.

Šie notikumi noved pie mRNS saistīšanās ar lielo ribosomu apakšvienību, izraisot iniciācijas faktoru atbrīvošanu. Lielajai ribosomu apakšvienībai ir 3 tRNS molekulu saistīšanas vietas: A vietne (aminoskābe), P vieta (polipeptīds) un E vieta (izeja).

Vietne A saistās ar aminoacil-tRNS antikodonu, kas ir komplementārs translējamās mRNS antikonam; P vieta ir vieta, kur aminoskābe tiek pārnesta no tRNS uz topošo peptīdu, un E vieta ir tā, kur tā atrodas "tukšā" tRNS, pirms nonākšanas citosolā pēc aminoskābes piegādes.

Tulkošanas uzsākšanas un pagarināšanas fāžu grafisks attēlojums (Avots: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Paildzinājums

Šī fāze sastāv no ribosomas "kustības" gar mRNS molekulu un katra kodona tulkojuma, kas ir "lasāms", kas nozīmē polipeptīda ķēdes augšanu vai pagarināšanos piedzimstot.

Šim procesam nepieciešams faktors, kas pazīstams kā pagarinājuma faktors G, un enerģija GTP formā, kas ir tas, kas virza pagarināšanas faktoru pārvietošanu pa mRNS molekulu, kad tā tiek tulkota.

Ribosomu RNS peptidiltransferāzes aktivitāte ļauj veidot peptīdu saites starp secīgām aminoskābēm, kuras pievieno ķēdē.

Izbeigšana

Translācija beidzas, kad ribosoma sastopas ar kādu no termināla kodoniem, jo ​​tRNS neatpazīst šos kodonus (tie nekodē aminoskābes). Saistās arī olbaltumvielas, kas pazīstamas kā izdalīšanās faktori, kas atvieglo mRNS izdalīšanos no ribosomas un tās apakšvienību disociāciju.

Prokariotu tulkošana (soļi-procesi)

Prokariotos, tāpat kā eikariotu šūnās, ribosomas, kas atbild par olbaltumvielu sintēzi, ir atrodamas citosolā (tas pats attiecas arī uz transkripcijas mehānismu) - tas ir fakts, kas ļauj strauji palielināt olbaltumvielu citozola koncentrāciju kad palielinās to kodējošo gēnu ekspresija.

Lai arī tas nav īpaši izplatīts process šajos organismos, primārās mRNS, kas radušās transkripcijas laikā, var tikt pakļautas nogatavināšanai pēc transkripcijas, izmantojot "splicēšanu". Tomēr visbiežāk tiek novērots primārajam transkriptam pievienotās ribosomas, kas to tulko, tajā pašā laikā pārrakstot no atbilstošās DNS sekvences.

Ņemot vērā iepriekš minēto, translācija daudzos prokariotos sākas 5 'galā, jo mRNS 3' gals paliek piesaistīts šablona DNS (un notiek vienlaikus ar transkripciju).

Netulkoti reģioni

Prokariotu šūnas ražo arī mRNS ar netulkotiem reģioniem, kas pazīstami kā "Shine-Dalgarno kaste" un kuru konsensa secība ir AGGAGG. Kā redzams, baktēriju UTR reģioni ir ievērojami īsāki nekā eikariotu šūnām, lai arī translācijas laikā tie veic līdzīgas funkcijas.

Process

Baktērijās un citos prokariotu organismos translācijas process ir diezgan līdzīgs eukariotu šūnām. Tas sastāv arī no trim fāzēm: iniciācijas, pagarināšanas un beigu, kas ir atkarīgi no specifiskiem prokariotu faktoriem, kas atšķiras no tiem, kurus izmanto eikarioti.

Piemēram, pagarinājums ir atkarīgs no zināmiem pagarināšanas faktoriem, piemēram, EF-Tu un EF-Ts, nevis no eikariotu G koeficienta.

Atsauces

1. Alberts, B., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., Roberts, K., un Valters, P. (2007). Šūnas molekulārā bioloģija. Garland zinātne. Ņujorka, 1392. gads.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Tulkojums: DNS no mRNS uz olbaltumvielām. Dabas izglītība 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Ievads ģenētiskajā analīzē. Makmillans.
4. Lodish, H., Berks, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulāro šūnu bioloģija. Makmillans.
5. Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.
6. Rozenbergs, LE un Rozenbergs, DD (2012). Cilvēka gēni un genomi: zinātne. Veselība, sabiedrība, 317-338.