- Эукариотический перевод (пошаговый процесс)
- - Обработка мРНК перед их трансляцией
- С Orth и склейки
- - рибосомы
- Стартовый кодон и рамка считывания
- Стоп-кодоны
- Непереведенные регионы
- - Начало перевода
- инициирование
- Удлинение
- Прекращение
- Прокариотический перевод (шаги-процессы)
- Непереведенные регионы
- Обработать
- Ссылки
Перевод ДНК представляет собой процесс , посредством которого информация , содержащаяся в матричной РНК , полученного в процессе транскрипции (копирования информации в ДНК - последовательности , как РНК) «переводится» в аминокислотной последовательности путем синтеза белка.
С клеточной точки зрения экспрессия генов - относительно сложное дело, которое происходит в два этапа: транскрипция и трансляция.
Трансляция РНК с помощью рибосомы (Источник: LadyofHats / Public domain, Wikimedia Commons)
Все гены, которые экспрессируются (независимо от того, кодируют ли они пептидные последовательности, то есть белки), первоначально делают это путем передачи информации, содержащейся в их последовательности ДНК, в молекулу информационной РНК (мРНК) посредством процесса, называемого транскрипция.
Транскрипция достигается специальными ферментами, известными как РНК-полимеразы, которые используют одну из дополнительных цепей ДНК гена в качестве матрицы для синтеза молекулы «пре-мРНК», которая впоследствии обрабатывается с образованием зрелой мРНК.
Для генов, кодирующих белки, информация, содержащаяся в зрелых мРНК, «считывается» и транслируется в аминокислоты в соответствии с генетическим кодом, который указывает, какой кодон или триплет нуклеотидов соответствует какой конкретной аминокислоте.
Таким образом, спецификация аминокислотной последовательности белка зависит от начальной последовательности азотистых оснований в ДНК, которая соответствует гену, а затем и в мРНК, которая переносит эту информацию из ядра в цитозоль (в эукариотических клетках); процесс, который также определяется как синтез белка под управлением мРНК.
Учитывая, что существует 64 возможных комбинации 4 азотистых оснований, составляющих ДНК и РНК, и всего 20 аминокислот, аминокислота может кодироваться разными триплетами (кодонами), поэтому говорят, что генетический код является «вырожденным» (за исключением аминокислоты метионина, которая кодируется уникальным кодоном AUG).
Эукариотический перевод (пошаговый процесс)
Схема эукариотической клетки животного и ее частей (Источник: Алехандро Порто через Wikimedia Commons)
В эукариотических клетках транскрипция происходит в ядре, а трансляция - в цитозоле, поэтому мРНК, которые образуются во время первого процесса, также играют роль в транспортировке информации из ядра в цитозоль, где находятся клетки. биосинтетический аппарат (рибосомы).
Важно отметить, что компартментализация транскрипции и трансляции у эукариот верно для ядра, но не то же самое для органелл с собственным геномом, таких как хлоропласты и митохондрии, которые имеют системы, более похожие на системы прокариотических организмов.
Эукариотические клетки также имеют цитозольные рибосомы, прикрепленные к мембранам эндоплазматического ретикулума (грубый эндоплазматический ретикулум), в котором происходит трансляция белков, предназначенных для встраивания в клеточные мембраны или требующих посттрансляционной обработки, происходящей в указанном компартменте. .
- Обработка мРНК перед их трансляцией
Концы мРНК модифицируются по мере транскрибирования:
- Когда 5'-конец мРНК выходит из поверхности РНК-полимеразы II во время транскрипции, он немедленно "атакуется" группой ферментов, которые синтезируют "капюшон", состоящий из 7-метилгуанилата и связанный с нуклеотидом. конец мРНК через 5 ', 5' трифосфатную связь.
- 3'-конец мРНК подвергается «расщеплению» эндонуклеазой, которая генерирует 3'-свободную гидроксильную группу, к которой присоединена «цепочка» или «хвост» остатков аденина (от 100 до 250). по одному ферментом поли (А) полимеразы.
«5'-капюшон» и «поли-A-хвост» выполняют функции защиты молекул мРНК от деградации и, кроме того, действуют в транспорте зрелых транскриптов к цитозолю, а также в инициации и прекращении перевод соответственно.
С Orth и склейки
После транскрипции «первичные» мРНК с двумя модифицированными концами, все еще присутствующие в ядре, подвергаются процессу «сплайсинга», в результате чего интронные последовательности обычно удаляются, а полученные экзоны соединяются (посттранскрипционный процессинг). , с помощью которых получают зрелые транскрипты, которые покидают ядро и достигают цитозоля.
Сплайсинг осуществляется рибопротеиновым комплексом, называемым сплайсосомой (сплайсосомный англицизм), состоящим из пяти небольших рибонуклеопротеинов и молекул РНК, которые способны «распознавать» участки, которые нужно удалить из первичного транскрипта.
У многих эукариот существует явление, известное как «альтернативный сплайсинг», что означает, что различные типы посттранскрипционных модификаций могут производить разные белки или изоферменты, которые отличаются друг от друга некоторыми аспектами их последовательностей.
- рибосомы
Когда зрелые транскрипты покидают ядро и транспортируются для трансляции в цитозоль, они обрабатываются трансляционным комплексом, известным как рибосома, который состоит из комплекса белков, связанных с молекулами РНК.
Рибосомы состоят из двух субъединиц, одной «большой» и одной «маленькой», которые свободно диссоциируют в цитозоле и связываются или связываются с транслируемой молекулой мРНК.
Связывание между рибосомами и мРНК зависит от специализированных молекул РНК, которые связываются с рибосомными белками (рибосомная РНК или рРНК и передающая РНК или тРНК), каждая из которых выполняет определенные функции.
TRNA являются молекулярными «адаптерами», так как через один конец они могут «читать» каждый кодон или триплет зрелой мРНК (за счет комплементарности оснований), а через другой они могут связываться с аминокислотой, кодируемой «считывающим» кодоном.
С другой стороны, молекулы рРНК несут ответственность за ускорение (катализ) процесса связывания каждой аминокислоты в формирующейся пептидной цепи.
Зрелая мРНК эукариот может быть «прочитана» многими рибосомами столько раз, сколько указывает клетка. Другими словами, одна и та же мРНК может давать множество копий одного и того же белка.
Стартовый кодон и рамка считывания
Когда к зрелой мРНК приближаются рибосомные субъединицы, рибопротеиновый комплекс «сканирует» последовательность указанной молекулы, пока не найдет стартовый кодон, который всегда является AUG и включает введение остатка метионина.
Кодон AUG определяет рамку считывания для каждого гена и, кроме того, определяет первую аминокислоту из всех белков, транслируемых в природе (эта аминокислота много раз удаляется после трансляции).
Стоп-кодоны
Три других кодона были идентифицированы как те, которые вызывают завершение трансляции: UAA, UAG и UGA.
Те мутации, которые включают изменение азотистых оснований в триплете, кодирующем аминокислоту, и приводящие к стоп-кодонам, известны как бессмысленные мутации, поскольку они вызывают преждевременную остановку процесса синтеза, в результате чего образуются более короткие белки.
Непереведенные регионы
Рядом с 5'-концом зрелых молекул мРНК находятся нетранслируемые области (UTR), также называемые «лидерными» последовательностями, которые расположены между первым нуклеотидом и стартовым кодоном трансляции ( AUG).
Эти области UTR, которые не транслируются, имеют специфические сайты для связывания с рибосомами, и у человека, например, имеют длину приблизительно 170 нуклеотидов, среди которых есть регуляторные области, сайты связывания белков, которые функционируют в регуляции перевод и др.
- Начало перевода
Трансляция, как и транскрипция, состоит из 3 фаз: фазы инициации, фазы элонгации и, наконец, фазы завершения.
инициирование
Он состоит из сборки трансляционного комплекса на мРНК, который требует связывания трех белков, известных как фактор инициации (IF) IF1, IF2 и IF3, с небольшой субъединицей рибосомы.
Комплекс «предварительной инициации», образованный факторами инициации и малой рибосомной субъединицей, в свою очередь, связывается с тРНК, которая «несет» остаток метионина, и этот набор молекул связывается с мРНК около стартового кодона. АВГ.
Эти события приводят к связыванию мРНК с большой субъединицей рибосомы, что приводит к высвобождению факторов инициации. Большая субъединица рибосомы имеет 3 сайта связывания для молекул тРНК: сайт A (аминокислота), сайт P (полипептид) и сайт E (выход).
Сайт A связывается с антикодоном аминоацил-тРНК, который комплементарен антикодону транслируемой мРНК; сайт P - это место, где аминокислота переносится от тРНК к растущему пептиду, а сайт E - это место, где она обнаруживается в «пустой» тРНК до того, как высвобождается в цитозоль после доставки аминокислоты.
Графическое представление фаз инициации и продолжения перевода (Источник: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)
Удлинение
Эта фаза состоит из «движения» рибосомы вдоль молекулы мРНК и трансляции каждого кодона, который «читает», что подразумевает рост или удлинение полипептидной цепи при рождении.
Для этого процесса требуется фактор, известный как фактор элонгации G, и энергия в форме GTP, которая управляет перемещением факторов элонгации вдоль молекулы мРНК при ее трансляции.
Пептидилтрансферазная активность рибосомных РНК позволяет образовывать пептидные связи между последовательными аминокислотами, которые добавляются к цепи.
Прекращение
Трансляция заканчивается, когда рибосома встречает любой из кодонов терминации, поскольку тРНК не распознают эти кодоны (они не кодируют аминокислоты). Белки, известные как факторы высвобождения, также связываются, что облегчает отделение мРНК от рибосомы и диссоциацию ее субъединиц.
Прокариотический перевод (шаги-процессы)
У прокариот, как и в эукариотических клетках, рибосомы, ответственные за синтез белка, находятся в цитозоле (что также верно для транскрипционного аппарата), факт, который позволяет быстро увеличить цитозольную концентрацию белка. когда увеличивается экспрессия кодирующих его генов.
Хотя это не очень распространенный процесс у этих организмов, первичные мРНК, продуцируемые во время транскрипции, могут подвергаться посттранскрипционному созреванию посредством «сплайсинга». Однако наиболее распространенным является наблюдение за рибосомами, прикрепленными к первичному транскрипту, которые транслируют его, в то же время, когда он транскрибируется с соответствующей последовательности ДНК.
Ввиду вышеизложенного, трансляция у многих прокариот начинается с 5'-конца, поскольку 3'-конец мРНК остается прикрепленным к матричной ДНК (и происходит одновременно с транскрипцией).
Непереведенные регионы
Прокариотические клетки также продуцируют мРНК с нетранслируемыми участками, известными как «бокс Шайна-Дальгарно», и консенсусной последовательностью которых является AGGAGG. Очевидно, что UTR-области бактерий значительно короче, чем у эукариотических клеток, хотя они выполняют аналогичные функции во время трансляции.
Обработать
У бактерий и других прокариотических организмов процесс трансляции очень похож на процесс трансляции эукариотических клеток. Он также состоит из трех фаз: инициация, удлинение и завершение, которые зависят от конкретных прокариотических факторов, отличных от тех, которые используются эукариотами.
Например, удлинение зависит от известных факторов удлинения, таких как EF-Tu и EF-Ts, а не от G-фактора эукариот.
Ссылки
- Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2007). Молекулярная биология клетки. Наука о гирляндах. Нью-Йорк, 1392 год.
- Клэнси, С. и Браун, В. (2008) Перевод: ДНК в мРНК в белок. Природное образование 1 (1): 101.
- Гриффитс, А.Дж., Весслер, С.Р., Левонтин, Р.К., Гелбарт, В.М., Сузуки, Д.Т., и Миллер, Д.Х. (2005). Введение в генетический анализ. Macmillan.
- Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Скотт, член парламента, Бретчер, А.,… и Мацудаира, П. (2008). Молекулярная клеточная биология. Macmillan.
- Нельсон, Д.Л., Ленингер, А.Л., и Кокс, М.М. (2008). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.
- Розенберг, Л. Е., и Розенберг, Д. Д. (2012). Гены и геномы человека: наука. Здоровье, Общество, 317-338.