DNA-OVERSETTELSE: PROSESS I EUKARYOTER OG PROKARYOTER - BIOLOGI - 2025

Den translasjon av DNA er den prosess ved hvilken informasjonen i den budbringer-RNA produsert i løpet av transkripsjon (kopiering av informasjon i en DNA-sekvens som RNA) er "oversatt" i en aminosyresekvens av proteinsyntese.

Fra et cellulært perspektiv er genuttrykk en relativt kompleks affære som oppstår i to trinn: transkripsjon og translasjon.

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

Alle gener som kommer til uttrykk (uansett om de koder for peptidsekvenser, det vil si proteiner) gjør det opprinnelig ved å overføre informasjonen i DNA-sekvensen deres til et messenger RNA (mRNA) molekyl gjennom en prosess som kalles transkripsjon.

Transkripsjon oppnås ved hjelp av spesielle enzymer kjent som RNA-polymeraser, som bruker en av de komplementære strengene av genets DNA som mal for syntesen av et "pre-mRNA" -molekyl, som deretter behandles for å danne et modent mRNA.

For gener som koder for proteiner, blir informasjonen i modne mRNAer "lest" og oversatt til aminosyrer i henhold til den genetiske koden, som spesifiserer hvilket kodon eller nukleotid-triplett som tilsvarer hvilken spesiell aminosyre.

Spesifikasjonen av aminosyresekvensen til et protein avhenger derfor av den innledende sekvensen av nitrogenholdige baser i DNAet som tilsvarer genet og deretter i mRNA som fører denne informasjonen fra kjernen til cytosol (i eukaryote celler); prosess som også er definert som mRNA-styrt proteinsyntese.

Gitt at det er 64 mulige kombinasjoner av de 4 nitrogenholdige basene som utgjør DNA og RNA og bare 20 aminosyrer, kan en aminosyre kodes for forskjellige trillinger (kodoner), og det er derfor det sies at den genetiske koden er "degenerert" (bortsett fra aminosyren metionin, som er kodet av et unikt AUG-kodon).

Eukaryotisk oversettelse (trinnprosess)

Diagram over en dyr eukaryotisk celle og dens deler (Kilde: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

I eukaryote celler foregår transkripsjon i kjernen og translasjon i cytosol, slik at mRNAene som dannes under den første prosessen også spiller en rolle i transporten av informasjon fra kjernen til cytosolen, der cellene er funnet. biosyntetiske maskiner (ribosomer).

Det er viktig å nevne at kompartementeringen av transkripsjon og translasjon i eukaryoter er sant for kjernen, men det er ikke det samme for organeller med sitt eget genom som kloroplaster og mitokondrier, som har systemer som ligner mer på prokaryote organismer.

Eukaryote celler har også cytosoliske ribosomer festet til membranene i den endoplasmatiske retikulum (grov endoplasmatisk retikulum), der oversettelsen av proteiner som er bestemt til å bli satt inn i cellemembranene eller som krever post-translasjonell prosessering som skjer i nevnte rom. .

- Behandling av mRNAs før oversettelsen

MRNA-ene modifiseres i endene når de blir transkribert:

- Når 5'-enden av mRNA kommer ut fra overflaten av RNA-polymerase II under transkripsjon, blir den umiddelbart "angrepet" av en gruppe enzymer som syntetiserer en "hette" sammensatt av 7-metylguanylat og som er koblet til nukleotidet mRNA terminal via en 5 ', 5' trifosfatkobling.

- 3'-enden av mRNA gjennomgår en "spaltning" av en endonuklease, som genererer en 3 'fri hydroksylgruppe som en "streng" eller "hale" av adeninrester (fra 100 til 250) er festet til, som er lagt til én om gangen av et poly (A) polymeraseenzym.

"5'-hetten" og "poly A-halen" oppfyller funksjoner i beskyttelsen av mRNA-molekyler mot nedbrytning og i tillegg fungerer i transporten av modne transkripsjoner mot cytosol og ved igangsetting og avslutning av henholdsvis oversettelse.

C orth og skjøting

Etter transkripsjon gjennomgår de "primære" mRNA-ene med deres to modifiserte ender, fremdeles til stede i kjernen, en "skjøting" -prosess hvorved introniske sekvenser vanligvis fjernes og de resulterende eksonene forbindes (post-transkripsjonell prosessering). , som modne transkripsjoner oppnås som forlater kjernen og når cytosol.

Spleising utføres av et riboproteinkompleks kalt spliceosome (spliceosome anglicism), som består av fem små ribonukleoproteiner og RNA-molekyler, som er i stand til å "gjenkjenne" regionene som skal fjernes fra det primære transkriptet.

I mange eukaryoter er det et fenomen kjent som "alternativ spleising", noe som betyr at forskjellige typer post-transkripsjonelle modifikasjoner kan produsere forskjellige proteiner eller isozymer som skiller seg fra hverandre i noen aspekter av sekvensene deres.

- Ribosomer

Når modne transkripsjoner forlater kjernen og blir transportert for translasjon i cytosolen, blir de behandlet av det translasjonelle komplekset kjent som ribosomet, som består av et kompleks av proteiner assosiert med RNA-molekyler.

Ribosomer er sammensatt av to underenheter, en "stor" og en "liten", som fritt er dissosiert i cytosolen og binder eller assosierer til mRNA-molekylet som er oversatt.

Bindingen mellom ribosomer og mRNA avhenger av spesialiserte RNA-molekyler som assosieres med ribosomale proteiner (ribosomalt RNA eller rRNA og overfører RNA eller tRNA), som hver har spesifikke funksjoner.

TRNA er molekylære "adaptere", siden de gjennom den ene enden kan "lese" hvert kodon eller triplett i det modne mRNA (ved basekomplementaritet) og gjennom den andre kan de binde seg til aminosyren kodet av det "leste" kodonet.

RRNA-molekylene er derimot ansvar for å akselerere (katalysere) bindingsprosessen til hver aminosyre i den begynnende peptidkjeden.

Et modent eukaryotisk mRNA kan "leses" av mange ribosomer, så mange ganger som cellen indikerer. Med andre ord kan det samme mRNA gi opphav til mange kopier av det samme proteinet.

Start kodon og leseramme

Når et modent mRNA blir kontaktet av ribosomale underenheter, "skanner" riboproteinkomplekset sekvensen til nevnte molekyl til det finner et startkodon, som alltid er AUG og innebærer introduksjon av en metioninrest.

AUG-kodonet definerer leserammen for hvert gen, og definerer i tillegg den første aminosyren av alle proteiner som er oversatt i naturen (denne aminosyren er mange ganger eliminert post-translasjonelt).

Stopp kodoner

Tre andre kodoner er identifisert som de som induserer oversettelsesavslutning: UAA, UAG og UGA.

De mutasjonene som involverer en endring av nitrogenholdige baser i tripletten som koder for en aminosyre og som resulterer i stoppkodoner er kjent som tullmutasjoner, siden de forårsaker et for tidlig stopp av synteseprosessen, som danner kortere proteiner.

Uoversatte regioner

Nær 5'-enden av modne mRNA-molekyler er det ikke-oversatte regioner (UTR-er), også kalt "leder" -sekvenser, som er lokalisert mellom det første nukleotidet og translasjonsstartkodonet ( august).

Disse ikke-oversatte UTR-regionene har spesifikke steder for binding med ribosomer og hos mennesker, for eksempel er de omtrent 170 nukleotider i lengden, blant dem er det regulatoriske regioner, proteinbindingsseter som fungerer i reguleringen av oversettelse, etc.

- Start av oversettelse

Oversettelse, så vel som transkripsjon, består av 3 faser: en initieringsfase, en forlengelsesfase og til slutt en avslutningsfase.

Initiering

Det består av sammensetningen av det translasjonelle komplekset på mRNA, som fortjener binding av tre proteiner kjent som Initiation Factor (IF) IF1, IF2 og IF3 til den lille underenheten til ribosomet.

"Forinitiering" -komplekset dannet av initieringsfaktorene og den lille ribosomale underenheten, på sin side, binder seg til et tRNA som "bærer" en metioninrest og dette settet med molekyler binder seg til mRNA, nær startkodonet. august

Disse hendelsene fører til binding av mRNA til den store ribosomale underenheten, noe som fører til frigjøring av initieringsfaktorer. Den store ribosomsubenheten har 3 bindingssteder for tRNA-molekyler: A-setet (aminosyre), P-stedet (polypeptid) og E-setet (utgang).

Nettsted A binder seg til antikodonet av aminoacyl-tRNA som er komplementært til det for mRNA som blir oversatt; P-stedet er der aminosyren overføres fra tRNA til det begynnende peptidet, og E-stedet er der den finnes i "tom" tRNA før den frigjøres til cytosolen etter at aminosyren er levert.

Grafisk representasjon av faser for oversettelsesinitiering og forlengelse (Kilde: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Forlengelse

Denne fasen består av "bevegelse" av ribosomet langs mRNA-molekylet og oversettelsen av hvert kodon som er "lesing", noe som innebærer vekst eller forlengelse av polypeptidkjeden ved fødselen.

Denne prosessen krever en faktor kjent som forlengelsesfaktor G og energi i form av GTP, som er det som driver translokasjonen av forlengelsesfaktorer langs mRNA-molekylet når det blir oversatt.

Peptidyltransferase-aktiviteten til ribosomale RNA-er muliggjør dannelse av peptidbindinger mellom suksessive aminosyrer som tilsettes kjeden.

Avslutning

Oversettelsen avsluttes når ribosomet møter noen av termineringskodonene, da tRNA ikke gjenkjenner disse kodonene (de koder ikke for aminosyrer). Proteiner kjent som frigjøringsfaktorer binder også, som letter løsgjøring av mRNA fra ribosomet og dissosiasjonen av dets underenheter.

Prokaryotisk oversettelse (trinn-prosesser)

I prokaryoter, som i eukaryote celler, finnes ribosomene som er ansvarlige for proteinsyntese i cytosol (noe som også gjelder for transkripsjonsmaskineriet), et faktum som tillater en rask økning i den cytosoliske konsentrasjonen av et protein når uttrykket til genene som koder det øker.

Selv om det ikke er en ekstremt vanlig prosess i disse organismer, kan de primære mRNA-ene produsert under transkripsjon gjennomgå post-transkripsjonell modning gjennom "spleising". Imidlertid er det vanligste å observere ribosomer festet til det primære transkriptet som oversetter det samtidig som det blir transkribert fra den tilsvarende DNA-sekvensen.

I lys av det ovennevnte begynner oversettelse i mange prokaryoter ved 5'-enden, siden 3'-enden av mRNA forblir festet til malen-DNA (og skjer samtidig med transkripsjon).

Uoversatte regioner

Prokaryote celler produserer også mRNA med utranslaterte regioner kjent som "Shine-Dalgarno-boksen" og hvis konsensus-sekvens er AGGAGG. Som det er tydelig, er UTR-regionene for bakterier betydelig kortere enn for eukaryote celler, selv om de utøver lignende funksjoner under translasjon.

Prosess

Hos bakterier og andre prokaryote organismer er translasjonsprosessen ganske lik den for eukaryote celler. Det består også av tre faser: initiering, forlengelse og avslutning, som er avhengig av spesifikke prokaryote faktorer, forskjellig fra de som brukes av eukaryoter.

Forlengelse avhenger for eksempel av kjente forlengelsesfaktorer som EF-Tu og EF-Ts, snarere enn G-faktoren for eukaryoter.

referanser

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) Oversettelse: DNA til mRNA til protein. Naturopplæring 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduksjon 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-prinsippene for biokjemi. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Mennesker og gener: vitenskap. Helse, samfunn, 317-338.