DNS-TRANSZLÁCIÓ: FOLYAMAT EUKARIÓTÁKBAN ÉS PROKARIÓTÁKBAN - BIOLÓGIA - 2026

A DNS transzlációja az az eljárás, amelynek során a transzkripció során előállított hírvivő RNS-ben lévő információt (az információ DNS-szekvenciában RNS-ként történő másolása) egy aminosav-szekvenciában "transzláljuk" proteinszintézissel.

Sejtes szempontból a gén expresszió egy viszonylag összetett ügy, amely két lépésben fordul elő: transzkripció és transzláció.

RNS-fordítás, amelyet riboszóma közvetít (Forrás: LadyofHats / Public domain, a Wikimedia Commons-n keresztül)

Az összes expresszált gén (függetlenül attól, hogy kódolják-e peptidszekvenciákat, vagyis fehérjéket) - kezdetben úgy történik, hogy a DNS-szekvenciájukban levő információt egy messenger RNS (mRNS) molekulába viszik át egy átírás.

A transzkripciót speciális enzimek, RNS-polimerázok néven valósítják meg, amelyek a gén DNS-ének egyik komplementer szálát használják templátként egy „pre-mRNS” molekula szintéziséhez, amelyet később feldolgoznak egy érett mRNS kialakításához.

A fehérjéket kódoló gének esetében az érett mRNS-ekben található információt "leolvassuk", és a genetikai kódnak megfelelően aminosavakká konvertáljuk, amely meghatározza, hogy melyik kodon vagy nukleotid hármas megfelel az adott aminosavnak.

A fehérje aminosav-szekvenciájának specifikációja tehát a nitrogénbázisok kezdeti szekvenciájától függ a génnek megfelelő DNS-ben, majd később az mRNS-ben, amely ezt az információt a sejtmagból a citoszolba (eukarióta sejtekben) hordozza; Ez az eljárás mRNS-irányított proteinszintézisként is meghatározható.

Mivel a 4 nitrogénbázis 64 lehetséges kombinációja képezi a DNS-t és az RNS-t, és csak 20 aminosavat tartalmaz, az aminosavat különböző tripletek (kodonok) kódolhatják, ezért állítják, hogy a genetikai kód "degenerált" (kivéve a metionin aminosavat, amelyet egy egyedi AUG kodon kódol).

Eukarióta fordítás (lépés-folyamat)

Állati eukarióta sejtek és részeik diagramja (Forrás: Alejandro Porto a Wikimedia Commons segítségével)

Az eukarióta sejtekben a transzkripció a magban és a transzláció a citoszolban zajlik, tehát az első folyamat során képződött mRNS-k szintén szerepet játszanak az információ transzportjában a magból a citoszolba, ahol a sejtek megtalálhatók. bioszintetikus gépek (riboszómák).

Fontos megemlíteni, hogy a transzkripció és a transzláció szétválasztása az eukariótákban igaz a magra, de nem ugyanaz a saját genomjú organellákra, például a kloroplasztokra és a mitokondriumokra, amelyeknek rendszerei jobban hasonlítanak a prokarióta szervezetekhez.

Az eukarióta sejtekben az endoplazmatikus retikulum (durva endoplazmatikus retikulum) membránjaihoz is kapcsolódnak citoszolos riboszómák, amelyekben az olyan fehérjék transzlációja történik, amelyeket a sejtmembránba beiktatni szándékoznak, vagy amelyek poszt-transzlációs feldolgozást igényelnek, amely az említett rekeszben zajlik..

- Az mRNS-ek feldolgozása a transzláció előtt

Az mRNS-ek a végükön módosulnak, mivel átírják:

- Amikor az mRNS 5'-vége kilép az RNS-polimeráz II felületéről a transzkripció során, azonnal azon támad meg egy olyan enzimcsoport, amely egy 7-metil-guanilátból álló, és a nukleotidhoz kapcsolt "motorháztet" szintetizál. Az mRNS terminálja egy 5 ', 5' trifoszfát-kötésen keresztül.

- Az mRNS 3'-vége endonukleázzal "hasítódik", amely 3 'szabad hidroxilcsoportot hoz létre, amelyhez az adeninmaradékok "húrja" vagy "farka" kapcsolódik (100 és 250 között). egyenként egy poli (A) polimeráz enzimmel.

Az "5'-csuklya" és a "poli-A-farok" funkciókat lát el az mRNS-molekulák lebomlás elleni védelmében, és ezen felül az érett transzkriptumok citoszol felé történő szállításában, valamint a fordítás.

K ortás és illesztés

A transzkripció után az "elsődleges" mRNS-ek két módosított végükkel, amelyek továbbra is a magban vannak, egy "összeillesztési" folyamaton mennek keresztül, amelynek során az intrikus szekvenciákat általában eltávolítják és a kapott exonokat összekapcsolják (poszt-transzkripciós feldolgozás)., amellyel olyan érett transzkriptumokat kapunk, amelyek elhagyják a magot és eljutnak a citoszolhoz.

Az illesztést egy spliceoszómának nevezett riboprotein komplex végzi (spliceoszóma anglicism), amely öt kis ribonukleoproteinből és RNS molekulából áll, amelyek képesek "felismerni" az elsődleges transzkriptumból eltávolítandó régiókat.

Sok eukariótában van egy "alternatív splicing" néven ismert jelenség, ami azt jelenti, hogy a különféle típusú poszt-transzkripciós modifikációk olyan fehérjéket vagy izozimeket hozhatnak létre, amelyek szekvenciáik bizonyos szempontjai között különböznek egymástól.

- riboszómák

Amikor az érett transzkriptumok elhagyják a magot, és transzláció céljából a citoszolban transzportálódnak, azokat egy riboszóma néven ismert transzlációs komplex dolgozza fel, amely egy RNS-molekulákhoz kapcsolódó fehérjekomplexből áll.

A riboszómák két alegységből állnak, egyből "egy nagyból" és egy "kicsiből", amelyek szabadon disszociálódnak a citoszolban, és kötődnek vagy társulnak a transzlált mRNS molekulához.

A riboszómák és az mRNS közötti kötés az RNS molekuláitól függ, amelyek asszociálódnak a riboszómális proteinekkel (riboszómális RNS vagy rRNS és transzfer RNS vagy tRNS), amelyek mindegyikének specifikus funkciója van.

A TRNS-ek molekuláris "adapterek", mivel az egyik végükön keresztül "leolvashatják" az érett mRNS minden kodonját vagy hármasát (bázis komplementaritás alapján), a másikon pedig kötődhetnek az "olvasható" kodon által kódolt aminosavhoz.

Az rRNS-molekulák viszont felelnek az egyes aminosavak kötődésének felgyorsításáért (katalizálásáért) a születő peptidláncban.

Az érett eukarióta mRNS-t számos riboszóma "leolvashatja", ahányszor a sejt jelzi. Más szavakkal: ugyanaz az mRNS ugyanazon fehérje sok példányát eredményezheti.

Indítsa el a kodont és az olvasókeretet

Amikor egy érett mRNS-t a riboszómális alegységek megközelítik, a riboproteinkomplex "letapogatja" az említett molekula szekvenciáját, amíg meg nem talál egy kiindulási kodont, amely mindig AUG, és metioninmaradék bevezetésével jár.

Az AUG kodon meghatározza az egyes gének leolvasási keretét, ráadásul meghatározza a természetben lefordított összes fehérje első aminosavját (ez az aminosav sokszor eliminálódik a transzláció után).

Állítsa le a kodonokat

Három másik kodont azonosítottak olyanként, amelyek indukálják a transzlációs terminációt: UAA, UAG és UGA.

Azokat a mutációkat, amelyekben nitrogénbázisok változnak az aminosavat kódoló hármasban, és amelyek stop kodonokat eredményeznek, nonszensz mutációknak nevezik, mivel ezek a szintézis folyamat idő előtti leállítását okozzák, amely rövidebb fehérjéket képez.

Nem fordított régiók

Az érett mRNS-molekulák 5 'vége közelében vannak nem transzlált régiók (UTR), más néven „vezető” szekvenciák, amelyek az első nukleotid és a transzlációs start kodon között helyezkednek el (AUGUSZTUS).

Ezeknek a nem transzlált UTR régióknak vannak specifikus helyei a riboszómákkal való kötéshez, és például az emberekben kb. 170 nukleotid hosszúságúak, amelyek között vannak olyan szabályozó régiók, fehérjekötő helyek, amelyek a fordítás stb.

- A fordítás kezdete

A transzláció és a transzkripció 3 fázisból áll: egy iniciációs, egy megnyúlási és egy végső szakaszból.

Megindítás, inicializálás

Ez a transzlációs komplex összeállításából áll az mRNS-en, amely érdemes három fehérjét, az IFI, IF2 és IF3 iniciációs tényezőt ismert módon kötni a riboszóma kicsi alegységéhez.

Az iniciációs faktorok és a kis riboszómális alegység által alkotott „előiniciációs” komplex viszont egy tRNS-sel kötődik, amely „hordoz” egy metioninmaradékot, és ez a molekulák kötődnek az mRNS-hez, a kiindulási kodon közelében. AUGUSZTUS.

Ezek az események az mRNS kötődéséhez vezetnek a nagy riboszómális alegységhez, ami iniciációs faktorok felszabadulásához vezet. A nagy riboszóma alegységnek 3 kötési hely van a tRNS molekulákhoz: az A hely (aminosav), a P hely (polipeptid) és az E hely (kilépés).

Az A hely kötődik az amino-acil-tRNS antikodonjához, amely komplementer a transzlált mRNS-ével; a P-hely az, ahol az aminosav átkerül a tRNS-ből a kialakuló peptidbe, és az E-hely az, ahol az "üres" tRNS-ben található, mielőtt az aminosav kiszállítása után a citoszolba szabadulna fel.

A transzláció iniciációs és meghosszabbítási fázisának grafikus ábrázolása (Forrás: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) a Wikimedia Commons segítségével)

nyúlás

Ez a fázis a riboszóma "mozdulatából" az mRNS molekula mentén és az egyes kodonok "olvasás" -ból történő transzlációjából áll, amely a polipeptid lánc növekedését vagy meghosszabbítását jelenti születéskor.

Ehhez a folyamathoz szükség van egy tényezőre, amelyet G meghosszabbítási tényezőnek és GTP formájában kifejezett energianak hívnak, amely előidézi a meghosszabbítási tényezők transzlokációját az mRNS molekula mentén annak fordításakor.

A riboszómális RNS-ek peptidil-transzferáz-aktivitása lehetővé teszi peptidkötések kialakulását a lánchoz hozzáadott egymást követő aminosavak között.

befejezés

A transzláció akkor ér véget, amikor a riboszóma bármelyik terminációs kodonnal találkozik, mivel a tRNS-k nem ismerik fel ezeket a kodonokat (nem kódolnak aminosavakat). A felszabadulási tényezőként ismert proteinek szintén kötődnek, amelyek megkönnyítik az mRNS leválasztását a riboszómától és alegységeinek disszociációját.

Prokarióta fordítás (lépések-folyamatok)

A prokariótákban, akárcsak az eukarióta sejtekben, a proteinszintézisért felelős riboszómák megtalálhatók a citoszolban (ami igaz a transzkripciós mechanizmusokra is) - ez a tény lehetővé teszi a fehérje citoszolos koncentrációjának gyors növekedését amikor a kódoló gének expressziója növekszik.

Noha ezekben az organizmusokban nem rendkívül gyakori folyamat, a transzkripció során előállított primer mRNS-ek "splicing" útján transzkripciós érésen menhetnek keresztül. A leggyakoribb azonban az elsődleges transzkriptumhoz kapcsolt riboszómák megfigyelése, amelyek azt transzlálják egyidejűleg, amikor azt a megfelelő DNS-szekvenciából átírják.

A fentiekre való tekintettel a prokarióta transzlációja az 5 'végén kezdődik, mivel az mRNS 3' vége továbbra is kapcsolódik a templát DNS-hez (és a transzkripcióval egyidejűleg fordul elő).

Nem fordított régiók

A prokarióta sejtek mRNS-t termelnek a "Shine-Dalgarno box" néven ismert transzlálatlan régiókkal is, amelyek konszenzusszekvenciája AGGAGG. Mint nyilvánvaló, a baktériumok UTR régiói lényegesen rövidebbek, mint az eukarióta sejtek, bár a transzláció során hasonló funkciókat látnak el.

Folyamat

Baktériumokban és más prokarióta szervezetekben a transzlációs folyamat nagyon hasonló az eukarióta sejtekhez. Három fázisból áll: iniciáció, meghosszabbítás és befejezés, amelyek a prokarióta tényezőktől függnek, különböznek az eukarióták által alkalmazottktól.

A megnyúlás például az ismert megnyúlási tényezőktől függ, mint például az EF-Tu és az EF-Ts, és nem az eukarióták G tényezőjétől.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. és Walter, P. (2007). A sejt molekuláris biológiája. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. és Brown, W. (2008) Fordítás: DNS mRNS-ből fehérjévé. Természetnevelés 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT és Miller, JH (2005). Bevezetés a genetikai elemzésbe. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… és Matsudaira, P. (2008). Molekuláris sejtbiológia. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, és Cox, MM (2008). A biokémia Lehninger alapelvei. Macmillan.
6. Rosenberg, LE és Rosenberg, D. D. (2012). Emberi gének és genomok: Tudomány. Health, Society, 317-338.