PREVAJANJE DNK: PROCES V EVKARIOTIH IN PROKARIOTIH - BIOLOGIJA - 2026

Prevajanje DNA je proces, s katerim informacije iz mRNA, proizvedene med transkripcijo (kopiranje podatkov v zaporedju DNA, RNA) se "prevede" v aminokislinski sekvenci s sintezo proteinov.

Z mobilnega stališča je izražanje genov razmeroma zapletena zadeva, ki se dogaja v dveh korakih: prepisovanju in prevajanju.

Prevajanje RNK, posredovano z ribosomom (Vir: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Vsi geni, ki se izražajo (ne glede na to, ali jih kodirajo za peptidna zaporedja, torej beljakovine), to sprva storijo s prenosom informacij, ki jih vsebuje njihovo zaporedje DNK, v molekularno RNA (mRNA) molekulo s postopkom imenovanim prepisovanje.

Transkripcijo dosežemo s pomočjo posebnih encimov, znanih kot RNA polimeraze, ki uporabljajo enega od komplementarnih nizov DNA gena kot predlogo za sintezo molekule »pre-mRNA«, ki se nato predela, da nastane zrela mRNA.

Za gene, ki kodirajo beljakovine, se informacije, ki jih vsebujejo zrele mRNK, "preberejo" in prevedejo v aminokisline v skladu z genetskim kodom, ki določa, kateri triplet kodona ali nukleotida ustreza kateri določeni aminokislini.

Specifikacija aminokislinskega zaporedja proteina je torej odvisna od začetnega zaporedja dušikovih baz v DNK, ki ustreza genu, in nato v mRNA, ki nosi te informacije iz jedra do citosola (v evkariontskih celicah); postopek, ki je definiran tudi kot sinteza proteinov, vodena z mRNA.

Glede na to, da obstaja 64 možnih kombinacij štirih dušikovih baz, ki sestavljajo DNK in RNK in le 20 aminokislin, lahko aminokislino kodirajo različne trojke (kodoni), zato pravijo, da je genska koda "degenerirana" (razen aminokisline metionin, ki jo kodira edinstven AUG kodon).

Evkariontski prevod (postopek v koraku)

Diagram živalske evkariontske celice in njenih delov (Vir: Alejandro Porto prek Wikimedia Commons)

V evkariontskih celicah poteka prepisovanje v jedru in prevajanje v citosol, zato imajo mRNA, ki nastanejo med prvim postopkom, tudi vlogo pri prenosu informacij iz jedra do citosola, kjer se celice nahajajo. biosintetski stroji (ribosomi).

Pomembno je omeniti, da razdelitev transkripcije in prevajanja v evkariote velja za jedro, ni pa enako za organele z lastnim genomom, kot so kloroplasti in mitohondriji, ki imajo sisteme bolj podobne kot pri prokariotskih organizmih.

Evkariontske celice imajo tudi citosolne ribosome, pritrjene na membrane endoplazemskega retikuluma (grobi endoplazemski retikulum), pri katerem se zgodi prevod beljakovin, ki so namenjene vstavljanju v celične membrane ali za katere je potrebna posttralacijska obdelava, ki se zgodi v omenjenem oddelku. .

- Obdelava mRNA pred njihovim prevodom

MRNA so spremenjena na njihovih koncih, ko se prepisujejo:

- Ko 5 'konec mRNA med transkripcijo izstopi s površine RNA polimeraze II, jo takoj "napade" skupina encimov, ki sintetizira "pokrov", sestavljen iz 7-metil gvanilata in ki je povezan z nukleotidom terminal mRNA prek 5 ', 5' trifosfatne povezave.

- 3 'konec mRNA se podvrže "cepitvi" z endonukleazo, kar ustvari 3' prosto hidroksilno skupino, na katero je pritrjen "niz" ali "rep" adeninskih ostankov (od 100 do 250). enega za drugim encima poli (A) polimeraze.

Pokrov "5" in "poli A rep" izpolnjujeta funkcije zaščite molekul mRNA pred razgradnjo in poleg tega delujeta pri transportu zrelih transkriptov proti citosolu ter pri začetku in prenehanju prevod oz.

C orth in spajanje

Po prepisu se "primarne" mRNA s svojimi dvema spremenjenima končema, ki sta še vedno prisotna v jedru, podvržeta postopku "spajanja", pri čemer se intronske sekvence običajno odstranijo in nastali eksoni se združijo (post-transkripcijska obdelava). , s katerimi dobimo zrele prepise, ki zapustijo jedro in dosežejo citosol.

Spajanje izvaja riboproteinski kompleks, imenovan spliceosom (spliceosomski anglizem), sestavljen iz petih majhnih molekul ribonukleoproteinov in RNA, ki lahko "prepoznajo" regije, ki jih je treba odstraniti iz primarnega prepisa.

V mnogih evkariotih obstaja pojav, imenovan "alternativno spajanje", kar pomeni, da lahko različne vrste post-transkripcijskih modifikacij povzročijo različne beljakovine ali izocime, ki se med seboj razlikujejo v nekaterih vidikih njihovega zaporedja.

- Ribosomi

Ko zreli transkripti zapustijo jedro in se v citosolu prevažajo za prevajanje, jih obdela translacijski kompleks, znan kot ribosom, ki ga sestavlja kompleks beljakovin, povezanih z molekulami RNA.

Ribosomi so sestavljeni iz dveh podenot, ene "velike" in ene "majhne", ki se svobodno disociirata v citosol in se vežeta ali združujeta na prevedeni molekuli mRNA.

Vezava med ribosomi in mRNA je odvisna od specializiranih molekul RNA, ki se povezujejo z ribosomalnimi proteini (ribosomska RNA ali rRNA in prenašajo RNA ali tRNA), od katerih ima vsaka svoje posebne funkcije.

TRNA so molekularni "adapterji", saj lahko skozi en konec "preberejo" vsak kodon ali triplet v zreli mRNA (z dopolnjevanjem baze), prek drugega pa se lahko vežejo na aminokislino, kodirano z "branjenim" kodonom.

Na drugi strani so molekule rRNA odgovorne za pospeševanje (kataliziranje) procesa vezave vsake aminokisline v verigi nastajajoče peptide.

Zrelo evkariontsko mRNA lahko "prebere" veliko ribosomov, in sicer tolikokrat, kot kaže celica. Z drugimi besedami, ista mRNA lahko ustvari veliko kopij istega proteina.

Zaženite kodon in okvir za branje

Ko se zreli mRNA približajo ribosomske podenote, riboproteinski kompleks "pregleda" zaporedje omenjene molekule, dokler ne najde začetnega kodona, ki je vedno AUG in vključuje vnos ostanka metionina.

AUG kodon določa bralni okvir za vsak gen in poleg tega določa prvo aminokislino vseh beljakovin, prevedenih v naravi (ta aminokislina se mnogokrat izloči naknadno).

Nekaj ​​kodonov

Trije drugi kodoni so bili identificirani kot tisti, ki povzročajo prenehanje prevajanja: UAA, UAG in UGA.

Tiste mutacije, ki vključujejo spremembo dušikovih baz v tripletu, ki kodira aminokislino in povzročijo stop kodone, so znane kot nesmiselne mutacije, saj povzročajo prezgodnjo zaustavitev procesa sinteze, ki tvori krajše beljakovine.

Nerazvedene regije

Blizu 5 'konca zrelih molekul mRNA se nahajajo neprevedena področja (UTR), imenovana tudi "vodilna" zaporedja, ki se nahajajo med prvim nukleotidom in kodonom začetka prevajanja ( AVG).

Te neprevedene regije UTR imajo specifična mesta za vezavo z ribosomi, pri ljudeh pa ima na primer približno 170 nukleotidov, med katerimi obstajajo regulativne regije, mesta vezave na beljakovine, ki delujejo pri uravnavanju prevod itd.

- Začetek prevoda

Prevajanje, pa tudi prepisovanje je sestavljeno iz 3 faz: faze iniciacije, faze raztezanja in končno faze zaključka.

Iniciacija

Sestavljen je iz sestavljanja translacijskega kompleksa na mRNA, ki zasluži vezavo treh beljakovin, znanih kot iniciacijski faktor (IF) IF1, IF2 in IF3, na majhno podenoto ribosoma.

Kompleks "pred iniciacijo", ki ga tvorijo faktorji iniciacije in majhna ribosomalna podenota, se posledično veže s tRNA, ki "nosi" ostanek metionina in ta sklop molekul se veže na mRNA v bližini začetnega kodona. AVG.

Ti dogodki vodijo do vezave mRNA na veliko ribosomsko podenoto, kar vodi do sproščanja faktorjev iniciacije. Velika podenota ribosoma ima 3 vezna mesta za molekule tRNA: mesto A (aminokislina), P mesto (polipeptid) in mesto E (izhod).

Mesto A se veže na antikodon aminoacil-tRNA, ki je komplementaren tistemu v mRNA, ki se prevaja; mesto P je mesto, kjer se aminokislina prenese iz tRNA na nastali peptid, E mesto pa je tam, kjer se nahaja v "prazni" tRNA, preden se sprosti v citosol po oddaji aminokisline.

Grafični prikaz faz začetka in raztezka prevodov (Vir: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prek Wikimedia Commons)

Raztezek

Ta faza je sestavljena iz "gibanja" ribosoma po molekuli mRNA in prevajanja vsakega kodona, ki se "bere", kar pomeni rast ali raztezanje polipeptidne verige ob rojstvu.

Ta postopek zahteva faktor, znan kot faktor raztezka G in energijo v obliki GTP, ki je tisti, ki poganja translokacijo faktorjev raztezanja vzdolž molekule mRNA, ko se prevaja.

Aktivnost peptidil-transferaze ribosomskih RNK ​​omogoča nastanek peptidnih vezi med zaporednimi aminokislinami, ki so dodane v verigo.

Prekinitev

Prevajanje se konča, ko ribosom naleti na katerega od končnih kodonov, saj tRNA ne prepoznajo teh kodonov (ne kodirajo aminokislin). Vežejo se tudi beljakovine, znane kot dejavniki sproščanja, ki olajšajo odvajanje mRNA od ribosoma in disociacijo njegovih podenot.

Prokariotski prevod (koraki-procesi)

V prokariotih, tako kot v evkariontskih celicah, se ribosomi, odgovorni za sintezo beljakovin, nahajajo v citosolu (kar velja tudi za prepisne stroje), kar omogoča hitro povečanje koncentracije beljakovin v citosolu. ko se poveča izražanje genov, ki ga kodirajo.

Čeprav v teh organizmih ni izjemno pogost postopek, lahko primarne mRNA, ki nastanejo med transkripcijo, dozorijo po transkripcijskem zorenju s pomočjo "spajanja". Vendar je najpogosteje opazovati ribosome, pritrjene na primarni transkript, ki ga prevajajo hkrati, ko se prepisuje iz ustreznega zaporedja DNK.

Glede na zgoraj navedeno se prevajanje pri mnogih prokariotih začne na 5 'koncu, saj ostane 3' konec mRNA pritrjen na šablonski DNK (in se pojavlja sočasno s prepisovanjem).

Nerazvedene regije

Prokariontske celice proizvajajo tudi mRNA z neprevedenimi regijami, znanimi kot "Shine-Dalgarno box" in katerih konsenzno zaporedje je AGGAGG. Kot je razvidno, so UTR regije bakterij bistveno krajša od evkariontskih celic, čeprav med prevajanjem izvajajo podobne funkcije.

Proces

Pri bakterijah in drugih prokariotskih organizmih je postopek prevajanja precej podoben procesu evkariontskih celic. Sestavljen je tudi iz treh faz: iniciacije, raztezka in prenehanja, ki so odvisne od specifičnih prokariotskih dejavnikov, drugačnih od tistih, ki jih uporabljajo evkarioti.

Raztezek je na primer odvisen od znanih faktorjev raztezanja, kot sta EF-Tu in EF-Ts, namesto G faktorja evkariotov.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molekularna biologija celice. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Prevod: DNA v mRNA v beljakovine. Izobraževanje v naravi 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Uvod v genetsko analizo. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, poslanec, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Človeški geni in genomi: znanost. Zdravje, družba, 317–338.