PRIJEVOD DNK: PROCES U EUKARIOTA I PROKARIOTA - BIOLOGIJA - 2026

Prevođenje DNA je proces u kojem se informacija sadržana u RNK se stvara za vrijeme transkripcije (kopiranje podataka u DNA sekvencu kao RNK) je „preveden” u aminokiselinskim slijedom sintezom proteina.

Iz stanične perspektive, ekspresija gena je relativno složena stvar koja se događa u dva koraka: transkripciji i prijevodu.

RNA prijevod posredovan ribosomom (Izvor: LadyofHats / Public domain, putem Wikimedia Commons)

Svi geni koji su eksprimirani (bez obzira jesu li oni kodiraju peptidne sekvence, tj. Proteine) u početku to čine tako da informacije sadržane u njihovom DNK sekvenci prenose u molekulsku RNA (mRNA) molekulu procesom nazvanim transkripcija.

Transkripcija se postiže posebnim enzimima poznatim kao RNA polimeraze, koji koriste jedan od komplementarnih lanaca DNA gena kao predložak za sintezu molekule „pre-mRNA“, koja se naknadno obrađuje u zrelu mRNA.

Za gene koji kodiraju proteine, informacije sadržane u zrelim mRNA-ima se "čitaju" i prevode u aminokiseline prema genetskom kodu koji određuje koji kodon ili nukleotidni troplet odgovara kojoj konkretnoj aminokiselini.

Specifikacija aminokiselinskog niza proteina, dakle, ovisi o početnom slijedu dušičnih baza u DNK koja odgovara genu, a zatim u mRNA koja te informacije prenosi iz jezgre u citosol (u eukariotskim stanicama); postupak koji je također definiran kao mRNA vođena sinteza proteina.

S obzirom da postoje 64 moguće kombinacije 4 dušične baze koje čine DNK i RNK i samo 20 aminokiselina, aminokiselinu mogu kodirati različite trojke (kodoni), zbog čega se kaže da je genetski kod "degeneriran" (osim za aminokiselinu metionin, koji je kodiran jedinstvenim AUG kodonom).

Eukariotski prijevod (postupak u koraku)

Dijagram eukariotske stanice životinje i njenih dijelova (Izvor: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

U eukariotskim stanicama transkripcija se odvija u jezgri, a transformacija u citosol, tako da mRNA koja se formiraju tijekom prvog procesa također igraju ulogu u transportu informacija iz jezgre do citosola, gdje se stanice nalaze. biosintetski strojevi (ribosomi).

Važno je napomenuti da je dijeljenje transkripcije i prevođenja u eukariota istinito za jezgro, ali nije isto za organele sa vlastitim genomom kao što su kloroplasti i mitohondriji koji imaju sustave slične onima u prokariotskim organizmima.

Eukariotske stanice imaju i citosolne ribosome vezane na membrane endoplazmatskog retikuluma (grubi endoplazmatski retikulum), u kojima se događa prevođenje predviđenih proteina koji se ubacuju u stanične membrane ili za koje je potrebna posttralacijska obrada koja se događa u navedenom odjeljku.,

- Obrada mRNA prije njihovog prevođenja

MRNA se mijenjaju na njihovim krajevima kad su prepisani:

- Kad 5 'kraj mRNA izlazi s površine RNA polimeraze II tijekom transkripcije, odmah ga "napada" skupina enzima koji sintetiziraju "kapuljaču" sastavljenu od 7-metil gvanilata i koja je povezana s nukleotidom terminala mRNA putem 5 ', 5' trifosfatne veze.

- 3 'kraj mRNA prolazi "cijepanje" endonukleazom, što stvara 3' slobodnu hidroksilnu skupinu na koju je vezan "niz" ili "rep" adeninskih ostataka (od 100 do 250). jednu po jednu enzimom poli (A) polimeraze.

"5 'kapuljača" i "poli A rep" ispunjavaju funkcije u zaštiti molekula mRNA od razgradnje i, osim toga, djeluju u transportu zrelih transkripata prema citosolu te u pokretanju i prekidu prijevod, odn.

C orth i spajanje

Nakon transkripcije, "primarne" mRNA s njihova dva modificirana kraja, koji su i dalje prisutni u jezgri, prolaze postupak "spajanja", pri čemu se intronski nizovi uglavnom uklanjaju, a nastali egzoni se spajaju (post-transkripcijska obrada)., pomoću kojih se dobivaju zreli transkripti koji napuštaju jezgru i dopiru do citosola.

Spajanje provodi riboproteinski kompleks nazvan spliceosom (spliceosomski anglizam), sastavljen od pet malih ribonukleoproteina i RNA molekula, koji mogu "prepoznati" regije koje se uklanjaju iz primarnog transkripta.

Kod mnogih eukariota postoji fenomen poznat kao "alternativno spajanje", što znači da različite vrste post-transkripcijskih modifikacija mogu proizvesti različite proteine ​​ili izoenime koji se međusobno razlikuju u nekim aspektima njihovih sekvenci.

- Ribosomi

Kad zreli transkripti napuste jezgro i transportiraju se za prevođenje u citosolu, oni se obrađuju translacijskim kompleksom poznatim kao ribosom, koji se sastoji od kompleksa proteina povezanih s molekulama RNA.

Ribosomi su sastavljeni od dvije podjedinice, jedne "velike" i jedne "male", koje se slobodno disociraju u citosolu i vežu ili se pridružuju na molekuli mRNA koja se prevodi.

Vezanje između ribosoma i mRNA ovisi o specijaliziranim molekulama RNA koje se povezuju s ribosomalnim proteinima (ribosomalna RNA ili rRNA i prenose RNA ili tRNA), a svaka od njih ima specifične funkcije.

TRNA su molekularni "adapteri", jer kroz jedan kraj mogu "očitati" svaki kodon ili triplet u zreloj mRNA (pomoću komplementarnosti baze), a kroz drugi se mogu vezati na aminokiselinu kodiranu kod "pročitani" kodon.

Molekule rRNA, s druge strane, zadužene su za ubrzavanje (kataliziranje) procesa vezivanja svake aminokiseline u urođenom peptidnom lancu.

Zrelu eukariotsku mRNA mogu „čitati“ mnogi ribosomi, onoliko puta koliko stanica označava. Drugim riječima, ista mRNA može stvoriti mnogo kopija istog proteina.

Pokrenite kodon i okvir za čitanje

Kad se zreloj mRNA približi ribosomalna podjedinica, riboproteinski kompleks "skenira" slijed navedene molekule dok ne nađe početni kodon, koji je uvijek AUG i uključuje uvođenje ostatka metionina.

AUG kodon definira okvir čitanja za svaki gen i, osim toga, definira prvu aminokiselinu svih proteina prevedenih u prirodi (ova aminokiselina se mnogo puta eliminira post-translacijsko).

Zaustavite kodone

Tri druga kodona identificirana su kao oni koji potiču prestanak prijevoda: UAA, UAG i UGA.

One mutacije koje uključuju promjenu dušičnih baza u tripletu koja kodira aminokiselinu i koje rezultiraju zaustavljanjem kodona poznate su kao gluposti mutacije, jer uzrokuju prijevremeni prekid procesa sinteze, koji tvori kraće proteine.

Neprevedene regije

Blizu 5 'kraja zrelih molekula mRNA nalaze se neprevedene regije (UTR), koje se nazivaju i "vodeće" sekvence, koje se nalaze između prvog nukleotida i kodona za započinjanje prijevoda (kolovoz).

Ove neprevedene UTR regije imaju specifična mjesta za vezanje s ribosomima, a kod ljudi, na primjer, duljine su otprilike 170 nukleotida, među kojima postoje regulatorna područja, mjesta vezanja za proteine ​​koja djeluju u regulaciji prijevod itd.

- Početak prijevoda

Prijevod, kao i transkripcija, sastoje se od 3 faze: početna faza, faza izduženja i konačno završna faza.

iniciranje

Sastoji se od sastavljanja translacijskog kompleksa na mRNA koja zaslužuje vezanje tri proteina poznata pod nazivom Inicijacijski faktor (IF) IF1, IF2 i IF3 na malu podjedinicu ribosoma.

Kompleks "pre inicijacije" koji nastaju faktorima inicijacije i mala ribosomalna podjedinica, zauzvrat, vežu se s tRNA koja "nosi" ostatak metionina i ovaj skup molekula veže se za mRNA, blizu startnog kodona. kolovoz

Ovi događaji dovode do vezanja mRNA na veliku ribosomalnu podjedinicu, što dovodi do oslobađanja faktora inicijacije. Velika podjedinica ribosoma ima 3 mjesta vezanja za molekule tRNA: mjesto A (aminokiselina), P mjesto (polipeptid) i mjesto E (izlaz).

Mjesto A veže se na antikodon aminoacil-tRNA koji je komplementaran s onom mRNA koja se prevodi; mjesto P je mjesto na kojem se aminokiselina prenosi iz tRNA do urođenog peptida, a mjesto E nalazi se na "praznoj" tRNA prije nego što se aminokiselina oslobodi u citosolu.

Grafički prikaz faza pokretanja i produženja prevoda (Izvor: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) putem Wikimedia Commonsa)

produženje

Ova se faza sastoji od "kretanja" ribosoma duž molekule mRNA i prevođenja svakog kodona koji se "čita", što podrazumijeva rast ili produženje polipeptidnog lanca pri rođenju.

Za ovaj postupak potreban je faktor poznat kao faktor izduženja G i energija u obliku GTP-a, koji pokreće translokaciju faktora produljenja duž molekule mRNA dok se prevodi.

Aktivnost peptidil-transferaze ribosomalnih RNA omogućuje stvaranje peptidnih veza između uzastopnih aminokiselina koje se dodaju u lanac.

završetak

Prevođenje se završava kada ribosom naiđe na bilo koji od kodona za završavanje, jer tRNA ne prepoznaju te kodone (ne kodiraju aminokiseline). Vežu se i proteini poznati kao faktori oslobađanja koji olakšavaju odvajanje mRNA od ribosoma i disocijaciju njegovih podjedinica.

Prokariotski prijevod (koraci-procesi)

U prokariotima, kao i u eukariotskim stanicama, ribosomi odgovorni za sintezu proteina nalaze se u citosolu (što vrijedi i za transkripcijske strojeve), što omogućava brzo povećanje koncentracije citosola u proteinu. kad se ekspresija gena koji ga kodira povećava.

Iako nije izuzetno čest proces u tim organizmima, primarne mRNA nastale tijekom transkripcije mogu proći post-transkripcijsko sazrijevanje putem "spajanja". Međutim, najčešće je promatrati ribosome vezane za primarni transkript koji ga prevode istovremeno kad se prepisuje iz odgovarajućeg slijeda DNK.

S obzirom na gore navedeno, prevođenje kod mnogih prokariota započinje na 5 'kraju, budući da 3' kraj mRNA ostaje vezan za DNA predloška (i događa se istovremeno s transkripcijom).

Neprevedene regije

Prokariotske stanice također proizvode mRNA s netransuliranim regijama koje su poznate kao "Shine-Dalgarno box" i čiji je konsenzusni slijed AGGAGG. Kao što je vidljivo, UTR regije bakterija su znatno kraća od onih eukariotskih stanica, iako tijekom prevođenja djeluju na slične funkcije.

Postupak

U bakterijama i drugim prokariotskim organizmima postupak prevođenja prilično je sličan onome u eukariotskim stanicama. Sastoji se također od tri faze: inicijacije, produženja i ukidanja, koje ovise o specifičnim prokariotskim faktorima, različitima od onih koje koriste eukarioti.

Produljenje, na primjer, ovisi o poznatim faktorima istezanja poput EF-Tu i EF-Ts, a ne G faktoru eukariota.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molekularna biologija stanice. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. i Brown, W. (2008) Prijevod: DNA u mRNA do proteina. Obrazovanje iz prirode 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, i Miller, JH (2005). Uvod u genetsku analizu. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, Kalifornija, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna stanična biologija. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, i Rosenberg, DD (2012). Ljudski geni i genomi: znanost. Zdravlje, društvo, 317-338.