ДНК ПРЕВОД: ПРОЦЕС В ЕУКАРИОТИ И ПРОКАРИОТИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В превода на ДНК е процес, чрез който информацията, съдържаща се в РНК, получен по време на транскрипцията (копиране на информация в ДНК последователност като РНК) е "преведена" в киселинна последователност от протеиновия синтез амино.

От клетъчна гледна точка, генната експресия е сравнително сложна афера, която се случва в два етапа: транскрипция и транслация.

РНК превод, медииран от рибозома (Източник: LadyofHats / Public domain, чрез Wikimedia Commons)

Всички гени, които се експресират (независимо дали те кодират или не пептидни последователности, тоест протеини), първоначално го правят, като прехвърлят информацията, съдържаща се в тяхната ДНК последователност, в молекулата на пратената РНК (мРНК) чрез процес, наречен транскрипция.

Транскрипцията се постига чрез специални ензими, известни като РНК полимерази, които използват една от комплементарните вериги на ДНК на гена като образец за синтеза на молекула "pre-mRNA", която впоследствие се обработва за образуване на зряла иРНК.

За гените, които кодират протеини, информацията, съдържаща се в зрели иРНК, се „чете“ и се превежда в аминокиселини съгласно генетичния код, който уточнява кой кодон или нуклеотиден триплет съответства на коя конкретна аминокиселина.

Следователно спецификацията на аминокиселинната последователност на протеин зависи от първоначалната последователност на азотни основи в ДНК, която съответства на гена, а след това в иРНК, която носи тази информация от ядрото до цитозола (в еукариотични клетки); процес, който се дефинира също като синтез на протеини, воден от мРНК.

Като се има предвид, че има 64 възможни комбинации от 4-те азотни основи, които съставят ДНК и РНК и само 20 аминокиселини, една аминокиселина може да бъде кодирана от различни триплети (кодони), поради което се казва, че генетичният код е "изроден" (с изключение на аминокиселината метионин, която е кодирана от уникален AUG кодон).

Еукариотичен превод (стъпков процес)

Диаграма на животинна еукариотна клетка и нейните части (Източник: Алехандро Порто чрез Wikimedia Commons)

В еукариотните клетки транскрипцията се извършва в ядрото и транслацията в цитозола, така че тРНК, които се образуват по време на първия процес, също играят роля за транспортирането на информация от ядрото до цитозола, където клетките се намират. биосинтетични машини (рибозоми).

Важно е да се спомене, че отделянето на транскрипцията и транслацията в еукариоти е вярно за ядрото, но не е същото за органелите със собствен геном като хлоропласти и митохондрии, които имат системи, по-подобни на тези на прокариотичните организми.

Еукариотичните клетки също имат цитозолни рибозоми, прикрепени към мембраните на ендоплазмения ретикулум (груб ендоплазмен ретикулум), в който се извършва транслацията на протеини, които са предназначени да бъдат вкарани в клетъчните мембрани или които изискват посттранслационна обработка, която се случва в споменатото отделение.,

- Обработка на мРНК преди тяхното превеждане

MRNAs са модифицирани в техните краища, тъй като са преписани:

- Когато 5 'края на мРНК излезе от повърхността на РНК полимераза II по време на транскрипцията, той веднага се "атакува" от група ензими, които синтезират "качулка", съставена от 7-метил гуанилат и която е свързана с нуклеотида терминал на иРНК чрез 5 ', 5' трифосфатна връзка.

- 3 'края на тРНК претърпява "разцепване" от ендонуклеаза, което генерира 3' свободна хидроксилна група, към която е прикрепена "низ" или "опашка" от аденинови остатъци (от 100 до 250), които се добавят един по един от ензим поли (А) полимераза.

"5 'качулката" и "полиа опашката" изпълняват функции в защитата на молекулите на мРНК срещу разграждане и в допълнение функционират при транспортиране на зрели транскрипти към цитозола и при започване и прекратяване на превод, съответно.

C orth и снаждане

След транскрипцията „първичните“ мРНК с двата им модифицирани края, все още присъстващи в ядрото, преминават през процес на „сплайсинг“, при който интроничните последователности обикновено се отстраняват и получените екзони се съединяват (след транскрипционна обработка), с които се получават зрели стенограми, които напускат ядрото и достигат до цитозола.

Сплайсирането се осъществява от рибопротеинов комплекс, наречен сплизеозома (сплизеозомен англицизъм), съставен от пет малки рибонуклеопротеини и РНК молекули, които са в състояние да "разпознаят" регионите, които трябва да бъдат отстранени от първичния препис.

В много еукариоти има феномен, известен като "алтернативно сплайсиране", което означава, че различните видове модификации след транскрипция могат да произведат различни протеини или изозими, които се различават един от друг в някои аспекти на техните последователности.

- Рибозоми

Когато зрелите стенограми напускат ядрото и се транспортират за транслация в цитозола, те се обработват от транслационния комплекс, известен като рибозома, който се състои от комплекс от протеини, свързани с молекулите на РНК.

Рибозомите са съставени от две субединици, една "голяма" и една "малка", които свободно се дисоциират в цитозола и се свързват или свързват върху молекулата на мРНК, която се превежда.

Свързването между рибозоми и тРНК зависи от специализирани молекули на РНК, които се свързват с рибозомни протеини (рибозомна РНК или рРНК и прехвърлят РНК или тРНК), всяка от които има специфични функции.

TRNAs са молекулни "адаптери", тъй като чрез единия край те могат да "четат" всеки кодон или триплет в зрялата иРНК (чрез основна допълняемост), а през другия те могат да се свързват с аминокиселината, кодирана от "четения" кодон.

От друга страна, молекулите на рРНК са отговорни за ускоряване (катализиране) на процеса на свързване на всяка аминокиселина във зараждащата се пептидна верига.

Зрялата еукариотна тРНК може да бъде "четена" от много рибозоми, толкова пъти, колкото клетката показва. С други думи, една и съща иРНК може да доведе до много копия на един и същ протеин.

Старт на кодон и рамка за четене

Когато една зряла иРНК се приближи от рибозомални субединици, рибопротеиновият комплекс "сканира" последователността на споменатата молекула, докато намери начален кодон, който винаги е AUG и включва въвеждането на метионинов остатък.

AUG кодонът определя рамката за четене за всеки ген и освен това дефинира първата аминокиселина на всички протеини, преведени в природата (тази аминокиселина много пъти се елиминира пост-транслационно).

Спрете кодоните

Три други кодона са идентифицирани като тези, които предизвикват прекратяване на превода: UAA, UAG и UGA.

Тези мутации, които включват промяна на азотни основи в триплета, който кодира аминокиселина и които водят до стоп кодони, са известни като глупости мутации, тъй като причиняват преждевременно спиране на процеса на синтез, който образува по-къси протеини.

Непреведени региони

В близост до 5 'края на зрели молекули на мРНК има неранслирани участъци (UTRs), наречени също "лидерни" последователности, които са разположени между първия нуклеотид и кодона на началния транслация (август).

Тези не-преведени UTR региони имат специфични места за свързване с рибозоми, а при хора например са с дължина приблизително 170 нуклеотида, сред които има регулаторни региони, места за свързване с протеини, които функционират в регулацията на превод и т.н.

- Начало на превода

Преводът, както и транскрипцията, се състои от 3 фази: начална фаза, фаза на удължаване и накрая фаза на прекратяване.

започване

Състои се от сглобяване на транслационния комплекс върху иРНК, която заслужава свързването на три протеина, известни като фактор на иницииране (IF) IF1, IF2 и IF3, към малката субединица на рибозомата.

Комплексът "преди иницииране", образуван от инициационните фактори и малката рибозомна субединица, от своя страна се свързва с tRNA, която "носи" метионинов остатък и този набор от молекули се свързва към иРНК, близо до стартовия кодон. Август

Тези събития водят до свързване на тРНК с голямата рибозомна субединица, което води до освобождаване на иницииращи фактори. Голямата рибозомна субединица има 3 свързващи места за tRNA молекули: А сайт (аминокиселина), Р сайт (полипептид) и Е сайт (изход).

Сайт A се свързва с антикодона на аминоацил-тРНК, който е допълващ този на мРНК, която се превежда; P сайтът е мястото, където аминокиселината се прехвърля от tRNA към зараждащия се пептид, а E сайтът е мястото, където се намира в "празна" тРНК, преди да бъде освободена в цитозола след доставянето на аминокиселината.

Графично представяне на фазите на иницииране и удължаване на превода (Източник: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) чрез Wikimedia Commons)

удължаване

Тази фаза се състои в „движението“ на рибозомата по протеина на молекулата на мРНК и превода на всеки кодон, който се „чете“, което предполага растеж или удължаване на полипептидната верига при раждането.

Този процес изисква фактор, известен като фактор на удължаване G и енергия под формата на GTP, който е движещият транслокацията на факторите на удължаване по протежение на молекулата на мРНК, докато се превежда.

Активността на пептидил-трансфераза на рибозомни РНК позволява образуването на пептидни връзки между последователни аминокиселини, които се добавят към веригата.

Прекратяване на договора

Преводът завършва, когато рибозомата срещне някой от терминационните кодони, тъй като тРНК не разпознават тези кодони (те не кодират аминокиселини). Протеините, известни като фактори на освобождаване, също се свързват, които улесняват отделянето на тРНК от рибозомата и дисоциацията на нейните субединици.

Прокариотичен превод (стъпки-процеси)

В прокариотите, както в еукариотните клетки, рибозомите, отговорни за синтеза на протеини, се намират в цитозола (което е вярно и за транскрипционната машина), факт, който позволява бързото повишаване на цитозолната концентрация на протеин когато експресията на гените, които го кодират, се увеличава.

Въпреки че не е изключително често срещан процес в тези организми, първичните мРНК, получени по време на транскрипцията, могат да претърпят пост-транскрипционно съзряване чрез "сплайсиране". Най-често обаче се наблюдават рибозоми, прикрепени към първичния препис, които го превеждат едновременно с това, че се транскрибира от съответната ДНК последователност.

С оглед на горното, преводът в много прокариоти започва в 5 'края, тъй като 3' края на тРНК остава прикрепен към ДНК на шаблона (и се появява едновременно с транскрипцията).

Непреведени региони

Прокариотичните клетки също произвеждат тРНК с непреведени региони, известни като "кутия Shine-Dalgarno" и чиято консенсусна последователност е AGGAGG. Както е очевидно, UTR регионите на бактериите са значително по-къси от тези на еукариотните клетки, въпреки че те упражняват подобни функции по време на транслацията.

процес

При бактерии и други прокариотни организми процесът на транслация е доста подобен на този на еукариотните клетки. Състои се също от три фази: иницииране, удължаване и прекратяване, които зависят от специфични прокариотни фактори, различни от използваните от еукариотите.

Удължаването например зависи от известните фактори на удължаване като EF-Tu и EF-Ts, а не от G фактора на еукариотите.

Препратки

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Молекулярна биология на клетката. Garland Science. Ню Йорк, 1392г.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Превод: ДНК в мРНК до протеин. Природообразование 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Въведение в генетичния анализ. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Молекулярно-клетъчна биология. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Принципите на Ленингер в биохимията. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Човешките гени и геноми: наука. Здраве, общество, 317-338.