DNA-ÖVERSÄTTNING: PROCESS I EUKARYOTER OCH PROKARYOTER - BIOLOGI - 2025

Den translation av DNA är den process genom vilken information som finns i budbärar-RNA som produceras under transkription (kopiering av information i en DNA-sekvens som RNA) är "översättas" i en aminosyrasekvens genom proteinsyntes.

Ur ett cellulärt perspektiv är genuttryck en relativt komplex anledning som uppstår i två steg: transkription och translation.

RNA-översättning förmedlad av en ribosom (Källa: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Alla gener som uttrycks (oavsett om de kodar för peptidsekvenser, det vill säga proteiner) gör det initialt genom att överföra informationen i deras DNA-sekvens till en messenger RNA (mRNA) molekyl genom en process som kallas transkription.

Transkription uppnås med speciella enzymer kända som RNA-polymeraser, som använder en av de komplementära strängarna i genens DNA som en mall för syntesen av en "pre-mRNA" -molekyl, som sedan bearbetas för att bilda en mogen mRNA.

För gener som kodar för proteiner "läses" informationen i mogna mRNA: er och översätts till aminosyror enligt den genetiska koden, som anger vilken kodon eller nukleotid-triplett som motsvarar vilken speciell aminosyra.

Specifikationen av aminosyrasekvensen för ett protein beror därför på den initiala sekvensen av kvävebaser i DNA som motsvarar genen och därefter i mRNA som transporterar denna information från kärnan till cytosolen (i eukaryota celler); process som också definieras som mRNA-styrd proteinsyntes.

Med tanke på att det finns 64 möjliga kombinationer av de 4 kvävebaserna som utgör DNA och RNA och endast 20 aminosyror, kan en aminosyra kodas av olika tripletter (kodoner), varför det sägs att den genetiska koden är "degenererad" (med undantag av aminosyran metionin, som kodas av ett unikt AUG-kodon).

Eukaryotisk översättning (stegprocess)

Diagram över en djurens eukaryota cell och dess delar (Källa: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

I eukaryota celler sker transkription i kärnan och translation i cytosolen, så mRNA: er som bildas under den första processen spelar också en roll i transporten av information från kärnan till cytosolen, där cellerna finns. biosyntetiska maskiner (ribosomer).

Det är viktigt att nämna att avdelningen av transkription och översättning i eukaryoter är sant för kärnan, men det är inte detsamma för organeller med sitt eget genom såsom kloroplaster och mitokondrier, som har system som är mer lik de prokaryota organismerna.

Eukaryota celler har också cytosoliska ribosomer bundna till membranen i det endoplasmiska retikulumet (grov endoplasmatisk retikulum), i vilken översättningen av proteiner som är avsedda att infogas i cellmembranen eller som kräver post-translationell bearbetning som sker i nämnda avdelning. .

- Bearbetning av mRNA före deras översättning

MRNA: er modifieras vid deras ändar när de transkriberas:

- När 5'-änden av mRNA dyker upp från ytan av RNA-polymeras II under transkription "attackeras" omedelbart av en grupp enzymer som syntetiserar en "huva" bestående av 7-metylguanylat och som är ansluten till nukleotiden terminal av mRNA via en 5 ', 5' trifosfatkoppling.

- 3'-änden av mRNA genomgår en "klyvning" av ett endonukleas, som genererar en 3'-fri hydroxylgrupp till vilken en "sträng" eller "svans" av adeninrester (från 100 till 250) är fäst. en i taget av ett poly (A) -polymerasenzym.

"5'-huven" och "poly A-svansen" uppfyller funktioner i skyddet av mRNA-molekyler mot nedbrytning och dessutom fungerar vid transport av mogna transkript mot cytosolen och vid initiering och avslutning av översättning, respektive.

C orth och skarvning

Efter transkription genomgår de "primära" mRNA: erna med sina två modifierade ändar, fortfarande närvarande i kärnan, en "skarvning" -process, varigenom introniska sekvenser i allmänhet avlägsnas och de resulterande exonerna förenas (post-transkriptionell bearbetning). , med vilka mogna transkript erhålls som lämnar kärnan och når cytosolen.

Skarvning utförs av ett riboproteinkomplex som kallas spliceosomen (spliceosome anglicism), som består av fem små ribonukleoproteiner och RNA-molekyler, som kan "känna igen" regionerna som ska tas bort från det primära transkriptet.

I många eukaryoter finns det ett fenomen som kallas "alternativ skarvning", vilket innebär att olika typer av posttranskriptionsmodifieringar kan producera olika proteiner eller isozymer som skiljer sig från varandra i vissa aspekter av deras sekvenser.

- Ribosomer

När mogna transkript lämnar kärnan och transporteras för translation i cytosolen bearbetas de av det translationella komplexet känt som ribosomen, som består av ett komplex av proteiner associerade med RNA-molekyler.

Ribosomer består av två underenheter, en "stor" och en "liten", som fritt är dissocierade i cytosolen och binder eller associerar till mRNA-molekylen som översätts.

Bindningen mellan ribosomer och mRNA beror på specialiserade RNA-molekyler som associeras med ribosomala proteiner (ribosomalt RNA eller rRNA och överför RNA eller tRNA), som var och en har specifika funktioner.

TRNA är molekylära "adaptrar", eftersom de genom en ände kan "läsa" varje kodon eller triplett i det mogna mRNA (genom baskomplementaritet) och genom den andra kan de binda till aminosyran kodad av det "lästa" kodonet.

RRNA-molekylerna å andra sidan ansvarar för att påskynda (katalysera) bindningsprocessen för varje aminosyra i den begynnande peptidkedjan.

Ett moget eukaryotiskt mRNA kan "läsas" av många ribosomer, så många gånger som cellen indikerar. Med andra ord kan samma mRNA ge upphov till många kopior av samma protein.

Starta kodon och läsram

När ett moget mRNA kontaktas av ribosomala underenheter "skannar" riboproteinkomplexet sekvensen för nämnda molekyl tills den hittar en startkodon, som alltid är AUG och involverar införandet av en metioninrest.

AUG-kodonet definierar läsramen för varje gen och definierar dessutom den första aminosyran för alla proteiner översatta i naturen (denna aminosyra elimineras många gånger post-translationellt).

Stoppa kodoner

Tre andra kodoner har identifierats som de som inducerar översättningsavslutning: UAA, UAG och UGA.

De mutationer som involverar en förändring av kvävebaserna i tripletten som kodar för en aminosyra och som resulterar i stoppkodoner kallas nonsensmutationer, eftersom de orsakar ett för tidigt stopp av syntesprocessen, som bildar kortare proteiner.

Oöversatta regioner

Nära 5'-änden av mogna mRNA-molekyler finns otranslaterade regioner (UTR: er), även kallade "ledarsekvenser", som är belägna mellan den första nukleotiden och översättningsstartkodonet ( AUG).

Dessa icke-översatta UTR-regioner har specifika platser för bindning med ribosomer och hos människor är till exempel cirka 170 nukleotider i längd, bland vilka det finns reglerande regioner, proteinbindningsställen som fungerar i regleringen av översättning, etc.

- Översättningsstart

Översättning, liksom transkription, består av tre faser: en initieringsfas, en förlängningsfas och slutligen en avslutningsfas.

Initiering

Det består av sammansättningen av translationskomplexet på mRNA, som förtjänar bindningen av tre proteiner kända som initieringsfaktor (IF) IF1, IF2 och IF3 till den lilla underenheten av ribosomen.

"Förinitierings" -komplexet som bildas av initieringsfaktorerna och den lilla ribosomala underenheten binder i sin tur till ett tRNA som "bär" en metioninrest och denna uppsättning molekyler binder till mRNA, nära startkodonet. augusti

Dessa händelser leder till bindning av mRNA till den stora ribosomala underenheten, vilket leder till frisättning av initieringsfaktorer. Den stora ribosomsubenheten har 3 bindningsställen för tRNA-molekyler: A-stället (aminosyra), P-stället (polypeptid) och E-stället (utgång).

Ställe A binder till antikodonet av aminoacyl-tRNA som är komplementärt till det för mRNA som översätts; P-stället är där aminosyran överförs från tRNA till den begynnande peptiden och E-stället är där den finns i "tom" tRNA innan den släpps in i cytosolen efter att aminosyran har levererats.

Grafisk representation av inlednings- och förlängningsfaserna för översättning (Källa: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Förlängning

Denna fas består av "rörelse" av ribosomen längs mRNA-molekylen och översättningen av varje kodon som "läser", vilket innebär tillväxten eller förlängningen av polypeptidkedjan vid födseln.

Denna process kräver en faktor som kallas töjningsfaktor G och energi i form av GTP, vilket är det som driver translokationen av töjningsfaktorer längs mRNA-molekylen när den översätts.

Peptidyltransferasaktiviteten hos ribosomala RNA möjliggör bildning av peptidbindningar mellan på varandra följande aminosyror som sätts till kedjan.

Uppsägning

Översättningen slutar när ribosomen möter någon av termineringskodonerna, eftersom tRNA inte känner igen dessa kodoner (de kodar inte för aminosyror). Proteiner kända som frisättningsfaktorer binder också, vilket underlättar utsläpp av mRNA från ribosomen och dissociationen av dess underenheter.

Prokaryotisk översättning (steg-processer)

I prokaryoter, som i eukaryota celler, finns de ribosomer som är ansvariga för proteinsyntes i cytosolen (vilket också gäller för den transkriptionsmaskinerin), ett faktum som möjliggör en snabb ökning av den cytosoliska koncentrationen av ett protein när uttrycket för generna som kodar det ökar.

Även om det inte är en extremt vanlig process i dessa organismer, kan de primära mRNA: er som produceras under transkription genomgå posttranskriptionell mognad genom "skarvning". Det vanligaste är emellertid att observera ribosomer bundna till det primära transkriptet som översätter det samtidigt som det transkriberas från motsvarande DNA-sekvens.

Med tanke på ovanstående börjar översättning i många prokaryoter vid 5'-änden, eftersom 3'-änden av mRNA förblir fäst vid mall-DNA (och sker samtidigt med transkription).

Oöversatta regioner

Prokaryotiska celler producerar också mRNA med otranslaterade regioner kända som "Shine-Dalgarno-boxen" och vars konsensussekvens är AGGAGG. Som är uppenbart är UTR-regionerna för bakterier betydligt kortare än eukaryota celler, även om de utövar liknande funktioner under translation.

Bearbeta

I bakterier och andra prokaryotiska organismer är översättningsprocessen ganska lik den för eukaryota celler. Det består också av tre faser: initiering, förlängning och avslutning, som beror på specifika prokaryota faktorer, skiljer sig från de som används av eukaryoter.

Förlängning beror till exempel på kända töjningsfaktorer som EF-Tu och EF-Ts snarare än G-faktorn för eukaryoter.

referenser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Cellens molekylärbiologi. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Översättning: DNA till mRNA till protein. Naturutbildning 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion till genetisk analys. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A., … & Matsudaira, P. (2008). Molekylär cellbiologi. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Mänskliga gener och gener: vetenskap. Hälsa, samhälle, 317-338.