Превод (биология): Определение, стъпки, диаграма

ДНК(Дезоксирибонуклеинова киселина) е генетичният материал на целия познат живот от най-простите едноклетъчни бактерии до най-великолепния петтонен слон в африканската равнина. "Генетичен материал" се отнася до молекулите, които съдържат два важни набора инструкции: един за вземане на протеини за текущите нужди на клетката, а другата за правейки копия от себе си, или репликиране, така че точно същият генетичен код може да бъде използван от бъдещите поколения клетки.

Поддържането на клетката жива достатъчно дълго, за да се възпроизвежда, изисква много от тези протеинови продукти, които ДНК поръчва чрез иРНК (пратеник рибонуклеинова киселина) той създава като пратеник на рибозомите, където всъщност се синтезират протеини.

Извиква се кодирането на генетична информация от ДНК в пратеник РНК транскрипция, докато се нарича направата на протеини въз основа на указанията от иРНК превод.

Преводът включва калдъръм заедно протеини чрез пептидни връзки, за да образуват дълги вериги от аминокиселини или мономерите в тази схема. Съществуват 20 различни аминокиселини и човешкото тяло се нуждае от някои от тях, за да оцелее.

Синтезът на протеини в транслацията включва координирана среща на мРНК, аминоацил-тРНК комплекси и двойка рибозомни субединици, наред с други играчи.

Нуклеиновите киселини се състоят от повтарящи се субединици или мономери, наречени нуклеотиди. Всеки нуклеотид се състои от три самостоятелни компонента: a рибоза (пет въглеродна) захар, едно до три фосфатни групи и а азотна основа.

Всяка нуклеинова киселина има един от четири възможни бази във всеки нуклеотид, два от които са пурини и два от които са пиримидини. Разликите в основите между нуклеотидите е това, което придава на различните нуклеотиди техния основен характер.

Нуклеотидите могат да съществуват извън нуклеиновите киселини и всъщност някои от тези нуклеотиди са от основно значение за целия метаболизъм. Нуклеотидите аденозин дифосфат (ADP) и аденозин трифосфат (АТФ) са в основата на уравненията, при които енергията за клетъчна употреба се извлича от химическите връзки на хранителните вещества.

Нуклеотидите в нуклеинова киселинаобаче имат само един фосфат, който се споделя със следващия нуклеотид във веригата на нуклеиновата киселина.

На молекулярно ниво ДНК се различава от РНК по два начина. Едната е, че захарта в ДНК е дезоксирибоза, докато в РНК това е рибоза (оттук и съответните им имена). Дезоксирибозата се различава от рибозата по това, че вместо да има хидроксилна (-ОН) група при въглеродно положение номер 2, той има водороден атом (-Н). По този начин дезоксирибозата е с един кислороден атом по-кратък от рибозата, следователно „дезокси“.

Втората структурна разлика между нуклеиновите киселини се крие в състава на техните азотни основи. ДНК и РНК и двете съдържат двете пуринови основи аденин (А) и гуанин (G), както и пиримидиновата основа цитозин (С). Но докато втората пиримидинова основа в ДНК е тимин (Т) в РНК, тази основа е урацил (U).

Както се случва, в нуклеиновите киселини А се свързва и само с Т (или U, ако молекулата е РНК), а С се свързва с и само с G. Това специфично и уникално допълващо сдвояване на основата необходима е подредба за правилното предаване на информация за ДНК към информация за иРНК при транскрипция и информация за иРНК към информация за тРНК по време на транслация.

На по-макро ниво ДНК е двуверижна, докато РНК е едноверижна. По-конкретно, ДНК приема формата на двойна спирала, която е като стълба, усукана в различни посоки в двата края.

Нишките са свързани във всеки нуклеотид от съответните им азотни основи. Това означава, че "А" -носещият нуклеотид може да има само "Т" -носещ нуклеотид на своя "партньорски" нуклеотид. Това означава, че като цяло двете ДНК вериги са допълващи се един на друг.

ДНК молекулите могат да бъдат хиляди бази (или по-правилно, базови двойки) дълго. Всъщност човек хромозома не е нищо повече от една много дълга верига ДНК, съчетана с голяма доза протеин. РНК молекулите от всякакъв тип, от друга страна, са склонни да бъдат сравнително малки.

Също така ДНК се намира предимно в ядрата на еукариотите, но също така и в митохондриите и хлоропластите. Повечето РНК, от друга страна, се намират в ядрото и цитоплазмата. Също така, както скоро ще видите, РНК се предлага в различни видове.

РНК се предлага в три основни типа. Първият е иРНК, който е направен от ДНК шаблон по време на транскрипция в ядрото. След като завърши, веригата на иРНК си проправя път от ядрото през пори в ядрената обвивка и се навива, насочвайки шоуто към рибозомата, мястото на транслация на протеини.

Вторият тип РНК е трансфер РНК (тРНК). Това е по-малка молекула нуклеинова киселина и се предлага в 20 подтипа, по един за всяка аминокиселина. Целта му е да прехвърли своята „определена“ аминокиселина до мястото на транслация на рибозомата, така че тя да може да бъде добавена към нарастващата полипептидна верига (малък протеин, често в процес).

Третият тип РНК е рибозомна РНК (рРНК). Този тип РНК съставлява значителна част от масата на рибозомите с протеини, специфични за рибозомите, съставляващи останалата част от масата.

Често цитираната "централна догма" на молекулярната биология е ДНК към РНК към протеин. Фразирана още по-кратко, може да се каже транскрипция на превод. Транскрипция е първата окончателна стъпка към синтеза на протеин и е една от непрекъснатите необходимости на всяка клетка.

Този процес започва с размотаването на ДНК молекулата на единични вериги, така че ензимите и нуклеотидите, участващи в транскрипцията, да имат място за преместване на мястото.

След това, по една от ДНК веригите, с помощта на ензима РНК полимераза се сглобява верига от иРНК. Тази иРНК верига има базова последователност, допълваща тази на матричната верига, с изключение на факта, че U се появява навсякъде, където T би се появил в ДНК.

• Например, ако ДНК последователността, подложена на транскрипция, е ATTCGCGGTATGTC, тогава получената верига на иРНК ще включва последователността UAAGCGCCAUACAG.

Когато се синтезира иРНК верига, определени дължини на ДНК, наречени интрони, в крайна сметка се снаждат от иРНК последователността, тъй като те не кодират никакви протеинови продукти. Само частите от ДНК веригата, които всъщност кодират нещо, наречени екзони, допринасят за крайната молекула на иРНК.

На мястото на синтеза на протеини са необходими различни структури за успешен превод.

Рибозомата: Всяка рибозома е изградена от малка рибозомна субединица и голяма рибозомна субединица. Те съществуват като двойка само след като преводът започне. Те съдържат голямо количество рРНК, както и протеин. Това са едни от малкото клетъчни компоненти, които съществуват както в прокариотите, така и в еукариотите.

иРНК: Тази молекула носи директни инструкции от ДНК на клетката за производство на специфичен протеин. Ако ДНК може да се разглежда като план на целия организъм, нишка от иРНК съдържа точно толкова информация, че да направи един решаващ компонент на този организъм.

тРНК: Тази нуклеинова киселина образува връзки с аминокиселини индивидуално, за да образува така наречените аминоацил-тРНК комплекси. Това просто означава, че в момента таксито (тРНК) превозва своя предназначен и единствен вид пътник (специфичната аминокиселина) измежду 20-те „типа“ хора в района.

Аминокиселини: Това са малки киселини с амино (-NH₂) група, група на карбоксилна киселина (-COOH) и странична верига, свързана с централен въглероден атом заедно с водороден атом. Важното е, че кодовете за всяка една от 20-те аминокиселини се носят в групи от три тРНК бази, наречени триплет кодони.

Превод се основава на относително прост триплет код. Помислете, че всяка група от три последователни бази може да включва една от 64 възможни комбинации (например AAG, CGU и др.), Защото четири повдигнати на трета степен е 64.

Това означава, че има повече от достатъчно комбинации за генериране на 20 аминокиселини. Всъщност би било възможно повече от един кодон да кодира една и съща аминокиселина.

Всъщност случаят е такъв. Някои аминокиселини се синтезират от повече от един кодон. Например, левцинът се свързва с шест различни кодонови последователности. Триплетният код е този „дегенериран“.

Важното е обаче, че не е така излишен. Това е същото иРНК кодон не мога код за повече от един аминокиселина.

Физическото място на транслация във всички организми е рибозома. Някои части от рибозомата също имат ензимни свойства.

Преводът в прокариотите започва с посвещение чрез сигнал за фактор на иницииране от кодон, подходящо наречен START кодон. Това липсва при еукариотите и вместо това първата избрана аминокиселина е метионинът, кодиран от AUG, който функционира като вид кодон START.

Тъй като всяка допълнителна трисегментна лента от иРНК е изложена на повърхността на рибозомата, тРНК, носеща призованата аминокиселина, се скита на мястото и пада на пътника си. Това място на свързване се нарича "А" място на рибозомата.

Това взаимодействие се случва на молекулярно ниво, тъй като тези молекули на тРНК имат базови последователности, комплементарни на входящата иРНК и по този начин се свързват лесно с иРНК.

В удължаване фаза на транслация, рибозомата се движи с три основи, процес, наречен транслация. Това излага наново мястото "А" и води до това, че полипептидът, независимо от дължината му в този мисловен експеримент, се премества към мястото "Р".

Когато нов аминоацил-тРНК комплекс пристигне на мястото "А", цялата полипептидна верига се отстранява от мястото "P" и прикрепено към току-що отложената аминокиселина на мястото "A", чрез пептид връзка. По този начин, когато транслокацията на рибозомата по "следата" на иРНК молекулата се случи отново, цикъл ще бъде завършен и нарастващата полипептидна верига вече е по-дълга с една аминокиселина.

В прекратяване на договора фаза, рибозомата среща един от трите терминиращи кодони или STOP кодони, които са включени в иРНК (UAG, UGA и UAA). Това кара не тРНК, а вещества, наречени фактори на освобождаване, да се стичат към мястото и това води до освобождаването на полипептидната верига. Рибозомите се разделят на съставните им субединици и преводът е завършен.

Процесът на транслация създава полипептидна верига, която все още трябва да бъде модифицирана, преди да може да работи правилно като нов протеин. Първичната структура на a протеин, неговата аминокиселинна последователност, представлява само малка част от нейната евентуална функция.

Протеинът се модифицира след транслация, като го сгъва в специфични форми - процес, който често се случва спонтанно поради електростатични взаимодействия между аминокиселини в несъседни петна по протежение на полипептидна верига.

Рибозомите са страхотни работници, но не са инженери за контрол на качеството. Те могат да създават протеини само от mRNA шаблона, който им е даден. Те не могат да открият грешки в този шаблон. Следователно грешките в превода биха били неизбежни дори в свят на перфектно функциониращи рибозоми.

Мутации които променят единична амино може да наруши протеиновата функция, като мутацията, която причинява сърповидно-клетъчна анемия. Мутациите, които добавят или изтриват основна двойка, могат да изхвърлят целия триплет код, така че повечето или всички следващи аминокиселини също ще бъдат погрешни.

Мутациите могат да създадат ранен STOP кодон, което означава, че само част от протеина се синтезира. Всички тези състояния могат да бъдат изтощителни в различна степен и опитите за побеждаване на вродени грешки като тези представляват постоянно и сложно предизвикателство за медицинските изследователи.