Překlad (biologie): Definice, kroky, schéma

DNA(deoxyribonukleová kyselina) je genetický materiál všeho známého života od nejjednodušších jednobuněčných bakterií až po nejkrásnějšího pětitunového slona na africké pláni. „Genetický materiál“ označuje molekuly, které obsahují dvě důležité sady pokynů: jednu pro tvorba bílkovin pro aktuální potřeby buňky a druhý pro dělat si jejich kopienebo replikace, aby mohl stejný genetický kód použít budoucí generace buněk.

Udržování buňky naživu dostatečně dlouho na to, aby se mohla množit, vyžaduje velké množství těchto proteinových produktů, které si DNA objednává prostřednictvím mRNA (poselská ribonukleová kyselina), kterou vytváří jako vyslanec ribozomů, kde se proteiny ve skutečnosti syntetizují.

Kódování genetické informace DNA do messengerové RNA se nazývá transkripce, zatímco se nazývá tvorba proteinů na základě směrů z mRNA překlad.

Překlad zahrnuje dláždění společně bílkoviny prostřednictvím peptidových vazeb za vzniku dlouhých řetězců aminokyseliny nebo monomery v tomto schématu. Existuje 20 různých aminokyselin a lidské tělo potřebuje k přežití některé z nich.

Syntéza proteinu v translaci zahrnuje mimo jiné koordinované setkání mRNA, komplexů aminoacyl-tRNA a dvojice ribozomálních podjednotek.

Nukleové kyseliny sestávají z opakujících se podjednotek neboli monomerů nukleotidy. Každý nukleotid se skládá ze tří samostatných složek: a ribóza (pětikarbonový) cukr, jeden až tři fosfátové skupiny a dusíkatá báze.

Každá nukleová kyselina má jednu z čtyři možné základny v každém nukleotidu, z nichž dva jsou puriny a dva jsou pyrimidiny. Rozdíly v bázích mezi nukleotidy jsou tím, co dává různým nukleotidům jejich základní charakter.

Nukleotidy mohou existovat mimo nukleové kyseliny a ve skutečnosti jsou některé z těchto nukleotidů centrální pro celý metabolismus. Nukleotidy adenosindifosfát (ADP) a adenosintrifosfát (ATP) jsou jádrem rovnic, ve kterých se energie pro buněčné použití získává z chemických vazeb živin.

Nukleotidy v nukleové kyselinyale mají pouze jeden fosfát, který je sdílen s dalším nukleotidem ve vlákně nukleové kyseliny.

Na molekulární úrovni se DNA liší od RNA dvěma způsoby. Jedním z nich je, že cukr v DNA je deoxyribóza, zatímco v RNA je to ribóza (odtud jejich příslušná jména). Deoxyribóza se liší od ribózy v tom, že místo toho, aby měla hydroxylovou (-OH) skupinu v uhlíkové poloze číslo 2, má atom vodíku (-H). Deoxyribóza je tedy jedním atomem kyslíku bez ribózy, tedy „deoxy“.

Druhý strukturální rozdíl mezi nukleovými kyselinami spočívá v jejich složení dusíkaté báze. DNA i RNA obsahují dvě purinové báze adenin (A) a guanin (G) a také pyrimidinový základ cytosin (C). Ale zatímco druhá pyrimidinová báze v DNA je tymin (T) v RNA, touto bází je uracil (U).

Jak se to stane, v nukleových kyselinách se A váže na a pouze na T (nebo U, pokud je molekulou RNA) a C se váže pouze na G. Tento konkrétní a jedinečný doplňkové párování bází je vyžadováno uspořádání pro správný přenos informací o DNA na informace mRNA v transkripci a informace mRNA na informace tRNA během translace.

Na více makro úrovni je DNA dvouvláknová, zatímco RNA je jednořetězcová. Konkrétně má DNA podobu dvojité šroubovice, která je jako žebřík zkroucený v různých směrech na obou koncích.

Vlákna jsou navázána na každý nukleotid pomocí jejich příslušných dusíkatých bází. To znamená, že nukleotid nesoucí „A“ může mít na svém „partnerském“ nukleotidu pouze nukleotid nesoucí „T“. To znamená, že v souhrnu jsou to dva řetězce DNA komplementární navzájem.

Molekuly DNA mohou být tisíce bází (nebo přesněji základní páry) dlouho. Ve skutečnosti člověk chromozóm není nic jiného než jediný velmi dlouhý řetězec DNA spojený s velkým množstvím bílkovin. Na druhou stranu molekuly RNA všech typů bývají poměrně malé.

DNA se také nachází primárně v jádrech eukaryot, ale také v mitochondriích a chloroplastech. Většina RNA se naopak nachází v jádře a cytoplazmě. Jak brzy uvidíte, RNA má různé typy.

RNA se dodává ve třech primárních typech. První je mRNA, který je vytvořen z templátu DNA během transkripce v jádře. Po dokončení se vlákno mRNA dostane z jádra ven póry v jaderné obálce a skončí nasměrováním show na ribozom, místo překlad bílkovin.

Druhým typem RNA je přenos RNA (tRNA). Jedná se o menší molekulu nukleové kyseliny a dodává se ve 20 podtypech, jeden pro každou aminokyselinu. Jeho účelem je dopravit svou „přiřazenou“ aminokyselinu do místa translace na ribozomu, aby mohla být přidána k rostoucímu řetězci polypeptidu (malého proteinu, často probíhá).

Třetím typem RNA je ribozomální RNA (rRNA). Tento typ RNA tvoří významnou část hmotnosti ribozomů s proteiny specifickými pro ribozomy tvořící zbytek hmoty.

Často citované „centrální dogma“ molekulární biologie je DNA na RNA na protein. Mohlo by se to vyjádřit ještě stručněji přepis do překladu. Transkripce je prvním definitivním krokem k syntéze bílkovin a je jednou z trvalých potřeb každé buňky.

Tento proces začíná odvíjením molekuly DNA na jednotlivé řetězce, takže enzymy a nukleotidy účastnící se transkripce mají prostor pro přesun na scénu.

Poté se podél jednoho z řetězců DNA pomocí enzymu RNA polymerázy sestaví řetězec mRNA. Toto vlákno mRNA má základní sekvenci komplementární se sekvencí templátového vlákna, kromě skutečnosti, že U se objeví všude tam, kde by se T objevilo v DNA.

• Například pokud je sekvence DNA podstupující transkripci ATTCGCGGTATGTC, pak výsledný řetězec mRNA bude obsahovat sekvenci UAAGCGCCAUACAG.

Když se syntetizuje vlákno mRNA, určité délky DNA, nazývané introny, se nakonec spojí ze sekvence mRNA, protože nekódují žádné proteinové produkty. K výsledné molekule mRNA přispívají pouze části řetězce DNA, které skutečně kódují něco nazývaného exony.

Pro úspěšnou translaci jsou v místě syntézy proteinů potřebné různé struktury.

Ribozom: Každý ribozom je tvořen malou ribozomální podjednotkou a velkou ribozomální podjednotkou. Existují pouze jako pár, jakmile začíná překlad. Obsahují velké množství rRNA i bílkovin. Jedná se o jednu z mála buněčných složek, které existují jak u prokaryot, tak u eukaryot.

mRNA: Tato molekula nese přímé pokyny z DNA buňky k výrobě specifického proteinu. Pokud lze DNA považovat za plán celého organismu, vlákno mRNA obsahuje jen tolik informací, aby vytvořila jednu rozhodující složku tohoto organismu.

tRNA: Tato nukleová kyselina vytváří vazby s aminokyselinami na bázi jedna ku jedné za vzniku takzvaných komplexů aminoacyl-tRNA. To jen znamená, že taxi (tRNA) v současné době přepravuje svůj zamýšlený a jediný druh cestujícího (specifickou aminokyselinu) z 20 „typů“ lidí v okolí.

Aminokyseliny: Jedná se o malé kyseliny s amino (-NH₂) skupina, skupina karboxylové kyseliny (-COOH) a boční řetězec navázaný na centrální atom uhlíku spolu s atomem vodíku. Důležité je, že kódy pro každou z 20 aminokyselin jsou přenášeny ve skupinách tří volaných bází mRNA tripletové kodony.

Překlad je založen na relativně jednoduchém tripletovém kódu. Vezměte v úvahu, že jakákoli skupina tří po sobě jdoucích základen může obsahovat jednu ze 64 možných kombinací (například AAG, CGU atd.), Protože čtyři zvýšené na třetí mocninu jsou 64.

To znamená, že existuje více než dost kombinací pro generování 20 aminokyselin. Ve skutečnosti by bylo možné, aby více než jeden kodon kódoval stejnou aminokyselinu.

To je ve skutečnosti případ. Některé aminokyseliny jsou syntetizovány z více než jednoho kodonu. Například je leucin spojen se šesti odlišnými kodonovými sekvencemi. Tripletový kód je tento „zdegenerovaný“.

Důležité však je, že tomu tak není redundantní. Toto je stejný kodon mRNA nemůže kód pro víc než jeden aminokyselina.

Fyzickým místem translace u všech organismů je ribozom. Některé části ribozomu mají také enzymatické vlastnosti.

Překlad u prokaryot začíná zahájení prostřednictvím signálu iniciačního faktoru z kodonu vhodně nazývaného kodon START. To u eukaryot chybí a místo toho je první vybranou aminokyselinou methionin, kódovaný pomocí AUG, který funguje jako druh kodonu START.

Jakmile je každý další třísegmentový proužek mRNA vystaven na povrchu ribozomu, putuje na scénu tRNA nesoucí požadovanou aminokyselinu a klesá z cestujícího. Toto vazebné místo se nazývá „A“ místo ribozomu.

K této interakci dochází na molekulární úrovni, protože tyto molekuly tRNA mají sekvence bází komplementární k přicházející mRNA, a proto se snadno váží na mRNA.

V prodloužení fáze translace se ribozom pohybuje o tři základny, proces zvaný překlad. Toto znovu vystavuje místo „A“ a vede k tomu, že se polypeptid, bez ohledu na jeho délku v tomto myšlenkovém experimentu, přesune do místa „P“.

Když nový komplex aminoacyl-tRNA dorazí na místo „A“, je z něj odstraněn celý polypeptidový řetězec místo „P“ a připojené k aminokyselině, která byla právě uložena v místě „A“, prostřednictvím peptidu pouto. Když tedy translokace ribozomu dolů „stopou“ molekuly mRNA nastane znovu, bude cyklus dokončen a rostoucí polypeptidový řetězec je nyní o jednu aminokyselinu delší.

V ukončení fázi narazí ribozom na jeden ze tří terminačních kodonů nebo STOP kodonů, které jsou začleněny do mRNA (UAG, UGA a UAA). To způsobí, že se do místa nevalí tRNA, ale látky zvané uvolňovací faktory, což vede k uvolnění polypeptidového řetězce. Ribozomy se rozdělí na své základní podjednotky a překlad je dokončen.

Proces translace vytváří polypeptidový řetězec, který je ještě třeba upravit, aby mohl správně fungovat jako nový protein. Primární struktura a protein, jeho aminokyselinová sekvence, představuje pouze malou část jeho případné funkce.

Protein je po translaci upraven složením do konkrétních tvarů, což je proces, který se často vyskytuje spontánně v důsledku elektrostatických interakcí mezi aminokyselinami v nesousedících místech podél polypeptidový řetězec.

Ribozomy jsou skvělí pracovníci, ale nejsou to inženýři kontroly kvality. Mohou vytvářet pouze proteiny z mRNA šablony, které dostávají. Nedokáží detekovat chyby v této šabloně. Proto by chyby v překladu byly nevyhnutelné i ve světě dokonale fungujících ribozomů.

Mutace že změna jedné aminoskupiny může narušit funkci bílkovin, jako je mutace, která způsobuje srpkovitou anémii. Mutace, které přidávají nebo odstraňují pár bází, mohou odhodit celý tripletový kód, takže většina nebo všechny následující aminokyseliny budou také chybné.

Mutace by mohly vytvořit časný STOP kodon, což znamená, že bude syntetizována pouze část proteinu. Všechny tyto podmínky mohou být v různé míře oslabující a pokus o překonání vrozených chyb, jako jsou tyto, představuje pro lékařské výzkumníky trvalou a složitou výzvu.