Oversættelse (biologi): Definition, trin, diagram

DNA(deoxyribonukleinsyre) er det genetiske materiale i alt kendt liv fra de enkleste encellet bakterier til den mest storslåede fem-ton elefant på den afrikanske slette. "Genetisk materiale" henviser til molekylerne, der indeholder to vigtige sæt instruktioner: et til fremstille proteiner til celleens nuværende behov og den anden til at lave kopier af sig selveller replikering, så den nøjagtige samme genetiske kode kan bruges af fremtidige generationer af celler.

At holde cellen i live længe nok til at reproducere kræver mange af disse proteinprodukter, som DNA bestiller via mRNA (messenger ribonukleinsyre) det skaber som en udsending til ribosomerne, hvor proteiner faktisk syntetiseres.

Kodningen af ​​genetisk information af DNA til messenger-RNA kaldes transkription, mens fremstilling af proteiner på basis af retninger fra mRNA kaldes oversættelse.

Oversættelse involverer sammenbrud af proteiner via peptidbindinger til dannelse af lange kæder af aminosyrer eller monomererne i denne ordning. Der findes 20 forskellige aminosyrer, og den menneskelige krop har brug for nogle af hver af disse for at overleve.

Proteinsyntesen i translation involverer et koordineret møde mellem mRNA, aminoacyl-tRNA-komplekser og et par ribosomale underenheder blandt andre spillere.

Nukleinsyrer består af gentagne underenheder eller monomerer kaldet nukleotider. Hvert nukleotid består af tre særskilte komponenter: a ribose (fem kulstof) sukker, en til tre fosfatgrupper og en nitrogenholdig base.

Hver nukleinsyre har en af fire mulige baser i hvert nukleotid, hvoraf to er puriner og hvoraf to er pyrimidiner. Forskellene i baserne mellem nukleotider er, hvad der giver forskellige nukleotider deres væsentlige karakter.

Nukleotider kan eksistere uden for nukleinsyrer, og faktisk er nogle af disse nukleotider centrale for al metabolisme. Nukleotiderne adenosindiphosphat (ADP) og adenosintrifosfat (ATP) er kernen i ligningerne, hvor energi til cellulær anvendelse ekstraheres fra de kemiske bindinger af næringsstoffer.

Nukleotiderne i nukleinsyrerhar imidlertid kun ét phosphat, som deles med det næste nukleotid i nukleinsyrestrengen.

På molekylært niveau adskiller DNA sig fra RNA på to måder. Den ene er, at sukkeret i DNA er deoxyribosehvorimod i RNA er det ribose (deraf deres respektive navne). Deoxyribose adskiller sig fra ribose ved, at den i stedet for at have en hydroxyl (-OH) -gruppe i nummer-2-kulstofposition har et hydrogenatom (-H). Således er deoxyribose et iltatom kort for ribose, deraf "deoxy."

Den anden strukturelle forskel mellem nukleinsyrerne ligger i sammensætningen af ​​deres nitrogenholdige baser. DNA og RNA indeholder begge de to purinbaser adenin (A) og guanin (G) såvel som pyrimidinbase-cytosin (C). Men mens den anden pyrimidinbase i DNA er thymin (T) i RNA, er denne base uracil (U).

Når det sker, binder A i nukleinsyrer til og kun til T (eller U, hvis molekylet er RNA), og C binder til og kun til G. Dette specifikke og unikke komplementær baseparring der kræves arrangement for korrekt transmission af DNA-information til mRNA-information i transkription og mRNA-information til tRNA-information under translation.

På et mere makroniveau er DNA dobbeltstrenget, mens RNA er enkeltstrenget. Specifikt tager DNA form af en dobbelt helix, som er som en stige snoet i forskellige retninger i begge ender.

Trådene er bundet ved hvert nukleotid med deres respektive nitrogenholdige baser. Dette betyder, at et "A" -bærende nukleotid kun kan have et "T" -bærende nukleotid på dets "partner" nukleotid. Dette betyder, at de to DNA-tråde i sum er supplerende til hinanden.

DNA-molekyler kan være tusinder af baser (eller mere korrekt, basepar) lang. Faktisk et menneske kromosom er intet andet end en enkelt meget lang DNA-streng kombineret med en hel del protein. RNA-molekyler af alle typer har derimod en tendens til at være forholdsvis små.

DNA findes også primært i kerner af eukaryoter, men også i mitokondrier og kloroplaster. På den anden side findes mest RNA i kernen og cytoplasmaet. Som du snart vil se, kommer RNA også i forskellige typer.

RNA findes i tre primære typer. Den første er mRNA, som er lavet af en DNA-skabelon under transkription i kernen. Når den er færdig, kommer mRNA-strengen sig ud af kernen via en pore i kernekapslen og vinder op og styrer showet mod ribosomet, stedet for protein oversættelse.

Den anden type RNA er overføre RNA (tRNA). Dette er et mindre nukleinsyremolekyle og kommer i 20 undertyper, en for hver aminosyre. Det har til formål at skubbe sin "tildelte" aminosyre til stedet for translation på ribosomet, så den kan føjes til den voksende polypeptidkæde (lille protein, ofte i gang).

Den tredje type RNA er ribosomalt RNA (rRNA). Denne type RNA udgør en betydelig del af ribosomernes masse med proteiner, der er specifikke for ribosomer, der udgør resten af ​​massen.

Den ofte citerede "centrale dogme" inden for molekylærbiologi er DNA til RNA til protein. Formuleret endnu mere kortfattet, kan det sættes transskription til oversættelse. Transkription er det første afgørende skridt mod proteinsyntese og er et af de løbende fornødenheder i enhver celle.

Denne proces begynder med afvikling af DNA-molekylet i enkelte tråde, så de enzymer og nukleotider, der deltager i transkription, har plads til at bevæge sig til scenen.

Derefter samles en mRNA-streng langs en af ​​DNA-strengene ved hjælp af enzymet RNA-polymerase. Denne mRNA-streng har en basesekvens, der er komplementær til templatestrengens, bortset fra det faktum, at U vises overalt, hvor T ville vises i DNA.

• For eksempel, hvis DNA-sekvensen, der gennemgår transkription, er ATTCGCGGTATGTC, ville den resulterende streng af mRNA indeholde sekvensen UAAGCGCCAUACAG.

Når en mRNA-streng syntetiseres, splices visse længder af DNA, kaldet introner, til sidst ud af mRNA-sekvensen, fordi de ikke koder for nogen proteinprodukter. Kun de dele af DNA-strengen, der faktisk koder for noget, kaldet exons, bidrager til det endelige mRNA-molekyle.

Forskellige strukturer er nødvendige på stedet for proteinsyntese for en vellykket translation.

Ribosomet: Hvert ribosom er lavet af en lille ribosomal underenhed og en stor ribosomal underenhed. Disse findes kun som et par, når oversættelsen er begyndt. De indeholder en stor mængde rRNA såvel som protein. Dette er en af ​​de få cellekomponenter, der findes i både prokaryoter og eukaryoter.

mRNA: Dette molekyle bærer direkte instruktioner fra cellens DNA til fremstilling af et specifikt protein. Hvis DNA kan betragtes som plan for hele organismen, indeholder en streng af mRNA lige nok information til at gøre en afgørende komponent i den organisme.

tRNA: Denne nukleinsyre danner bindinger med aminosyrer på en-til-en-basis for at danne det, der kaldes aminoacyl-tRNA-komplekser. Dette betyder bare, at taxien (tRNA) i øjeblikket bærer sin tiltænkte og eneste slags passager (den specifikke aminosyre) blandt de 20 "typer" mennesker i nærheden.

Aminosyrer: Disse er små syrer med en amino (-NH₂gruppe, en carboxylsyre- (-COOH) gruppe og en sidekæde bundet til et centralt carbonatom sammen med et hydrogenatom. Vigtigere er, at koder for hver af de 20 aminosyrer bæres i grupper af tre kaldte mRNA-baser tripletkodoner.

Oversættelse er baseret på en relativt enkel tripletkode. Overvej at enhver gruppe på tre på hinanden følgende baser kan omfatte en af ​​64 mulige kombinationer (for eksempel AAG, CGU osv.), Fordi fire hævet til den tredje effekt er 64.

Dette betyder, at der er mere end nok kombinationer til at generere 20 aminosyrer. Faktisk ville det være muligt for mere end et codon at kode for den samme aminosyre.

Dette er faktisk tilfældet. Nogle aminosyrer syntetiseres fra mere end et codon. For eksempel er leucin associeret med seks forskellige codonsekvenser. Tripletkoden er denne "degenererede".

Vigtigere er det dog ikke overflødig. Det vil sige samme mRNA-kodon kan ikke kode til mere end en aminosyre.

Det fysiske sted for oversættelse i alle organismer er ribosom. Nogle dele af ribosomet har også enzymatiske egenskaber.

Oversættelse i prokaryoter begynder med indvielse via et initieringsfaktorsignal fra et kodon, der passende kaldes START-kodonen. Dette er fraværende i eukaryoter, og i stedet er den første aminosyre, der er valgt, methionin, kodet af AUG, som fungerer som en slags START-kodon.

Da hver yderligere tre-segmentstrimmel af mRNA udsættes for overfladen af ​​ribosomet, vandrer et tRNA, der bærer den krævede aminosyre, ind i scenen og falder af passageren. Dette bindingssted kaldes ribosomets "A" sted.

Denne interaktion sker på molekylært niveau, fordi disse tRNA-molekyler har basesekvenser, der er komplementære til det indgående mRNA og dermed let binder til mRNA'et.

I forlængelse fase af translation bevæger ribosomet sig med tre baser, en proces kaldet translation. Dette udsætter "A" -stedet igen og fører til, at polypeptidet, uanset dets længde i dette tankeeksperiment, flyttes til "P" -stedet.

Når et nyt aminoacyl-tRNA-kompleks ankommer til "A" -stedet, fjernes hele polypeptidkæden fra "P" -stedet og bundet til aminosyren, der netop er blevet deponeret på "A" -stedet via et peptid bånd. Når således translokationen af ​​ribosomet ned ad "sporet" af mRNA-molekylet sker igen, vil en cyklus være afsluttet, og den voksende polypeptidkæde er nu længere af en aminosyre.

I afslutning fase, møder ribosomet en af ​​tre termineringskodoner eller STOP-kodoner, der er inkorporeret i mRNA (UAG, UGA og UAA). Dette får ikke tRNA, men stoffer, der kaldes frigivelsesfaktorer, strømmer til stedet, og dette fører til frigivelse af polypeptidkæden. Ribosomerne adskilles i deres bestanddele, og oversættelsen er komplet.

Processen med translation skaber en polypeptidkæde, der stadig skal ændres, før den kan fungere ordentligt som et nyt protein. Den primære struktur af en protein, dets aminosyresekvens, repræsenterer kun en lille del af dens eventuelle funktion.

Proteinet modificeres efter translation ved at folde det i bestemte former, en proces der ofte forekommer spontant på grund af elektrostatiske interaktioner mellem aminosyrer i ikke-nærliggende pletter langs polypeptidkæde.

Ribosomer er gode arbejdere, men de er ikke kvalitetskontrolingeniører. De kan kun oprette proteiner ud fra mRNA-skabelonen, de får. De kan ikke registrere fejl i skabelonen. Derfor ville fejl i oversættelse være uundgåelig selv i en verden med perfekt fungerende ribosomer.

Mutationer der ændrer en enkelt amino, kan forstyrre proteinfunktionen, såsom mutationen, der forårsager seglcelleanæmi. Mutationer, der tilføjer eller sletter et basepar, kan smide hele tripletkoden væk, så de fleste eller alle efterfølgende aminosyrer også vil være forkert.

Mutationer kunne skabe et tidligt STOP-codon, hvilket betyder, at kun en del af proteinet bliver syntetiseret. Alle disse forhold kan være svækkende i forskellige grader, og forsøg på at erobre medfødte fejl som disse repræsenterer en løbende og kompleks udfordring for medicinske forskere.