DNA(deoksiribonukleiinihappo) on kaiken tunnetun elämän geneettinen materiaali yksinkertaisimmista yksisoluisista bakteereista upeimpiin viisitonnisiin norsuihin Afrikan tasangolla. "Geneettinen materiaali" viittaa molekyyleihin, jotka sisältävät kaksi tärkeää sarjaa ohjeita: yhden proteiinien valmistus solun nykyisiin tarpeisiin, ja toinen soluun kopioiden tekeminen itsestääntai replikoimalla, jotta täsmälleen sama geneettinen koodi voidaan käyttää tulevien solupolvien kanssa.
Solujen pitäminen elossa tarpeeksi kauan lisääntymiseen vaatii paljon näitä proteiinituotteita, jotka DNA tilaaa mRNA (messenger-ribonukleiinihappo) se luo edustajana ribosomeihin, joissa proteiinit todella syntetisoidaan.
DNA: n geneettisen tiedon koodaamista messenger-RNA: ksi kutsutaan transkriptio, kun taas proteiinien valmistusta kutsutaan mRNA: n suuntien perusteella käännös.
Käännös sisältää mukulakivien proteiineja peptidisidosten kautta muodostaen pitkiä ketjuja aminohappoja tai tämän järjestelmän monomeerit. 20 erilaista aminohappoa on olemassa, ja ihmiskeho tarvitsee joitain näistä kummastakin hengissä.
Proteiinisynteesi translaatiossa sisältää mRNA: n, aminoasyyli-tRNA-kompleksien ja ribosomaalisten alayksikköjen parin koordinoidun kokouksen muiden pelaajien joukossa.
Nukleiinihapot: yleiskatsaus
Nukleiinihapot koostuvat toistuvista alayksiköistä tai monomeereistä, joita kutsutaan nukleotidit. Jokainen nukleotidi koostuu kolmesta erillisestä komponentista: a riboosi (viiden hiilen) sokeri, yhdestä kolmeen fosfaattiryhmät ja a typpipitoinen emäs.
Jokaisella nukleiinihapolla on yksi seuraavista: neljä mahdollista perustaa kussakin nukleotidissa, joista kaksi on puriineja ja kaksi pyrimidiiniä. Nukleotidien väliset erot emäksissä antavat eri nukleotideille niiden olennaisen luonteen.
Nukleotidit voivat esiintyä nukleiinihappojen ulkopuolella, ja itse asiassa jotkut näistä nukleotideista ovat keskeisiä kaikessa aineenvaihdunnassa. Nukleotidit adenosiinidifosfaatti (ADP) ja adenosiinitrifosfaatti (ATP) ovat ytimessä yhtälöt, joissa solukäyttöön tarkoitettua energiaa uutetaan ravinteiden kemiallisista sidoksista.
Nukleotidit nukleiinihapoton kuitenkin vain yksi fosfaatti, joka on jaettu nukleiinihapposäikeessä olevan seuraavan nukleotidin kanssa.
Peruserot DNA: n ja RNA: n välillä
Molekyylitasolla DNA eroaa RNA: sta kahdella tavalla. Yksi on, että sokeri DNA: ssa on deoksiriboosi, kun taas RNA: ssa se on riboosi (tästä johtuen niiden vastaavat nimet). Deoksiriboosi eroaa riboosista siinä, että sen sijaan, että siinä olisi hydroksyyli (-OH) -ryhmä hiiliatomissa numero 2, sillä olisi vetyatomi (-H). Siksi deoksiriboosi on yksi happiatomi, joka on lyhyt riboosista, joten "deoksi".
Toinen rakenteellinen ero nukleiinihappojen välillä on niiden koostumuksessa typpipitoiset emäkset. Sekä DNA että RNA sisältävät molemmat puriiniemäkset adeniini (A) ja guaniini (G) sekä pyrimidiiniemässytosiini (C). Mutta vaikka toinen pyrimidiiniemäs DNA: ssa on tymiini (T) RNA: ssa, tämä emäs on urasiili (U).
Kuten tapahtuu, nukleiinihapoissa A sitoutuu ja vain T: hen (tai U: han, jos molekyyli on RNA), ja C sitoutuu vain G: hen. Tämä erityinen ja ainutlaatuinen täydentävä tukiasema järjestely tarvitaan DNA-informaation oikeaan siirtämiseen transkriptiossa olevaan mRNA-informaatioon ja mRNA-informaatioon tRNA-informaatioon translaation aikana.
Muita eroja DNA: n ja RNA: n välillä
Makrotasolla DNA on kaksijuosteinen, kun taas RNA on yksijuosteinen. Erityisesti DNA on kaksoiskierteen muotoinen, joka on kuin tikkaat, jotka on kierretty eri suuntiin molemmista päistä.
Säikeet ovat sitoutuneet jokaiseen nukleotidiin niiden vastaavien typpiemästen avulla. Tämä tarkoittaa, että "A" -nukleotidilla voi olla vain "T" -nukleotidia "kumppani" -nukleotidissa. Tämä tarkoittaa, että yhteensä kaksi DNA-säiettä ovat täydentävä toisilleen.
DNA-molekyylit voivat olla tuhansia emäksiä (tai emäsparit) pitkä. Itse asiassa ihminen kromosomi ei ole muuta kuin yksi hyvin pitkä DNA-juoste yhdistettynä paljon proteiinia. Toisaalta kaiken tyyppiset RNA-molekyylit ovat yleensä suhteellisen pieniä.
Myös DNA: ta esiintyy pääasiassa eukaryoottien ytimissä, mutta myös mitokondrioissa ja kloroplasteissa. Suurin osa RNA: ta löytyy sen sijaan ytimestä ja sytoplasmasta. Lisäksi, kuten pian näet, RNA: ta on erilaisia.
RNA-tyypit
RNA: ta on kolmea ensisijaista tyyppiä. Ensimmäinen on mRNA, joka on valmistettu DNA-templaatista ytimen transkription aikana. Valmistuttuaan mRNA-juoste pääsee ulos ytimestä ydinkuoren huokosen kautta ja päättyy ohjaamaan esitystä ribosomiin, proteiinin käännös.
Toinen RNA-tyyppi on siirtää RNA: ta (tRNA). Tämä on pienempi nukleiinihappomolekyyli ja sitä on 20 alatyyppiä, yksi kutakin aminohappoa kohden. Tarkoitus on kuljettaa "osoitettu" aminohappo translaatiokohtaan ribosomissa, jotta se voidaan lisätä kasvavaan polypeptidiketjuun (pieni proteiini, usein käynnissä).
Kolmas RNA-tyyppi on ribosomaalinen RNA (rRNA). Tämäntyyppinen RNA muodostaa merkittävän osan ribosomien massasta, ja lopun massan muodostavat ribosomeille spesifiset proteiinit.
Ennen kääntämistä: mRNA-mallin luominen
Molekyylibiologian usein lainattu "keskeinen dogma" on DNA RNA: sta proteiiniksi. Voidaan sanoa vielä ytimekkäämmästi transkriptio käännökseen. Litterointi on ensimmäinen lopullinen askel kohti proteiinisynteesiä ja on kaikkien solujen jatkuvia tarpeita.
Tämä prosessi alkaa DNA-molekyylin purkautumisesta yksisäikeisiksi siten, että transkriptioon osallistuvilla entsyymeillä ja nukleotideilla on tilaa liikkua kohtaukselle.
Sitten yhtä DNA-juosetta pitkin mRNA-juoste kootaan RNA-polymeraasientsyymin avulla. Tällä mRNA-juosteella on emässekvenssi, joka on komplementaarinen templaattisäikeelle, paitsi että U esiintyy missä tahansa T esiintyisi DNA: ssa.
- Esimerkiksi, jos transkription kohteena oleva DNA-sekvenssi on ATTCGCGGTATGTC, niin tuloksena olevalla mRNA-juosteella olisi sekvenssi UAAGCGCCAUACAG.
Kun syntetisoidaan mRNA-juosetta, tietyt DNA-pituudet, joita kutsutaan introneiksi, silmukoituvat lopulta pois mRNA-sekvenssistä, koska ne eivät koodaa mitään proteiinituotteita. Vain ne DNA-juosteen osat, jotka todella koodaavat jotain, kutsutaan eksoneiksi, vaikuttavat lopulliseen mRNA-molekyyliin.
Mitä käännöksessä on mukana
Erilaisia rakenteita tarvitaan proteiinisynteesin kohdalla onnistuneen translaation aikaansaamiseksi.
Ribosomi: Jokainen ribosomi on valmistettu pienestä ribosomaalisesta alayksiköstä ja suuresta ribosomaalisesta alayksiköstä. Nämä ovat olemassa parina vasta, kun käännös on alkanut. Ne sisältävät suuren määrän rRNA: ta sekä proteiinia. Nämä ovat yksi harvoista solukomponenteista, joita esiintyy sekä prokaryooteissa että eukaryooteissa.
mRNA: Tämä molekyyli kuljettaa suorat ohjeet solun DNA: lta tietyn proteiinin valmistamiseksi. Jos DNA: n voidaan ajatella olevan koko organismin suunnitelma, mRNA-juoste sisältää vain tarpeeksi tietoa yhden organismin ratkaisevan komponentin muodostamiseksi.
tRNA: Tämä nukleiinihappo muodostaa sidoksia aminohappojen kanssa yksi kerrallaan muodostaakseen ns. Aminoasyyli-tRNA-komplekseja. Tämä tarkoittaa vain sitä, että taksi (tRNA) kuljettaa tällä hetkellä tarkoitettua ja ainoaa matkustajaa (tietty aminohappo) läheisyydessä olevien 20 "tyypin" joukosta.
Aminohappoja: Nämä ovat pieniä happoja, joissa on amino (-NH2) -ryhmä, karboksyylihapporyhmä (-COOH) ja sivuketju, joka on sitoutunut keski-hiiliatomiin vetyatomin kanssa. Tärkeää on, että jokaisen 20 aminohapon koodit kuljetetaan kolmen mRNA-emäksen ryhmissä, joita kutsutaan triplettikodonit.
Kuinka käännös toimii?
Käännös perustuu suhteellisen yksinkertaiseen triplettikoodiin. Ajattele, että mikä tahansa kolmen peräkkäisen emäksen ryhmä voi sisältää yhden 64 mahdollisesta yhdistelmästä (esimerkiksi AAG, CGU jne.), Koska neljä korotettuna kolmanteen tehoon on 64.
Tämä tarkoittaa, että yhdistelmiä on enemmän kuin tarpeeksi 20 aminohapon muodostamiseksi. Itse asiassa olisi mahdollista, että useampi kuin yksi kodoni koodaa samaa aminohappoa.
Näin on itse asiassa. Jotkut aminohapot syntetisoidaan useammasta kuin yhdestä kodonista. Esimerkiksi leusiini liittyy kuuteen erilliseen kodonisekvenssiin. Triplettikoodi on tämä "rappeutunut".
Tärkeää ei kuitenkaan ole tarpeeton. Tuo on sama mRNA-kodoni ei voi koodi enemmän kuin yksi aminohappo.
Käännösmekaniikka
Fyysinen käännöskohde kaikissa organismeissa on ribosomi. Joillakin ribosomin osilla on myös entsymaattisia ominaisuuksia.
Käännös prokaryooteissa alkaa aloittaminen aloituskertoimen signaalin kautta koodonista, jota kutsutaan sopivasti START-kodoniksi. Tämä puuttuu eukaryooteista, ja sen sijaan ensimmäinen valittu aminohappo on metioniini, jonka koodaa AUG, joka toimii eräänlaisena START-kodonina.
Kun jokainen ylimääräinen kolmen segmentin mRNA-kaistale paljastuu ribosomin pinnalle, kutsutun aminohapon sisältävä tRNA vaeltaa kohtaukseen ja pudottaa matkustajansa. Tätä sitoutumiskohtaa kutsutaan ribosomin "A" -kohdaksi.
Tämä vuorovaikutus tapahtuu molekyylitasolla, koska näillä tRNA-molekyyleillä on emässekvenssejä, jotka ovat komplementaarisia tulevalle mRNA: lle ja sitoutuvat siten mRNA: han helposti.
Polypeptidiketjun rakentaminen
vuonna venymä translaation vaiheessa ribosomi liikkuu kolmella emäksellä, prosessina, jota kutsutaan translaatioksi. Tämä paljastaa "A" -kohdan uudestaan ja johtaa siihen, että polypeptidi, riippumatta sen pituudesta tässä ajatuskokeessa, siirtyy "P" -kohtaan.
Kun uusi aminoasyyli-tRNA-kompleksi saapuu "A" -kohtaan, koko polypeptidiketju poistetaan "P" -kohta ja kiinnittynyt aminohappoon, joka on juuri kerrostunut "A" -kohtaan peptidin kautta sidos. Siten kun ribosomin translokaatio mRNA-molekyylin "radalla" tapahtuu uudelleen, sykli on saatu päätökseen, ja kasvava polypeptidiketju on nyt pidempi yhden aminohapon verran.
vuonna irtisanominen Vaiheessa ribosomi kohtaa yhden kolmesta päätekodonista tai STOP-kodonista, jotka sisällytetään mRNA: han (UAG, UGA ja UAA). Tämä ei aiheuta tRNA: ta, vaan aineita, joita kutsutaan vapautumistekijöiksi, parveilemaan kohtaan, ja tämä johtaa polypeptidiketjun vapautumiseen. Ribosomit erottuvat muodostaviksi alayksiköiksi, ja käännös on valmis.
Mitä tapahtuu käännöksen jälkeen
Translaatioprosessi luo polypeptidiketjun, jota on vielä muutettava, ennen kuin se voi toimia kunnolla uutena proteiinina. A: n ensisijainen rakenne proteiinia, sen aminohapposekvenssi edustaa vain pientä osaa sen mahdollisesta toiminnasta.
Proteiini muunnetaan translaation jälkeen taittamalla se spesifisiin muotoihin, mikä tapahtuu usein spontaanisti johtuen aminohappojen sähköstaattisista vuorovaikutuksista naapurimaisissa kohdissa pitkin polypeptidiketju.
Kuinka geneettiset mutaatiot vaikuttavat käännökseen
Ribosomit ovat hyviä työntekijöitä, mutta he eivät ole laadunvalvontainsinöörejä. Ne voivat luoda proteiineja vain annetusta mRNA-templaatista. He eivät pysty havaitsemaan virheitä kyseisessä mallissa. Siksi käännösvirheet olisivat väistämättömiä jopa täysin toimivien ribosomien maailmassa.
Mutaatiot jotka muuttavat yksittäistä aminoa, voivat häiritä proteiinin toimintaa, kuten mutaatio, joka aiheuttaa sirppisoluanemiaa. Mutaatiot, jotka lisäävät tai poistavat emäsparin, voivat heittää koko triplettikoodin pois niin, että suurin osa tai kaikki seuraavat aminohapot ovat myös vääriä.
Mutaatiot voivat luoda varhaisen STOP-kodonin, mikä tarkoittaa, että vain osa proteiinista syntetisoituu. Kaikki nämä olosuhteet voivat olla heikentäviä eri määrin, ja niiden kaltaisten synnynnäisten virheiden voittaminen on jatkuva ja monimutkainen haaste lääketieteellisille tutkijoille.