Prijevod (biologija): Definicija, koraci, dijagram

DNA(deoksiribonukleinska kiselina) je genetski materijal svih poznatih života, od najjednostavnijih jednostaničnih bakterija do najveličanstvenijeg pet tona slona na afričkoj ravnici. "Genetski materijal" odnosi se na molekule koje sadrže dva važna skupa uputa: jedan za stvaranje proteina za trenutne potrebe stanice, a druga za praveći kopije sebe, ili repliciraju, tako da potpuno isti genetski kod mogu koristiti buduće generacije stanica.

Održavanje stanice na životu dovoljno dugo da se razmnožava zahtijeva velik broj ovih proteinskih proizvoda, koje DNA naručuje putem mRNA (glasnik ribonukleinska kiselina) stvara kao izaslanik u ribosomima, gdje se zapravo sintetiziraju proteini.

Pozvano je kodiranje genetskih informacija pomoću DNA u glasničku RNA transkripcija, dok se naziva stvaranje bjelančevina na temelju uputa iz mRNA prijevod.

Prijevod uključuje kaldrmiranje zajedno bjelančevine putem peptidnih veza tvore duge lance aminokiseline ili monomera u ovoj shemi. Postoji 20 različitih aminokiselina, a ljudsko tijelo treba neke od njih da bi preživjelo.

Sinteza proteina u prijevodu uključuje koordinirani sastanak mRNA, aminoacil-tRNA kompleksa i para ribosomskih podjedinica, među ostalim igračima.

Nukleinske kiseline sastoje se od ponavljajućih podjedinica ili monomera, tzv nukleotidi. Svaki se nukleotid sastoji od tri vlastite komponente: a riboza (petougljični) šećer, jedan do tri fosfatne skupine i a dušična baza.

Svaka nukleinska kiselina ima jedan od četiri moguće baze u svakom nukleotidu, od kojih su dva purini, a dva pirimidini. Razlike u osnovama između nukleotida je ono što različitim nukleotidima daje njihov bitni karakter.

Nukleotidi mogu postojati izvan nukleinskih kiselina, a zapravo su neki od tih nukleotida središnji za čitav metabolizam. Nukleotidi adenozin difosfat (ADP) i adenozin trifosfat (ATP) u središtu su jednadžbi u kojima se energija za staničnu uporabu izvlači iz kemijskih veza hranjivih sastojaka.

Nukleotidi u nukleinske kiselinemeđutim, imaju samo jedan fosfat, koji se dijeli sa sljedećim nukleotidom u lancu nukleinske kiseline.

Na molekularnoj se razini DNA razlikuje od RNA na dva načina. Jedno je da šećer u DNK jest deoksiriboza, dok je u RNA to riboza (otuda njihova imena). Deoksiriboza se razlikuje od riboze po tome što, umjesto da ima hidroksilnu (-OH) skupinu na položaju ugljika broj 2, ima atom vodika (-H). Tako je deoksiribozi jedan atom kisika kratak od riboze, dakle "deoksi".

Druga strukturna razlika između nukleinskih kiselina leži u njihovom sastavu dušične baze. DNA i RNA sadrže dvije purinske baze adenin (A) i gvanin (G), kao i pirimidinsku bazu citozin (C). No dok je druga pirimidinska baza u DNA timin (T) u RNA, ta baza je uracil (U).

Kako se to događa, u nukleinskim kiselinama A se veže i samo na T (ili U, ako je molekula RNA), a C veže se na i samo na G. Ovaj specifičan i jedinstven komplementarno uparivanje baze potreban je aranžman za pravilan prijenos DNK informacija na mRNA informacije u transkripciji i mRNA informacija na tRNA informacije tijekom prevođenja.

Na makrorazini, DNA je dvolančana dok je RNA jednolančana. Točnije, DNA ima oblik dvostruke zavojnice, koja je poput ljestava uvijenih u različitim smjerovima na oba kraja.

Lanci su vezani za svaki nukleotid odgovarajućim dušikovim bazama. To znači da nukleotid koji nosi "A" može imati nukleotid koji nosi "T" samo na svom "partnerskom" nukleotidu. To znači da su ukupno dva lanca DNA komplementarni jedno drugom.

Molekule DNA mogu biti tisuće baza (ili točnije, parovi baza) dugo. Zapravo, čovjek kromosom nije ništa više od jednog vrlo dugog lanca DNA u kombinaciji s dobrom količinom proteina. S druge strane, molekule RNA svih vrsta imaju tendenciju da budu relativno male.

Također, DNA se nalazi prvenstveno u jezgrama eukariota, ali i u mitohondrijima i kloroplastima. Većina se RNA, pak, nalazi u jezgri i citoplazmi. Također, kao što ćete uskoro vidjeti, RNA dolazi u raznim vrstama.

RNA dolazi u tri primarne vrste. Prva je mRNA, koji je izrađen od DNK predloška tijekom transkripcije u jezgri. Kad završi, lanac mRNA izlazi iz jezgre kroz pore u nuklearnoj ovojnici i završava usmjeravajući emisiju na ribosom, mjesto prijevod bjelančevina.

Druga vrsta RNA je prijenos RNA (tRNA). Ovo je manja molekula nukleinske kiseline i dolazi u 20 podtipova, po jedan za svaku aminokiselinu. Njegova je svrha preusmjeriti svoju "dodijeljenu" aminokiselinu na mjesto translacije na ribosomu, tako da se može dodati rastućem lancu polipeptida (mali protein, često u tijeku).

Treći tip RNA je ribosomska RNA (rRNA). Ova vrsta RNA čini značajan udio mase ribosoma s proteinima specifičnim za ribosome koji čine ostatak mase.

Često citirana "središnja dogma" molekularne biologije je DNA u RNA u protein. Izrečeno još jezgrovitije, moglo bi se reći transkripcija u prijevod. Transkripcija je prvi konačni korak ka sintezi proteina i jedna je od stalnih potreba bilo koje stanice.

Ovaj proces započinje odmotavanjem molekule DNA u pojedinačne niti tako da enzimi i nukleotidi koji sudjeluju u transkripciji imaju prostora za preseljenje na mjesto događaja.

Zatim se, uz jedan od DNA lanaca, uz pomoć enzima RNA polimeraze sastavi lanac mRNA. Ovaj mRNA lanac ima bazni slijed komplementaran s onim od lanaca predloška, ​​osim činjenice da se U pojavljuje gdje god bi se T pojavio u DNA.

• Na primjer, ako je DNA sekvenca koja prolazi kroz transkripciju ATTCGCGGTATGTC, tada bi rezultirajući lanac mRNA sadržavao sekvencu UAAGCGCCAUACAG.

Kada se sintetizira mRNA lanac, određene duljine DNA, koje se nazivaju introni, na kraju se spoje iz mRNA sekvence jer ne kodiraju nikakve proteinske proizvode. Konačnoj molekuli mRNA doprinose samo dijelovi lanca DNA koji zapravo nešto kodiraju, zvani egzoni.

Na mjestu sinteze proteina potrebne su razne strukture za uspješno prevođenje.

Ribozom: Svaki ribosom građen je od male ribosomske podjedinice i velike ribosomske podjedinice. Oni postoje u paru tek kad prijevod započne. Sadrže veliku količinu rRNA, kao i proteine. To su jedna od rijetkih staničnih komponenata koje postoje i u prokariota i u eukariota.

mRNA: Ova molekula nosi izravne upute iz DNK stanice za proizvodnju određenog proteina. Ako se na DNA može smatrati nacrtom cijelog organizma, lanac mRNA sadrži taman toliko informacija da napravi jednu presudnu komponentu tog organizma.

tRNA: Ova nukleinska kiselina stvara veze s aminokiselinama pojedinačno da bi stvorila takozvane aminoacil-tRNA komplekse. To samo znači da taksi (tRNA) trenutno prevozi predviđenu i jedinu vrstu putnika (specifičnu aminokiselinu) među 20 "tipova" ljudi u blizini.

Aminokiseline: To su male kiseline s amino (-NH₂) skupina, skupina karboksilne kiseline (-COOH) i bočni lanac vezan za središnji atom ugljika zajedno s atomom vodika. Važno je da se kodovi za svaku od 20 aminokiselina nose u skupinama od tri mRNA baze trojni kodoni.

Prijevod temelji se na relativno jednostavnom trostrukom kodu. Uzmite u obzir da bilo koja skupina od tri uzastopne baze može sadržavati jednu od 64 moguće kombinacije (na primjer, AAG, CGU, itd.), Jer su četiri podignute na treći stepen 64.

To znači da postoji više nego dovoljno kombinacija za stvaranje 20 aminokiselina. Zapravo bi bilo moguće da više od jednog kodona kodira istu aminokiselinu.

To je, zapravo, slučaj. Neke se aminokiseline sintetiziraju iz više od jednog kodona. Na primjer, leucin je povezan sa šest različitih slikovnih kodona. Triplet kôd je ovaj "izrođeni".

Važno je, međutim, da nije blagoglagoljiv. Odnosno isti kodon mRNA Ne možete kod za više od jednog amino kiselina.

Fizičko mjesto prevođenja u svim organizmima je ribosoma. Neki dijelovi ribosoma također imaju enzimska svojstva.

Prijevod kod prokariota započinje s inicijacija putem signala faktora inicijacije iz kodona koji se prikladno naziva START kodon. Toga nema u eukariota, a umjesto toga, prva odabrana aminokiselina je metionin, kodiran od strane AUG, koji funkcionira kao neka vrsta START kodona.

Kako je svaka dodatna traka mRNA s tri segmenta izložena na površini ribosoma, tRNA koja nosi pozvanu aminokiselinu odluta na scenu i ispusti svog putnika. To se mjesto vezanja naziva "A" mjesto ribosoma.

Ova se interakcija događa na molekularnoj razini, jer te molekule tRNA imaju bazne sekvence komplementarne dolaznoj mRNA i stoga se lako vežu za mRNA.

U produljenje fazu translacije, ribosom se kreće za tri baze, proces koji se naziva translacija. To iznova izlaže mjesto "A" i dovodi do toga da se polipeptid, bez obzira na njegovu duljinu u ovom misaonom eksperimentu, premješta na mjesto "P".

Kad novi kompleks aminoacil-tRNA stigne na mjesto "A", cijeli se polipeptidni lanac uklanja iz mjesto "P" i vezano za aminokiselinu koja je upravo taložena na mjestu "A", putem peptida veza. Dakle, kad se ponovno dogodi translokacija ribosoma niz "trag" molekule mRNA, ciklus će biti završen, a rastući polipeptidni lanac sada je duži za jednu aminokiselinu.

U raskid fazi, ribosom nailazi na jedan od tri terminacijska kodona ili STOP kodona, koji su ugrađeni u mRNA (UAG, UGA i UAA). To uzrokuje ne tRNA već tvari koje se nazivaju faktorima oslobađanja na to mjesto, a to dovodi do oslobađanja polipeptidnog lanca. Ribosomi se odvajaju u sastavne podjedinice i prijevod je gotov.

Procesom prevođenja stvara se polipeptidni lanac koji još treba modificirati da bi mogao ispravno raditi kao novi protein. Primarna struktura a protein, njegov aminokiselinski slijed, predstavlja samo mali dio njegove eventualne funkcije.

Protein se modificira nakon prevođenja presavijanjem u određene oblike, što je postupak koji se često događa spontano zahvaljujući elektrostatičkim interakcijama između aminokiselina u nesusjednim mjestima duž polipeptidni lanac.

Ribosomi su sjajni radnici, ali nisu inženjeri za kontrolu kvalitete. Oni mogu stvoriti proteine ​​samo iz predloška mRNA koji im je dan. Ne mogu otkriti pogreške u tom predlošku. Stoga bi pogreške u prijevodu bile neizbježne čak i u svijetu savršeno funkcionirajućih ribosoma.

Mutacije koje mijenjaju jedan amino mogu poremetiti funkciju proteina, poput mutacije koja uzrokuje anemiju srpastih stanica. Mutacije koje dodaju ili brišu osnovni par mogu odbaciti čitav tripletni kôd tako da će većina ili sve sljedeće aminokiseline također biti u krivu.

Mutacije bi mogle stvoriti rani STOP kodon, što znači da se sintetizira samo dio proteina. Sva ta stanja mogu biti oslabljujuća do različitog stupnja, a pokušaj pobjeđivanja urođenih pogrešaka predstavlja trajni i složeni izazov za medicinske istraživače.