DNS(dezoxiribonukleinsav) az összes ismert élet genetikai anyaga a legegyszerűbb egysejtű baktériumoktól az afrikai síkság legpompásabb öt tonnás elefántjáig. A "genetikai anyag" olyan molekulákra utal, amelyek két fontos utasításkészletet tartalmaznak: az egyik a fehérjék készítése a cella aktuális szükségleteihez, a másik pedig a másolatokat készíteni magukról, vagy replikálódás, hogy pontosan ugyanazt a genetikai kódot használhassák a sejtek jövőbeli generációi.
A sejt elég sokáig életben tartásához a szaporodáshoz nagyon sok ilyen fehérjetermékre van szükség, amelyeket a DNS a mRNS (messenger ribonukleinsav) a riboszómák küldötteként hozza létre, ahol a fehérjék valóban szintetizálódnak.
A genetikai információ DNS általi kódolását messenger RNS-nek nevezzük átírás, míg a fehérjék előállítását az mRNS irányai alapján hívják fordítás.
A fordítás magában foglalja a fehérjék peptidkötéseken keresztül hosszú láncokat képeznek aminosavak vagy a monomerek ebben a sémában. 20 különféle aminosav létezik, és az emberi testnek szüksége van ezek mindegyikére a túléléshez.
A fehérjeszintézis a transzláció során magában foglalja az mRNS, aminoacil-tRNS-komplexek és egy pár riboszomális alegység összehangolt találkozását, többek között.
Nukleinsavak: áttekintés
A nukleinsavak ismétlődő alegységekből vagy monomerekből állnak, az úgynevezett nukleotidok. Minden nukleotid három különálló komponensből áll: a ribóz (öt széndioxid) cukor, egy-három foszfátcsoportok és a nitrogénes bázis.
Minden nukleinsavnak van egy négy lehetséges bázis minden nukleotidban, amelyek közül kettő purin, kettő pedig pirimidin. A nukleotidok közötti bázisok közötti különbségek adják a különböző nukleotidok alapvető jellegét.
A nukleotidok a nukleinsavakon kívül is létezhetnek, és valójában ezek közül néhány nukleotid központi szerepet játszik az anyagcserében. Az adenozin-difoszfát (ADP) és a nukleotidok adenozin-trifoszfát (ATP) azoknak az egyenleteknek a középpontjában állnak, amelyekben a sejtek felhasználására szolgáló energiát a tápanyagok kémiai kötéseiből nyerik ki.
A nukleotidok nukleinsavakazonban csak egy foszfátja van, amely megoszlik a nukleinsavszál következő nukleotidjával.
Alapvető különbségek a DNS és az RNS között
Molekuláris szinten a DNS két szempontból különbözik az RNS-től. Az egyik az, hogy a DNS-ben lévő cukor van dezoxiribóz, míg az RNS-ben ribóz (ezért a megfelelő nevük). A dezoxiribóz abban különbözik a ribóztól, hogy ahelyett, hogy a 2-es számú szénatomon hidroxil (-OH) csoport lenne, hidrogénatomja van (-H). Tehát a dezoxiribóz egy oxigénatom hiányzik a ribózból, ezért a "dezoxi".
A nukleinsavak közötti második strukturális különbség ezek összetételében rejlik nitrogénes bázisok. A DNS és az RNS egyaránt tartalmazza a két purinbázist: adenint (A) és guanint (G), valamint a pirimidin-bázis citozint (C). De míg a DNS-ben a második pirimidin bázis az RNS-ben a timin (T), ez a bázis uracil (U).
Ahogy előfordul, nukleinsavakban A kötődik és csak T-hez (vagy U-hoz kötődik, ha a molekula RNS), és C kötődik és csak G-hez. Ez a sajátos és egyedi kiegészítő alap párosítás elrendezésre van szükség a DNS-információk megfelelő átviteléhez a transzkripcióban lévő mRNS-információkhoz, az mRNS-információk pedig a transzláció során a tRNS-információkhoz.
Egyéb különbségek a DNS és az RNS között
Makróbb szinten a DNS kettős szálú, míg az RNS egyszálú. Pontosabban, a DNS kettős spirál formájában van, amely olyan, mint a két végén különböző irányba csavart létra.
A szálakat az egyes nukleotidokhoz a megfelelő nitrogénbázisok kötik. Ez azt jelenti, hogy egy "A" hordozó nukleotid csak "partner" nukleotidján lehet "T" hordozó nukleotidot tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy összegezve a két DNS-szál kiegészítő egymáshoz.
A DNS-molekulák bázisok ezrei lehetnek (vagy alappárok) hosszú. Valójában egy ember kromoszóma nem más, mint egyetlen nagyon hosszú DNS-szál sok fehérjével párosulva. Minden típusú RNS-molekula viszont viszonylag kicsi.
Ezenkívül a DNS elsősorban az eukarióták magjaiban található meg, de a mitokondriumokban és a kloroplasztokban is. A legtöbb RNS viszont a magban és a citoplazmában található. Továbbá, amint hamarosan meglátja, az RNS különféle típusú.
Az RNS típusai
Az RNS három elsődleges típusba tartozik. Az első az mRNS, amelyet egy DNS templátból készítenek a magban történő transzkripció során. Miután befejeződött, az mRNS-szál a mag burkolatában lévő póruson keresztül jut ki a magból, és a riboszómán, a fehérje transzláció.
A második típusú RNS az transzfer RNS (tRNS). Ez egy kisebb nukleinsavmolekula, és 20 altípusban van, egy-egy aminosavhoz. Célja, hogy a "hozzárendelt" aminosavat a riboszómán a transzláció helyére irányítsa, hogy hozzá lehessen adni a növekvő polipeptid (kis fehérje, gyakran folyamatban lévő) lánchoz.
A harmadik típusú RNS az riboszomális RNS (rRNS). Ez a fajta RNS a riboszómák tömegének jelentős részét teszi ki, a maradék tömegét alkotó riboszómákra jellemző fehérjékkel.
Fordítás előtt: mRNS-sablon létrehozása
A molekuláris biológia gyakran idézett "központi dogmája" az DNS-RNS-fehérje. Még tömörebben megfogalmazva lehet átírás fordításra. Átírás az első meghatározó lépés a fehérjeszintézis felé, és minden sejt egyik folyamatos szükséglete.
Ez a folyamat azzal kezdődik, hogy a DNS-molekula letekerik az egyes szálakat, így a transzkripcióban részt vevő enzimeknek és nukleotidoknak van helyük mozogni a helyszínre.
Ezután az egyik DNS-szál mentén az RNS-polimeráz enzim segítségével egy szál mRNS-t állítunk össze. Ennek az mRNS-szálnak a bázissorrendje komplementer a templátszáléval, kivéve azt a tényt, hogy U bárhol jelenik meg, ahol a T megjelenik a DNS-ben.
- Például, ha a transzkripción áteső DNS-szekvencia ATTCGCGGTATGTC, akkor a kapott mRNS-szál az UAAGCGCCAUACAG szekvenciát tartalmazza.
Amikor egy mRNS-szálat szintetizálnak, bizonyos hosszúságú DNS-t, az úgynevezett intronokat végül kikapcsolnak az mRNS-szekvenciából, mert nem kódolnak egyetlen fehérjeterméket sem. Csak a DNS-szál azon részei járulnak hozzá a végleges mRNS-molekulához, amelyek valóban kódolnak valamit.
Mi jár a fordításban
A sikeres transzlációhoz a fehérjeszintézis helyén különféle struktúrákra van szükség.
A riboszóma: Mindegyik riboszóma egy kis riboszomális alegységből és egy nagy riboszomális alegységből áll. Ezek csak akkor léteznek párként, ha a fordítás elkezdődik. Nagy mennyiségű rRNS-t, valamint fehérjét tartalmaznak. Ezek egyike azon kevés sejtkomponensnek, amelyek mind a prokariótákban, mind az eukariótákban léteznek.
mRNS: Ez a molekula közvetlen utasításokat hordoz a sejt DNS-étől egy adott fehérje előállításához. Ha a DNS-t az egész organizmus tervének lehet tekinteni, az mRNS-szál csak annyi információt tartalmaz, hogy a szervezet egyik meghatározó komponensét alkothassa.
tRNS: Ez a nukleinsav egy-egy alapon kötéseket alakít ki az aminosavakkal, hogy az úgynevezett aminoacil-tRNS-komplexeket képezze. Ez csak azt jelenti, hogy a taxi (tRNS) jelenleg a szándékolt és egyedüli utastípust (a sajátos aminosavat) szállítja a közelben lévő 20 "ember" közül.
Aminosavak: Ezek kis aminosavak (-NH2) csoport, egy karbonsav (-COOH) csoport és egy oldallánc, amely egy központi szénatomhoz és egy hidrogénatomhoz kapcsolódik. Fontos, hogy a 20 aminosav mindegyikének kódját az úgynevezett három mRNS-bázis csoportjában hordozzuk triplett kodonok.
Hogyan működik a fordítás?
Fordítás egy viszonylag egyszerű hármas kódon alapul. Vegyük fontolóra, hogy három egymást követő bázis bármely csoportja tartalmazhatja a 64 lehetséges kombináció egyikét (például AAG, CGU stb.), Mert négy a harmadik hatványra emelve 64.
Ez azt jelenti, hogy több mint elegendő kombináció létezik 20 aminosav előállításához. Valójában lehetséges, hogy egynél több kodon kódolja ugyanazt az aminosavat.
Valójában ez a helyzet. Néhány aminosavat több kodonból szintetizálnak. Például a leucin hat különböző kodonszekvenciához kapcsolódik. A hármas kód ez a "degenerátum".
Fontos azonban, hogy nem az felesleges. Ez a azonos mRNS kodon nem tud kódja több mint egy aminosav.
A fordítás mechanikája
A transzláció fizikai helye minden organizmusban a riboszómás. A riboszóma egyes részei szintén enzimatikus tulajdonságokkal bírnak.
A prokariótákban történő fordítás ezzel kezdődik megindítás, inicializálás a megfelelő kodonnak nevezett kodonból származó iniciációs faktor-jelen keresztül. Ez hiányzik az eukariótákból, és ehelyett az első kiválasztott aminosav az AUG által kódolt metionin, amely amolyan START-kodonként funkcionál.
Amint minden további háromszegmensű mRNS-csík ki van téve a riboszóma felszínén, az elhívott aminosavat hordozó tRNS elkalandozik a helyszínre, és ledobja utasát. Ezt a kötőhelyet nevezzük a riboszóma "A" helyének.
Ez a kölcsönhatás molekuláris szinten történik, mivel ezek a tRNS-molekulák bázissorrendjeik komplementerek a bejövő mRNS-sel, és így könnyen kötődnek az mRNS-hez.
A polipeptidlánc felépítése
Ban,-ben megnyúlás a transzláció fázisa, a riboszóma három bázissal mozog, a fordításnak nevezett folyamat. Ez újból feltárja az "A" helyet, és oda vezet, hogy a polipeptid, bármilyen hosszúságú is legyen ebben a gondolatkísérletben, a "P" helyre tolódik el.
Amikor új aminoacil-tRNS-komplex érkezik az "A" helyre, a teljes polipeptidláncot eltávolítják a "P" helyet, és az aminosavhoz kapcsolódik, amely az "A" helyen épp lerakódott egy peptiden keresztül kötvény. Így amikor a riboszóma transzlokációja az mRNS-molekula "pályáján" ismét megtörténik, egy ciklus befejeződik, és a növekvő polipeptidlánc egy aminosavval hosszabb.
Ban,-ben felmondás fázisban a riboszóma találkozik az mRNS-be beépített három terminációs kodon vagy STOP kodon egyikével (UAG, UGA és UAA). Ez nem tRNS-t, hanem felszabadulási faktoroknak nevezett anyagokat özönlik a helyre, és ez a polipeptidlánc felszabadulásához vezet. A riboszómák szétválnak alkotó alegységeikre, és a fordítás befejeződött.
Mi történik fordítás után
A transzláció folyamata létrehoz egy polipeptidláncot, amelyet még módosítani kell, mielőtt új fehérjeként megfelelően működhetne. Az a elsődleges szerkezete fehérjeaminosav-szekvenciája csak egy kis részét képviseli végső funkciójának.
A fehérje a transzláció után módosul úgy, hogy meghatározott alakzatokba hajtogatja, ez a folyamat gyakran előfordul spontán a nem szomszédos foltokban lévő aminosavak közötti elektrosztatikus kölcsönhatások miatt polipeptidlánc.
Hogyan befolyásolják a genetikai mutációk a fordítást
A riboszómák nagyszerű munkások, de nem minőségellenőrző mérnökök. Csak az általuk kapott mRNS-templátból hozhatnak létre fehérjéket. Nem képesek hibákat észlelni az adott sablonban. Ezért a fordítási hibák elkerülhetetlenek még a tökéletesen működő riboszómák világában is.
Mutációk amelyek egyetlen amino megváltoztatásával megzavarhatják a fehérje működését, például a sarlósejtes vérszegénységet okozó mutációt. Azok a mutációk, amelyek hozzáadnak vagy törölnek egy bázispárt, eldobhatják a teljes hármas kódot, így a legtöbb vagy az összes következő aminosav is téves lesz.
A mutációk korai STOP kodont hozhatnak létre, ami azt jelenti, hogy a fehérje csak egy része szintetizálódik. Mindezek a körülmények különböző mértékben legyengítőek lehetnek, és az ilyen jellegű veleszületett hibák elhárításának kísérlete folyamatos és összetett kihívást jelent az orvoskutatók számára.