Tulkošana (bioloģija): definīcija, soļi, diagramma

DNS(dezoksiribonukleīnskābe) ir visas zināmās dzīves ģenētiskais materiāls, sākot no visvienkāršākajām vienšūnu baktērijām un beidzot ar lieliskāko piecu tonnu ziloņu Āfrikas līdzenumā. "Ģenētiskais materiāls" attiecas uz molekulām, kas satur divas svarīgas instrukciju kopas: vienu - olbaltumvielu ražošana šūnas pašreizējām vajadzībām, bet otra - veidojot sev kopijasvai atkārtojas, lai nākamās paaudzes šūnas varētu izmantot tieši to pašu ģenētisko kodu.

Šūnas uzturēšanai dzīvai pietiekami ilgi, lai reproducētu, ir nepieciešami ļoti daudzi no šiem olbaltumvielu produktiem, kurus DNS pasūta caur mRNS (kurjera ribonukleīnskābe) tas rada sūtni ribosomās, kur faktiski sintezē olbaltumvielas.

Tiek saukta DNS ģenētiskās informācijas kodēšana kurjera RNS transkripcija, savukārt tiek saukta olbaltumvielu ražošana, pamatojoties uz virzieniem no mRNS tulkojums.

Tulkošana ir saistīta ar olbaltumvielas caur peptīdu saitēm, veidojot garās ķēdes aminoskābes vai monomēri šajā shēmā. Pastāv 20 dažādas aminoskābes, un cilvēka ķermenim ir vajadzīgas dažas no tām, lai izdzīvotu.

Olbaltumvielu sintēze tulkojumā ietver citu spēlētāju koordinētu mRNS, aminoacil-tRNS kompleksu un pāris ribosomu apakšvienību tikšanos.

Nukleīnskābes sastāv no atkārtotām apakšvienībām jeb monomēriem, ko sauc nukleotīdi. Katrs nukleotīds sastāv no trim atsevišķām sastāvdaļām: a riboze (piecu oglekļa) cukura, viens līdz trīs fosfātu grupas un a slāpekļa bāze.

Katrai nukleīnskābei ir viena no šīm grupām: četras iespējamās bāzes katrā nukleotīdā, no kuriem divi ir purīni un divi - pirimidīni. Bāzes atšķirības starp nukleotīdiem ir tas, kas dažādiem nukleotīdiem piešķir to būtisko raksturu.

Nukleotīdi var pastāvēt ārpus nukleīnskābēm, un patiesībā daži no šiem nukleotīdiem ir galvenie visā metabolismā. Nukleotīdi adenozīna difosfāts (ADP) un adenozīna trifosfāts (ATP) ir to vienādojumu pamatā, kuros enerģiju šūnu izmantošanai iegūst no barības vielu ķīmiskajām saitēm.

Nukleotīdi nukleīnskābestomēr ir tikai viens fosfāts, kas ir kopīgs ar nākamo nukleotīdu nukleīnskābes virknē.

Molekulārā līmenī DNS no RNS atšķiras divos veidos. Viens ir tas, ka cukurs DNS ir dezoksiriboze, turpretī RNS tā ir riboze (tātad to attiecīgie nosaukumi). Dezoksiriboze atšķiras no ribozes ar to, ka tā vietā, lai tajā būtu hidroksilgrupa (-OH) skaitļa-2 oglekļa stāvoklī, tai ir ūdeņraža atoms (-H). Tādējādi dezoksiribozei ir viens skābekļa atoms, kas pietrūkst ribozei, līdz ar to "dezoksi".

Otra strukturālā atšķirība starp nukleīnskābēm ir to sastāvā slāpekļa bāzes. DNS un RNS satur abas purīna bāzes adenīnu (A) un guanīnu (G), kā arī pirimidīna bāzes citozīnu (C). Bet, kamēr otrā pirimidīna bāze DNS ir timīns (T) RNS, šī bāze ir uracils (U).

Kā tas notiek, nukleīnskābēs A saistās un tikai ar T (vai U, ja molekula ir RNS), un C saistās tikai ar G. Šis specifiskais un unikālais papildu bāzes savienošana pārī vienošanās ir nepieciešama pareizai DNS informācijas pārraidei uz mRNS informāciju transkripcijā un mRNS informācijai uz tRNS informāciju tulkošanas laikā.

Makro līmenī vairāk DNS ir divšķautņains, bet RNS ir viena virkne. Konkrēti, DNS izpaužas kā dubultā spirāle, kas ir kā kāpnes, kas savītas dažādos virzienos abos galos.

Virsmas katrā nukleotīdā ir saistītas ar to attiecīgajām slāpekļa bāzēm. Tas nozīmē, ka "A" nesošajam nukleotīdam "partnera" nukleotīdā var būt tikai "T" nesošs nukleotīds. Tas nozīmē, ka kopumā abi DNS pavedieni ir papildinošs viens otram.

DNS molekulas var būt tūkstošiem bāzu (vai pareizāk sakot, bāzes pāri) garš. Patiesībā cilvēks hromosomu ir nekas cits kā viena ļoti gara DNS virkne kopā ar lielu daudzumu olbaltumvielu. Turpretī visu veidu RNS molekulas mēdz būt salīdzinoši mazas.

Arī DNS galvenokārt atrodas eikariotu kodolos, bet arī mitohondrijos un hloroplastos. Turpretī lielākā daļa RNS ir atrodama kodolā un citoplazmā. Turklāt, kā jūs drīz redzēsit, RNS ir dažādu veidu.

RNS ir trīs galvenie veidi. Pirmais ir mRNS, kas tiek izgatavots no DNS šablona transkripcijas laikā kodolā. Kad mRNS virkne ir pabeigta, tā iziet no kodola caur poru kodola apvalkā un beidzas, virzot izrādi ribosomā, olbaltumvielu tulkošana.

Otrais RNS veids ir nodot RNS (tRNS). Šī ir mazāka nukleīnskābes molekula, un tai ir 20 apakštipi, pa vienam katrai aminoskābei. Tās mērķis ir pārvietot savu "piešķirto" aminoskābi uz translācijas vietu uz ribosomas, lai to varētu pievienot augošajai polipeptīdu (maza olbaltumviela, kas bieži vien ir procesā) ķēdē.

Trešais RNS veids ir ribosomu RNS (rRNS). Šāda veida RNS veido ievērojamu ribosomu masas daļu ar proteīniem, kas raksturīgi ribosomām, kas veido pārējo masu.

Molekulārās bioloģijas bieži citētā "centrālā dogma" ir DNS uz RNS līdz olbaltumvielām. Var formulēt vēl kodolīgāk transkripcija tulkošanai. Transkripcija ir pirmais galīgais solis ceļā uz olbaltumvielu sintēzi un ir viena no nepārtrauktām jebkuras šūnas vajadzībām.

Šis process sākas ar DNS molekulas atritināšanu atsevišķos pavedienos, lai fermentiem un nukleotīdiem, kas piedalās transkripcijā, būtu iespējas pāriet uz skatuvi.

Tad gar vienu no DNS pavedieniem ar fermenta RNS polimerāzes palīdzību tiek salikta mRNS virkne. Šai mRNS virknei ir bāzes secība, kas papildina matricas virknes secību, izņemot faktu, ka U parādās visur, kur T parādās DNS.

• Piemēram, ja DNS sekvence, kas tiek pārrakstīta, ir ATTCGCGGTATGTC, tad iegūtajai mRNS virknei būtu sekvence UAAGCGCCAUACAG.

Kad tiek sintezēta mRNS virkne, noteikti DNS garumi, saukti par introniem, galu galā tiek izdalīti no mRNS sekvences, jo tie nekodē nekādus olbaltumvielu produktus. Tikai tās DNS virknes daļas, kas faktiski kaut ko kodē, ko sauc par eksoniem, veicina galīgo mRNS molekulu.

Olbaltumvielu sintēzes vietā veiksmīgai tulkošanai ir nepieciešamas dažādas struktūras.

Ribosoma: Katra ribosoma ir izgatavota no mazas ribosomu apakšvienības un lielas ribosomu apakšvienības. Tie pastāv tikai kā pāris, tiklīdz tiek sākta tulkošana. Tie satur lielu daudzumu rRNS, kā arī olbaltumvielas. Šie ir vieni no nedaudzajiem šūnu komponentiem, kas pastāv gan prokariotos, gan eikariotos.

mRNS: Šai molekulai ir tiešas instrukcijas no šūnas DNS, lai ražotu noteiktu olbaltumvielu. Ja DNS var uzskatīt par visa organisma plānu, mRNS virkne satur tikai pietiekami daudz informācijas, lai izveidotu vienu šī organisma izšķirošo sastāvdaļu.

tRNS: Šī nukleīnskābe izveido saites ar aminoskābēm viens pret vienu, veidojot tā sauktos aminoacil-tRNS kompleksus. Tas tikai nozīmē, ka taksometrs (tRNS) pašlaik pārvadā sev paredzēto un vienīgo pasažiera veidu (konkrētā aminoskābe) no 20 tuvumā esošo "cilvēku" tipiem.

Aminoskābes: Tās ir mazas skābes ar amino (-NH₂) grupa, karbonskābes (-COOH) grupa un sānu ķēde, kas savienota ar centrālo oglekļa atomu kopā ar ūdeņraža atomu. Svarīgi ir tas, ka katras no 20 aminoskābēm kodi tiek nēsāti trijās sauktās mRNS bāzes grupās tripletu kodoni.

Tulkojums ir balstīts uz salīdzinoši vienkāršu tripleta kodu. Apsveriet, ka jebkura trīs secīgu bāzu grupa var ietvert vienu no 64 iespējamām kombinācijām (piemēram, AAG, CGU utt.), Jo četras paaugstinātas līdz trešajai pakāpei ir 64.

Tas nozīmē, ka ir vairāk nekā pietiekami daudz kombināciju, lai radītu 20 aminoskābes. Faktiski būtu iespējams vairāk nekā vienam kodonam kodēt vienu un to pašu aminoskābi.

Faktiski tas tā ir. Dažas aminoskābes tiek sintezētas no vairāk nekā viena kodona. Piemēram, leicīns ir saistīts ar sešām atšķirīgām kodona sekvencēm. Trīskāršais kods ir šis "deģenerāts".

Tomēr ir svarīgi, ka tā nav lieks. Tas ir, tāpat mRNS kodons nevar kods Vairāk par vienu aminoskābe.

Visu organismu tulkošanas fiziskā vieta ir ribosoma. Dažām ribosomas daļām ir arī fermentatīvas īpašības.

Tulkošana prokariotos sākas ar uzsākšana izmantojot iniciācijas faktora signālu no kodona, ko attiecīgi sauc par START kodonu. Eukariotos tas nav, un tā vietā pirmā izvēlētā aminoskābe ir metionīns, ko kodē AUG, kas darbojas kā sava veida START kodons.

Kad katra papildu trīs segmentu mRNS sloksne tiek pakļauta ribosomas virsmai, tRNS, kurā ir pieprasītā aminoskābe, klīst uz skatuves un nomet savu pasažieri. Šo saistošo vietu sauc par ribosomas "A" vietu.

Šī mijiedarbība notiek molekulārā līmenī, jo šīm tRNS molekulām ir bāzes sekvences, kas ir komplementāras ienākošajai mRNS, un tādējādi viegli saistās ar mRNS.

Iekš pagarinājums tulkošanas fāzē, ribosoma pārvietojas pa trim bāzēm, procesu sauc par tulkošanu. Tas no jauna atklāj "A" vietu un noved pie tā, ka polipeptīds neatkarīgi no tā garuma šajā domas eksperimentā tiek novirzīts uz "P" vietni.

Kad "A" vietā nonāk jauns aminoacil-tRNS komplekss, visa polipeptīda ķēde tiek noņemta no "P" vieta un pievienota aminoskābei, kas tikko nogulsnēta "A" vietā, izmantojot peptīdu obligācija. Tādējādi, kad atkal notiks ribosomas translokācija pa mRNS molekulas "sliežu ceļu", cikls būs pabeigts, un augošā polipeptīda ķēde tagad ir garāka par vienu aminoskābi.

Iekš izbeigšana fāzē, ribosoma sastop vienu no trim terminācijas kodoniem vai STOP kodoniem, kas ir iekļauti mRNS (UAG, UGA un UAA). Tas noved pie vietas nevis tRNS, bet vielu, ko sauc par atbrīvošanas faktoriem, un tas noved pie polipeptīdu ķēdes izdalīšanās. Ribosomas atdalās to sastāvošās apakšvienībās, un tulkošana ir pabeigta.

Tulkošanas process rada polipeptīdu ķēdi, kas vēl ir jāmaina, pirms tā var pienācīgi darboties kā jauns proteīns. Primārā struktūra a olbaltumvielas, tā aminoskābju secība pārstāv tikai nelielu daļu no tā galīgās funkcijas.

Olbaltumviela tiek pārveidota pēc tulkošanas, saliekot to noteiktās formās, process, kas bieži notiek spontāni sakarā ar elektrostatisko mijiedarbību starp aminoskābēm blakus esošajos plankumos gar polipeptīdu ķēde.

Ribosomas ir lieliski darbinieki, taču tie nav kvalitātes kontroles inženieri. Viņi var radīt olbaltumvielas tikai no tām piešķirtās mRNS veidnes. Viņi nespēj atklāt kļūdas šajā veidnē. Tāpēc kļūdas tulkošanā būtu neizbēgamas pat perfekti funkcionējošu ribosomu pasaulē.

Mutācijas kas izmaina vienu amino, var izjaukt olbaltumvielu darbību, piemēram, mutāciju, kas izraisa sirpjveida šūnu anēmiju. Mutācijas, kas pievieno vai izdzēš bāzes pāri, var izmest visu tripleta kodu tā, ka arī lielākā daļa vai visas nākamās aminoskābes būs nepareizas.

Mutācijas varētu radīt agrīnu STOP kodonu, kas nozīmē, ka sintezējas tikai daļa olbaltumvielu. Visi šie apstākļi var būt novājinoši dažādās pakāpēs, un mēģinājumi iekarot iedzimtas kļūdas, piemēram, šīs, ir nepārtraukta un sarežģīta problēma medicīnas pētniekiem.