Oversettelse (biologi): definisjon, trinn, diagram

DNA(deoksyribonukleinsyre) er det genetiske materialet i alt kjent liv fra de enkleste encellede bakteriene til den mest fantastiske fem-tonns elefanten på den afrikanske sletten. "Genetisk materiale" refererer til molekylene som inneholder to viktige sett med instruksjoner: ett for lage proteiner for cellens nåværende behov, og den andre for lage kopier av seg selv, eller replikering, slik at nøyaktig samme genetiske kode kan brukes av fremtidige generasjoner av celler.

Å holde cellen i live lenge nok til å reprodusere krever veldig mange av disse proteinproduktene, som DNA bestiller via mRNA (messenger ribonukleinsyre) det skaper som utsending til ribosomene, der proteiner faktisk blir syntetisert.

Koding av genetisk informasjon av DNA til messenger RNA kalles transkripsjon, mens produksjon av proteiner på grunnlag av retninger fra mRNA kalles oversettelse.

Oversettelse innebærer brostein sammen av proteiner via peptidbindinger for å danne lange kjeder av aminosyrer eller monomerene i denne ordningen. 20 forskjellige aminosyrer eksisterer, og menneskekroppen trenger noen av hver og en av disse for å overleve.

Proteinsyntesen i oversettelse innebærer et koordinert møte med mRNA, aminoacyl-tRNA-komplekser og et par ribosomale underenheter, blant andre spillere.

Nukleinsyrer består av gjentatte underenheter, eller monomerer, kalt nukleotider. Hvert nukleotid består av tre forskjellige komponenter: a ribose (fem karbon) sukker, en til tre fosfatgrupper og en nitrogenholdig base.

Hver nukleinsyre har en av fire mulige baser i hvert nukleotid, hvorav to er puriner og to av dem er pyrimidiner. Forskjellene i basene mellom nukleotider er det som gir forskjellige nukleotider deres essensielle karakter.

Nukleotider kan eksistere utenfor nukleinsyrer, og faktisk er noen av disse nukleotidene sentrale i hele stoffskiftet. Nukleotidene adenosindifosfat (ADP) og adenosintrifosfat (ATP) er kjernen i ligningene der energi til mobilbruk blir ekstrahert fra de kjemiske bindingene av næringsstoffer.

Nukleotidene i nukleinsyrerhar imidlertid bare ett fosfat, som deles med det neste nukleotidet i nukleinsyrestrengen.

På molekylært nivå skiller DNA seg fra RNA på to måter. Den ene er at sukkeret i DNA er deoksyribose, mens det i RNA er ribose (derav deres respektive navn). Deoksyribose skiller seg fra ribose ved at den har et hydrogenatom (-H) i stedet for å ha en hydroksyl (-OH) -gruppe i karbonposisjon nummer 2. Dermed er deoksyribose ett oksygenatom som mangler ribose, derav "deoksy."

Den andre strukturelle forskjellen mellom nukleinsyrene ligger i sammensetningen av deres nitrogenholdige baser. DNA og RNA inneholder begge de to purinbasene adenin (A) og guanin (G) samt pyrimidinbase-cytosin (C). Men mens den andre pyrimidinbasen i DNA er tymin (T) i RNA, er denne basen uracil (U).

Når det skjer, binder A i nukleinsyrer til og bare til T (eller U, hvis molekylet er RNA), og C binder til og bare til G. Dette spesifikke og unike utfyllende baseparring det kreves ordning for riktig overføring av DNA-informasjon til mRNA-informasjon i transkripsjon og mRNA-informasjon til tRNA-informasjon under oversettelse.

På et mer makronivå er DNA dobbeltstrenget mens RNA er enkeltstrenget. Spesielt tar DNA form av en dobbel helix, som er som en stige vridd i forskjellige retninger i begge ender.

Strengene er bundet ved hvert nukleotid av deres respektive nitrogenholdige baser. Dette betyr at et "A" -bærende nukleotid bare kan ha et "T" -bærende nukleotid på dets "partner" nukleotid. Dette betyr at de to DNA-strengene i sum er utfyllende til hverandre.

DNA-molekyler kan være tusenvis av baser (eller mer riktig, basepar) lang. Faktisk et menneske kromosom er ikke noe mer enn en eneste veldig lang DNA-streng kombinert med en god del protein. RNA-molekyler av alle typer har derimot en tendens til å være relativt små.

DNA finnes også primært i kjernene til eukaryoter, men også i mitokondrier og kloroplaster. Det meste av RNA finnes derimot i kjernen og cytoplasmaet. Som du snart vil se, kommer RNA også i forskjellige typer.

RNA kommer i tre primære typer. Den første er mRNA, som er laget av en DNA-mal under transkripsjon i kjernen. Når den er fullført, kommer mRNA-strengen seg ut av kjernen via en pore i kjernekonvolutten og slynger seg og styrer showet mot ribosomet, stedet for protein oversettelse.

Den andre typen RNA er overføre RNA (tRNA). Dette er et mindre nukleinsyremolekyl og kommer i 20 undertyper, en for hver aminosyre. Hensikten er å skyve sin "tildelte" aminosyre til oversettelsesstedet på ribosomet slik at den kan tilsettes den voksende polypeptidkjeden (lite protein, ofte i gang).

Den tredje typen RNA er ribosomalt RNA (rRNA). Denne typen RNA utgjør en betydelig brøkdel av massen av ribosomer med proteiner som er spesifikke for ribosomer som utgjør resten av massen.

Det ofte siterte "sentrale dogmet" av molekylærbiologi er DNA til RNA til protein. Uttrykt enda mer kortfattet, kan det bli sagt transkripsjon til oversettelse. Transkripsjon er det første definitive trinnet mot proteinsyntese og er en av de pågående nødvendighetene til en hvilken som helst celle.

Denne prosessen begynner med avviklingen av DNA-molekylet i enkle tråder, slik at enzymer og nukleotider som deltar i transkripsjon, har plass til å bevege seg til scenen.

Så, langs en av DNA-strengene, samles en streng av mRNA ved hjelp av enzymet RNA-polymerase. Denne mRNA-strengen har en basesekvens som er komplementær til malstrengen, bortsett fra at U vises hvor T vil vises i DNA.

• For eksempel, hvis DNA-sekvensen som gjennomgår transkripsjon er ATTCGCGGTATGTC, vil den resulterende strengen av mRNA inneholde sekvensen UAAGCGCCAUACAG.

Når en mRNA-streng blir syntetisert, skjøtes visse lengder av DNA, kalt introner, til slutt ut av mRNA-sekvensen fordi de ikke koder for noen proteinprodukter. Bare delene av DNA-strengen som faktisk koder for noe, kalt exons, bidrar til det endelige mRNA-molekylet.

Ulike strukturer er nødvendig på stedet for proteinsyntese for vellykket oversettelse.

Ribosomet: Hvert ribosom er laget av en liten ribosomal underenhet og en stor ribosomal underenhet. Disse eksisterer bare som et par når oversettelsen begynner. De inneholder en stor mengde rRNA samt protein. Dette er en av de få cellekomponentene som finnes i både prokaryoter og eukaryoter.

mRNA: Dette molekylet har direkte instruksjoner fra cellens DNA for å produsere et spesifikt protein. Hvis DNA kan betraktes som plan for hele organismen, inneholder en streng av mRNA akkurat nok informasjon til å gjøre en avgjørende komponent i den organismen.

tRNA: Denne nukleinsyren danner bindinger med aminosyrer på en-til-en-basis for å danne det som kalles aminoacyl-tRNA-komplekser. Dette betyr bare at drosjen (tRNA) for tiden bærer sin tiltenkte og eneste type passasjer (den spesifikke aminosyren) blant de 20 "typene" mennesker i nærheten.

Aminosyrer: Dette er små syrer med en amino (-NH₂gruppe, en karboksylsyre (-COOH) gruppe, og en sidekjede bundet til et sentralt karbonatom sammen med et hydrogenatom. Viktigere er at koder for hver av de 20 aminosyrene bæres i grupper på tre mRNA-baser som kalles triplettkodoner.

Oversettelse er basert på en relativt enkel triplettkode. Tenk at en hvilken som helst gruppe på tre påfølgende baser kan inkludere en av 64 mulige kombinasjoner (for eksempel AAG, CGU, etc.), fordi fire hevet til tredje kraft er 64.

Dette betyr at det er mer enn nok kombinasjoner for å generere 20 aminosyrer. Faktisk ville det være mulig for mer enn ett kodon å kode for den samme aminosyren.

Dette er faktisk tilfelle. Noen aminosyrer syntetiseres fra mer enn ett kodon. For eksempel er leucin assosiert med seks forskjellige kodonsekvenser. Triplettkoden er denne "degenererte".

Det er viktig at det ikke er det overflødig. Det er det samme mRNA-kodon kan ikke kode for mer enn en aminosyre.

Det fysiske stedet for oversettelse i alle organismer er ribosom. Noen deler av ribosomet har også enzymatiske egenskaper.

Oversettelse i prokaryoter begynner med innvielse via et initieringsfaktorsignal fra et kodon passende kalt START-kodonen. Dette er fraværende i eukaryoter, og i stedet er den første aminosyren som er valgt metionin, kodet for av AUG, som fungerer som en slags START-kodon.

Når hver ekstra tre-segmentstrimmel av mRNA blir eksponert på overflaten av ribosomet, vandrer et tRNA med den påkalte aminosyren inn på scenen og slipper av passasjeren. Dette bindingsstedet kalles ribosomets "A" -sted.

Denne interaksjonen skjer på molekylært nivå fordi disse tRNA-molekylene har basesekvenser som er komplementære til det innkommende mRNA og dermed lett binder til mRNA.

I forlengelse fase av translasjon, beveger ribosomet seg med tre baser, en prosess som kalles translation. Dette avslører "A" -stedet på nytt og fører til at polypeptidet, uansett lengde i dette tankeeksperimentet, blir flyttet til "P" -stedet.

Når et nytt aminoacyl-tRNA-kompleks ankommer "A" -stedet, fjernes hele polypeptidkjeden fra "P" -stedet og festet til aminosyren som nettopp har blitt avsatt på "A" -stedet via et peptid knytte bånd. Dermed når translokasjonen av ribosomet nedover "sporet" til mRNA-molekylet skjer igjen, vil en syklus være fullført, og den voksende polypeptidkjeden er nå lenger av en aminosyre.

I avslutning fase, møter ribosomet en av tre termineringskodoner, eller STOP-kodoner, som er innlemmet i mRNA (UAG, UGA og UAA). Dette fører ikke til tRNA, men stoffer som kalles frigjøringsfaktorer strømmer til stedet, og dette fører til frigjøring av polypeptidkjeden. Ribosomene skiller seg ut i deres bestanddeler, og oversettelsen er fullført.

Prosessen med translasjon skaper en polypeptidkjede som fortsatt må modifiseres før den kan fungere som et nytt protein. Den primære strukturen til en protein, dets aminosyresekvens, representerer bare en liten del av den endelige funksjonen.

Proteinet modifiseres etter oversettelse ved å brette det til bestemte former, en prosess som ofte oppstår spontant på grunn av elektrostatiske interaksjoner mellom aminosyrer i ikke-nærliggende flekker langs polypeptidkjede.

Ribosomer er gode arbeidere, men de er ikke ingeniører for kvalitetskontroll. De kan bare lage proteiner fra mRNA-malen de får. De klarer ikke å oppdage feil i den malen. Derfor vil feil i oversettelse være uunngåelig selv i en verden med perfekt fungerende ribosomer.

Mutasjoner som endrer en enkelt amino kan forstyrre proteinfunksjonen, for eksempel mutasjonen som forårsaker sigdcelleanemi. Mutasjoner som legger til eller sletter et basepar kan kaste hele triplettkoden av, slik at de fleste eller alle påfølgende aminosyrer også blir feil.

Mutasjoner kan skape en tidlig STOP-kodon, noe som betyr at bare en del av proteinet blir syntetisert. Alle disse forholdene kan være svekkende i forskjellige grader, og forsøk på å erobre medfødte feil som disse representerer en pågående og kompleks utfordring for medisinske forskere.