Tłumaczenie (biologia): definicja, kroki, diagram

DNA(kwas dezoksyrybonukleinowy) jest materiałem genetycznym całego znanego życia, od najprostszej jednokomórkowej bakterii do najwspanialszego pięciotonowego słonia na równinie afrykańskiej. „Materiał genetyczny” odnosi się do cząsteczek, które zawierają dwa ważne zestawy instrukcji: jeden dla tworzenie białek na bieżące potrzeby komórki, a pozostałe na robienie kopii samych siebielub replikacji, tak aby dokładnie ten sam kod genetyczny mógł być wykorzystany przez przyszłe pokolenia komórek.

Utrzymanie komórki przy życiu wystarczająco długo, aby mogła się rozmnażać, wymaga bardzo wielu z tych produktów białkowych, które DNA porządkuje przez mRNA (przesyłający kwas rybonukleinowy) tworzy jako wysłannik do rybosomów, gdzie faktycznie syntetyzowane są białka.

Nazywa się kodowanie informacji genetycznej przez DNA do informacyjnego RNA transkrypcja, natomiast tworzenie białek na podstawie kierunków z mRNA nazywa się tłumaczenie.

Tłumaczenie polega na sklejaniu białka poprzez wiązania peptydowe, tworząc długie łańcuchy

Synteza białek podczas translacji obejmuje skoordynowane spotkanie mRNA, kompleksów aminoacylo-tRNA i pary podjednostek rybosomalnych, między innymi.

Kwasy nukleinowe składają się z powtarzających się podjednostek lub monomerów, zwanych nukleotydy. Każdy nukleotyd składa się z trzech odrębnych składników: a ryboza (pięciowęglowy) cukier, od jednego do trzech grupy fosforanowe i zasada azotowa.

Każdy kwas nukleinowy ma jeden z cztery możliwe podstawy w każdym nukleotydzie, z których dwie to puryny, a dwie to pirymidyny. Różnice w zasadach między nukleotydami nadają różnym nukleotydom ich zasadniczy charakter.

Nukleotydy mogą istnieć poza kwasami nukleinowymi iw rzeczywistości niektóre z tych nukleotydów mają kluczowe znaczenie dla całego metabolizmu. Nukleotydy adenozynodifosforanu (ADP) i trifosforan adenozyny (ATP) leżą u podstaw równań, w których energia do wykorzystania przez komórki jest pozyskiwana z wiązań chemicznych składników odżywczych.

Nukleotydy w kwasy nukleinowemają jednak tylko jeden fosforan, który jest dzielony z następnym nukleotydem w nici kwasu nukleinowego.

Na poziomie molekularnym DNA różni się od RNA na dwa sposoby. Jednym z nich jest to, że cukier w DNA jest dezoksyryboza, podczas gdy w RNA jest to ryboza (stąd ich nazwy). Deoksyryboza różni się od rybozy tym, że zamiast grupy hydroksylowej (-OH) w pozycji atomu węgla 2, ma atom wodoru (-H). Tak więc deoksyryboza jest jednym atomem tlenu mniej od rybozy, stąd „deoksy”.

Druga strukturalna różnica między kwasami nukleinowymi polega na składzie ich zasady azotowe. Zarówno DNA, jak i RNA zawierają dwie zasady purynowe, adeninę (A) i guaninę (G), a także cytozynę zasady pirymidynowej (C). Ale podczas gdy drugą zasadą pirymidynową w DNA jest tymina (T) w RNA, tą zasadą jest uracyl (U).

Jak to się dzieje, w kwasach nukleinowych A wiąże się tylko z T (lub U, jeśli cząsteczką jest RNA), a C wiąże się tylko z G. Ten specyficzny i wyjątkowy komplementarne parowanie baz układ jest wymagany do prawidłowego przekazywania informacji DNA do informacji mRNA w transkrypcji i informacji mRNA do informacji tRNA podczas translacji.

Na poziomie bardziej makro, DNA jest dwuniciowy, podczas gdy RNA jest jednoniciowy. W szczególności DNA przybiera formę podwójnej helisy, która jest jak drabina skręcona w różnych kierunkach na obu końcach.

Nici są związane na każdym nukleotydzie przez ich odpowiednie zasady azotowe. Oznacza to, że nukleotyd niosący „A” może mieć tylko nukleotyd niosący „T” na swoim nukleotydzie „partnera”. Oznacza to, że w sumie dwie nici DNA są uzupełniający do siebie.

Cząsteczki DNA mogą składać się z tysięcy zasad (lub dokładniej, pary zasad) długo. W rzeczywistości człowiek chromosom to nic innego jak pojedyncza, bardzo długa nić DNA połączona z dużą ilością białka. Z drugiej strony cząsteczki RNA wszystkich typów wydają się być stosunkowo małe.

Ponadto DNA znajduje się przede wszystkim w jądrach eukariontów, ale także w mitochondriach i chloroplastach. Z drugiej strony większość RNA znajduje się w jądrze i cytoplazmie. Ponadto, jak wkrótce zobaczysz, RNA występuje w różnych typach.

RNA występuje w trzech podstawowych typach. Pierwszy to mRNA, który powstaje z matrycy DNA podczas transkrypcji w jądrze. Po zakończeniu nić mRNA wydostaje się z jądra przez por w otoczce jądrowej i nawija, kierując pokaz na rybosom, miejsce translacja białek.

Drugi rodzaj RNA to transfer RNA (tRNA). Jest to mniejsza cząsteczka kwasu nukleinowego i występuje w 20 podtypach, po jednym dla każdego aminokwasu. Jego celem jest przeniesienie „przypisanego” aminokwasu do miejsca translacji na rybosomie, tak aby można go było dodać do rosnącego łańcucha polipeptydowego (małe białko, często w toku).

Trzeci typ RNA to rybosomalny RNA (rRNA). Ten typ RNA stanowi znaczną część masy rybosomów, a białka specyficzne dla rybosomów stanowią resztę masy.

Często cytowanym „centralnym dogmatem” biologii molekularnej jest: DNA do RNA do białka. Sformułowane jeszcze bardziej zwięźle, można by to ująć transkrypcja do tłumaczenia. Transkrypcja jest pierwszym ostatecznym krokiem w kierunku syntezy białek i jest jedną z bieżących potrzeb każdej komórki.

Proces ten rozpoczyna się od rozwinięcia cząsteczki DNA na pojedyncze nici, aby enzymy i nukleotydy uczestniczące w transkrypcji miały miejsce, aby przenieść się na scenę.

Następnie, wzdłuż jednej z nici DNA, nić mRNA jest składana za pomocą enzymu polimerazy RNA. Ta nić mRNA ma sekwencję zasad komplementarną do sekwencji nici matrycy, z wyjątkiem faktu, że U pojawia się wszędzie tam, gdzie T pojawiłoby się w DNA.

• Na przykład, jeśli sekwencja DNA podlegająca transkrypcji to ATTCGCGGTATGTC, to uzyskana nić mRNA będzie miała sekwencję UAAGCGCCAUACAG.

Kiedy nić mRNA jest syntetyzowana, pewne odcinki DNA, zwane intronami, są ostatecznie wycinane z sekwencji mRNA, ponieważ nie kodują żadnych produktów białkowych. Tylko te części nici DNA, które faktycznie coś kodują, zwane eksonami, mają udział w końcowej cząsteczce mRNA.

Do udanej translacji potrzebne są różne struktury w miejscu syntezy białek.

Rybosom: Każdy rybosom składa się z małej podjednostki rybosomalnej i dużej podjednostki rybosomalnej. Istnieją one jako para dopiero po rozpoczęciu tłumaczenia. Zawierają dużą ilość rRNA oraz białka. Są to jedne z niewielu składników komórkowych, które występują zarówno u prokariontów, jak i eukariontów.

mRNA: Ta cząsteczka przenosi bezpośrednie instrukcje z DNA komórki, aby wytworzyć określone białko. Jeśli DNA można traktować jako plan całego organizmu, nić mRNA zawiera wystarczająco dużo informacji, aby stworzyć jeden decydujący składnik tego organizmu.

tRNA: Ten kwas nukleinowy tworzy wiązania z aminokwasami na zasadzie jeden do jednego, tworząc tak zwane kompleksy aminoacylo-tRNA. Oznacza to po prostu, że taksówka (tRNA) przewozi obecnie swojego zamierzonego i jedynego rodzaju pasażera (konkretny aminokwas) spośród 20 „typów” ludzi w pobliżu.

Aminokwasy: Są to małe kwasy z grupą aminową (-NH₂), grupę kwasu karboksylowego (-COOH) i łańcuch boczny związany z centralnym atomem węgla wraz z atomem wodoru. Co ważne, kody dla każdego z 20 aminokwasów są przenoszone w grupach trzech zasad mRNA zwanych kodony trypletowe.

Tłumaczenie opiera się na stosunkowo prostym kodzie tripletowym. Weź pod uwagę, że każda grupa trzech kolejnych zasad może zawierać jedną z 64 możliwych kombinacji (na przykład AAG, CGU itp.), ponieważ cztery podniesione do trzeciej potęgi to 64.

Oznacza to, że jest więcej niż wystarczająca liczba kombinacji, aby wygenerować 20 aminokwasów. W rzeczywistości byłoby możliwe, aby więcej niż jeden kodon kodował ten sam aminokwas.

Tak jest w rzeczywistości. Niektóre aminokwasy są syntetyzowane z więcej niż jednego kodonu. Na przykład leucyna jest powiązana z sześcioma odrębnymi sekwencjami kodonów. Kod tripletowy jest tym „zdegenerowanym”.

Co jednak ważne, tak nie jest zbędny. To jest podobnie kodon mRNA Nie mogę kod dla więcej niż jeden aminokwas.

Fizycznym miejscem translacji we wszystkich organizmach jest rybosom. Niektóre części rybosomu mają również właściwości enzymatyczne.

Tłumaczenie u prokariontów zaczyna się od inicjacja poprzez sygnał czynnika inicjacji z kodonu odpowiednio zwanego kodonem START. Jest to nieobecne u eukariontów, a zamiast tego pierwszym wybranym aminokwasem jest metionina, kodowana przez AUG, która działa jako rodzaj kodonu START.

Gdy każdy dodatkowy trzysegmentowy pasek mRNA jest odsłonięty na powierzchni rybosomu, tRNA niosące żądany aminokwas wędruje na scenę i spada ze swojego pasażera. To miejsce wiązania nazywa się miejscem „A” rybosomu.

Ta interakcja zachodzi na poziomie molekularnym, ponieważ te cząsteczki tRNA mają sekwencje zasad komplementarne do nadchodzącego mRNA, a zatem łatwo wiążą się z mRNA.

w wydłużenie W fazie translacji rybosom porusza się o trzy zasady, proces zwany translacją. To odsłania miejsce „A” na nowo i prowadzi do przesunięcia polipeptydu, niezależnie od jego długości w tym eksperymencie myślowym, do miejsca „P”.

Kiedy nowy kompleks aminoacylo-tRNA dociera do miejsca „A”, cały łańcuch polipeptydowy jest usuwany z miejsce „P” i przyłączony do aminokwasu, który właśnie został zdeponowany w miejscu „A”, poprzez peptyd więź. Tak więc, gdy translokacja rybosomu w dół „ścieżki” cząsteczki mRNA nastąpi ponownie, cykl zostanie zakończony i rosnący łańcuch polipeptydowy jest teraz dłuższy o jeden aminokwas.

w zakończenie W fazie rybosom napotyka jeden z trzech kodonów terminacji lub kodonów STOP, które są włączane do mRNA (UAG, UGA i UAA). To powoduje, że nie tRNA, ale substancje zwane czynnikami uwalniania gromadzą się w miejscu, a to prowadzi do uwolnienia łańcucha polipeptydowego. Rybosomy rozdzielają się na podjednostki składowe i translacja jest zakończona.

Proces translacji tworzy łańcuch polipeptydowy, który wciąż wymaga modyfikacji, zanim będzie mógł działać prawidłowo jako nowe białko. Pierwotna struktura białko, jego sekwencja aminokwasowa, reprezentuje tylko niewielką część jego ostatecznej funkcji.

Białko jest modyfikowane po translacji poprzez składanie go w określone kształty, co często zachodzi spontanicznie dzięki oddziaływaniom elektrostatycznym między aminokwasami w niesąsiadujących miejscach wzdłuż łańcuch polipeptydowy.

Rybosomy są świetnymi pracownikami, ale nie są inżynierami kontroli jakości. Mogą tworzyć białka tylko z podanej matrycy mRNA. Nie są w stanie wykryć błędów w tym szablonie. Dlatego błędy w tłumaczeniu byłyby nieuniknione nawet w świecie doskonale funkcjonujących rybosomów.

Mutacje zmiana pojedynczego aminokwasu może zakłócić funkcję białka, taką jak mutacja powodująca anemię sierpowatą. Mutacje, które dodają lub usuwają parę zasad, mogą odrzucić cały kod trypletowy, tak że większość lub wszystkie kolejne aminokwasy również będą błędne.

Mutacje mogą stworzyć wczesny kodon STOP, co oznacza, że ​​syntetyzowana jest tylko część białka. Wszystkie te stany mogą być w różnym stopniu wyniszczające, a próba pokonania wrodzonych błędów, takich jak te, stanowi ciągłe i złożone wyzwanie dla badaczy medycyny.