Traducere (biologie): definiție, pași, diagramă

ADN(acidul dezoxiribonucleic) este materialul genetic al întregii vieți cunoscute, de la cele mai simple bacterii unicelulare până la cel mai magnific elefant de cinci tone de pe câmpia africană. „Material genetic” se referă la moleculele care conțin două seturi importante de instrucțiuni: una pentru producerea proteinelor pentru nevoile actuale ale celulei, iar celălalt pentru făcând copii de la sine, sau replicarea, astfel încât exact același cod genetic poate fi folosit de generațiile viitoare de celule.

Păstrarea celulei în viață suficient de mult timp pentru a se reproduce necesită multe dintre aceste produse proteice, pe care ADN-ul le comandă prin intermediul ARNm (acid ribonucleic mesager) se creează ca un trimis al ribozomilor, unde proteinele sunt de fapt sintetizate.

Se numește codificarea informațiilor genetice de către ADN în ARN mesager transcriere, în timp ce se numește fabricarea proteinelor pe baza direcțiilor de la ARNm traducere.

Traducerea implică îmbinarea împreună a proteine

Sinteza proteinelor în traducere implică o întâlnire coordonată de ARNm, complexe aminoacil-ARNt și o pereche de subunități ribozomale, printre alți jucători.

Acizii nucleici constau din subunități repetante, sau monomeri, numiți nucleotide. Fiecare nucleotidă este alcătuită din trei componente distincte: a riboză (cinci carboni) zahăr, unul până la trei grupe fosfat și a baza azotata.

Fiecare acid nucleic are unul patru baze posibile în fiecare nucleotidă, dintre care două sunt purine și două dintre acestea sunt pirimidine. Diferențele dintre bazele dintre nucleotide sunt cele care conferă nucleotidelor diferite caracterul lor esențial.

Nucleotidele pot exista în afara acizilor nucleici și, de fapt, unele dintre aceste nucleotide sunt centrale pentru tot metabolismul. Nucleotidele adenozin difosfat (ADP) și adenozin trifosfat (ATP) sunt în centrul ecuațiilor în care energia pentru utilizare celulară este extrasă din legăturile chimice ale nutrienților.

Nucleotidele din acizi nucleicicu toate acestea, au un singur fosfat, care este împărțit cu următoarea nucleotidă din catena de acid nucleic.

La nivel molecular, ADN diferă de ARN în două moduri. Una este că zahărul din ADN este dezoxiriboză, în timp ce în ARN este riboză (de unde și numele lor respective). Deoxiriboză diferă de riboză prin faptul că, în loc să aibă o grupare hidroxil (-OH) la poziția de carbon numărul 2, are un atom de hidrogen (-H). Astfel, dezoxiriboză este un atom de oxigen lipsit de riboză, deci „deoxi”.

A doua diferență structurală între acizii nucleici constă în compoziția lor baze azotate. ADN-ul și ARN-ul conțin cele două baze purinice adenină (A) și guanină (G), precum și citozina pirimidinică (C). Dar, în timp ce a doua bază pirimidinică din ADN este timina (T) din ARN, această bază este uracil (U).

Așa cum se întâmplă, în acizii nucleici, A se leagă de și numai de T (sau U, dacă molecula este ARN), iar C se leagă de și numai de G. Acest lucru specific și unic asocierea complementară a bazelor este necesară aranjarea pentru transmiterea corectă a informațiilor ADN către informațiile ARNm în transcripție și informațiile ARNm către informațiile ARNt în timpul traducerii.

La un nivel mai macro, ADN-ul este dublu catenar, în timp ce ARN este monocatenar. Mai exact, ADN-ul ia forma unei spirale duble, care este ca o scară răsucită în direcții diferite la ambele capete.

Catenele sunt legate la fiecare nucleotidă de bazele lor azotate respective. Aceasta înseamnă că o nucleotidă purtătoare "A" poate avea doar o nucleotidă purtătoare "T" pe ​​nucleotida sa "parteneră". Aceasta înseamnă că, în rezumat, cele două catene de ADN sunt complementar unul altuia.

Moleculele ADN pot fi mii de baze (sau mai corect, Perechi de baze) lung. De fapt, un om cromozom nu este altceva decât un singur fir foarte lung de ADN cuplat cu o cantitate mare de proteine. Moleculele de ARN de toate tipurile, pe de altă parte, tind să fie relativ mici.

De asemenea, ADN-ul se găsește în principal în nucleele eucariotelor, dar și în mitocondrii și cloroplaste. Majoritatea ARN-ului, pe de altă parte, se găsește în nucleu și citoplasmă. De asemenea, după cum veți vedea în curând, ARN-ul vine în diferite tipuri.

ARN vine în trei tipuri primare. Primul este ARNm, care este realizat dintr-un șablon de ADN în timpul transcrierii în nucleu. Odată finalizat, catena de ARNm iese din nucleu printr-un por din învelișul nuclear și se termină dirijând spectacolul către ribozom, locul traducerea proteinelor.

Al doilea tip de ARN este transfer de ARN (ARNt). Aceasta este o moleculă de acid nucleic mai mică și vine în 20 de subtipuri, câte unul pentru fiecare aminoacid. Scopul său este de a transfera aminoacidul „atribuit” la locul de translație de pe ribozom, astfel încât să poată fi adăugat la lanțul în creștere al polipeptidei (proteine ​​mici, deseori în curs de desfășurare).

Al treilea tip de ARN este ARN ribozomal (ARNr). Acest tip de ARN alcătuiește o fracțiune semnificativă din masa ribozomilor cu proteine ​​specifice ribozomilor care alcătuiesc restul masei.

„Dogma centrală” a biologiei moleculare este adesea citată ADN la ARN la proteină. Expresat chiar mai succint, s-ar putea spune transcriere la traducere. Transcriere este primul pas definitiv către sinteza proteinelor și este una dintre necesitățile continue ale oricărei celule.

Acest proces începe cu desfacerea moleculei de ADN în fire simple, astfel încât enzimele și nucleotidele care participă la transcripție să aibă loc pentru a se deplasa la scenă.

Apoi, de-a lungul uneia dintre catenele de ADN, o catenă de ARNm este asamblată cu ajutorul enzimei ARN polimerază. Această catenă de ARNm are o secvență de bază complementară cu cea a catenei șablon, cu excepția faptului că U apare oriunde ar apărea T în ADN.

• De exemplu, dacă secvența de ADN în curs de transcriere este ATTCGCGGTATGTC, atunci catena rezultată a ARNm va prezenta secvența UAAGCGCCAUACAG.

Atunci când o catenă de ARNm este sintetizată, anumite lungimi de ADN, numite introni, sunt în cele din urmă despicate din secvența de ARNm, deoarece nu codifică niciun produs proteic. Doar porțiunile din catena ADN care codifică de fapt ceva, numite exoni, contribuie la molecula finală de ARNm.

Sunt necesare diverse structuri la locul sintezei proteinelor pentru o traducere reușită.

Ribozomul: Fiecare ribozom este format dintr-o subunitate ribozomală mică și o subunitate ribozomală mare. Acestea există doar ca o pereche odată ce începe traducerea. Acestea conțin o cantitate mare de ARNr, precum și proteine. Acestea sunt una dintre puținele componente celulare care există atât în ​​procariote, cât și în eucariote.

ARNm: Această moleculă poartă instrucțiuni directe de la ADN-ul celulei pentru fabricarea unei proteine ​​specifice. Dacă ADN-ul poate fi considerat ca planul întregului organism, un fir de ARNm conține doar suficiente informații pentru a face o componentă decisivă a acelui organism.

ARNt: Acest acid nucleic formează legături cu aminoacizii pe o bază unu-la-unu pentru a forma ceea ce se numește complexe aminoacil-ARNt. Acest lucru înseamnă doar că taxiul (ARNt) transportă în prezent tipul său unic de pasager (aminoacidul specific) dintre cele 20 de „tipuri” de oameni din vecinătate.

Aminoacizi: Aceștia sunt acizi mici cu un amino (-NH₂), o grupare acid carboxilic (-COOH) și un lanț lateral legat de un atom central de carbon împreună cu un atom de hidrogen. Important, codurile pentru fiecare dintre cei 20 de aminoacizi sunt transportate în grupuri de trei baze de ARNm numite codoni triplet.

Traducere se bazează pe un cod triplet relativ simplu. Luați în considerare faptul că orice grup de trei baze consecutive poate include una dintre cele 64 de combinații posibile (de exemplu, AAG, CGU etc.), deoarece patru ridicate la a treia putere sunt 64.

Aceasta înseamnă că există combinații mai mult decât suficiente pentru a genera 20 de aminoacizi. De fapt, ar fi posibil ca mai mult de un codon să codeze același aminoacid.

Acesta este, de fapt, cazul. Unii aminoacizi sunt sintetizați din mai mult de un codon. De exemplu, leucina este asociată cu șase secvențe de codoni distincte. Codul triplet este acest „degenerat”.

Important, însă, nu este redundant. Adică la fel codon mARN nu poti cod pentru mai mult de un amino acid.

Situl fizic al traducerii în toate organismele este ribozom. Unele porțiuni ale ribozomului au, de asemenea, proprietăți enzimatice.

Traducerea în procariote începe cu iniţiere printr-un semnal de factor de inițiere de la un codon numit în mod corespunzător codon START. Acest lucru este absent în eucariote și, în schimb, primul aminoacid selectat este metionina, codificată de AUG, care funcționează ca un fel de codon START.

Pe măsură ce fiecare bandă suplimentară de ARNm cu trei segmente este expusă pe suprafața ribozomului, un ARNt care poartă aminoacizii solicitați rătăcesc în scenă și își lasă pasagerul. Acest situs de legare este numit situsul "A" al ribozomului.

Această interacțiune se întâmplă la nivel molecular, deoarece aceste molecule de ARNt au secvențe de bază complementare ARNm-ului de intrare și, prin urmare, se leagă ușor de ARNm.

În elongaţie faza de translație, ribozomul se deplasează pe trei baze, un proces numit translație. Acest lucru expune din nou situsul "A" și duce la polipeptidă, oricare ar fi lungimea acestuia în acest experiment de gândire, fiind mutat pe situsul "P".

Când un nou complex aminoacil-ARNt ajunge la locul "A", întregul lanț polipeptidic este îndepărtat din situsul "P" și atașat la aminoacidul care tocmai a fost depus la situsul "A", printr-o peptidă legătură. Astfel, atunci când translocarea ribozomului pe „pista” moleculei de ARNm are loc din nou, un ciclu va fi finalizat, iar lanțul polipeptidic în creștere este acum mai lung cu un aminoacid.

În reziliere faza, ribozomul întâlnește unul dintre cei trei codoni de terminare, sau codoni STOP, care sunt încorporați în ARNm (UAG, UGA și UAA). Acest lucru face ca ARNt-ul să nu apară, ci substanțele numite factori de eliberare și să conducă la eliberarea lanțului polipeptidic. Ribozomii se separă în subunitățile lor constitutive, iar translația este completă.

Procesul de traducere creează un lanț polipeptidic care încă trebuie modificat înainte de a putea funcționa corect ca o nouă proteină. Structura primară a proteină, secvența sa de aminoacizi, reprezintă doar o mică parte a funcției sale eventuale.

Proteina este modificată după traducere prin plierea acesteia în forme specifice, un proces care apare adesea în mod spontan datorită interacțiunilor electrostatice între aminoacizii din punctele non-vecine de-a lungul lanț polipeptidic.

Ribozomii sunt mari muncitori, dar nu sunt ingineri de control al calității. Ei pot crea proteine ​​numai din șablonul de ARNm care li se administrează. Nu pot detecta erori în șablonul respectiv. Prin urmare, erorile în traducere ar fi inevitabile chiar și într-o lume a ribozomilor care funcționează perfect.

Mutații care schimbă un singur amino poate perturba funcția proteinelor, cum ar fi mutația care provoacă anemie falciformă. Mutațiile care adaugă sau șterg o pereche de baze pot arunca întregul cod triplet, astfel încât majoritatea sau toți aminoacizii ulteriori să fie greșiți.

Mutațiile ar putea crea un codon STOP timpuriu, ceea ce înseamnă că doar o parte din proteină este sintetizată. Toate aceste condiții pot fi debilitante în diferite grade și încercarea de a cuceri erori înnăscute precum acestea reprezintă o provocare continuă și complexă pentru cercetătorii medicali.