Перевод (биология): определение, шаги, схема

ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота) это генетический материал всей известной жизни от простейших одноклеточных бактерий до самого великолепного пятитонного слона на африканской равнине. «Генетический материал» относится к молекулам, которые содержат два важных набора инструкций: один для изготовление белков для текущих потребностей ячейки, а другой для делать копии самих себя, или репликация, так что один и тот же генетический код может использоваться будущими поколениями клеток.

Для поддержания жизни клетки достаточно долго для ее воспроизводства требуется очень много этих белковых продуктов, которые ДНК упорядочивает через мРНК (рибонуклеиновая кислота-мессенджер), которую он создает как посланник к рибосомам, где на самом деле синтезируются белки.

Кодирование генетической информации ДНК в информационную РНК называется транскрипция, а создание белков на основе указаний мРНК называется перевод.

Перевод включает в себя сборку белки через пептидные связи с образованием длинных цепочек аминокислоты

Синтез белка при трансляции включает скоординированное собрание мРНК, комплексов аминоацил-тРНК и пары рибосомных субъединиц, среди других участников.

Нуклеиновые кислоты состоят из повторяющихся субъединиц или мономеров, называемых нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из трех самостоятельных компонентов: рибоза (пятиуглеродный) сахар, от одного до трех фосфатные группы и азотистая основа.

Каждая нуклеиновая кислота имеет одну из четыре возможных основания в каждом нуклеотиде, два из которых - пурины, а два - пиримидины. Различия в основаниях между нуклеотидами - вот что придает разным нуклеотидам их сущностный характер.

Нуклеотиды могут существовать вне нуклеиновых кислот, и на самом деле некоторые из этих нуклеотидов являются центральными для всего метаболизма. Аденозиндифосфат нуклеотидов (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ) лежат в основе уравнений, в которых энергия для использования клетками извлекается из химических связей питательных веществ.

Нуклеотиды в нуклеиновые кислотыоднако имеют только один фосфат, который является общим со следующим нуклеотидом в цепи нуклеиновой кислоты.

На молекулярном уровне ДНК отличается от РНК двумя способами. Во-первых, сахар в ДНК дезоксирибоза, тогда как в РНК это рибоза (отсюда и их названия). Дезоксирибоза отличается от рибозы тем, что вместо гидроксильной (-ОН) группы в положении углерода номер 2 она имеет атом водорода (-H). Таким образом, дезоксирибоза на один атом кислорода меньше рибозы, следовательно, «дезокси».

Второе структурное отличие нуклеиновых кислот заключается в составе их азотистые основания. И ДНК, и РНК содержат два пуриновых основания, аденин (A) и гуанин (G), а также пиримидиновое основание цитозин (C). Но в то время как второе пиримидиновое основание в ДНК - тимин (T), в РНК, это основание - урацил (U).

Как это бывает, в нуклеиновых кислотах A связывается только с T (или U, если молекула представляет собой РНК), а C связывается только с G. Этот специфический и уникальный комплементарная пара оснований Расположение требуется для правильной передачи информации ДНК в информацию о мРНК при транскрипции и информации о мРНК в информацию о тРНК во время трансляции.

На более макроуровне ДНК двухцепочечная, а РНК одноцепочечная. В частности, ДНК имеет форму двойной спирали, которая похожа на лестницу, скрученную в разные стороны с обоих концов.

Нити связаны в каждом нуклеотиде соответствующими азотистыми основаниями. Это означает, что нуклеотид, несущий "A", может иметь только нуклеотид, несущий "T", на своем "партнерском" нуклеотиде. Это означает, что в сумме две цепи ДНК дополнительный друг другу.

Молекулы ДНК могут состоять из тысяч оснований (или, точнее, пар оснований) длинный. Фактически, человек хромосома представляет собой не что иное, как одну очень длинную цепь ДНК, соединенную с большим количеством белка. С другой стороны, молекулы РНК всех типов имеют тенденцию быть сравнительно небольшими.

Кроме того, ДНК обнаруживается в основном в ядрах эукариот, а также в митохондриях и хлоропластах. С другой стороны, большая часть РНК находится в ядре и цитоплазме. Кроме того, как вы скоро увидите, РНК бывает разных типов.

РНК бывает трех основных типов. Первый - это мРНК, который создается из матрицы ДНК во время транскрипции в ядре. После завершения нить мРНК выходит из ядра через поры в ядерной оболочке и в конечном итоге направляет шоу на рибосому, место трансляция белков.

Второй тип РНК - это переносить РНК (тРНК). Это меньшая молекула нуклеиновой кислоты, состоящая из 20 подтипов, по одному на каждую аминокислоту. Его цель - доставить "назначенную" аминокислоту к месту трансляции на рибосоме, чтобы ее можно было добавить в цепь растущего полипептида (небольшой белок, часто в процессе).

Третий тип РНК - это рибосомная РНК (рРНК). Этот тип РНК составляет значительную часть массы рибосом с белками, специфичными для рибосом, составляющими остальную массу.

Часто цитируемой "центральной догмой" ​​молекулярной биологии является ДНК к РНК к белку. Если сформулировать еще более кратко, можно сказать, что транскрипция на перевод. Транскрипция это первый решительный шаг на пути к синтезу белка и одна из постоянных потребностей любой клетки.

Этот процесс начинается с раскручивания молекулы ДНК на отдельные нити, так что ферменты и нуклеотиды, участвующие в транскрипции, имеют место для перемещения на место происшествия.

Затем вдоль одной из нитей ДНК собирается цепь мРНК с помощью фермента РНК-полимеразы. Эта цепь мРНК имеет последовательность оснований, комплементарную последовательности оснований цепи-матрицы, за исключением того факта, что U появляется везде, где бы T появлялся в ДНК.

• Например, если транскрипционная последовательность ДНК представляет собой ATTCGCGGTATGTC, то результирующая цепь мРНК будет иметь последовательность UAAGCGCCAUACAG.

Когда цепь мРНК синтезируется, определенные длины ДНК, называемые интронами, в конечном итоге вырезаются из последовательности мРНК, потому что они не кодируют какие-либо белковые продукты. Только части цепи ДНК, которые действительно кодируют что-то, называемые экзонами, вносят вклад в окончательную молекулу мРНК.

Для успешной трансляции необходимы различные структуры в месте синтеза белка.

Рибосома: Каждая рибосома состоит из небольшой рибосомной субъединицы и большой рибосомной субъединицы. Они существуют как пара только после начала перевода. Они содержат большое количество рРНК, а также белка. Это один из немногих клеточных компонентов, которые существуют как у прокариот, так и у эукариот.

мРНК: Эта молекула несет прямые инструкции клеточной ДНК производить определенный белок. Если ДНК можно рассматривать как план всего организма, цепочка мРНК содержит ровно столько информации, чтобы сделать один решающий компонент этого организма.

тРНК: Эта нуклеиновая кислота образует связи с аминокислотами один к одному, образуя так называемые комплексы аминоацил-тРНК. Это просто означает, что такси (тРНК) в настоящее время перевозит намеченного и единственного пассажира (конкретную аминокислоту) из 20 «типов» людей, находящихся поблизости.

Аминокислоты: Это небольшие кислоты с аминогруппой (-NH₂), группу карбоновой кислоты (-COOH) и боковую цепь, связанную с центральным атомом углерода вместе с атомом водорода. Важно отметить, что коды для каждой из 20 аминокислот размещены в группах из трех оснований мРНК, называемых триплетные кодоны.

Перевод основан на относительно простом тройном коде. Учтите, что любая группа из трех последовательных оснований может включать одну из 64 возможных комбинаций (например, AAG, CGU и т. Д.), Потому что четыре в третьей степени равны 64.

Это означает, что комбинаций более чем достаточно для получения 20 аминокислот. Фактически, более чем один кодон может кодировать одну и ту же аминокислоту.

На самом деле это так. Некоторые аминокислоты синтезируются более чем из одного кодона. Например, лейцин связан с шестью различными последовательностями кодонов. Триплетный код является таким «вырожденным».

Однако важно то, что это не избыточный. Это одно и тоже кодон мРНК не могу код для больше, чем один аминокислота.

Физическим местом трансляции во всех организмах является рибосома. Некоторые части рибосомы также обладают ферментативными свойствами.

Перевод в прокариотах начинается с инициация через сигнал фактора инициации от кодона, соответственно называемого кодоном START. Это отсутствует у эукариот, и вместо этого первой выбранной аминокислотой является метионин, кодируемый AUG, который функционирует как своего рода кодон START.

Когда каждая дополнительная трехсегментная полоска мРНК экспонируется на поверхности рибосомы, тРНК, несущая требуемую аминокислоту, выходит на сцену и падает со своего пассажира. Этот сайт связывания называется сайтом «А» рибосомы.

Это взаимодействие происходит на молекулярном уровне, потому что эти молекулы тРНК имеют последовательности оснований, комплементарные входящей мРНК и, следовательно, легко связываются с мРНК.

в удлинение На этапе трансляции рибосома перемещается на три основания, этот процесс называется трансляцией. Это открывает сайт «A» заново и приводит к тому, что полипептид, какой бы длины он ни был в этом мысленном эксперименте, сдвигается на сайт «P».

Когда новый комплекс аминоацил-тРНК достигает сайта «А», вся полипептидная цепь удаляется из сайт «P» и присоединен к аминокислоте, которая только что была депонирована в сайте «A», через пептид связь. Таким образом, когда перемещение рибосомы по «дорожке» молекулы мРНК происходит снова, цикл будет завершен, и растущая полипептидная цепь теперь длиннее на одну аминокислоту.

в прекращение В фазе рибосома встречает один из трех кодонов терминации, или кодонов STOP, которые включены в мРНК (UAG, UGA и UAA). Это заставляет не тРНК, а вещества, называемые факторами высвобождения, скапливаться к участку, и это приводит к высвобождению полипептидной цепи. Рибосомы разделяются на составляющие их субъединицы, и трансляция завершается.

В процессе трансляции создается полипептидная цепь, которую необходимо модифицировать, прежде чем она сможет правильно работать как новый белок. Первичная структура белок, его аминокислотная последовательность, составляет лишь небольшую часть его конечной функции.

После трансляции белок модифицируется путем складывания его в определенные формы, процесс, который часто происходит. спонтанно из-за электростатических взаимодействий между аминокислотами в несоседних местах вдоль полипептидная цепь.

Рибосомы - отличные работники, но они не инженеры по контролю качества. Они могут создавать белки только из предоставленной им матрицы мРНК. Они не могут обнаружить ошибки в этом шаблоне. Следовательно, ошибки в переводе были бы неизбежны даже в мире идеально функционирующих рибосом.

Мутации изменение одной аминокислоты может нарушить функцию белка, например мутацию, вызывающую серповидно-клеточную анемию. Мутации, которые добавляют или удаляют пару оснований, могут отбросить весь триплетный код, так что большинство или все последующие аминокислоты также будут неправильными.

Мутации могут создать ранний STOP-кодон, а это означает, что синтезируется только часть белка. Все эти состояния могут быть в разной степени изнурительными, и попытки преодолеть врожденные ошибки, подобные этим, представляют собой постоянную и сложную задачу для исследователей-медиков.