Preklad (biológia): Definícia, kroky, schéma

DNA(deoxyribonukleová kyselina) je genetický materiál všetkého známeho života od najjednoduchších jednobunkových baktérií po najskvostnejšieho päťtonového slona na africkej nížine. „Genetický materiál“ označuje molekuly, ktoré obsahujú dva dôležité súbory pokynov: jeden pre tvorba bielkovín pre súčasné potreby bunky a druhý pre robiť si kópiealebo replikáciu tak, aby mohli budúce generácie buniek používať úplne rovnaký genetický kód.

Udržanie bunky nažive dostatočne dlho na to, aby sa mohla množiť, si vyžaduje veľké množstvo týchto proteínových produktov, ktoré si DNA objednáva prostredníctvom mRNA (posolská ribonukleová kyselina) sa vytvára ako vyslanec ribozómov, kde sa skutočne syntetizujú proteíny.

Kódovanie genetickej informácie DNA do messengerovej RNA sa nazýva prepis, pričom sa nazýva tvorba proteínov na základe smerov od mRNA preklad.

Preklad zahŕňa spoločné dláždenie bielkoviny prostredníctvom peptidových väzieb za vzniku dlhých reťazcov aminokyseliny alebo monoméry v tejto schéme. Existuje 20 rôznych aminokyselín a ľudské telo potrebuje na prežitie každú z nich.

Syntéza proteínu v translácii zahrnuje okrem iného koordinované stretnutie mRNA, komplexov aminoacyl-tRNA a páru ribozomálnych podjednotiek.

Nukleové kyseliny pozostávajú z opakujúcich sa podjednotiek alebo monomérov, tzv nukleotidy. Každý nukleotid sa skladá z troch samostatných zložiek: a ribóza (päťuhlíkový) cukor, jeden až tri fosfátové skupiny a a dusíkatá báza.

Každá nukleová kyselina má jednu z štyri možné základne v každom nukleotide, z toho dva puríny a dva pyrimidíny. Rozdiely v bázach medzi nukleotidmi dávajú rôznym nukleotidom ich podstatný charakter.

Nukleotidy môžu existovať mimo nukleových kyselín a v skutočnosti sú niektoré z týchto nukleotidov ústredné pre celý metabolizmus. Nukleotidy adenozíndifosfát (ADP) a adenozíntrifosfát (ATP) sú jadrom rovníc, v ktorých sa energia na bunkové použitie získava z chemických väzieb živín.

Nukleotidy v nukleové kyselinyale majú iba jeden fosfát, ktorý je spoločný s ďalším nukleotidom vo vlákne nukleovej kyseliny.

Na molekulárnej úrovni sa DNA líši od RNA dvoma spôsobmi. Jednou z nich je, že cukor v DNA je deoxyribóza, zatiaľ čo v RNA je to ribóza (odtiaľ aj ich príslušné názvy). Deoxyribóza sa líši od ribózy v tom, že namiesto toho, aby mala hydroxylovú skupinu (-OH) v uhlíkovej polohe číslo 2, má atóm vodíka (-H). Deoxyribóza je teda jedným atómom kyslíka bez ribózy, a teda „deoxy“.

Druhý štrukturálny rozdiel medzi nukleovými kyselinami spočíva v ich zložení dusíkaté bázy. DNA aj RNA obsahujú dve purínové bázy adenín (A) a guanín (G), ako aj pyrimidínovú bázu cytozín (C). Ale zatiaľ čo druhou pyrimidínovou bázou v DNA je tymín (T) v RNA, touto bázou je uracil (U).

Ako sa stáva, v nukleových kyselinách sa A viaže na a iba na T (alebo U, ak je molekulou RNA) a C sa viaže iba na G. Tento špecifický a jedinečný doplnkové párovanie báz je potrebné usporiadanie pre správny prenos informácií DNA do informácií mRNA v transkripcii a informácií mRNA do informácií tRNA počas translácie.

Na viac makroúrovni je DNA dvojvláknová, zatiaľ čo RNA jednovláknová. Konkrétne má DNA formu dvojitej špirály, ktorá je ako rebrík skrútený na oboch koncoch rôznymi smermi.

Vlákna sú naviazané na každý nukleotid prostredníctvom ich príslušných dusíkatých báz. To znamená, že nukleotid nesúci „A“ môže mať na svojom „partnerskom“ nukleotide iba nukleotid nesúci „T“. To znamená, že v súhrne sú to dva reťazce DNA doplnkové medzi sebou.

Molekuly DNA môžu byť tisíce báz (alebo presnejšie základné páry) dlho. V skutočnosti človek chromozóm nie je nič iné ako jediný veľmi dlhý reťazec DNA spojený s veľkým množstvom bielkovín. Na druhej strane molekuly RNA všetkých typov bývajú pomerne malé.

DNA sa tiež nachádza primárne v jadrách eukaryotov, ale tiež v mitochondriách a chloroplastoch. Väčšina RNA sa, naopak, nachádza v jadre a cytoplazme. Ako čoskoro uvidíte, RNA má tiež rôzne typy.

RNA sa dodáva v troch základných typoch. Prvý je mRNA, ktorý je vyrobený z DNA templátu počas transkripcie v jadre. Po dokončení sa vlákno mRNA dostane z jadra cez pór v jadrovom obale a skončí nasmerovaním predstavenia na ribozóm, miesto preklad bielkovín.

Druhý typ RNA je prenosová RNA (tRNA). Toto je menšia molekula nukleovej kyseliny a dodáva sa v 20 podtypoch, jeden pre každú aminokyselinu. Jeho účelom je dopraviť svoju „pridelenú“ aminokyselinu na miesto translácie na ribozóme, aby sa mohla pridať k rastúcemu polypeptidovému (často prebiehajúcemu) proteínu (reťazcu).

Tretím typom RNA je ribozomálna RNA (rRNA). Tento typ RNA tvorí významnú časť hmotnosti ribozómov s proteínmi špecifickými pre ribozómy, ktoré tvoria zvyšok hmoty.

Často uvádzaná „centrálna dogma“ molekulárnej biológie je DNA na RNA na proteín. Sformulované ešte stručnejšie, dalo by sa povedať prepis do prekladu. Prepis je prvý definitívny krok k syntéze proteínov a je jednou z trvalých nevyhnutností každej bunky.

Tento proces začína rozmotaním molekuly DNA na jednotlivé vlákna, takže enzýmy a nukleotidy zúčastňujúce sa na transkripcii majú priestor na presun na miesto činu.

Potom je pozdĺž jedného z reťazcov DNA pomocou enzýmu RNA polymerázy zostavený reťazec mRNA. Toto vlákno mRNA má bázovú sekvenciu komplementárnu so sekvenciou templátového vlákna, s výnimkou skutočnosti, že U sa objavuje všade, kde by sa T objavoval v DNA.

• Napríklad, ak je sekvencia DNA, ktorá prechádza transkripciou, ATTCGCGGTATGTC, potom výsledný reťazec mRNA bude obsahovať sekvenciu UAAGCGCCAUACAG.

Keď sa syntetizuje vlákno mRNA, určité dĺžky DNA, nazývané intróny, sa nakoniec spoja zo sekvencie mRNA, pretože nekódujú žiadne proteínové produkty. K finálnej molekule mRNA prispievajú iba tie časti reťazca DNA, ktoré skutočne kódujú niečo, čo sa nazýva exóny.

Pre úspešnú transláciu sú v mieste syntézy proteínov potrebné rôzne štruktúry.

Ribozóm: Každý ribozóm je vyrobený z malej ribozomálnej podjednotky a veľkej ribozomálnej podjednotky. Existujú iba ako pár, akonáhle sa začína preklad. Obsahujú veľké množstvo rRNA aj bielkovín. Jedná sa o jednu z mála bunkových zložiek, ktoré existujú u prokaryotov aj eukaryotov.

mRNA: Táto molekula nesie priame pokyny z DNA bunky na výrobu špecifického proteínu. Ak sa dá DNA považovať za plán celého organizmu, vlákno mRNA obsahuje len toľko informácií, aby bola jednou z rozhodujúcich zložiek tohto organizmu.

tRNA: Táto nukleová kyselina vytvára väzby s aminokyselinami na báze jedna k jednej za vzniku takzvaných komplexov aminoacyl-tRNA. To len znamená, že taxík (tRNA) v súčasnosti prepravuje svojho určeného a jediného druhu cestujúceho (konkrétnu aminokyselinu) z 20 „typov“ ľudí v okolí.

Aminokyseliny: Sú to malé kyseliny s amino (-NH₂) skupina, skupina karboxylovej kyseliny (-COOH) a bočný reťazec naviazaný na centrálny atóm uhlíka spolu s atómom vodíka. Dôležité je, že kódy pre každú z 20 aminokyselín sa prenášajú v skupinách troch tzv. MRNA báz tripletové kodóny.

Preklad je založený na pomerne jednoduchom tripletovom kóde. Zvážte, že ktorákoľvek skupina troch po sebe nasledujúcich báz môže obsahovať jednu zo 64 možných kombinácií (napríklad AAG, CGU atď.), Pretože štyri zvýšené na tretiu mocninu sú 64.

To znamená, že existuje viac ako dosť kombinácií na generovanie 20 aminokyselín. V skutočnosti by bolo možné kódovať rovnakú aminokyselinu viac ako jedným kodónom.

Je to tak v skutočnosti. Niektoré aminokyseliny sú syntetizované z viac ako jedného kodónu. Napríklad leucín je asociovaný so šiestimi odlišnými kodónovými sekvenciami. Trojitý kód je tento „zdegenerovaný“.

Dôležité však je, že to tak nie je nadbytočné. To znamená, že to isté kodón mRNA nemôže kód pre viac než jeden aminokyselina.

Fyzickým miestom translácie vo všetkých organizmoch je ribozóm. Niektoré časti ribozómu majú tiež enzymatické vlastnosti.

Preklad u prokaryotov začína zasvätenie prostredníctvom signálu iniciačného faktora z kodónu vhodne nazývaného kodón START. Toto v eukaryotoch chýba a namiesto toho je prvou vybranou aminokyselinou metionín kódovaný pomocou AUG, ktorý funguje ako akýsi kodón START.

Keď je každý ďalší trojsegmentový pás mRNA vystavený na povrchu ribozómu, putuje na scénu tRNA nesúca požadovanú aminokyselinu a klesá z jej pasažiera. Toto väzobné miesto sa nazýva „A“ miesto ribozómu.

Táto interakcia sa deje na molekulárnej úrovni, pretože tieto molekuly tRNA majú sekvencie báz komplementárne s prichádzajúcou mRNA, a preto sa ľahko viažu na mRNA.

V predĺženie fázy prekladu sa ribozóm pohybuje o tri základne, proces sa nazýva preklad. Toto znovu vystavuje miesto „A“ a vedie k tomu, že polypeptid, bez ohľadu na jeho dĺžku v tomto myšlienkovom experimente, sa posunie na miesto „P“.

Keď nový aminoacyl-tRNA komplex dorazí na miesto „A“, je z neho odstránený celý polypeptidový reťazec miesto „P“ a pripojené k aminokyseline, ktorá bola práve uložená v mieste „A“, prostredníctvom peptidu väzba. Takže keď opäť dôjde k translokácii ribozómu po „stope“ molekuly mRNA, bude dokončený cyklus a rastúci polypeptidový reťazec je teraz o jednu aminokyselinu dlhší.

V ukončenie fáze ribozóm narazí na jeden z troch terminačných kodónov alebo STOP kodónov, ktoré sú začlenené do mRNA (UAG, UGA a UAA). To spôsobí, že sa na miesto hromadia nie tRNA, ale látky nazývané uvoľňovacie faktory, čo vedie k uvoľneniu polypeptidového reťazca. Ribozómy sa rozdelia na svoje základné podjednotky a translácia je dokončená.

Proces translácie vytvára polypeptidový reťazec, ktorý je ešte potrebné upraviť, aby mohol správne fungovať ako nový proteín. Primárna štruktúra a bielkoviny, jeho aminokyselinová sekvencia, predstavuje iba malú časť jeho prípadnej funkcie.

Proteín je po translácii upravený zložením do konkrétnych tvarov, čo je proces, ktorý sa často vyskytuje spontánne v dôsledku elektrostatických interakcií medzi aminokyselinami v nesusediacich miestach pozdĺž polypeptidový reťazec.

Ribozómy sú skvelí pracovníci, ale nie sú inžiniermi kontroly kvality. Môžu vytvárať proteíny iba z templátu mRNA, ktorý dostanú. Nedokážu zistiť chyby v tejto šablóne. Preto by boli chyby v preklade nevyhnutné aj vo svete dokonale fungujúcich ribozómov.

Mutácie ktoré menia jednu aminoskupinu, môžu narušiť funkciu proteínu, napríklad mutáciu, ktorá spôsobuje kosáčikovitú anémiu. Mutácie, ktoré pridávajú alebo odstraňujú pár báz, môžu odhodiť celý tripletový kód, takže väčšina alebo všetky nasledujúce aminokyseliny sa tiež budú mýliť.

Mutácie môžu vytvoriť skorý STOP kodón, čo znamená, že sa syntetizuje iba časť proteínu. Všetky tieto podmienky môžu byť v rôznej miere oslabujúce a pokus o prekonanie vrodených chýb, ako sú tieto, predstavuje pre lekárskych výskumníkov trvalú a zložitú výzvu.