Översättning (biologi): definition, steg, diagram

DNA(deoxiribonukleinsyra) är det genetiska materialet i allt känt liv från de enklaste encelliga bakterierna till den mest magnifika femton elefanten på den afrikanska slätten. "Genetiskt material" avser molekylerna som innehåller två viktiga uppsättningar instruktioner: en för gör proteiner för cellens nuvarande behov, och den andra för göra kopior av sig självaeller replikering, så att exakt samma genetiska kod kan användas av framtida generationer av celler.

Att hålla cellen vid liv tillräckligt länge för att reproducera kräver mycket av dessa proteinprodukter, som DNA beställer via mRNA (budbärarribonukleinsyra) skapar det som en sändebud för ribosomerna, där proteiner faktiskt syntetiseras.

Kodning av genetisk information av DNA till budbärar-RNA kallas transkription, medan framställning av proteiner på basis av riktningar från mRNA kallas översättning.

Översättning involverar kullar av proteiner via peptidbindningar för att bilda långa kedjor av aminosyror eller monomererna i detta schema. 20 olika aminosyror finns, och människokroppen behöver några av var och en av dessa för att överleva.

Proteinsyntesen i översättning involverar ett samordnat möte mellan mRNA, aminoacyl-tRNA-komplex och ett par ribosomala underenheter, bland andra spelare.

Nukleinsyror består av upprepade underenheter, eller monomerer, som kallas nukleotider. Varje nukleotid består av tre egna komponenter: ribos (femkol) socker, en till tre fosfatgrupper och a kvävehaltig bas.

Varje nukleinsyra har en av fyra möjliga baser i varje nukleotid, varav två är puriner och två av dessa är pyrimidiner. Skillnaderna i baserna mellan nukleotider är vad som ger olika nukleotider deras väsentliga karaktär.

Nukleotider kan existera utanför nukleinsyror, och faktiskt är några av dessa nukleotider centrala för all ämnesomsättning. Nukleotiderna adenosindifosfat (ADP) och adenosintrifosfat (ATP) är kärnan i ekvationerna där energi för cellulär användning extraheras från de kemiska bindningarna av näringsämnen.

Nukleotiderna i nukleinsyrorhar emellertid endast ett fosfat, som delas med nästa nukleotid i nukleinsyrasträngen.

På molekylär nivå skiljer sig DNA från RNA på två sätt. En är att sockret i DNA är deoxiribosmedan det i RNA är ribos (därav deras respektive namn). Deoxiribos skiljer sig från ribos genom att den, i stället för att ha en hydroxyl (-OH) -grupp vid nummer 2-kolpositionen, har en väteatom (-H). Således är deoxiribos en syreatom som saknar ribos, därav "deoxi".

Den andra strukturella skillnaden mellan nukleinsyrorna ligger i deras sammansättning kvävehaltiga baser. DNA och RNA innehåller båda de två purinbaserna adenin (A) och guanin (G) samt pyrimidinbascytosin (C). Men medan den andra pyrimidinbasen i DNA är tymin (T) i RNA är denna bas uracil (U).

När det händer, i nukleinsyror, binder A till och endast till T (eller U, om molekylen är RNA), och C binder till och endast till G. Detta specifika och unika kompletterande basparning arrangemang krävs för korrekt överföring av DNA-information till mRNA-information i transkription och mRNA-information till tRNA-information under översättning.

På en mer makronivå är DNA dubbelsträngat medan RNA är enkelsträngat. Specifikt tar DNA formen av en dubbel spiral, som är som en stege vriden i olika riktningar i båda ändarna.

Strängarna är bundna vid varje nukleotid med sina respektive kvävebaser. Detta betyder att en "A" -bärande nukleotid endast kan ha en "T" -bärande nukleotid på sin "partner" -nukleotid. Detta betyder att de två DNA-strängarna i summan är komplementär till varandra.

DNA-molekyler kan vara tusentals baser (eller mer korrekt, baspar) lång. I själva verket en människa kromosom är inget annat än en enda mycket lång DNA-sträng i kombination med en hel del protein. RNA-molekyler av alla typer tenderar å andra sidan att vara relativt små.

DNA finns också främst i kärnorna hos eukaryoter men också i mitokondrier och kloroplaster. Mest RNA finns däremot i kärnan och cytoplasman. Som du snart ser kommer RNA också i olika typer.

RNA finns i tre primära typer. Den första är mRNA, som är gjord av en DNA-mall under transkription i kärnan. När mRNA-strängen är klar tar den sig ut ur kärnan via en pore i kärnhöljet och hamnar i riktning mot showen vid ribosomen, platsen för protein översättning.

Den andra typen av RNA är överföra RNA (tRNA). Detta är en mindre nukleinsyramolekyl och finns i 20 undertyper, en för varje aminosyra. Dess syfte är att skicka sin "tilldelade" aminosyra till översättningsstället på ribosomen så att den kan tillsättas till den växande polypeptidkedjan (litet protein, ofta pågår).

Den tredje typen av RNA är ribosomalt RNA (rRNA). Denna typ av RNA utgör en betydande bråkdel av massan av ribosomer med proteiner som är specifika för ribosomer som utgör resten av massan.

Molekylärbiologins ofta citerade "centrala dogm" är DNA till RNA till protein. Uttryckt ännu kortare kan det uttryckas transkription till översättning. Transkription är det första definitiva steget mot proteinsyntes och är en av de pågående nödvändigheterna för vilken cell som helst.

Denna process börjar med avvecklingen av DNA-molekylen i enstaka strängar så att enzymer och nukleotider som deltar i transkription har utrymme att flytta till scenen.

Sedan, längs en av DNA-strängarna, monteras en mRNA-sträng med hjälp av enzymet RNA-polymeras. Denna mRNA-sträng har en bassekvens som är komplementär till mallsträngens, förutom att U visas varhelst T skulle visas i DNA.

• Till exempel, om DNA-sekvensen som genomgår transkription är ATTCGCGGTATGTC, så skulle den resulterande mRNA-strängen innehålla sekvensen UAAGCGCCAUACAG.

När en mRNA-sträng syntetiseras splitsas så småningom vissa längder av DNA, så kallade introner, ur mRNA-sekvensen eftersom de inte kodar för några proteinprodukter. Endast de delar av DNA-strängen som faktiskt kodar för något, som kallas exoner, bidrar till den slutliga mRNA-molekylen.

Olika strukturer behövs på platsen för proteinsyntes för framgångsrik översättning.

Ribosomen: Varje ribosom är gjord av en liten ribosomal subenhet och en stor ribosomal subenhet. Dessa finns bara som ett par när översättningen börjar. De innehåller en stor mängd rRNA samt protein. Dessa är en av få cellkomponenter som finns i både prokaryoter och eukaryoter.

mRNA: Denna molekyl har direkta instruktioner från cellens DNA för att tillverka ett specifikt protein. Om DNA kan ses som en ritning för hela organismen, innehåller en mRNA-sträng tillräckligt med information för att göra en avgörande komponent i den organismen.

tRNA: Denna nukleinsyra bildar bindningar med aminosyror på en-till-en-basis för att bilda det som kallas aminoacyl-tRNA-komplex. Detta betyder bara att taxin (tRNA) för närvarande bär sin avsedda och enda typ av passagerare (den specifika aminosyran) bland de 20 "typerna" av människor i närheten.

Aminosyror: Dessa är små syror med en amino (-NH₂en grupp, en karboxylsyra- (-COOH) -grupp och en sidokedja bunden till en central kolatom tillsammans med en väteatom. Viktigt är att koder för var och en av de 20 aminosyrorna bärs i grupper om tre mRNA-baser som kallas triplettkodoner.

Översättning är baserad på en relativt enkel triplettkod. Tänk på att vilken grupp som helst med tre baser i rad kan innehålla en av 64 möjliga kombinationer (till exempel AAG, CGU, etc.), eftersom fyra upp till den tredje effekten är 64.

Detta innebär att det finns mer än tillräckligt med kombinationer för att generera 20 aminosyror. I själva verket skulle det vara möjligt för mer än ett kodon att koda för samma aminosyra.

Detta är faktiskt fallet. Vissa aminosyror syntetiseras från mer än ett kodon. Till exempel är leucin associerat med sex distinkta kodonsekvenser. Triplettkoden är denna "degenererade".

Det är dock viktigt att det inte är det överflödig. Det är samma mRNA-kodon kan inte kod för mer än ett aminosyra.

Den fysiska översättningsplatsen i alla organismer är ribosom. Vissa delar av ribosomen har också enzymatiska egenskaper.

Översättning i prokaryoter börjar med initiering via en initieringsfaktorsignal från ett kodon som lämpligen kallas START-kodonet. Detta saknas i eukaryoter, och istället är den första aminosyran som valts metionin, kodad av AUG, som fungerar som ett slags START-kodon.

När varje ytterligare tresegmentremsa av mRNA exponeras på ytan av ribosomen, vandrar ett tRNA som bär den efterfrågade aminosyran in i scenen och släpper av sin passagerare. Denna bindningsplats kallas "A" -platsen för ribosomen.

Denna interaktion sker på molekylär nivå eftersom dessa tRNA-molekyler har bassekvenser som är komplementära till det inkommande mRNA och därmed lätt binder till mRNA.

I förlängning i översättningsfasen rör sig ribosomen med tre baser, en process som kallas translation. Detta exponerar "A" -stället på nytt och leder till att polypeptiden, oavsett dess längd i detta tankeexperiment, flyttas till "P" -platsen.

När ett nytt aminoacyl-tRNA-komplex anländer till "A" -stället avlägsnas hela polypeptidkedjan från "P" -stället och fäst vid aminosyran som just har deponerats vid "A" -stället via en peptid obligation. När sålunda translokationen av ribosomen nedåt "spåret" av mRNA-molekylen sker igen, kommer en cykel att ha slutförts och den växande polypeptidkedjan är nu längre av en aminosyra.

I uppsägning i fas, möter ribosomen ett av tre termineringskodoner, eller STOP-kodoner, som är införlivade i mRNA (UAG, UGA och UAA). Detta orsakar inte tRNA utan ämnen som kallas frisättningsfaktorer strömmar till platsen, och detta leder till frisättning av polypeptidkedjan. Ribosomerna separeras i sina underenheter och översättningen är klar.

Processen med translation skapar en polypeptidkedja som fortfarande behöver modifieras innan den kan fungera som ett nytt protein. Den primära strukturen för a protein, dess aminosyrasekvens, representerar endast en liten del av dess eventuella funktion.

Proteinet modifieras efter translation genom att fälla det i specifika former, en process som ofta inträffar spontant på grund av elektrostatiska interaktioner mellan aminosyror i icke-angränsande fläckar längs polypeptidkedja.

Ribosomer är bra arbetare, men de är inte kvalitetskontrollingenjörer. De kan bara skapa proteiner från mRNA-mallen de får. De kan inte upptäcka fel i den mallen. Därför skulle fel i översättning vara oundvikliga även i en värld av perfekt fungerande ribosomer.

Mutationer som förändrar en enda amino kan störa proteinfunktionen, till exempel mutationen som orsakar sigdcellanemi. Mutationer som lägger till eller tar bort ett baspar kan kasta bort hela triplettkoden så att de flesta eller alla efterföljande aminosyror också kommer att vara fel.

Mutationer kan skapa ett tidigt STOP-kodon, vilket innebär att endast en del av proteinet syntetiseras. Alla dessa tillstånd kan vara försvagande i olika grad, och försök att erövra medfödda fel som dessa utgör en pågående och komplex utmaning för medicinska forskare.