Переклад (біологія): визначення, кроки, діаграма

ДНК(дезоксирибонуклеїнова кислота) - це генетичний матеріал усього відомого життя від найпростіших одноклітинних бактерій до найчудовішого п’ятитонного слона на африканській рівнині. "Генетичний матеріал" відноситься до молекул, які містять два важливі набори інструкцій: один для виготовлення білків для поточних потреб клітини, а інший для копіюючи себе, або реплікація, так що той самий генетичний код може використовуватися майбутніми поколіннями клітин.

Щоб зберегти клітину в живих досить довго, щоб розмножуватися, потрібна велика кількість цих білкових продуктів, які ДНК замовляє через мРНК (вісник рибонуклеїнової кислоти) він створює як посланник рибосом, де білки фактично синтезуються.

Викликається кодування генетичної інформації за допомогою ДНК в інформаційну РНК транскрипція, тоді як називається виготовлення білків на основі напрямків від мРНК переклад.

Переклад передбачає мощення між собою білки через пептидні зв'язки утворюють довгі ланцюги амінокислоти або мономери за цією схемою. Існує 20 різних амінокислот, і людському організму для виживання потрібна частина кожної з них.

Синтез білка в трансляції включає узгоджену зустріч мРНК, комплексів аміноацил-тРНК та пари рибосомних субодиниць, серед інших гравців.

Нуклеїнові кислоти складаються з повторюваних субодиниць, або мономерів нуклеотиди. Кожен нуклеотид складається з трьох окремих компонентів: a рибоза (п'ятивуглецевий) цукор, один до трьох фосфатні групи і a азотиста основа.

Кожна нуклеїнова кислота має одну з чотири можливі бази у кожному нуклеотиді, два з яких є пуринами, а два - піримідинами. Різниця в основі між нуклеотидами полягає в тому, що надає різним нуклеотидам їх суттєвий характер.

Нуклеотиди можуть існувати поза нуклеїновими кислотами, і насправді, деякі з цих нуклеотидів займають центральне місце в усьому метаболізмі. Нуклеотиди аденозиндифосфат (ADP) і аденозинтрифосфат (АТФ) лежать в основі рівнянь, в яких енергія для клітинного використання витягується з хімічних зв’язків поживних речовин.

Нуклеотиди в нуклеїнові кислотиоднак мають лише один фосфат, який ділиться з наступним нуклеотидом у ланцюзі нуклеїнової кислоти.

На молекулярному рівні ДНК відрізняється від РНК двома способами. Один з них полягає в тому, що цукор у ДНК є дезоксирибозатоді як у РНК це рибоза (звідси їх відповідні назви). Дезоксирибоза відрізняється від рибози тим, що замість того, щоб мати гідроксильну (-ОН) групу у вуглецевому положенні номер 2, вона має атом водню (-Н). Таким чином, дезоксирибоза не має одного атома кисню до рибози, отже, "дезокси".

Друга структурна різниця між нуклеїновими кислотами полягає в їх складі азотисті основи. ДНК і РНК містять обидві пуринові основи - аденін (А) і гуанін (G), а також цитозин на основі піримідину (С). Але тоді як другою піримідиновою основою в ДНК є тимін (Т) у РНК, цією базою є урацил (U).

Як це трапляється, в нуклеїнових кислотах А зв'язується і лише з Т (або U, якщо молекула РНК), а С - і лише з G. Це специфічне та унікальне додаткове базове сполучення необхідна організація для належної передачі інформації ДНК до інформації мРНК у транскрипції та інформації мРНК до інформації тРНК під час трансляції.

На більш макрорівні ДНК є дволанцюжковою, тоді як РНК - одноланцюговою. Зокрема, ДНК приймає форму подвійної спіралі, яка схожа на сходи, скручені в різні боки з обох кінців.

Ланцюги пов'язані з кожним нуклеотидом за допомогою відповідних азотистих основ. Це означає, що нуклеотид, що несе "А", може мати лише нуклеотид, що несе "Т", на своєму нуклеотиді "партнера". Це означає, що в цілому два ланцюги ДНК є доповнюючий один одному.

Молекули ДНК можуть складати тисячі основ (або, більш правильно, пари основ) довго. Насправді людина хромосома - це не що інше, як одна дуже довга ланцюг ДНК у поєднанні з великою кількістю білка. З іншого боку, молекули РНК усіх типів, як правило, порівняно малі.

Крім того, ДНК міститься в основному в ядрах еукаріотів, а також у мітохондріях та хлоропластах. Більша частина РНК, навпаки, міститься в ядрі та цитоплазмі. Крім того, як ви скоро побачите, РНК буває різних типів.

РНК буває трьох основних типів. Перший - це мРНК, який зроблений із матриці ДНК під час транскрипції в ядрі. Після завершення ланцюг мРНК пробивається з ядра через пору в ядерній оболонці і згортає, направляючи шоу на рибосому, місце переклад білка.

Другий тип РНК - передача РНК (тРНК). Це менша молекула нуклеїнової кислоти, яка складається з 20 підтипів, по одному для кожної амінокислоти. Його мета полягає в тому, щоб перемістити свою "призначену" амінокислоту до місця трансляції на рибосомі, щоб її можна було додати до зростаючого ланцюга поліпептиду (невеликий білок, часто в процесі розвитку).

Третім типом РНК є рибосомна РНК (рРНК). Цей тип РНК становить значну частку маси рибосом з білками, специфічними для рибосом, що складають решту маси.

Часто цитованою "центральною догмою" молекулярної біології є ДНК до РНК до білка. Сформулювавши це ще коротше, можна сказати транскрипція на переклад. Транскрипція є першим остаточним кроком до синтезу білка і є однією з постійних потреб будь-якої клітини.

Цей процес починається з розмотування молекули ДНК на окремі ланцюги, щоб ферменти та нуклеотиди, що беруть участь у транскрипції, мали місце для переміщення на місце події.

Потім вздовж одного з ланцюгів ДНК за допомогою ферменту РНК-полімерази збирають ланцюг мРНК. Цей ланцюг мРНК має базову послідовність, що доповнює послідовність матричної ланцюга, за винятком того факту, що U з’являється там, де Т з’являється в ДНК.

• Наприклад, якщо послідовність ДНК, що проходить транскрипцію, є ATTCGCGGTATGTC, то отриманий ланцюг мРНК матиме послідовність UAAGCGCCAUACAG.

Коли синтезується ланцюг мРНК, певна довжина ДНК, що називається інтронами, врешті-решт сплайсується з послідовності мРНК, оскільки вони не кодують жодних білкових продуктів. Лише ті частини ДНК-ланцюга, які насправді кодують щось, що називається екзонами, вносять свій вклад у кінцеву молекулу мРНК.

Для успішного перекладу на місці синтезу білка потрібні різні структури.

Рибосома: Кожна рибосома складається з невеликої рибосомної субодиниці та великої рибосомної субодиниці. Вони існують лише у парі, коли розпочинається переклад. Вони містять велику кількість рРНК, а також білок. Це один з небагатьох клітинних компонентів, який існує як у прокаріотів, так і у еукаріотів.

мРНК: Ця молекула несе прямі вказівки з ДНК клітини для виробництва певного білка. Якщо ДНК можна сприймати як проект цілого організму, ланцюг мРНК містить достатньо інформації, щоб зробити один вирішальний компонент цього організму.

тРНК: Ця нуклеїнова кислота утворює зв’язки з амінокислотами індивідуально, утворюючи так звані аміноацил-тРНК-комплекси. Це просто означає, що в даний час таксі (тРНК) перевозить передбачуваного і єдиного виду пасажира (конкретна амінокислота) з числа 20 "типів" людей поблизу.

Амінокислоти: Це дрібні кислоти з аміно (-NH₂) група, група карбонової кислоти (-COOH) та бічний ланцюг, зв’язаний з центральним атомом вуглецю разом з атомом водню. Важливо, що коди для кожної з 20 амінокислот містяться у групах із трьох названих основ мРНК триплетні кодони.

Переклад базується на відносно простому триплет-коді. Врахуйте, що будь-яка група з трьох послідовних основ може включати одну з 64 можливих комбінацій (наприклад, AAG, CGU тощо), оскільки чотири підняті на третю ступінь дорівнюють 64.

Це означає, що існує більше ніж достатня кількість комбінацій для утворення 20 амінокислот. Насправді, можливо, щоб більше одного кодону кодувало одну і ту ж амінокислоту.

Це насправді так. Деякі амінокислоти синтезуються з більш ніж одного кодону. Наприклад, лейцин асоціюється з шістьма різними послідовностями кодонів. Триплетний код - це "вироджений".

Однак важливо, що це не так зайвий. Тобто, те саме кодон мРНК не може код для більше одного амінокислота.

Фізичним місцем перекладу у всіх організмах є рибосома. Деякі частини рибосоми також мають ферментативні властивості.

Переклад у прокаріотів починається з ініціація через сигнал фактора ініціації від кодону, який відповідно називається кодоном START. Це відсутнє у еукаріотів, і замість цього першою обраною амінокислотою є метіонін, кодований AUG, який функціонує як сорт кодону START.

Коли кожна додаткова трисегментна смужка мРНК оголюється на поверхні рибосоми, тРНК, що містить закликану амінокислоту, потрапляє на місце події і падає свого пасажира. Цей ділянку зв'язування називають "А" сайтом рибосоми.

Ця взаємодія відбувається на молекулярному рівні, оскільки ці молекули тРНК мають базові послідовності, комплементарні вхідній мРНК, і, отже, легко зв’язуються з мРНК.

В подовження На фазі трансляції рибосома рухається на три основи, процес називається трансляцією. Це відкриває сайт "А" заново і призводить до того, що поліпептид, незалежно від його довжини в цьому мислительному експерименті, переміщується до сайту "Р".

Коли новий комплекс аміноацил-тРНК надходить на сайт "А", весь поліпептидний ланцюг видаляється з сайт "P" і приєднаний до амінокислоти, яка щойно осіла на сайті "A", через пептид облігація. Таким чином, коли транслокація рибосоми по "сліду" молекули мРНК повторюється, цикл буде завершено, і зростаючий поліпептидний ланцюг тепер довший на одну амінокислоту.

В припинення Фаза, рибосома зустрічає один із трьох термінаційних кодонів, або STOP-кодонів, які включені в мРНК (UAG, UGA та UAA). Це змушує не тРНК, а речовини, які називаються факторами вивільнення, потрапляти на сайт, і це призводить до вивільнення поліпептидного ланцюга. Рибосоми поділяються на складові субодиниці, і трансляція завершена.

Процес трансляції створює поліпептидний ланцюг, який ще потрібно модифікувати, перш ніж він зможе нормально працювати як новий білок. Первинна структура a білка, його амінокислотна послідовність, представляє лише незначну частину її кінцевої функції.

Білок модифікується після трансляції, складаючи його у певні форми - процес, який часто відбувається спонтанно внаслідок електростатичної взаємодії між амінокислотами в сусідніх плямах уздовж поліпептидний ланцюг.

Рибосоми - чудові працівники, але вони не є інженерами з контролю якості. Вони можуть створювати білки лише з отриманого шаблону мРНК. Вони не можуть виявити помилки в цьому шаблоні. Тому помилки в перекладі були б неминучими навіть у світі ідеально функціонуючих рибосом.

Мутації що зміна однієї амінокислоти може порушити білкову функцію, таку як мутація, що викликає серповидно-клітинну анемію. Мутації, які додають або видаляють базову пару, можуть відкинути весь триплетний код, так що більшість або всі наступні амінокислоти також будуть помилковими.

Мутації можуть створити ранній STOP кодон, що означає, що лише частина білка синтезується. Усі ці стани можуть виснажувати в різному ступені, і спроба подолати такі вроджені помилки є постійною та складною проблемою для медичних дослідників.