ПРЕВОД ДНК: ПРОЦЕС У ЕУКАРИОТА И ПРОКАРИОТА - БИОЛОГИЈА - 2025

Превод ДНК је процес којим се информације садржане у РНК произведеног током транскрипције (копирање информација у ДНК секвенци као РНК) је "преведена" у амино киселине секвенце синтезе протеина.

Из ћелијске перспективе, експресија гена је релативно сложена ствар која се дешава у два корака: транскрипцији и превођењу.

РНА превод посредован рибосомом (Извор: ЛадиофХатс / Публиц домаин, виа Викимедиа Цоммонс)

Сви гени који су експримирани (без обзира да ли кодирају пептидне секвенце, тј. Протеине) у почетку то чине преносећи информације садржане у њиховој ДНК секвенци у мессенгер РНА (мРНА) молекулу кроз процес зван транскрипција.

Транскрипција се постиже посебним ензимима познатим као РНА полимеразе, који користе један од комплементарних ланаца ДНК гена као образац за синтезу молекула „пре-мРНА“, који се затим обрађује у зрелу мРНА.

За гене који кодирају протеине, информације садржане у зрелим мРНК се „читају“ и преводе у аминокиселине према генетском коду, који одређује који кодон или нуклеотидни троплет одговара којој конкретној аминокиселини.

Спецификација аминокиселинске секвенце протеина, дакле, зависи од почетне секвенце азотних база у ДНК која одговара гену, а затим и у мРНА која преноси ову информацију из језгра до цитосола (у еукариотским ћелијама); поступак који је такође дефинисан као синтеза протеина вођена мРНА.

С обзиром на то да постоје 64 могуће комбинације 4 азотне базе које чине ДНК и РНК и само 20 аминокиселина, аминокиселину могу да кодирају различите троструке (кодони), због чега се каже да је генетски код „дегенериран“ (осим за аминокиселину метионин, који је кодиран јединственим АУГ кодоном).

Еукариотски превод (корак-поступак)

Дијаграм еукариотске ћелије животиње и њених делова (Извор: Алејандро Порто преко Викимедиа Цоммонс)

У еукариотским ћелијама транскрипција се одвија у језгру и трансформација у цитосол, тако да мРНА која се формирају током првог процеса такође играју улогу у транспорту информација из језгра у цитосол, где се ћелије налазе. биосинтетске машине (рибосоми).

Важно је напоменути да раздељивање транскрипције и превођења у еукариота важи за језгро, али није исто ни за органеле са њиховим сопственим геномима, као што су хлоропласти и митохондрији, који имају системе сличне онима у прокариотским организмима.

Еукариотске ћелије такође имају цитосолне рибосоме везане на мембране ендоплазматског ретикулума (груби ендоплазматски ретикулум), у којима се врши превођење протеина који су предодређени за убацивање у ћелијске мембране или за које је потребна пост-транслациона обрада која се дешава у поменутом одељку. .

- Обрада мРНА пре њиховог превођења

МРНА се модификују на својим крајевима када су преписани:

- Када 5 'крај мРНА излази са површине РНА полимеразе ИИ током транскрипције, одмах га "напада" група ензима који синтетишу "капуљачу" састављену од 7-метил гванилата и која је повезана са нуклеотидом терминал мРНА преко 5 ', 5' трифосфатне везе.

- 3 'крај мРНА подвргава се "цепању" ендонуклеазом, што ствара 3' слободну хидроксилну групу на коју је везан "низ" или "реп" аденинских остатака (од 100 до 250). једну по једну ензимом поли (А) полимеразе.

"5" капуљача и "поли А реп" испуњавају функције у заштити молекула мРНА од деградације и, поред тога, функционишу у транспорту зрелих транскрипата према цитосолу и у покретању и престанку превод, респективно

Ц ортх и спајање

Након транскрипције, "примарни" мРНА са два модификована краја, који су и даље присутни у језгру, пролазе кроз процес "спајања" при чему се интронски низови углавном уклањају и настали егзони се спајају (пост-транскрипциона обрада) , са којима се добијају зрели транскрипти који напуштају језгро и допиру до цитосола.

Спајање се врши помоћу рибопротеинског комплекса названог сплицеосом (сплицеосомски англизам), сачињеног од пет малих рибонуклеопротеина и РНА молекула, који могу да "препознају" области које треба да се уклоне из примарног транскрипта.

У многим еукариотама постоји феномен познат као "алтернативно спајање", што значи да различите врсте модификација после транскрипције могу произвести различите протеине или изоциме који се међусобно разликују у неким аспектима њихове секвенце.

- Рибозоми

Када зрели транскрипти напусте језгро и транспортују се за превођење у цитосолу, они се обрађују транслацијским комплексом познатим као рибосом, који се састоји од комплекса протеина повезаних са молекулама РНА.

Рибосоми су састављени од две подјединице, једне „велике“ и једне „мале“, које се слободно дисоцирају у цитосолу и вежу или се придружују на молекули мРНА која се преводи.

Везање између рибосома и мРНА зависи од специјализованих молекула РНА који се повезују са рибосомалним протеинима (рибосомална РНА или рРНА и преносе РНА или тРНА), а сваки од њих има специфичне функције.

ТРНА су молекуларни „адаптери“, јер кроз један крај могу „очитати“ сваки кодон или триплет у зрелој мРНА (помоћу комплементарности базе), а преко другог се могу везати за аминокиселину кодирану кодоном „чита“.

С друге стране, молекуле рРНА задужене су за убрзавање (катализирање) процеса везивања сваке аминокиселине у ланцу урођеног пептида.

Зрелу еукариотску мРНА могу „читати“ многи рибосоми, онолико пута колико ћелија означава. Другим речима, иста мРНА може да створи много копија истог протеина.

Покрените кодон и оквир за читање

Када се зрелој мРНА приближи рибосомална подјединица, рибопротеински комплекс "скенира" секвенцу поменуте молекуле све док не нађе почетни кодон, који је увек АУГ и укључује увођење остатка метионина.

АУГ кодон дефинише оквир читања за сваки ген и, поред тога, дефинише прву аминокиселину свих протеина преведених у природи (ова аминокиселина се много пута елиминише пост-транслационо).

Заустави кодоне

Три друга кодона идентификована су као они који индуцирају прекид превођења: УАА, УАГ и УГА.

Оне мутације које укључују промену азотних база у триплету која кодира аминокиселину и које резултирају заустављањем кодона познате су као глупости мутације, јер изазивају прерани прекид процеса синтезе, који формира краће протеине.

Непреведени региони

Близу 5 'краја зрелих молекула мРНА налазе се непреведене области (УТР), које се називају и "вође" секвенце, које се налазе између првог нуклеотида и кодона за почетак превођења ( АУГ).

Ове непреведене УТР регије имају специфична места за везивање са рибосомима, а код људи, на пример, дужине су око 170 нуклеотида, међу којима постоје регулаторна подручја, места везивања протеина која делују у регулацији превод итд.

- Почетак превода

Превод, као и транскрипција, састоје се од 3 фазе: фаза иницијације, фаза издужења и на крају фаза завршавања.

Иницијација

Састоји се од састављања транслационог комплекса на мРНА, које заслужује везивање три протеина позната под називом Иницијацијски фактор (ИФ) ИФ1, ИФ2 и ИФ3 за малу подјединицу рибосома.

Комплекс „преиницијације“ који настају факторима иницијације и мала рибосомална подјединица, заузврат, вежу се са тРНА која „носи“ метионински остатак и овај скуп молекула се веже за мРНА, близу стартног кодона. АУГ.

Ови догађаји доводе до везивања мРНА за велику рибосомалну подјединицу, што доводи до ослобађања фактора иницијације. Велика подјединица рибосома има 3 места везивања за молекуле тРНА: А место (аминокиселина), П место (полипептид) и Е место (излаз).

Место А везује се за антикодон аминоацил-тРНА који је комплементаран оном мРНА која се преводи; место П је место где се аминокиселина преноси из тРНА до урођеног пептида, а Е место је тамо где се налази у "празној" тРНА пре него што се пусти у цитосол после испоруке аминокиселине.

Графички приказ фаза иницијације и продужења превода (Извор: Јордан Нгуиен / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0) путем Викимедиа Цоммонса)

Издужење

Ова фаза се састоји од „кретања“ рибосома дуж молекуле мРНА и превођења сваког кодона који се „чита“, што подразумева раст или продужење полипептидног ланца при рођењу.

Овај процес захтева фактор познат као фактор издужења Г и енергију у облику ГТП-а, који покреће транслокацију фактора продужења дуж молекуле мРНА док се преводи.

Активност пептидил-трансферазе рибосомалних РНА омогућава стварање пептидних веза између сукцесивних аминокиселина које се додају у ланац.

Прекид

Превођење се завршава када рибосом наиђе на било који од кодона за завршавање, јер тРНА не препознају ове кодоне (не кодирају аминокиселине). Вежу се и протеини познати као фактори ослобађања који олакшавају одвајање мРНА од рибосома и дисоцијацију његових подјединица.

Прокариотски превод (кораци-процеси)

У прокариоту, као у еукариотским ћелијама, рибосоми одговорни за синтезу протеина налазе се у цитосолу (што важи и за транскрипционе машине), чињеницу која омогућава брзо повећање концентрације цитосолне протеине. када се експресија гена који га кодирају повећава.

Иако није изузетно чест процес код ових организама, примарне мРНА настале током транскрипције могу проћи пост-транскрипцијско сазревање путем "спајања". Међутим, најчешће је посматрати рибосоме везане за примарни транскрипт који га преводе истовремено када се преписује из одговарајуће ДНК секвенце.

С обзиром на горе наведено, превођење код многих прокариота почиње на 5 'крају, будући да 3' крај мРНА остаје везан за ДНК шаблона (и одвија се истовремено с транскрипцијом).

Непреведени региони

Прокариотске ћелије такође производе мРНА са нетранслираним регионима познатим као "Схине-Далгарно бок" и чији је консензусни низ АГГАГГ. Као што је очигледно, УТР регије бактерија су знатно краћа од оних еукариотских ћелија, иако оне извршавају сличне функције током превођења.

Процес

Код бактерија и других прокариотских организама процес превођења је прилично сличан ономе у еукариотским ћелијама. Састоји се и од три фазе: иницијације, продужења и укидања, које зависе од специфичних прокариотских фактора, различитих од оних које користе еукариоти.

Издуживање, на пример, зависи од познатих фактора издуживања као што су ЕФ-Ту и ЕФ-Тс, а не од Г фактора еукариота.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Рафф, М., Робертс, К., & Валтер, П. (2007). Молекуларна биологија ћелије. Гарланд Сциенце. Нев Иорк, 1392.
2. Цланци, С. и Бровн, В. (2008) Превод: ДНА у мРНА до протеина. Образовање из природе 1 (1): 101.
3. Гриффитхс, АЈ, Весслер, СР, Левонтин, РЦ, Гелбарт, ВМ, Сузуки, ДТ, и Миллер, ЈХ (2005). Увод у генетску анализу. Мацмиллан.
4. Лодисх, Х., Берк, А., Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Сцотт, посланик, Бретсцхер, А.,… и Матсудаира, П. (2008). Молекуларна ћелијска биологија. Мацмиллан.
5. Нелсон, ДЛ, Лехнингер, АЛ и Цок, ММ (2008). Лехнингерови принципи биохемије. Мацмиллан.
6. Росенберг, ЛЕ, и Росенберг, ДД (2012). Људски гени и геноми: наука. Здравље, друштво, 317-338.