PŘEKLAD DNA: PROCES V EUKARYOTECH A PROKARYOTECH - BIOLOGIE - 2025

Překlad DNA je proces, při kterém se informace obsažená v RNA vyrobené během transkripce (kopírování informací v DNA sekvenci jako RNA) je „přeložený“ v aminokyselinové sekvenci od syntézy proteinů.

Z buněčného hlediska je genová exprese relativně komplexní záležitost, ke které dochází ve dvou krocích: transkripce a translace.

Překlad RNA zprostředkovaný ribozomem (Zdroj: LadyofHats / Public domain, přes Wikimedia Commons)

Všechny geny, které jsou exprimovány (bez ohledu na to, zda kódují peptidové sekvence, tj. Proteiny), to zpočátku dělají přenosem informací obsažených v jejich DNA sekvenci na molekulu messenger RNA (mRNA) prostřednictvím procesu zvaného transkripce.

Transkripce je dosahována speciálními enzymy známými jako RNA polymerázy, které používají jeden z komplementárních řetězců DNA genu jako templát pro syntézu molekuly „pre-mRNA“, která je následně zpracována za vzniku zralé mRNA.

U genů, které kódují proteiny, jsou informace obsažené ve zralých mRNA „přečteny“ a převedeny na aminokyseliny podle genetického kódu, který specifikuje, který kodon nebo nukleotidový triplet odpovídá které konkrétní aminokyselině.

Specifikace aminokyselinové sekvence proteinu tedy závisí na počáteční sekvenci dusíkatých bází v DNA, která odpovídá genu, a poté v mRNA, která přenáší tuto informaci z jádra na cytosol (v eukaryotických buňkách); proces, který je také definován jako syntéza proteinů vedená mRNA.

Vzhledem k tomu, že existuje 64 možných kombinací 4 dusíkatých bází, které tvoří DNA a RNA a pouze 20 aminokyselin, lze aminokyselinu kódovat různými triplety (kodony), a proto se říká, že genetický kód je „degenerovaný“. (s výjimkou aminokyseliny methioninu, který je kódován jedinečným AUG kodonem).

Eukaryotický překlad (step-process)

Schéma zvířecí eukaryotické buňky a jejích částí (Zdroj: Alejandro Porto přes Wikimedia Commons)

V eukaryotických buňkách probíhá transkripce v jádru a translace v cytosolu, takže mRNA, které se vytvářejí během prvního procesu, také hrají roli při přenosu informací z jádra do cytosolu, kde se buňky nacházejí. biosyntetické stroje (ribozomy).

Je důležité zmínit, že kompartmentalizace transkripce a translace v eukaryotech platí pro jádro, ale není to stejné pro organely s vlastním genomem, jako jsou chloroplasty a mitochondrie, které mají systémy více podobné systémům prokaryotních organismů.

Eukaryotické buňky mají také cytosolické ribozomy připojené k membránám endoplazmatického retikula (hrubé endoplazmatické retikulum), ve kterém dochází k translaci proteinů, které mají být vloženy do buněčných membrán nebo které vyžadují posttranslační zpracování, ke kterému dochází v uvedené kompartmentu..

- Zpracování mRNA před jejich překladem

MRNA jsou modifikovány na svých koncích, když jsou přepisovány:

- Když se 5 'konec mRNA objeví během transkripce z povrchu RNA polymerázy II, je okamžitě „napaden“ skupinou enzymů, které syntetizují „kapotu“ složenou ze 7-methyl guanylátu a která je spojena s nukleotidem terminál mRNA prostřednictvím 5 ', 5' trifosfátové vazby.

- 3 'konec mRNA je podroben "štěpení" endonukleázou, která vytváří 3' volnou hydroxylovou skupinu, ke které je připojen "řetězec" nebo "konec" zbytků adeninu (od 100 do 250). jeden po druhém enzymem poly (A) polymerázy.

"5" kapuce "a" poly A ocas "plní funkce při ochraně molekul mRNA proti degradaci a navíc fungují při transportu zralých transkriptů směrem k cytosolu a při iniciaci a ukončení překlad, resp.

C orth a sestřih

Po transkripci "primární" mRNA se svými dvěma modifikovanými konci, stále přítomnými v jádru, procházejí procesem "sestřihu", přičemž intronové sekvence jsou obecně odstraněny a výsledné exony jsou spojeny (post-transkripční zpracování)., čímž se získají zralé transkripty, které opouštějí jádro a dosahují cytosolu.

Sestřih je prováděn riboproteinovým komplexem zvaným spliceosom (spliceosomový anglicismus), tvořeným pěti malými ribonukleoproteiny a molekulami RNA, které jsou schopny "rozpoznat" regiony, které mají být odstraněny z primárního transkriptu.

V mnoha eukaryotech existuje jev známý jako „alternativní sestřih“, což znamená, že různé typy post-transkripčních modifikací mohou produkovat různé proteiny nebo izozymy, které se od sebe liší v některých aspektech jejich sekvencí.

- Ribosomy

Když zralé transkripty opouštějí jádro a jsou transportovány pro translaci v cytosolu, jsou zpracovány translačním komplexem známým jako ribozom, který sestává z komplexu proteinů asociovaných s molekulami RNA.

Ribozomy jsou složeny ze dvou podjednotek, jedné "velké" a jedné "malé", které jsou volně disociovány v cytosolu a vážou se nebo se sdružují na mRNA molekule, která je translatována.

Vazba mezi ribozomy a mRNA závisí na specializovaných molekulách RNA, které se spojují s ribozomálními proteiny (ribozomální RNA nebo rRNA a přenosová RNA nebo tRNA), z nichž každá má specifické funkce.

TRNA jsou molekulární "adaptéry", protože prostřednictvím jednoho konce mohou "číst" každý kodon nebo triplet ve zralé mRNA (komplementaritou báze) a prostřednictvím druhého se mohou vázat na aminokyselinu kódovanou "čteným" kodonem.

Molekuly rRNA, na druhé straně, mají na starosti urychlení (katalyzování) procesu vazby každé aminokyseliny v rodícím se peptidovém řetězci.

Zralá eukaryotická mRNA může být „přečtena“ mnoha ribozomy, kolikrát to buňka naznačuje. Jinými slovy, stejná mRNA může vést k mnoha kopiím stejného proteinu.

Spusťte kodon a čtecí rámec

Když se k zralé mRNA přiblíží ribozomální podjednotky, riboproteinový komplex "skenuje" sekvenci uvedené molekuly, dokud nenajde startovací kodon, který je vždy AUG a zahrnuje zavedení methioninového zbytku.

AUG kodon definuje čtecí rámec pro každý gen a kromě toho definuje první aminokyselinu všech translatovaných proteinů v přírodě (tato aminokyselina je mnohokrát eliminována posttranslačně).

Zastavte kodony

Jako další kodony byly identifikovány tři další kodony: UAA, UAG a UGA.

Mutace, které zahrnují změnu dusíkatých bází v tripletu, který kóduje aminokyselinu a které vedou k stop kodonům, jsou známé jako nesmyslové mutace, protože způsobují předčasné zastavení procesu syntézy, které tvoří kratší proteiny.

Nepřekládané regiony

Blízko 5 'konce zralých molekul mRNA jsou nepřekládané oblasti (UTR), také nazývané „vedoucí“ sekvence, které jsou umístěny mezi prvním nukleotidem a kodonem pro zahájení translace (AUG).

Tyto nepřekládané oblasti UTR mají specifická místa pro vazbu s ribozomy a například u lidí mají délku přibližně 170 nukleotidů, mezi nimiž jsou regulační oblasti, proteinová vazebná místa, která fungují při regulaci překlad atd.

- Začátek překladu

Překlad, stejně jako transkripce, sestává ze 3 fází: zahajovací fáze, prodloužená fáze a nakonec ukončovací fáze.

Zahájení

Spočívá v sestavení translačního komplexu na mRNA, který si zaslouží vazbu tří proteinů známých jako iniciační faktor (IF) IF1, IF2 a IF3 na malou podjednotku ribozomu.

„Pre-iniciační“ komplex tvořený iniciačními faktory a malou ribozomální podjednotkou se zase váží s tRNA, která „nese“ methioninový zbytek a tato sada molekul se váže k mRNA, poblíž startovacího kodonu. AUG.

Tyto události vedou k vazbě mRNA na velkou ribozomální podjednotku, což vede k uvolnění iniciačních faktorů. Velká ribozomová podjednotka má 3 vazebná místa pro molekuly tRNA: A místo (aminokyselina), P místo (polypeptid) a E místo (výstup).

Místo A se váže na antikodon aminoacyl-tRNA, který je komplementární s antigenem translatované mRNA; místo P je místo, kde je aminokyselina přenesena z tRNA na rodící se peptid a místo E je místo, kde se nachází v „prázdné“ tRNA před uvolněním do cytosolu po dodání aminokyseliny.

Grafické znázornění fází zahájení a prodloužení překladu (Zdroj: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) přes Wikimedia Commons)

Prodloužení

Tato fáze sestává z "pohybu" ribosomu podél molekuly mRNA a translace každého kodonu, který je "čtení", což znamená růst nebo prodloužení polypeptidového řetězce při narození.

Tento proces vyžaduje faktor známý jako elongační faktor G a energii ve formě GTP, což řídí translokaci elongačních faktorů podél molekuly mRNA při jejím translaci.

Peptidyltransferázová aktivita ribozomálních RNA umožňuje tvorbu peptidových vazeb mezi po sobě jdoucími aminokyselinami, které jsou přidávány do řetězce.

Ukončení

Překlad končí, když ribosom narazí na některý z terminačních kodonů, protože tRNA tyto kodony nerozpoznávají (nekódují aminokyseliny). Proteiny známé jako faktory uvolňování se také vážou, což usnadňuje uvolňování mRNA z ribozomu a disociaci jeho podjednotek.

Prokaryotický překlad (kroky-procesy)

V prokaryotoch, jako v eukaryotických buňkách, jsou ribozomy zodpovědné za syntézu proteinu nalezeny v cytosolu (což platí také pro transkripční aparát), což je skutečnost, která umožňuje rychlé zvýšení cytosolické koncentrace proteinu když se zvýší exprese genů, které ji kódují.

Ačkoli to není u těchto organismů extrémně běžný proces, primární mRNA produkované během transkripce mohou podstoupit post-transkripční maturaci prostřednictvím „sestřihu“. Nejběžnější je však pozorovat ribozomy připojené k primárnímu transkriptu, které jej překládají současně s transkribováním z odpovídající sekvence DNA.

S ohledem na výše uvedené začíná translace v mnoha prokaryotech na 5 'konci, protože 3' konec mRNA zůstává připojen k templátové DNA (a dochází současně s transkripcí).

Nepřekládané regiony

Prokaryotické buňky také produkují mRNA s netranslatovanými oblastmi známými jako "Shine-Dalgarno box" a jejichž konsensuální sekvence je AGGAGG. Jak je zřejmé, oblasti UTR bakterií jsou podstatně kratší než oblasti eukaryotických buněk, i když během translace vykazují podobné funkce.

Proces

U bakterií a jiných prokaryotických organismů je translační proces docela podobný procesu eukaryotických buněk. Skládá se také ze tří fází: iniciace, elongace a ukončení, které závisí na konkrétních prokaryotických faktorech, odlišných od faktorů používaných eukaryoty.

Prodloužení závisí například na známých elongačních faktorech, jako je EF-Tu a EF-Ts, než na faktoru G eukaryot.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. a Walter, P. (2007). Molekulární biologie buňky. Věnec věnec. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Překlad: DNA na mRNA na protein. Nature Education 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Úvod do genetické analýzy. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologie molekulárních buněk. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
6. Rosenberg, LE a Rosenberg, DD (2012). Lidské geny a genomy: věda. Health, Society, 317-338.