DNR VERTIMAS: PROCESAS EUKARIOTUOSE IR PROKARIOTUOSE - BIOLOGIJA - 2025

DNR vertimo yra procesas, kurio metu esančius RNR transkripcijos pagamintos metu informacija (kopijavimo Informacijos DNR sekos, kaip RNR) yra "išversti" į amino rūgščių sekos, kurią lemia baltymų sintezę.

Žvelgiant iš ląstelių, genų ekspresija yra gana sudėtingas reikalas, vykstantis dviem etapais: transkripcija ir vertimas.

RNR vertimas, kurį tarpininkauja ribosoma (Šaltinis: LadyofHats / Public domain, per Wikimedia Commons)

Visi genai, kurie yra ekspresuojami (nesvarbu, ar jie koduoja peptido sekas, t. Y. Baltymus, ar ne), iš pradžių tai daro pernešdami informaciją, esančią jų DNR seka į RNR (mRNR) molekulę per procesą, vadinamą transkripcija.

Transkripcija pasiekiama specialiais fermentais, vadinamais RNR polimerazėmis, kurie naudoja vieną iš komplekso genų DNR sruogų kaip šabloną „pre-mRNR“ molekulės sintezei, kuri vėliau yra apdorojama, kad susidarytų subrendusi mRNR.

Apie genus, kurie koduoja baltymus, subrendusiose mRNR esanti informacija yra „perskaityta“ ir paverčiama į aminorūgštis pagal genetinį kodą, kuriame nurodoma, kuris kodonas ar nukleotido tripletas atitinka tam tikrą aminorūgštį.

Taigi baltymo aminorūgščių sekos specifikacija priklauso nuo pradinės azoto bazių sekos DNR, kuri atitinka geną, o po to mRNR, kuri šią informaciją perneša iš branduolio į citozolį (eukariotų ląstelėse); procesas, kuris taip pat apibūdinamas kaip baltymų sintezė, pagrįsta mRNR.

Atsižvelgiant į tai, kad yra 64 galimi 4 azotinių bazių, kurios sudaro DNR ir RNR, junginiai ir tik 20 aminorūgščių, aminorūgštį gali koduoti skirtingi tripletai (kodonai), todėl sakoma, kad genetinis kodas yra „išsigimęs“. (išskyrus aminorūgštį metioniną, kurį koduoja unikalus AUG kodonas).

Eukariotinis vertimas (žingsnis po proceso)

Gyvūninės eukariotinės ląstelės ir jos dalių schema (Šaltinis: Alejandro Porto per „Wikimedia Commons“)

Eukariotų ląstelėse transkripcija vyksta branduolyje ir transliacija citozolyje, todėl mRNR, kurios susidaro pirmojo proceso metu, taip pat vaidina svarbų vaidmenį perduodant informaciją iš branduolio į citozolį, kur randamos ląstelės. biosintetinės mašinos (ribosomos).

Svarbu paminėti, kad transkripcijos ir vertimo dalijimasis į eukariotus yra teisingas branduoliui, tačiau tai nėra tas pats organelės, turinčios savo genomą, pavyzdžiui, chloroplastai ir mitochondrijos, kurių sistemos labiau panašios į prokariotinių organizmų sistemas.

Eukariotinės ląstelės taip pat turi citozolines ribosomas, pritvirtintas prie endoplazminio retikulumo membranų (šiurkštus endoplazminis retikulumas), kuriose vyksta baltymų, kuriuos ketinama įterpti į ląstelių membranas, arba kuriems reikalingas post-transliacinis perdirbimas ir kurie vyksta minėtame skyriuje, transliacija. .

- mRNR apdorojimas prieš jų vertimą

MRNR modifikuojami jų galuose, kai jie perrašomi:

- Kai transkripcijos metu iš RNR polimerazės II paviršiaus iškyla 5 'mRNR galas, ją iš karto „užpuola“ fermentų grupė, sintetinanti „gaubtą“, sudarytą iš 7-metil guanilato ir sujungtą su nukleotidu. mRNR galas per 5 ', 5' trifosfato jungtį.

- 3R mRNR galas „suskaidomas“ endonukleazės būdu, sukurdamas 3 ’laisvą hidroksilo grupę, prie kurios yra pritvirtinta adenino liekanų„ eilutė ”arba„ uodega ”(nuo 100 iki 250), kurios pridedamos po vieną poli (A) polimerazės fermento pagalba.

„5“ gaubtas ir „poli A uodega“ atlieka funkcijas, apsaugančias mRNR molekules nuo skilimo, ir, be to, veikia pernešdamos subrendusius nuorašus į citozolį ir inicijuodamos bei nutraukdamos vertimas, atitinkamai.

C ortas ir sujungimas

Po transkripcijos „pirminės“ mRNR su dviem modifikuotais galais, vis dar esančiais branduolyje, yra „pririšimo“ procesas, kurio metu vidinės sekos paprastai pašalinamos ir susidarantys egzonai sujungiami (perdirbimas po transkripcijos). , su kuriais gaunami subrendę nuorašai, kurie palieka branduolį ir pasiekia citozolį.

Sujungimą vykdo riboproteinų kompleksas, vadinamas spliceozoma (spliciceozomos anglikizmas), sudarytas iš penkių mažų ribonukleoproteinų ir RNR molekulių, gebančių „atpažinti“ sritis, kurias reikia pašalinti iš pirminio nuorašo.

Daugelyje eukariotų yra reiškinys, žinomas kaip „alternatyvus splaisingas“, o tai reiškia, kad skirtingos post-transkripcijos modifikacijos gali gaminti skirtingus baltymus ar izozimus, kurie skiriasi vienas nuo kito savo sekų aspektais.

- Ribosomos

Kai subrendę nuorašai palieka branduolį ir yra gabenami transliacijai į citozolį, juos apdoroja transliacinis kompleksas, žinomas kaip ribosoma, kurį sudaro baltymų, susietų su RNR molekulėmis, kompleksas.

Ribosomos yra sudarytos iš dviejų subvienetų - vieno „didelio“ ir vieno „mažo“, kurie laisvai disocijuojasi citozolyje ir jungiasi arba yra susieti su translyta mRNR molekule.

Ryšys tarp ribosomų ir mRNR priklauso nuo specializuotų RNR molekulių, kurios asocijuojasi su ribosomų baltymais (ribosomine RNR arba rRNR ir perduoda RNR ar tRNR), kurių kiekviena turi specifines funkcijas.

TRNR yra molekuliniai „adapteriai“, nes per vieną galą jie gali „perskaityti“ kiekvieną subrendusios mRNR kodoną arba tripletą (pagal bazės komplementarumą), o per kitą jie gali prisijungti prie aminorūgšties, kurią koduoja „skaitytas“ kodonas.

RRNR molekulės, atvirkščiai, yra atsakingos už kiekvienos aminorūgšties surišimo proceso spartinimą (katalizavimą) besiformuojančioje peptido grandinėje.

Subrendusią eukariotinę mRNR gali „perskaityti“ daugybė ribosomų tiek kartų, kiek nurodo ląstelė. Kitaip tariant, ta pati mRNR gali sukelti daugybę to paties baltymo kopijų.

Pradėkite kodoną ir skaitymo rėmelį

Kai prie subrendusios mRNR kreipiasi ribosomų subvienetai, riboproteinų kompleksas „nuskaito“ minėtos molekulės seką, kol randa pradinį kodoną, kuris visada yra AUG ir apima metionino liekanos įvedimą.

AUG kodonas apibrėžia kiekvieno geno skaitymo rėmus ir, be to, apibūdina visų gamtoje perkeltų baltymų pirmąją aminorūgštį (ši aminorūgštis daug kartų pašalinama po vertimo).

Sustabdykite kodonus

Kiti trys kodonai buvo identifikuoti kaip tokie, kurie sukelia transliacijos pabaigą: UAA, UAG ir UGA.

Tos mutacijos, dėl kurių keičiasi azoto bazės triplete, koduojančiame aminorūgštį ir dėl kurių sustoja kodonai, yra žinomos kaip nesąmoningos mutacijos, nes jos sukelia priešlaikinį sintezės proceso sustabdymą, dėl kurio susidaro trumpesni baltymai.

Neišversti regionai

Šalia subrendusių mRNR molekulių 5 'galo yra netransliuojamos sritys (UTR), dar vadinamos „lyderių“ sekomis, esančiomis tarp pirmojo nukleotido ir transliacijos pradžios kodono ( AUG).

Šie UTR regionai, kurie nėra transliuojami, turi specifines jungimosi vietas su ribosomomis ir žmonėms, pavyzdžiui, yra maždaug 170 nukleotidų ilgio, tarp kurių yra norminių regionų, baltymų surišimo vietų, veikiančių vertimas ir kt.

- vertimo pradžia

Vertimas, kaip ir transkripcija, susideda iš 3 fazių: iniciacijos fazės, pailgėjimo fazės ir galiausiai pabaigos fazės.

Iniciacija

Jį sudaro transkripcinio komplekso sujungimas ant mRNR, kuris vertas trijų baltymų, žinomų kaip iniciacijos faktorius (IF) IF1, IF2 ir IF3, jungimosi prie mažo ribosomos subvieneto.

„Pradinės iniciacijos“ kompleksas, suformuotas inicijavimo veiksnių, ir mažas ribosomų subvienetas, savo ruožtu, jungiasi su tRNR, kuri „neša“ metionino liekaną, ir šis molekulių rinkinys jungiasi su mRNR, šalia pradinio kodono. AUG.

Šie įvykiai lemia mRNR jungimąsi su dideliu ribosomų subvienetu, dėl ko išsiskiria iniciacijos faktoriai. Didelis ribosomos subvienetas turi 3 tRNR molekulių jungimosi vietas: A vietą (aminorūgštis), P vietą (polipeptidą) ir E vietą (išėjimą).

A svetainė jungiasi prie aminoacil-tRNR antikodono, kuris yra komplementarus transliuojamos mRNR antikūnui; P vieta yra ta vieta, kur aminorūgštis yra perkeliama iš tRNR į besiformuojantį peptidą, o E vieta yra ten, kur ji randama „tuščioje“ tRNR, prieš išleidžiant ją į citozolį, po to, kai aminorūgštis pristatoma.

Grafinis vertimo inicijavimo ir pailgėjimo fazių vaizdas (Šaltinis: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) per „Wikimedia Commons“)

Pailgėjimas

Šią fazę sudaro ribosomos „judėjimas“ palei mRNR molekulę ir kiekvieno „skaitomo“ kodono vertimas, kuris reiškia polipeptido grandinės augimą ar pailgėjimą gimimo metu.

Šiam procesui reikalingas faktorius, žinomas kaip pailgėjimo faktorius G, ir energija GTP pavidalu, kuris skatina pailgėjimo faktorių translokaciją išilgai mRNR molekulės, kai ji verčiama.

Ribosominių RNR peptidiltransferazės aktyvumas leidžia formuoti peptidinius ryšius tarp vienas po kito einančių aminorūgščių, kurios pridedamos prie grandinės.

Nutraukimas

Transliacija baigiasi, kai ribosoma susiduria su kokiu nors galūnių kodonu, nes tRNR šių kodonų neatpažįsta (jie nekoduoja amino rūgščių). Taip pat jungiasi baltymai, žinomi kaip atpalaidavimo faktoriai, kurie palengvina mRNR atsiskyrimą nuo ribosomos ir jo subvienetų atsiribojimą.

Prokariotinis vertimas (žingsniai-procesai)

Prokariotuose, kaip ir eukariotų ląstelėse, ribosomos, atsakingos už baltymų sintezę, yra citozolyje (tai taip pat pasakytina apie transkripcijos mechanizmą) - tai leidžia greitai padidinti citozolinės baltymo koncentraciją kai padidėja jį koduojančių genų išraiška.

Nors tai nėra ypač dažnas procesas šiuose organizmuose, pirminės mRNR, susidarančios transkripcijos metu, gali subrendti po transkripcijos, per „susiuvimą“. Tačiau dažniausiai stebimas ribosomas, pritvirtintas prie pirminio transkripto, verčiant jį tuo pačiu metu, kai jis perrašomas iš atitinkamos DNR sekos.

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta, vertimas daugelyje prokariotų prasideda 5 'gale, nes mRNR 3' galas lieka prijungtas prie šablono DNR (ir vyksta kartu su transkripcija).

Neišversti regionai

Prokariotų ląstelės taip pat gamina mRNR su netransliuojamais regionais, vadinamais „Shine-Dalgarno dėžute“ ir kurių bendroji seka yra AGGAGG. Kaip akivaizdu, bakterijų UTR regionai yra žymiai trumpesni nei eukariotų ląstelių, nors vertimo metu jie atlieka panašias funkcijas.

Procesas

Bakterijose ir kituose prokariotiniuose organizmuose transliacijos procesas yra gana panašus į eukariotinių ląstelių procesą. Jį taip pat sudaro trys fazės: iniciacija, pailgėjimas ir pabaiga, kurie priklauso nuo specifinių prokariotinių veiksnių, kurie skiriasi nuo tų, kuriuos naudoja eukariotai.

Pailgėjimas, pavyzdžiui, priklauso nuo žinomų pailgėjimo faktorių, tokių kaip EF-Tu ir EF-Ts, o ne nuo eukariotų G faktoriaus.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. ir Walter, P. (2007). Ląstelės molekulinė biologija. Girlianda mokslas. Niujorkas, 1392 m.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Vertimas: DNR iš mRNR į baltymą. Gamtos ugdymas 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ir Miller, JH (2005). Įvadas į genetinę analizę. Macmillanas.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… ir Matsudaira, P. (2008). Molekulinių ląstelių biologija. Macmillanas.
5. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.
6. Rosenberg, LE ir Rosenberg, D. D. (2012). Žmogaus genai ir genomai: mokslas. Sveikata, visuomenė, 317-338.