Co budete naučit: Shrnout proces překladu

podívejte se na své ruce. Kosti, kůže a svaly, které vidíte, jsou tvořeny buňkami. A každá z těchto buněk obsahuje mnoho milionů proteinů ve skutečnosti jsou proteiny klíčovými molekulárními „stavebními kameny“ pro každý organismus na Zemi!

Jak se tyto proteiny vytvářejí v buňce? Pro začátek jsou pokyny pro výrobu proteinů „napsány“ v DNA buňky ve formě genů. V zásadě se Gen používá k vytvoření proteinu ve dvou krocích:

• Krok 1: transkripce (o které jsme se právě dozvěděli)! Zde je DNA sekvence genu „přepsána“ ve formě RNA. V eukaryot, jako jste vy a já, RNA je zpracován (a často má několik bitů přestřihl mimo něj), aby konečný produkt, který se nazývá messenger RNA nebo mRNA.
• Krok 2: Překlad! V této fázi je mRNA „dekódována“, aby se vytvořil protein (nebo kus/podjednotka proteinu), který obsahuje specifickou řadu aminokyselin.

Požadavky na Překlad

Obrázek 1. Peptidová vazba spojuje karboxylový konec jedné aminokyseliny s aminokyselinovým koncem druhé a vylučuje jednu molekulu vody. Pro jednoduchost v tomto obrázku jsou zobrazeny pouze funkční skupiny zapojené do peptidové vazby. Označení R A R ‚ se vztahují ke zbytku každé struktury aminokyselin.

proces translace nebo syntézy proteinů zahrnuje dekódování zprávy mRNA na polypeptidový produkt. Aminokyseliny jsou kovalentně navlečeny propojením peptidových vazeb. Každá jednotlivá aminokyselina má aminoskupinu (NH2) a karboxylovou (COOH) skupinu. Polypeptidy se tvoří, když aminoskupina jedné aminokyseliny tvoří amidovou (tj. peptidovou) vazbu s karboxylovou skupinou jiné aminokyseliny (Obrázek 1).

tato reakce je katalyzována ribozomy a vytváří jednu molekulu vody.

stroje pro syntézu proteinů

kromě šablony mRNA přispívá k procesu translace mnoho molekul a makromolekul. Translace vyžaduje vstup šablony mRNA, ribozomů, tRNA a různých enzymatických faktorů.ribozomy

ribozomy

ribozom je komplexní makromolekula složená ze strukturálních a katalytických rRNA a mnoha odlišných polypeptidů. Ribozomy existují v cytoplazmě u prokaryot a v cytoplazmě a hrubém endoplazmatickém retikulu u eukaryot. Ribozomy se skládají ze dvou podjednotek. V e. coli je malá podjednotka popsána jako 30S a velká podjednotka je 50S, celkem 70S.savčí ribozomy mají malou podjednotku 40S a velkou podjednotku 60S, celkem 80S. Malá podjednotka je zodpovědná za vazbu šablony mRNA, zatímco velká podjednotka postupně váže tRNA.

tRNAs

tRNAs jsou strukturální RNA molekul, které byly přepsány z genů pomocí RNA polymerázy III. Slouží jako adaptéry, konkrétní tRNAs vázat se na sekvence na mRNA šablony a přidat odpovídající aminokyseliny do polypeptidového řetězce. Proto jsou tRNA molekuly, které ve skutečnosti „překládají“ jazyk RNA do jazyka proteinů.

Obrázek 2. Fenylalanin tRNA

Z 64 možných kodonů mRNA—nebo triplet kombinace A, U, G, a, C—tři zadat ukončení syntézy bílkovin a 61 zadat přídavek aminokyselin do polypeptidového řetězce. Z těchto 61, jeden kodon (AUG) také známý jako „start kodon“ kóduje zahájení překladu. Každý tRNA antikodon může založit pár s jedním z mRNA kodonů a přidat aminokyselinu nebo ukončit translaci, podle genetického kódu. Například, pokud je sekvence ČZU došlo na mRNA šablony ve správné čtení rám, to by se vázat tRNA vyjádření komplementární sekvence, GAU, která by byla vázána na aminokyseliny leucinu.

Zralé tRNAs vzít na tří-dimenzionální struktury prostřednictvím intramolekulárních vodíkových vazeb na pozici aminokyselinové vazebné místo na jednom konci a anticodon na druhém konci (viz Obrázek 2).Na anticodon je tři nukleotidové sekvence v tRNA, která interaguje s mRNA kodonu prostřednictvím komplementární párování bází.

tRNA musí interagovat se třemi faktory:

1. musí být rozpoznány správnou aminoacylsyntetázou.
2. musí být rozpoznány ribozomy.
3. musí se vázat na správnou sekvenci v mRNA.

Aminoacyltrna syntetázy

procesem „nabíjení“ tRNA je každá molekula tRNA spojena se svou správnou aminokyselinou skupinou enzymů nazývaných aminoacyltrna syntetázy. Pro každou z 20 aminokyselin existuje alespoň jeden typ aminoacyltrna syntetázy.

Genetického Kódu

s ohledem na různé počty „dopisy“ v mRNA a proteinu „abecedy,“ vědci domnívali, že kombinace nukleotidů odpovídal na jednotlivé aminokyseliny. Vědci se domnívali, že aminokyseliny byly kódovány nukleotidovými trojčaty a že genetický kód byl degenerovaný. Jinými slovy, daná aminokyselina by mohla být kódována více než jedním nukleotidovým tripletem. Tyto nukleotidové trojčata se nazývají kodony. Vědci pečlivě vyřešili genetický kód překládáním syntetických mRNA in vitro a sekvenováním proteinů, které specifikovali (obrázek 3).

obrázek 3. Tento obrázek ukazuje genetický kód pro překládání každý triplet nukleotidů v mRNA do aminokyselinové nebo signál ukončení v rodící bílkovin. (credit: změna práce NIH)

kromě pokyn kromě určité aminokyseliny do polypeptidového řetězce, tři (UAA, UAG, UGA) z 64 kodonů ukončit syntézu bílkovin a uvolnění polypeptidu z překladu strojů. Tyto trojčata se nazývají nesmysl kodony, nebo stop kodony. Další kodon, AUG, má také speciální funkci. Kromě SPECIFIKACE aminokyseliny methioninu slouží také jako počáteční kodon k zahájení translace. Čtecí rámec pro překlad je nastaven kodonem AUG start poblíž 5 ‚ konce mRNA.

genetický kód je univerzální. Až na několik výjimek prakticky všechny druhy používají stejný genetický kód pro syntézu proteinů. Zachování kodony znamená, že čistí mRNA kódující bílkoviny globin u koní by mohla být převedena do tulipán buněk, a tulipán by syntetizovat koně globin. Že je tam jen jeden genetický kód je silný důkaz, že život na Zemi má společný původ, a to zejména vzhledem k tomu, že tam jsou asi 1084 možné kombinace 20 aminokyselin a 64 trojice kodonů.

degenerace je považována za buněčný mechanismus ke snížení negativního dopadu náhodných mutací. Kodony, které specifikují stejnou aminokyselinu, se obvykle liší pouze jedním nukleotidem. Kromě toho jsou aminokyseliny s chemicky podobnými postranními řetězci kódovány podobnými kodony. Tato nuance genetického kódu zajišťuje, že single-nukleotidové substituce mutace může buď zadat stejné aminokyseliny, ale nemají žádný vliv, nebo zadat podobných aminokyselin, prevenci protein z je vykreslen zcela nefunkční.

kroky translace

stejně jako při syntéze mRNA lze syntézu proteinů rozdělit do tří fází: iniciace, prodloužení a ukončení. Proces překladu je podobný u prokaryot a eukaryot. Zde prozkoumáme, jak k překladu dochází u E. coli, reprezentativní prokaryota, a specifikujeme rozdíly mezi prokaryotickým a eukaryotickým překladem.

zahájení translace

syntéza proteinů začíná tvorbou iniciačního komplexu. V E. coli, tento komplex zahrnuje malý ribozom 30S, šablonu mRNA, iniciační faktory a speciální iniciátor tRNA. Iniciátor tRNA interaguje se startovacím kodonem AUG. Guanosin trifosfát (GTP), což je purinový nukleotid trifosfát, působí jako zdroj energie během translace—jak na začátku prodloužení, tak během translokace ribozomu.

jakmile je identifikován příslušný AUG, podjednotka 50S se váže na komplex Met-tRNAi, mRNA a podjednotka 30S. Tento krok dokončí zahájení překladu.

prodloužení translace

50S ribozomální podjednotka E.coli se skládá ze tří kompartmentů: místo A (aminoacyl) váže příchozí nabité aminoacyl tRNA. Místo P (peptidyl) váže nabité tRNA nesoucí aminokyseliny, které vytvořily peptidové vazby s rostoucím polypeptidovým řetězcem, ale dosud se neoddělily od své odpovídající tRNA. Místo E (exit) uvolňuje disociované tRNA, takže je lze dobíjet volnými aminokyselinami. tím se vytvoří iniciační komplex s volným místem připraveným přijmout tRNA odpovídající prvnímu kodonu po srpnu.

Obrázek 4. Translace ribozomu mRNA

během prodloužení translace poskytuje šablona mRNA specificitu. Jak se ribozom pohybuje podél mRNA, každý mRNA kodon přichází do registru a je zajištěna specifická vazba s odpovídajícím nabitým tRNA antikodonem. Pokud by mRNA nebyla přítomna v elongačním komplexu, ribozom by nespecificky vázal tRNA.

Prodloužení výnosů se účtuje tRNAs vstupu na stránky, a pak se přesouvá na P stránky, následuje E stránky s každým single-kodonu „krok“ ribozomu. Ribozomální kroky jsou indukovány konformačními změnami, které posunují ribozom o tři báze ve směru 3′. Energie pro každý krok ribozomu je darována elongačním faktorem, který hydrolyzuje GTP. Peptidové vazby se tvoří mezi aminoskupinou aminokyseliny připojené k tRNA v místě A a karboxylovou skupinou aminokyseliny připojené k tRNA v místě P. Tvorba každé peptidové vazby je katalyzována peptidyltransferázou, enzymem na bázi RNA, který je integrován do ribozomální podjednotky 50S. Energie pro každou tvorbu peptidové vazby je odvozena z hydrolýzy GTP, která je katalyzována samostatným elongačním faktorem. Aminokyselina vázaná na tRNA v místě P je také spojena s rostoucím polypeptidovým řetězcem. Když ribozom prochází mRNA, bývalá tRNA P-místa vstupuje do e místa, odděluje se od aminokyseliny a je vyloučena (obrázek 5). Úžasně, překladový přístroj E. coli trvá pouze 0.05 sekund přidat každou aminokyselinu, což znamená, že 200-aminokyselinový protein může být přeložen za pouhých 10 sekund.

obrázek 5. Překlad začíná, když iniciátor tRNA antikodon rozpozná kodon na mRNA. Velká ribozomální podjednotka se připojí k malé podjednotce a je přijata druhá tRNA. Jak se mRNA pohybuje vzhledem k ribozomu, vzniká polypeptidový řetězec. Vstup uvolňovacího faktoru do stránky a ukončí překlad a komponenty se disociují.

ukončení překladu

ukončení překladu nastane, když se vyskytne nesmyslný kodon (UAA, UAG nebo UGA). Po vyrovnání se na webu, tyto nesmysly kodony jsou uznávány uvolnění faktory u prokaryot a eukaryot, že pokyn v centru peptidyl-transferázy přidat vodní molekuly karboxylové konce P-stránky aminokyselin. Tato reakce nutí aminokyselinu v místě P oddělit se od své tRNA a nově vytvořený protein se uvolní. Malé a velké ribozomální podjednotky oddělí od mRNA a od sebe; jsou přijati téměř okamžitě do dalšího překladu zahájení komplexní. Po dokončení translace mnoha ribozomů je mRNA degradována, takže nukleotidy mohou být znovu použity v jiné transkripční reakci.

Zkontrolujte své porozumění

odpovězte na níže uvedené otázky a zjistěte, jak dobře rozumíte tématům uvedeným v předchozí části. Tento krátký kvíz se nezapočítává do vaší známky ve třídě, a můžete to opakovat neomezeně mnohokrát.

pomocí tohoto kvízu zkontrolujte své porozumění a rozhodněte se, zda (1) studovat předchozí část dále nebo (2) Přejít na další část.