Articles

Biologi For Ikke-Majors I

by admin

Hva du lærer å gjøre: Oppsummer oversettelsesprosessen

Ta et øyeblikk å se på hendene dine. Bein, hud og muskel du ser består av celler. Og hver av disse cellene inneholder mange millioner proteiner faktisk er proteiner viktige molekylære «byggesteiner» for hver organisme på Jorden!

Hvordan blir disse proteinene laget i en celle? For det første er instruksjonene for å lage proteiner «skrevet» i en celles DNA i form av gener. I utgangspunktet brukes et gen til å bygge et protein i en to-trinns prosess:

  • Trinn 1: Transkripsjon (som vi nettopp lærte om)! HER BLIR DNA-sekvensen av et gen «omskrevet» i FORM AV RNA. I eukaryoter som deg og meg, blir RNA behandlet (og har ofte noen få biter kuttet ut av det) for å lage sluttproduktet, kalt en messenger RNA eller mRNA.
  • Trinn 2: Oversettelse! I dette stadiet er mRNA «dekodet» for å bygge et protein (eller en del/underenhet av et protein) som inneholder en bestemt serie aminosyrer.

Læringsutbytte

  • Beskriv komponentene som trengs for oversettelse
  • Identifiser komponentene i den genetiske koden
  • Skissere de grunnleggende trinnene i oversettelse

Krav til Oversettelse

illustrasjonen viser to aminosyrer side om side. Hver aminosyre har en aminogruppe, en karboksylgruppe og en sidekjede merket R eller R'. Ved dannelse av en peptidbinding blir aminogruppen forbundet med karboksylgruppen. Et vannmolekyl frigjøres i prosessen.'. Upon formation of a peptide bond, the amino group is joined to the carboxyl group. A water molecule is released in the process.

Figur 1. En peptidbinding forbinder karboksylenden av en aminosyre med aminoenden av en annen, og utviser ett vannmolekyl. For enkelhet i dette bildet vises bare de funksjonelle gruppene som er involvert i peptidbindingen. R og R’ betegnelser refererer til resten av hver aminosyrestruktur.prosessen med oversettelse, eller proteinsyntese, innebærer dekoding av en mRNA-melding i et polypeptidprodukt. Aminosyrer er kovalent bundet sammen ved å knytte sammen peptidbindinger. Hver enkelt aminosyre har EN aminogruppe (NH2) og en karboksylgruppe (COOH). Polypeptider dannes når aminogruppen av en aminosyre danner en amid (dvs. peptid) binding med karboksylgruppen av en annen aminosyre (Figur 1).

denne reaksjonen katalyseres av ribosomer og genererer ett vannmolekyl.

Proteinsyntesemaskinen

i tillegg til mRNA-malen bidrar mange molekyler og makromolekyler til oversettelsesprosessen. Oversettelse krever innspill av en mRNA mal, ribosomer, trna, og ulike enzymatiske faktorer.

Ribosomer

et ribosom er et komplekst makromolekyl bestående av strukturelle og katalytiske rrna, og mange forskjellige polypeptider. Ribosomer finnes i cytoplasma i prokaryoter og i cytoplasma og grovt endoplasmatisk retikulum i eukaryoter. Ribosomer består av to underenheter. I E. coli er den lille underenheten beskrevet SOM 30S, og den store underenheten ER 50S, for TOTALT 70S. Pattedyrs ribosomer har en liten 40s underenhet og en stor 60s underenhet, for totalt 80S. Den lille underenheten er ansvarlig for å binde mRNA-malen, mens den store underenheten binder trnas sekvensielt.

trna

trna er strukturelle rna-molekyler som ble transkribert fra gener AV RNA-polymerase III. Som adaptere binder spesifikke trna til sekvenser på mRNA-malen og tilsetter den tilsvarende aminosyren til polypeptidkjeden. Derfor er tRNAs molekylene som faktisk «oversetter» språket TIL RNA til proteinets språk.

den molekylære modellen av fenylalanin tRNA er L-formet. I den ene enden er anticodon AAG. I den andre enden er vedleggsstedet for aminosyren fenylalanin

Figur 2. Fenylalanin tRNA

av de 64 mulige mRNA-kodonene – eller triplettkombinasjonene Av A, U, G og C—tre spesifiserer terminering av proteinsyntese og 61 spesifiserer tilsetning av aminosyrer til polypeptidkjeden. Av disse 61 koder en kodon (AUG) også kjent som «startkodon» initiering av oversettelse. Hver trna anticodon kan basere par med en av mRNA-kodonene og legge til en aminosyre eller avslutte oversettelse, i henhold til den genetiske koden. For eksempel, hvis sekvensen CUA skjedde på en mRNA-mal i riktig leseramme, ville den binde en tRNA som uttrykker den komplementære sekvensen, GAU, som ville være knyttet til aminosyren leucin.

Modne trnaer tar på seg en tredimensjonal struktur gjennom intramolekylær hydrogenbinding for å plassere aminosyrebindingsstedet i den ene enden og antikodonet i den andre enden (Figur 2).Antikodon er en tre-nukleotidsekvens i et tRNA som interagerer med et mRNA-kodon gjennom komplementær baseparing.

tRNAs må samhandle med tre faktorer:

  1. De må gjenkjennes av riktig aminoacylsyntetase.
  2. De må gjenkjennes av ribosomer.
  3. de ma binde seg til riktig rekkefolge i mRNA.

Aminoacyl tRNA Syntetaser

gjennom prosessen med tRNA «lading», er hvert trna-molekyl knyttet til sin korrekte aminosyre av en gruppe enzymer kalt aminoacyl tRNA-syntetaser. Minst en type aminoacyl tRNA syntetase finnes for hver av de 20 aminosyrene.

Genetisk Kode

Gitt de forskjellige tallene » bokstaver «i mRNA og protein» alfabeter», teoretiserte forskere at kombinasjoner av nukleotider korresponderte med enkeltaminosyrer. Forskere teoretiserte at aminosyrer ble kodet av nukleotidtripletter og at den genetiske koden var degenerert. Med andre ord kan en gitt aminosyre kodes av mer enn en nukleotidtriplett. Disse nukleotidtriplettene kalles kodoner. Forskere løste omhyggelig den genetiske koden ved å oversette syntetiske mrna in vitro og sekvensere proteinene de spesifiserte (Figur 3).

Figuren viser alle 64 kodoner. Sixty-to av disse koden for aminosyrer, og tre er stoppkodoner.

Figur 3. Denne figuren viser den genetiske koden for å oversette hver nukleotidtriplett i mRNA til en aminosyre eller et termineringssignal i et begynnende protein. I tillegg til å instruere tilsetningen av en spesifikk aminosyre til en polypeptidkjede, avslutter tre (UAA, UAG, UGA) av DE 64 kodonene proteinsyntese og frigjør polypeptidet fra oversettelsesmaskineriet. Disse trillingene kalles nonsenskodoner, eller stoppkodoner. En annen kodon, AUGUST, har også en spesiell funksjon. I tillegg til å spesifisere aminosyren metionin, tjener den også som startkodon for å initiere oversettelse. Leserammen for oversettelse er satt AV AUG start codon nær 5 ‘ enden av mRNA.

den genetiske koden er universell. Med noen få unntak bruker nesten alle arter samme genetiske kode for proteinsyntese. Bevaring av kodoner betyr at en renset mRNA koding globin protein i hester kan overføres til en tulipan celle, og tulipan ville syntetisere hest globin. At det bare er en genetisk kode, er kraftig bevis på at alt liv på Jorden deler en felles opprinnelse, spesielt med tanke på at det er ca 1084 mulige kombinasjoner av 20 aminosyrer og 64 tripletkodoner.Transkribere et gen og oversette det til protein ved hjelp av komplementær sammenkobling og den genetiske koden på dette nettstedet.Degenerasjon antas å være en cellulær mekanisme for å redusere den negative virkningen av tilfeldige mutasjoner. Kodoner som spesifiserer den samme aminosyren, varierer vanligvis bare med ett nukleotid. I tillegg er aminosyrer med kjemisk lignende sidekjeder kodet av lignende kodoner. Denne nyansen av den genetiske koden sikrer at en enkeltnukleotidsubstitusjonsmutasjon enten kan spesifisere den samme aminosyren, men har ingen effekt eller spesifisere en lignende aminosyre, slik at proteinet ikke blir gjengitt helt ikke-funksjonelt.

Trinn Av Oversettelse

som med mRNA-syntese kan proteinsyntese deles inn i tre faser: initiering, forlengelse og avslutning. Prosessen med oversettelse er lik i prokaryoter og eukaryoter. Her undersøker vi hvordan oversettelse skjer I E. coli, en representativ prokaryote, og spesifiserer eventuelle forskjeller mellom prokaryotisk og eukaryotisk oversettelse.

Initiering Av Oversettelse

Proteinsyntese begynner med dannelsen av et initieringskompleks. I E. coli, dette komplekset innebærer den lille 30s ribosomet, mRNA-malen, initieringsfaktorer og en spesiell initiator tRNA. Initiativtaker tRNA samhandler med start codon AUGUST. Guanosintrifosfat (GTP), som er et purinukleotidtrifosfat, virker som en energikilde under oversettelse—både ved begynnelsen av forlengelsen og under ribosomets translokasjon.

Når RIKTIG AUG er identifisert, binder 50s-underenheten til komplekset Met-tRNAi, mRNA og 30s-underenheten. Dette trinnet fullfører initiering av oversettelse.

Forlengelse Av Oversettelse

Den 50s ribosomale underenheten Av E. coli består av tre rom: a (aminoacyl) – siden binder innkommende ladede aminoacyl-trnaer. P (peptidyl) – området binder ladede trnaer som bærer aminosyrer som har dannet peptidbindinger med den voksende polypeptidkjeden, men har ennå ikke dissosiert fra deres tilsvarende tRNA. E (exit) – siden frigjør dissociated tRNAs slik at de kan lades opp med frie aminosyrer. dette skaper en initiering kompleks med en gratis et område klar til å akseptere tRNA tilsvarende den første kodon ETTER AUGUST.

Diagram som viser hvordan oversettelsen av mRNA og syntesen av proteiner er laget

Figur 4. Ribosome mRNA oversettelse

under oversettelse forlengelse, mRNA malen gir spesifisitet. Når ribosomet beveger seg langs mRNA, kommer hver mRNA-kodon i register, og spesifikk binding med tilsvarende ladet tRNA-antikodon sikres. Hvis mRNA ikke var tilstede i forlengelseskomplekset, ville ribosomet binde trna uspesifikt.

Forlengelse fortsetter med ladede trnaer som går inn I A-området og deretter skifter Til P-området etterfulgt av E-området med hvert enkeltkodon «trinn» av ribosomet. Ribosomale trinn induseres av konformasjonsendringer som fremmer ribosomet med tre baser i 3 ‘ – retningen. Energien for hvert trinn av ribosomet er donert av en forlengelsesfaktor som hydrolyserer GTP. Peptidbindinger dannes mellom aminogruppen av aminosyren festet Til a-stedet tRNA og karboksylgruppen av aminosyren festet Til p-stedet tRNA. Dannelsen av hver peptidbinding katalyseres av peptidyltransferase, ET rna-basert enzym som er integrert I 50s ribosomal underenhet. Energien for hver peptidbindingsdannelse er avledet FRA gtp-hydrolyse, som katalyseres av en separat forlengelsesfaktor. Aminosyren bundet Til p-site tRNA er også knyttet til den voksende polypeptidkjeden. Når ribosomet går over mRNA, går det tidligere p-stedet tRNA inn I E-området, løsner fra aminosyren og utvises (Figur 5). Utrolig, tar e. coli oversettelse apparatet bare 0.05 sekunder for å legge til hver aminosyre, noe som betyr at et 200-aminosyreprotein kan oversettes på bare 10 sekunder.

Illustrasjon viser trinnene i proteinsyntese. Først gjenkjenner initiatoren tRNA SEKVENSEN AUG på en mRNA som er knyttet til den lille ribosomale underenheten. Den store underenheten går da sammen med komplekset. Deretter rekrutteres en annen tRNA på A-siden. En peptidbinding dannes mellom den første aminosyren, som er På p-stedet, og den andre aminosyren, som er På A-stedet. MRNA skifter deretter og den første tRNA flyttes Til e-siden, hvor den dissocierer fra ribosomet. En annen tRNA binder på et sted, og prosessen gjentas.

Figur 5. Oversettelse begynner når en initiator tRNA anticodon gjenkjenner et kodon på mRNA. Den store ribosomale underenheten knytter seg til den lille underenheten, og en annen tRNA rekrutteres. Når mRNA beveger seg i forhold til ribosomet, dannes polypeptidkjeden. Oppføring av en utgivelsesfaktor i et nettsted avslutter oversettelse og komponentene dissocierer.

Praksis Spørsmål

mange antibiotika hemmer bakteriell proteinsyntese. For eksempel blokkerer tetracyklin a-området på bakteriell ribosom, og kloramfenikol blokkerer peptidyloverføring. Hvilken spesifikk effekt vil du forvente at hvert av disse antibiotika har på proteinsyntese?

Tetracyklin vil direkte påvirke:

  1. tRNA binding til ribosomet
  2. ribosom montering
  3. vekst av proteinkjeden
    4. Vis Svar

    Svar a. Tetracyklin vil direkte påvirke trna-bindingen til ribosomet.

    Kloramfenikol vil direkte påvirke

    1. tRNA binding til ribosomet
    2. ribosom montering
    3. vekst av proteinkjeden
      4. Vis Svar

      Svar C. Kloramfenikol vil direkte påvirke veksten av proteinkjeden.

Oppsigelse Av Oversettelse

Oppsigelse av oversettelse oppstår når en nonsens kodon (UAA, UAG eller UGA) oppstår. Ved justering Med A-området gjenkjennes disse nonsenskodonene av frigjøringsfaktorer i prokaryoter og eukaryoter som instruerer peptidyltransferase for å legge til et vannmolekyl til karboksylenden av p-siteaminosyren. Denne reaksjonen tvinger P-site aminosyren til å løsne fra tRNA, og det nyopprettede proteinet frigjøres. De små og store ribosomale underenhetene dissosierer fra mRNA og fra hverandre; de rekrutteres nesten umiddelbart til et annet oversettelsesinitiasjonskompleks. Etter at mange ribosomer har fullført oversettelsen, blir mRNA degradert slik at nukleotidene kan gjenbrukes i en annen transkripsjonsreaksjon.

Sjekk Din Forståelse

Svar på spørsmålet (e) nedenfor for å se hvor godt du forstår emnene dekket i forrige avsnitt. Denne korte quizen teller ikke mot karakteren din i klassen, og du kan ta den på nytt et ubegrenset antall ganger.

Bruk denne testen for å sjekke din forståelse og avgjøre om du vil (1) studere forrige avsnitt videre eller (2) gå videre til neste avsnitt.