9.4: Vertaling - Inligting - 2022
9.4: Vertaling - Biologie
Die sintese van proteïene is een van 'n sel se mees energieverbruikende metaboliese prosesse. Op sy beurt verteenwoordig proteïene meer massa as enige ander komponent van lewende organismes (met die uitsondering van water), en proteïene voer 'n wye verskeidenheid funksies van 'n sel uit. Die proses van translasie, of proteïensintese, behels die dekodering van 'n mRNA -boodskap in 'n polipeptiedproduk. Aminosure word kovalent saamgebind in lengtes wat wissel van ongeveer 50 aminosure tot meer as 1 000.
Die masjien vir proteïensintese
Benewens die mRNA-sjabloon, dra baie ander molekules by tot die proses van translasie. Die samestelling van elke komponent kan wissel tussen spesies; ribosome kan byvoorbeeld uit verskillende getalle ribosomale RNA's (rRNA) en polipeptiede bestaan, afhangende van die organisme. Die algemene strukture en funksies van die proteïensintese-masjinerie is egter vergelykbaar van bakterieë tot menslike selle. Vertaling vereis die invoer van 'n mRNA -sjabloon, ribosome, tRNA's en verskillende ensiematiese faktore (Figuur 9.4.1).
In E coli, is daar 200 000 ribosome teenwoordig in elke sel op enige gegewe tydstip. 'n Ribosoom is 'n komplekse makromolekule wat bestaan ​​uit strukturele en katalitiese rRNA's, en baie afsonderlike polipeptiede. In eukariote is die nucleolus volledig gespesialiseerd vir die sintese en samestelling van rRNA's.
Ribosome is geleë in die sitoplasma in prokariote en in die sitoplasma en endoplasmiese retikulum van eukariote. Ribosome bestaan ​​uit 'n groot en 'n klein subeenheid wat bymekaar kom vir vertaling. Die klein subeenheid is verantwoordelik vir die binding van die mRNA -sjabloon, terwyl die groot subeenheid opeenvolgend tRNA's bind, 'n tipe RNA -molekule wat aminosure na die groeiende ketting van die polipeptied bring. Elke mRNA -molekule word gelyktydig vertaal deur baie ribosome, wat almal proteïene in dieselfde rigting sintetiseer.
Afhangende van die spesie, bestaan ​​40 tot 60 tipes tRNA in die sitoplasma. Spesifieke tRNA's dien as adapters en bind aan rye op die mRNA -sjabloon en voeg die ooreenstemmende aminosuur by die polipeptiedketting. Daarom is tRNA's die molekules wat die taal van RNA eintlik "vertaal" in die taal van proteïene. Vir elke tRNA om te funksioneer, moet sy spesifieke aminosuur daaraan gebind wees. In die proses van tRNA "laai" word elke tRNA-molekule aan sy korrekte aminosuur gebind.
Die genetiese kode
Om op te som wat ons tot dusver weet, genereer die sellulêre proses van transkripsie messenger -RNA (mRNA), 'n mobiele molekulêre kopie van een of meer gene met 'n alfabet van A, C, G en uracil (U). Vertaling van die mRNA-sjabloon omskep nukleotied-gebaseerde genetiese inligting in 'n proteïenproduk. Proteïenvolgordes bestaan ​​uit 20 algemeen voorkomende aminosure; daarom kan gesê word dat die proteïenalfabet uit 20 letters bestaan. Elke aminosuur word gedefinieer deur 'n drie-nukleotiedvolgorde wat die drielingkodon genoem word. Die verband tussen 'n nukleotiedkodon en die ooreenstemmende aminosuur daarvan word die genetiese kode genoem.
Gegewe die verskillende getalle van "letters" in die mRNA en proteïen "alfabette," kombinasies van nukleotiede ooreenstem met enkele aminosure. Deur 'n drie-nukleotiedkode te gebruik, beteken dat daar 'n totaal van 64 (4 × 4 × 4) moontlike kombinasies is; daarom word 'n gegewe aminosuur deur meer as een nukleotiedtriplet gekodeer (Figuur 9.4.2).
Drie van die 64 kodone beëindig proteïensintese en stel die polipeptied vry van die translasie -masjinerie. Hierdie drieling word stopkodons genoem. 'n Ander kodon, AUG, het ook 'n spesiale funksie. Benewens die spesifikasie van die aminosuur metionien, dien dit ook as die beginkodon om translasie te inisieer. Die leesraam vir vertaling word bepaal deur die AUG -startkodon naby die 5' -einde van die mRNA. Die genetiese kode is universeel. Met enkele uitsonderings gebruik feitlik alle spesies dieselfde genetiese kode vir proteïensintese, wat 'n kragtige bewys is dat alle lewe op aarde 'n gemeenskaplike oorsprong het.
Die meganisme van proteïensintese
Net soos met mRNA-sintese, kan proteïensintese in drie fases verdeel word: aanvang, verlenging en beëindiging. Die proses van vertaling is soortgelyk in prokariote en eukariote. Hier sal ons ondersoek hoe vertaling plaasvind in E coli, 'n verteenwoordigende prokariote, en spesifiseer enige verskille tussen prokariotiese en eukariotiese translasie.
Proteïensintese begin met die vorming van 'n aanvangskompleks. In E coli, hierdie kompleks behels die klein ribosoom subeenheid, die mRNA sjabloon, drie inisiasiefaktore en 'n spesiale inisieerder tRNA. Die inisieerder tRNA het interaksie met die AUG -startkodon en skakel na 'n spesiale vorm van die aminosuur metionien wat tipies uit die polipeptied verwyder word nadat die translasie voltooi is.
In prokariote en eukariote is die basiese beginsels van polipeptiedverlenging dieselfde, dus sal ons verlenging hersien vanuit die perspektief van E coli. Die groot ribosomale subeenheid van E coli bestaan ​​uit drie kompartemente: die A -plek bind inkomende gelaaide tRNA's (tRNA's met hul aangehegte spesifieke aminosure). Die P -plek bind gelaaide tRNA's wat aminosure dra wat bindings met die groeiende polipeptiedketting gevorm het, maar nog nie van hul ooreenstemmende tRNA gedissosieer het nie. Die E -webwerf stel gedissosieerde tRNA's vry sodat hulle met gratis aminosure herlaai kan word. Die ribosoom verskuif een kodon op 'n slag, en kataliseer elke proses wat in die drie terreine plaasvind. Met elke stap gaan 'n gelaaide tRNA die kompleks binne, die polipeptied word een aminosuur langer, en 'n ongelaaide tRNA vertrek. Die energie vir elke binding tussen aminosure is afgelei van GTP, 'n molekule soortgelyk aan ATP (Figuur 9.4.3). Verbasend genoeg, die E coli Dit neem slegs 0,05 sekondes om elke aminosuur by te voeg, wat beteken dat 'n 200-aminosuur polipeptied binne 10 sekondes vertaal kan word.
Beëindiging van vertaling vind plaas wanneer 'n stopkodon (UAA, UAG of UGA) voorkom. As die ribosoom die stopkodon teëkom, word die groeiende polipeptied vrygestel en die ribosoom -subeenhede dissosieer en verlaat die mRNA. Nadat baie ribosome voltooi is, word die mRNA afgebreek sodat die nukleotiede hergebruik kan word in 'n ander transkripsiereaksie.
KONSEP IN AKSIE
Transkribeer 'n geen en vertaal dit na proteïen deur komplementêre paring en die genetiese kode op hierdie terrein te gebruik.
Die sentrale dogma beskryf die vloei van genetiese inligting in die sel van gene na mRNA na proteïene. Gene word gebruik om mRNA te maak deur die proses van transkripsie; mRNA word gebruik om proteïene te sintetiseer deur die proses van translasie. Die genetiese kode is die ooreenstemming tussen die drie-nukleotied mRNA kodon en 'n aminosuur. Die genetiese kode word "vertaal" deur die tRNA -molekules, wat 'n spesifieke kodon met 'n spesifieke aminosuur assosieer. Die genetiese kode is gedegenereer omdat 64 drielingkodons in mRNA slegs 20 aminosure en drie stopkodons spesifiseer. Dit beteken dat meer as een kodon ooreenstem met 'n aminosuur. Byna elke spesie op die planeet gebruik dieselfde genetiese kode.
Die spelers in vertaling sluit die mRNA -sjabloon, ribosome, tRNA's en verskillende ensiematiese faktore in. Die klein ribosomale subeenheid bind aan die mRNA -sjabloon. Vertaling begin by die aanvangs -AUG op die mRNA. Die vorming van bindings vind plaas tussen opeenvolgende aminosure gespesifiseer deur die mRNA-sjabloon volgens die genetiese kode. Die ribosoom aanvaar gelaaide tRNA's, en terwyl dit langs die mRNA stap, kataliseer dit die binding tussen die nuwe aminosuur en die einde van die groeiende polipeptied. Die hele mRNA word vertaal in drie-nukleotied "stappe" van die ribosoom. Wanneer 'n stopkodon teëgekom word, bind en dissosieer 'n vrystellingsfaktor die komponente en maak die nuwe proteïen vry.
drie opeenvolgende nukleotiede in mRNA wat die byvoeging van 'n spesifieke aminosuur of die vrystelling van 'n polipeptiedketting tydens translasie spesifiseer
die aminosure wat ooreenstem met drie-nukleotiedkodons van mRNA
ribosomale RNA; RNA -molekules wat deel vorm van die ribosoom
een van die drie mRNA -kodons wat die beëindiging van translasie spesifiseer
die AUG (of selde GUG) op 'n mRNA waaruit vertaling begin; spesifiseer altyd metionien
oordrag van RNA; 'n RNA-molekule wat 'n spesifieke drie-nukleotied antikodonvolgorde bevat om te koppel met die mRNA-kodon en ook bind aan 'n spesifieke aminosuur
Vertaling begin deur cap-afhanklike ribosoom werwing: Onlangse insigte en oop vrae
Gene -uitdrukking is universeel afhanklik van proteïensintese, waar ribosome die boodskapper -RNA -sjabloon herken en dekodeer deur deur fases van vertaling te begin, te rek en te eindig. Alle aspekte van vertaling is dekades lank bestudeer met behulp van die destydse beskikbare instrumente van biochemie en molekulêre biologie. Hier fokus ons op die meganisme van vertaalinisie in eukariote, wat merkwaardiger ingewikkelder is as prokariotiese inisiëring en die teiken is vir verskeie tipes regulatoriese ingryping. Die "konsensus"-model, wat kap-afhanklike ribosoominskrywing en skandering van mRNA-leiervolgordes bevat, verteenwoordig die oorwegend benutte inisiasiepad oor eukariote, alhoewel verskeie variasies van die model en alternatiewe inisiasiemeganismes ook bekend is. Onlangse vooruitgang in strukturele biologie-tegnieke het merkwaardige insigte op molekulêre vlak moontlik gemaak oor die funksionele toestande van eukariotiese ribosome, insluitend 'n reeks ribosomale komplekse met verskillende kombinasies van translasie-aanvangsfaktore wat vermoedelik bona fide tussenprodukte van die inisiëringsproses verteenwoordig. Net so het ribosoomprofiel- of "voetafdruk" -benaderings met 'n hoë deurset-volgorde 'n groot vordering moontlik gemaak om die verlengingsfase van vertaling te verstaan, en variante daarvan begin die oorblywende geheimenisse van aanvang, sowel as aspekte van vertaalbeëindiging en ribosomaal, onthul herwinning. 'n Huidige siening oor die eukariotiese inisiasiemeganisme word hier aangebied met die klem op hoe onlangse strukturele en voetspoorresultate aksiomas van die konsensusmodel onderlê. Langs die pad skets ons verder 'n paar betwiste meganistiese kwessies en groot oop vrae wat nog aangespreek moet word. Hierdie artikel is gekategoriseer onder: Translation & gt Translation Mechanisms Translation & gt Translation Regulation RNA Interactions with Proteins and Other Molecules & gt Protein-RNA Interactions: Functional Implications.
Sleutelwoorde: eukariotiese translasie-inisiasie mRNA-translasie post-transkripsionele geenregulering proteïensintese ribosoomskandering begin kodonherkenning.
Alle artikels wat deur MDPI gepubliseer word, word wêreldwyd onmiddellik beskikbaar gestel onder 'n oop toegangslisensie. Geen spesiale toestemming is nodig om die hele of 'n gedeelte van die artikel wat deur MDPI gepubliseer is, te hergebruik nie, insluitend syfers en tabelle. Vir artikels wat onder 'n ooptoegang Creative Common CC BY-lisensie gepubliseer is, mag enige deel van die artikel sonder toestemming hergebruik word, mits die oorspronklike artikel duidelik aangehaal word.
Feature Papers verteenwoordig die mees gevorderde navorsing met beduidende potensiaal vir 'n hoë impak in die veld. Feature Papers word op individuele uitnodiging of aanbeveling deur die wetenskaplike redakteurs ingedien en word eweknie -evaluering ondergaan voor publikasie.
Die artikel kan óf 'n oorspronklike navorsingsartikel wees, 'n aansienlike nuwe navorsingsstudie wat dikwels verskeie tegnieke of benaderings behels, óf 'n omvattende oorsigstuk met bondige en presiese opdaterings oor die nuutste vordering op die gebied wat stelselmatig die opwindendste vooruitgang in wetenskaplike stelsels hersien. letterkunde. Hierdie tipe papier bied 'n vooruitsig op toekomstige navorsingsrigtings of moontlike toepassings.
Editor's Choice -artikels is gebaseer op aanbevelings deur die wetenskaplike redakteurs van MDPI -tydskrifte van regoor die wêreld. Redakteurs kies 'n klein aantal artikels wat onlangs in die joernaal gepubliseer is wat hulle glo veral interessant sal wees vir skrywers, of belangrik sal wees in hierdie veld. Die doel is om 'n oorsig te gee van enkele van die opwindendste werk wat in die verskillende navorsingsgebiede van die tydskrif gepubliseer is.
Vertaling deur rekenaar
Daar bestaan ​​baie rekenaarprogramme wat 'n DNA/RNA-volgorde in proteïenvolgorde kan vertaal. Gewoonlik word dit uitgevoer met behulp van die Standard Genetic Code wat baie bioinformatici op 'n stadium in hul opleiding ten minste een van hierdie programme geskryf het. Min programme kan egter al die 'spesiale' gevalle hanteer, soos die gebruik van die alternatiewe inisiëringskodons: Byvoorbeeld die seldsame alternatiewe aanvangskodon TTG -kodes vir Methionine wanneer dit as 'n aanvangskodon gebruik word en vir Leucine in alle ander posisies.
Voorbeeld: Verkorte vertaaltabel vir die Standard Genetic Code (van die NCBI -taksonomiewebblad).
Selfs wanneer daar met gewone Eukariotiese volgordes soos die Gis-genoom gewerk word, word dit dikwels verlang om alternatiewe translasietabelle te kan gebruik -- naamlik vir die vertaling van die mitochondriale gene. Tans word die volgende vertaaltabelle deur die NCBI Taksonomiegroep gedefinieer vir die vertaling van die rye in GenBank:
Voorbeeld van rekenkundige vertaling - let op die aanduiding van (alternatiewe) begin -kodons:
Translasionele Biologie in Geneeskunde
Die onlangse klem in biomediese navorsing op translasionele biologie en persoonlike medisyne is 'n omwenteling in konseptuele en eksperimentele benaderings tot die verstaan ​​en verbetering van menslike gesondheid. Translationele Biologie in Geneeskunde begin met 'n inleiding tot eksperimentele modelstelsels vir siektes, soos sellyne, primêre selle, stamselle en diermodelle vir siektes, gevolg deur 'n sistematiese beskrywing van genetiese en genomiese profilering en biomerkervalidering wat tans in biomediese navorsing gebruik word. Voorbeelde van vertaalstudies wat hierdie modelle en metodes gebruik het, word aangebied, insluitend studies oor veroudering, weefselherstel en chroniese infeksie, elk met die klem op hoe persoonlike medisyne biomedisyne verander. Bio-etiese oorwegings in translasiestudie-ontwerp en bio-etiese oorwegings in biomediese navorsing word dan gedek, voor slotopmerkings, en 'n blik op die toekoms van persoonlike medisyne.
Vertaling is die proses waardeur ribosome die inligting wat deur boodskapper -RNA (mRNA) vervoer word, omskakel in die sintese van proteïene. Dit kan ook gedefinieer word as die proses waarin volgorde van nukleotiede in mRNA in die volgorde van aminosure vertaal word. Dit kan ook gedefinieer word as die vertaling van die taal wat beskikbaar is in die vorm van mRNA in die taal van proteïene.
mRNA (vertaling) &rarr Proteïene
Translasie behels die vervoer van aminosure vanaf die intersellulêre poel na die ribosome waar hulle in proteïene elders in die sitoplasma saamgevoeg word. Die oordrag van aminosure na die ribosoomoppervlak geskied deur mRNA.
Vereiste vir proteïensintese:
Verskeie molekules is nodig vir die proses van proteïensintese. Hulle is:
1) D.N.A - D.N.A is 'n dubbel spiraalvormige primmolekule wat die soort proteïen bepaal wat nodig is om te sintetiseer. Die proteïensintese word geïnisieer, gelei en gereguleer deur DNA-molekule.
2) Boodskapper R.N.A (mRNA)- mRNA is 'n enkelstrengs molekule wat inligting van D.N.A na die sitoplasma vervoer vir proteïensintese. Die inligting wat in die vorm van 'n basisvolgorde van mRNA gestoor word, is komplementêr tot die basisvolgorde wat op sjabloon D.N.A.
3) Dra R.N.A (tRNA) oor-tRNA help met proteïensintese deur geaktiveerde aminosure uit die aminosuurpoel op te tel en na die ribosome te vervoer waar dit 'n spesifieke drielingkodon van mRNA herken. Elke aminosuur word deur 'n spesifieke tRNA gedra aangesien die onderste segment van tRNA drie basisvolgordes antikodonlus het wat komplementêr is tot die drietalkodons van mRNA.
4) Ribosome-Dit is die plekke van proteïensintese en word in die sitoplasma aangetref. Hulle bevat 'n aantal ensieme wat verantwoordelik is vir die vorming van die polipeptiedketting. Elke ribosoom het twee subeenhede - 'n groter subeenheid en 'n kleiner subeenheid. Groter subeenheid het twee terreine:
I) Aminoasielplek ('n perseel) of aanvaarderplek
II) Peptiedterrein (P -webwerf) of skenkerwebwerf
5) Aminosure-Dit is die boustene van 'n polipeptiedketting of proteïen. Daar is 20 tipes aminosure wat voorkom in sitoplasma wat 'n aminosuurpoel vorm. Hierdie aminosure word in die polipeptiedketting saamgestel om 'n proteïen te vorm.
6) Ensieme-'n Aantal ensieme is verantwoordelik vir die proses van transkripsie. Aminoasiel-tRNA sintetase is een daarvan.
bron: www.biologydiscussion.com fig: subeenhede van ribosome
Stappe van vertaling-
Die proses van vertaling is baie meer kompleks as die van transkripsie. Dit behels die volgende stappe:
1) Binding van mRNA aan ribosome:
Tydens transkripsie sintetiseer DNA -molekule drie tipes RNA's binne die kern. Dan migreer hierdie RNA's in die sitoplasma deur die kernporie. Uit hierdie RNA's dra mRNA die genetiese inligting en dit word verbind met die ribosomale subeenhede deur die aanvangskodon 'AUG' wat op die 5' -einde daarvan gevind word. Hierdie vereniging vorm mRNA ribosomale kompleks. [Baie ribosome wat op 'n ketting in lyn is, staan ​​bekend as poli-ribosome.]
2) Aktivering van aminosuur:
Aminosure word in 'n onaktiewe vorm in die aminosuurpoel in die sitoplasma aangetref. Om polipeptiedketting te vorm, moet die aminosure geaktiveer word voordat dit aan die tRNA gekoppel word. Die ensiem aminoacyl synthetase aktiveer die aminosuur in die teenwoordigheid van ATP en Mg ++.
Aminosuur + Aminoasiel-Sintetase + ATP&rarr Aminoasiel-AMP ensiemkompleks (Geaktiveerde aminosuur) + Ppi
3) Aanhegting van geaktiveerde aminosuur met tRNA:
Die geaktiveerde aminosure word verbind met die 3'-einde van die tRNA en vorm amino-acyl-tRNA kompleks.
Geaktiveerde aminosuur + tRNA&rarr Aminoacyl-AMP ensiemkompleks + AMP + ensiem
Daar is meer as 20 verskillende ensieme en 20 tRNA -molekules in die sel. 'N Spesifieke aminosuur heg dus aan 'n spesifieke aminoasiel-tRNA molekule om vasgeketting tRNA te vorm. Hierdie ketting van tRNA dien as 'n adaptermolekule vir die dekodering van die inligting na mRNA totdat dit die laaste kodon bereik. As een ribosoom langs mRNA beweeg, word die aanvangsgedeelte van mRNA vry. Op hierdie webwerf word nuwe ribosome in lyn gebring om poliribosome te vorm.
4) Aanvang van polipeptiedketting:
Elke mRNA-molekule het inisiasiekodon AUGm wat die begin van polipeptiedketting aandui. In hierdie proses bind mRNA eers aan die subeenhede van ribosome. Die AUG -kodon lê naby 'P' -peptidielplek van die groter subeenheid van die ribosoom. Hierdie kodon kodeer vir aminosuur metionien. Dit beteken dat geaktiveerde metioniendraende tRNA anticodon UAC het. Die tweede kodon op mRNA lei naby aan 'A'-plek van die ribosoom. Dan, die 2de aminoasiel-tRNA-kompleks met antikodonbindings met die 2de kodon van mRNA en beset die 'A'-plek van die ribosoom.
5) Verlenging van polipeptiedketting:
Die rek begin met die vorming van die peptiedbinding (-CO-NH-) tussen die aminosure wat in die 'P' en 'A' plekke van die ribosome voorkom. Dit word gekataliseer deur ensiem peptied sintetase. Dit veroorsaak die oordrag van aminosuur van 'A'-plek na' P'-plek en vorming van aminosuurketting op 'A'-plek en stel die tRNA vry van P-plek.
Tydens die verlenging van die polipeptiedketting beweeg ribosome langs mRNA totdat dit die laaste kodon bereik. As een ribosoom langs mRNA beweeg, word die aanvangspunt van mRNA vry. Op hierdie webwerf word 'n nuwe ribosoom in lyn gebring om poliribosome te vorm.
6) Beëindiging van die polipeptiedketting:
Wanneer die ribosoom die einde van mRNA -string (3' -einde) bereik, word die sintese van die polipeptiedketting voltooi. Dit word aangedui deur die beëindigingskodon UAA, UGA en UAG. Tydens hierdie proses:
& bullEen polipeptiedketting of proteïenmolekule word uit tRNA vrygestel.
&bulRibosome word vrygemaak en dissosieer dus in twee subeenhede.
Proteïensintese vind dus in die bogenoemde stappe plaas.
bron: www.mun.ca fig: Vertaling
Keshari, Arvind K. en Kamal K. Adhikari. 'N Handboek vir hoër sekondêre biologie (klas XII). 1ste. Katmandu: Vidyarthi Pustak Bhandar, 2015.
Kyk die video: Biografie van de Profeet ﷺ - Deel 3 - De Wereld vóór de komst vd Profeet ﷺ (Junie 2022).