science >> Wetenschap >  >> Biologie

Vertaling (biologie): definitie, stappen, diagram

DNA (deoxyribonucleïnezuur) is het genetische materiaal van al het bekende leven, van de eenvoudigste eencellige bacterie tot de meest prachtige vijf-ton olifant op de Afrikaanse vlakte. "Genetisch materiaal" verwijst naar de moleculen die twee belangrijke sets instructies bevatten: een voor het maken van eiwitten voor de huidige behoeften van de cel en de andere voor het maken van kopieën van zichzelf of repliceren, zodat exact dezelfde genetische code kan worden gebruikt door de toekomst generaties cellen.

De cel lang genoeg in leven houden om zich voort te planten, vereist een groot aantal van deze eiwitproducten, die DNA bestelt via het mRNA (messenger ribonucleïnezuur) dat het creëert als gezant voor de ribosomen, waar eiwitten zijn eigenlijk gesynthetiseerd.

Het coderen van genetische informatie door DNA in messenger RNA wordt transcriptie genoemd, terwijl het maken van eiwitten op basis van aanwijzingen van mRNA vertaling wordt genoemd. van eiwitten via peptidebindingen om lange ketens van aminozuren of de monomeren in dit schema te vormen. Er bestaan 20 verschillende aminozuren, en het menselijk lichaam heeft er een aantal nodig om te overleven.

De eiwitsynthese in vertaling omvat een gecoördineerde vergadering van mRNA, aminoacyl-tRNA-complexen en een paar ribosomale subeenheden, onder andere spelers.
Nucleïnezuren: een overzicht

Nucleïnezuren bestaan uit zich herhalende subeenheden of monomeren, nucleotiden genaamd. Elk nucleotide bestaat uit drie afzonderlijke componenten: een ribose
(vijf-koolstof) suiker, een tot drie fosfaatgroepen
en een stikstofbase
.

Elk nucleïnezuur heeft een van de vier mogelijke basen in elk nucleotide, waarvan er twee purines zijn en twee pyrimidines. De verschillen in de basen tussen nucleotiden is wat verschillende nucleotiden hun essentiële karakter geeft.

Nucleotiden kunnen bestaan buiten nucleïnezuren, en in feite zijn sommige van deze nucleotiden centraal in het gehele metabolisme. De nucleotiden adenosinedifosfaat (ADP) en adenosinetrifosfaat (ATP) vormen de kern van de vergelijkingen waarin energie voor cellulair gebruik wordt gewonnen uit de chemische bindingen van voedingsstoffen.

De nucleotiden in nucleïnezuren hebben echter slechts één fosfaat, dat wordt gedeeld met de volgende nucleotide in de nucleïnezuurstreng.
Basisverschillen tussen DNA en RNA

Op moleculair niveau verschilt DNA op twee manieren van RNA. Een daarvan is dat de suiker in DNA deoxyribose is, terwijl het in RNA ribose is (vandaar hun respectieve namen). Deoxyribose verschilt van ribose doordat het, in plaats van een hydroxyl (-OH) groep op de koolstofpositie nummer 2 te hebben, een waterstofatoom (-H) heeft. Deoxyribose is dus één zuurstofatoom kort van ribose, vandaar "deoxy".

Het tweede structurele verschil tussen de nucleïnezuren ligt in de samenstelling van hun stikstofbasen. DNA en RNA bevatten beide de twee purinebasen adenine (A) en guanine (G) evenals de pyrimidine-base cytosine (C). Maar terwijl de tweede pyrimidinebase in DNA thymine (T) in RNA is, is deze base uracil (U).

In nucleïnezuren bindt A namelijk aan en alleen aan T (of U, als de molecuul is RNA), en C bindt en alleen aan G. Deze specifieke en unieke complementaire basenpaarregeling is vereist voor de juiste overdracht van DNA-informatie naar mRNA-informatie in transcriptie en mRNA-informatie naar tRNA-informatie tijdens de vertaling.
Andere verschillen Tussen DNA en RNA

Op macroniveau is DNA dubbelstrengs terwijl RNA enkelstrengs is. In het bijzonder neemt DNA de vorm aan van een dubbele helix, die lijkt op een ladder die aan beide uiteinden in verschillende richtingen is gedraaid.

De strengen zijn aan elk nucleotide gebonden door hun respectieve stikstofbasen. Dit betekent dat een "A" -dragende nucleotide alleen een "T" -dragende nucleotide op zijn "partner" -nucleotide kan hebben. Dit betekent dat de twee DNA-strengen samen complementair aan elkaar zijn.

DNA-moleculen kunnen duizenden basen zijn (of beter gezegd, basenparen
) lang . In feite is een menselijk chromosoom niets meer dan een enkele zeer lange DNA-streng in combinatie met veel eiwitten. Alle soorten RNA-moleculen zijn daarentegen relatief klein.

DNA wordt ook voornamelijk gevonden in de kernen van eukaryoten, maar ook in mitochondria en chloroplasten. Het meeste RNA daarentegen bevindt zich in de kern en het cytoplasma. Ook, zoals je snel zult zien, komt RNA in verschillende typen.
Soorten RNA

RNA komt in drie primaire typen. De eerste is mRNA, dat is gemaakt van een DNA-sjabloon tijdens transcriptie in de kern. Eenmaal voltooid, baant de mRNA-streng zich een weg uit de kern via een porie in de nucleaire envelop en eindigt de show op het ribosoom, de site van eiwitvertaling.

De tweede type RNA is transfer RNA (tRNA). Dit is een kleiner nucleïnezuurmolecuul en wordt geleverd in 20 subtypen, één voor elk aminozuur. Het doel ervan is om zijn "toegewezen" aminozuur naar de translatieplaats op het ribosoom te brengen, zodat het aan de groeiende polypeptideketen (klein eiwit, vaak in uitvoering) kan worden toegevoegd.

Het derde type RNA is ribosomaal RNA (rRNA). Dit type RNA vormt een significante fractie van de massa ribosomen met eiwitten die specifiek zijn voor ribosomen die de rest van de massa vormen.
Before Translation: Een mRNA-sjabloon maken

Het vaak geciteerde "centrale dogma" "van moleculaire biologie is DNA tot RNA tot eiwit
. Nog bondiger geformuleerd, het zou kunnen worden getranscribeerd naar vertaling
. Transcriptie is de eerste definitieve stap in de richting van eiwitsynthese en is een van de voortdurende behoeften van elke cel.

Dit proces begint met het afwikkelen van het DNA-molecuul in afzonderlijke strengen zodat de enzymen en nucleotiden die deelnemen aan transcriptie ruimte hebben om naar de scène te gaan.

Vervolgens wordt langs een van de DNA-strengen een streng mRNA samengesteld met behulp van het enzym RNA-polymerase. Deze mRNA-streng heeft een basensequentie die complementair is aan die van de templatestreng, behalve dat U verschijnt waar T in DNA zou verschijnen.

  • Als de DNA-sequentie die transcriptie ondergaat bijvoorbeeld ATTCGCGGTATGTC is, dan zou de resulterende streng van mRNA de sequentie UAAGCGCCAUACAG hebben.

    Wanneer een mRNA-streng wordt gesynthetiseerd, worden bepaalde lengtes van DNA, introns genoemd, uiteindelijk uit de mRNA-sequentie gesplitst omdat ze niet coderen voor eiwitproducten. Alleen de delen van de DNA-streng die daadwerkelijk voor iets coderen, exons genoemd, dragen bij aan het uiteindelijke mRNA-molecuul.
    Wat is er betrokken bij vertaling?

    Verschillende structuren zijn nodig op de plaats van eiwitsynthese voor een succesvolle vertaling.

    Het ribosoom: elk ribosoom bestaat uit een kleine ribosomale subeenheid en een grote ribosomale subeenheid. Deze bestaan alleen als een paar zodra de vertaling begint. Ze bevatten een grote hoeveelheid rRNA en eiwit. Dit zijn een van de weinige celcomponenten die voorkomen in zowel prokaryoten als eukaryoten.
    mRNA: dit molecuul bevat directe instructies van het DNA van de cel om een specifiek eiwit te produceren. Als DNA kan worden beschouwd als de blauwdruk van het hele organisme, bevat een streng mRNA precies genoeg informatie om één beslissende component van dat organisme te maken.

    tRNA: Dit nucleïnezuur vormt op één een binding met aminozuren -om-een basis om zogenaamde aminoacyl-tRNA-complexen te vormen. Dit betekent alleen dat de taxi (de tRNA) momenteel zijn beoogde en enige soort passagier (het specifieke aminozuur) vervoert uit de 20 "soorten" mensen in de buurt.

    Aminozuren: dit zijn kleine zuren met een amino (-NH <2) groep, een carbonzuur (-COOH) groep en een zijketen gebonden aan een centraal koolstofatoom samen met een waterstofatoom. Belangrijk is dat codes voor elk van de 20 aminozuren worden gedragen in groepen van drie mRNA-basen genaamd triplet-codons.

    Hoe werkt vertaling?

    Vertalen is gebaseerd op een relatief eenvoudige triplet code. Overweeg dat elke groep van drie opeenvolgende bases een van 64 mogelijke combinaties kan bevatten (bijvoorbeeld AAG, CGU, enz.), Omdat vier tot de derde macht 64 is.

    Dit betekent dat er meer dan voldoende combinaties om 20 aminozuren te genereren. In feite zou het mogelijk zijn dat meer dan één codon codeert voor hetzelfde aminozuur.

    Dit is in feite het geval. Sommige aminozuren worden gesynthetiseerd uit meer dan één codon. Leucine is bijvoorbeeld geassocieerd met zes verschillende codonsequenties. De triplet-code is deze "gedegenereerd".

    Belangrijk is echter dat het niet overbodig is.
    Dat wil zeggen, het hetzelfde
    mRNA codon kan niet
    code voor meer dan één aminozuur.
    Mechanica van vertalen

    De fysieke site van vertaling in alle organismen is het ribosoom. Sommige delen van het ribosoom hebben ook enzymatische eigenschappen.

    Vertaling in prokaryoten begint met initiatie via een initiatiefactorsignaal van een codon dat toepasselijk het START-codon wordt genoemd. Dit is afwezig in eukaryoten, en in plaats daarvan is het eerste gekozen aminozuur methionine, gecodeerd door AUG, dat functioneert als een soort START-codon.

    Omdat elke extra driesegmentstrook van mRNA wordt blootgesteld aan de oppervlak van het ribosoom, dwaalt een tRNA met het gevraagde aminozuur het toneel in en laat zijn passagier vallen. Deze bindingsplaats wordt de "A" -plaats van het ribosoom genoemd.

    Deze interactie vindt plaats op moleculair niveau omdat deze tRNA-moleculen basensequenties hebben die complementair zijn aan het binnenkomende mRNA en dus gemakkelijk binden aan het mRNA.
    De polypeptideketen bouwen

    In de verlengingsfase van de translatie beweegt het ribosoom met drie basen, een proces dat translatie wordt genoemd. Dit legt de "A" -plaats opnieuw bloot en leidt ertoe dat het polypeptide, ongeacht zijn lengte in dit gedachte-experiment, wordt verschoven naar de "P" -plaats.

    Wanneer een nieuw aminoacyl-tRNA-complex aankomt op de "A" plaats wordt de gehele polypeptideketen verwijderd van de "P" -plaats en gehecht aan het aminozuur dat zojuist op de "A" -plaats is afgezet, via een peptidebinding. Dus wanneer de translocatie van het ribosoom langs het "spoor" van het mRNA-molecuul weer optreedt, is een cyclus voltooid en is de groeiende polypeptideketen nu langer met één aminozuur.

    In de terminatiefase, het ribosoom ontmoet een van de drie terminatiecodons, of STOP-codons, die zijn opgenomen in mRNA (UAG, UGA en UAA). Dit zorgt ervoor dat niet tRNA, maar stoffen die afgiftefactoren worden genoemd, naar de plaats komen en dit leidt tot de afgifte van de polypeptideketen. De ribosomen worden gescheiden in hun samenstellende subeenheden en de translatie is voltooid.
    Wat gebeurt er na de vertaling?

    Het translatieproces creëert een polypeptideketen die nog moet worden gemodificeerd voordat deze goed kan werken als een nieuw eiwit. De primaire structuur van een eiwit, zijn aminozuursequentie, vertegenwoordigt slechts een klein deel van zijn uiteindelijke functie.

    Het eiwit wordt na vertaling gemodificeerd door het in specifieke vormen te vouwen, een proces dat vaak spontaan optreedt als gevolg van elektrostatische interacties tussen aminozuren op niet-aangrenzende plekken langs de polypeptideketen.
    Hoe genetische mutaties de vertaling beïnvloeden

    Ribosomen zijn geweldige werkers, maar ze zijn geen kwaliteitscontroletechnici. Ze kunnen alleen eiwitten maken op basis van de mRNA-sjabloon die ze krijgen. Ze kunnen geen fouten in dat sjabloon detecteren. Daarom zijn vertaalfouten onvermijdelijk, zelfs in een wereld van perfect functionerende ribosomen.

    Mutaties die een enkele amino veranderen, kunnen de eiwitfunctie verstoren, zoals de mutatie die sikkelcelanemie veroorzaakt. Mutaties die een basenpaar toevoegen of verwijderen, kunnen de volledige tripletcode weggooien, zodat de meeste of alle volgende aminozuren ook verkeerd zijn.

    Mutaties kunnen een vroeg STOP-codon creëren, wat betekent dat slechts een deel van het eiwit wordt gesynthetiseerd . Al deze aandoeningen kunnen in verschillende mate slopend zijn en proberen om aangeboren fouten zoals deze te overwinnen, vormt een voortdurende en complexe uitdaging voor medische onderzoekers.