TERJEMAHAN DNA: PROSES DALAM EUKARIOTA DAN PROKARIOTA - BIOLOGI - 2025

The terjemahan DNA adalah proses di mana maklumat yang terkandung dalam RNA Rasul yang dihasilkan semasa transkripsi (menyalin maklumat dalam urutan DNA RNA) adalah "diterjemahkan" dalam amino urutan asid oleh sintesis protein.

Dari perspektif selular, ekspresi gen adalah hubungan yang agak kompleks yang berlaku dalam dua langkah: transkripsi dan terjemahan.

Terjemahan RNA dimediasi oleh ribosom (Sumber: LadyofHats / Domain awam, melalui Wikimedia Commons)

Semua gen yang dinyatakan (sama ada mereka mengkod untuk urutan peptida, iaitu protein) pada mulanya melakukannya dengan memindahkan maklumat yang terdapat dalam urutan DNA mereka ke molekul RNA (mRNA) messenger melalui proses yang disebut transkripsi.

Transkripsi dicapai oleh enzim khas yang dikenali sebagai RNA polimerase, yang menggunakan salah satu helai pelengkap DNA gen sebagai templat untuk sintesis molekul "pra-mRNA", yang kemudian diproses untuk membentuk mRNA yang matang.

Untuk gen yang mengkod protein, maklumat yang terkandung dalam mRNA matang "dibaca" dan diterjemahkan ke dalam asid amino mengikut kod genetik, yang menentukan kodon atau nukleotida triplet yang sesuai dengan asam amino tertentu.

Oleh itu, spesifikasi urutan asid amino protein bergantung pada urutan awal asas nitrogen dalam DNA yang sesuai dengan gen dan kemudian dalam mRNA yang membawa maklumat ini dari nukleus ke sitosol (dalam sel eukariotik); proses yang juga ditakrifkan sebagai sintesis protein berpandu mRNA.

Memandangkan terdapat 64 kemungkinan kombinasi dari 4 asas nitrogen yang membentuk DNA dan RNA dan hanya 20 asid amino, asid amino dapat dikodkan oleh kembar tiga yang berbeza (kodon), itulah sebabnya dikatakan bahawa kod genetik "merosot" (kecuali asid amino metionin, yang dikodkan oleh kodon AUG yang unik).

Terjemahan eukariotik (proses langkah)

Diagram sel eukariotik haiwan dan bahagiannya (Sumber: Alejandro Porto melalui Wikimedia Commons)

Dalam sel eukariotik, transkripsi berlaku di nukleus dan terjemahan di sitosol, sehingga mRNA yang terbentuk semasa proses pertama juga berperanan dalam pengangkutan maklumat dari nukleus ke sitosol, di mana sel-selnya dijumpai. jentera biosintetik (ribosom).

Penting untuk disebutkan bahawa pembahagian transkripsi dan terjemahan dalam eukariota berlaku untuk inti, tetapi tidak sama untuk organel dengan genomnya sendiri seperti kloroplas dan mitokondria, yang mempunyai sistem yang lebih serupa dengan organisma prokariotik.

Sel eukariotik juga mempunyai ribosom sitosolik yang melekat pada membran retikulum endoplasma (retikulum endoplasma kasar), di mana terjemahan protein yang ditakdirkan dimasukkan ke dalam membran sel atau yang memerlukan pemprosesan pasca-terjemahan yang berlaku di petak tersebut berlaku. .

- Memproses mRNA sebelum terjemahannya

MRNA diubah pada hujungnya kerana ditranskripsikan:

- Apabila hujung 5 'mRNA muncul dari permukaan RNA polimerase II semasa transkripsi, ia segera "diserang" oleh sekumpulan enzim yang mensintesis "tudung" yang terdiri daripada 7-metil guanylate dan yang disambungkan ke nukleotida terminal mRNA melalui hubungan 5 ', 5' trifosfat.

- Hujung 3 'mRNA mengalami "pembelahan" oleh endonuklease, yang menghasilkan kumpulan hidroksil bebas 3' di mana "tali" atau "ekor" sisa adenin (dari 100 hingga 250) terpasang. satu demi satu oleh enzim polimerase poli (A).

Tudung "5 '" dan "ekor poli A" memenuhi fungsi dalam melindungi molekul mRNA terhadap degradasi dan, sebagai tambahan, berfungsi dalam pengangkutan transkrip matang ke sitosol dan pada permulaan dan penamatan terjemahan, masing-masing.

C orth dan splicing

Selepas transkripsi, mRNA "primer" dengan dua ujungnya yang diubah, masih terdapat di nukleus, menjalani proses "penyambungan" di mana urutan intronik umumnya dikeluarkan dan ekson yang dihasilkan bergabung (pemprosesan pasca transkripsional). , dengan mana transkrip matang diperoleh yang meninggalkan inti dan mencapai sitosol.

Penyambungan dilakukan oleh kompleks riboprotein yang disebut spliceosome (spliceosome anglicism), yang terdiri dari lima molekul ribonukleoprotein kecil dan RNA, yang mampu "mengenali" kawasan yang akan dikeluarkan dari transkrip primer.

Di banyak eukariota, fenomena yang dikenali sebagai "penyambungan alternatif" berlaku, yang bermaksud bahawa pelbagai jenis pengubahsuaian pasca transkripsional dapat menghasilkan protein atau isoenzim yang berbeza antara satu sama lain dalam beberapa aspek urutannya.

- Ribosom

Apabila transkrip matang meninggalkan nukleus dan diangkut untuk terjemahan di sitosol, transkrip tersebut diproses oleh kompleks terjemahan yang dikenali sebagai ribosom, yang terdiri daripada kompleks protein yang berkaitan dengan molekul RNA.

Ribosom terdiri daripada dua subunit, satu "besar" dan satu "kecil", yang bebas dipisahkan dalam sitosol dan mengikat atau mengaitkan molekul mRNA yang diterjemahkan.

Pengikatan antara ribosom dan mRNA bergantung pada molekul RNA khusus yang berkait dengan protein ribosom (RNA ribosom atau rRNA dan RNA pemindahan atau tRNA), yang masing-masing mempunyai fungsi tertentu.

TRNA adalah "penyesuai" molekul, kerana melalui satu hujung mereka dapat "membaca" setiap kodon atau triplet dalam mRNA matang (berdasarkan pelengkap asas) dan melalui yang lain mereka dapat mengikat pada asam amino yang dikodkan oleh kodon "baca".

Molekul rRNA, sebaliknya, berperanan mempercepat (mengkatalisis) proses pengikatan setiap asid amino dalam rantai peptida yang baru lahir.

MRNA eukariotik matang dapat "dibaca" oleh ribosom, seberapa banyak sel yang ditunjukkan oleh sel. Dengan kata lain, mRNA yang sama dapat menghasilkan banyak salinan protein yang sama.

Mulakan kodon dan bingkai bacaan

Apabila mRNA matang didekati oleh subunit ribosom, kompleks riboprotein "mengimbas" urutan molekul tersebut sehingga ia menemui kodon permulaan, yang selalu AUG dan melibatkan pengenalan residu metionin.

Kodon AUG menentukan kerangka bacaan untuk setiap gen dan, lebih-lebih lagi, menentukan asid amino pertama dari semua protein yang diterjemahkan di alam semula jadi (asid amino ini banyak kali dihapuskan selepas terjemahan).

Hentikan kodon

Tiga kodon lain telah dikenal pasti sebagai yang menyebabkan penamatan terjemahan: UAA, UAG, dan UGA.

Mutasi yang melibatkan perubahan asas nitrogen dalam triplet yang memberi kod untuk asid amino dan mengakibatkan kodon berhenti dikenali sebagai mutasi tidak masuk akal, kerana ia menyebabkan penghentian pramatang proses sintesis, yang membentuk protein yang lebih pendek.

Kawasan yang tidak diterjemahkan

Menjelang akhir molekul mRNA matang 5 'terdapat kawasan yang tidak diterjemahkan (UTR), juga disebut urutan "pemimpin", yang terletak di antara nukleotida pertama dan kodon permulaan terjemahan ( OGOS).

Kawasan UTR yang tidak diterjemahkan ini mempunyai laman web khusus untuk mengikat dengan ribosom dan pada manusia, misalnya, panjangnya kira-kira 170 nukleotida, di antaranya terdapat kawasan pengawalan, laman pengikat protein yang berfungsi dalam peraturan terjemahan, dll.

- Permulaan terjemahan

Terjemahan, dan transkripsi, terdiri dari 3 fasa: fasa permulaan, fasa pemanjangan, dan akhirnya fasa penamatan.

Permulaan

Ini terdiri daripada pemasangan kompleks terjemahan pada mRNA, yang pantas mengikat tiga protein yang dikenali sebagai Faktor Permulaan (IF) IF1, IF2 dan IF3 ke subunit kecil dari ribosom.

Kompleks "pra-inisiasi" yang dibentuk oleh faktor-faktor inisiasi dan subunit ribosom kecil, pada gilirannya, mengikat dengan tRNA yang "membawa" residu metionin dan sekumpulan molekul ini mengikat ke mRNA, berhampiran kodon permulaan. OGOS.

Kejadian ini membawa kepada pengikatan mRNA ke subunit ribosom yang besar, yang membawa kepada pelepasan faktor-faktor inisiasi. Subunit ribosom besar mempunyai 3 laman pengikat untuk molekul tRNA: tapak A (asid amino), tapak P (polipeptida), dan tapak E (keluar).

Laman A mengikat antikodon aminoacyl-tRNA yang melengkapi dengan mRNA yang diterjemahkan; tapak P adalah di mana asid amino dipindahkan dari tRNA ke peptida yang baru lahir dan tapak E adalah di mana ia dijumpai dalam tRNA "kosong" sebelum dibebaskan ke dalam sitosol setelah asid amino dihantar.

Perwakilan grafik fasa permulaan dan pemanjangan terjemahan (Sumber: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Pemanjangan

Fasa ini terdiri daripada "pergerakan" ribosom di sepanjang molekul mRNA dan terjemahan setiap kodon yang "membaca", yang menunjukkan pertumbuhan atau pemanjangan rantai polipeptida semasa kelahiran.

Proses ini memerlukan faktor yang dikenali sebagai faktor pemanjangan G dan tenaga dalam bentuk GTP, yang mendorong pemindahan faktor pemanjangan di sepanjang molekul mRNA semasa ia diterjemahkan.

Aktiviti peptidil transferase RNA ribosom memungkinkan pembentukan ikatan peptida antara asid amino berturut-turut yang ditambahkan ke rantai.

Penamatan

Terjemahan berakhir apabila ribosom menemui salah satu kodon penamatan, kerana tRNA tidak mengenali kodon ini (mereka tidak mengekod asid amino). Protein yang dikenali sebagai faktor pelepasan juga mengikat, yang memudahkan pemisahan mRNA dari ribosom dan pemisahan subunitnya.

Terjemahan prokariotik (langkah-proses)

Dalam prokariota, seperti pada sel eukariotik, ribosom yang bertanggungjawab untuk sintesis protein terdapat di sitosol (yang juga berlaku untuk mesin transkrip), suatu fakta yang memungkinkan peningkatan pesat dalam kepekatan sitosolik protein apabila ungkapan gen yang menyandikannya meningkat.

Walaupun bukan proses yang sangat biasa dalam organisma ini, mRNA primer yang dihasilkan semasa transkripsi dapat mengalami pematangan pasca transkrip melalui "penyambungan." Namun, yang paling biasa adalah memerhatikan ribosom yang melekat pada transkrip primer yang menerjemahkannya pada masa yang sama bahawa ia ditranskrip dari urutan DNA yang sesuai.

Mengingat perkara di atas, terjemahan di banyak prokariota bermula pada akhir 5 ', kerana akhir 3' mRNA tetap melekat pada DNA templat (dan berlaku bersamaan dengan transkripsi).

Kawasan yang tidak diterjemahkan

Sel prokariotik juga menghasilkan mRNA dengan wilayah yang tidak diterjemahkan yang dikenali sebagai "kotak Shine-Dalgarno" dan yang urutan konsensusnya adalah AGGAGG. Seperti yang terbukti, kawasan bakteria UTR jauh lebih pendek daripada sel eukariotik, walaupun mereka menjalankan fungsi serupa semasa terjemahan.

Proses

Pada bakteria dan organisma prokariotik, proses terjemahannya hampir sama dengan sel eukariotik. Ini juga terdiri dari tiga fasa: permulaan, pemanjangan dan penamatan, yang bergantung pada faktor prokariotik tertentu, berbeza dengan yang digunakan oleh eukariota.

Pemanjangan, misalnya, bergantung pada faktor pemanjangan yang diketahui seperti EF-Tu dan EF-Ts, dan bukannya faktor G eukariot.

Rujukan

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologi molekul sel. Ilmu Garland. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Terjemahan: DNA ke mRNA ke Protein. Pendidikan Alam 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengenalan kepada analisis genetik. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekul. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Gen dan Genom Manusia: Sains. Kesihatan, Masyarakat, 317-338.