2 Store trin involveret i mekanisme for proteinsyntese: transkription og translation

Større trin involveret i mekanismen af ​​Proteinsyntese er 1. Transkription og 2. Oversættelse!

Biosyntese af protein er under direkte kontrol af DNA i de fleste tilfælde ellers under kontrol af genetisk RNA, hvor DNA er fraværende.

Information til struktur af et polypeptid er lagret i en polynukleotidkæde. I 1958 foreslog Crick, at de foreliggende oplysninger i DNA (i form af basesekvens) overføres til RNA, og derefter fra RNA overføres det til protein (i form af aminosyresekvens), og at disse oplysninger ikke strømmer ind i omvendt retning, det vil sige fra protein til RNA til DNA.

DNA-molekyler giver oplysningerne til deres egen replikation. Dette forhold mellem DNA, RNA og proteinmolekyler er kendt som central dogma. Temin (1970) rapporterede, at retrovirus opererer en central dogma omvendt (invers informationsstrøm) eller feminisme i værtsceller.

Genomisk RNA af disse vira syntetiserer først DNA gennem revers transkription; denne proces katalyseres af enzymet omvendt transkriptase, DNA overfører derefter information til messenger-RNA, som deltager i translation af den kodede information for at danne polypeptid.

Mekanisme for proteinsyntese:

(i) To hovedtrin er involveret i proteinsyntese; (i) transkription, der involverer overførsel af genetisk information fra DNA til mRNA, og (ii) translation, der involverer translation af nukleinsyreets sprog til proteinernes sprog.

I. Transkription:

Overførslen af ​​genetisk information fra DNA til mRNA er kendt som transkription. En enkelt RNA-polymerase foretager syntese af alle RNA'er (inklusive mRNA, rRNA og tRNA) i bakterier. Eukaryoter indeholder på den anden side mindst tre forskellige RNA-polymeraser.

En af disse placeret i nukleolus betegnes som RNA-polymerase I eller 'A' og er ansvarlig for rRNA-syntese. Den anden eukaryote RNA-polymerase findes i nukleoplasmaet, betegnes som RNA-polymerase II eller 'B' og er ansvarlig for syntesen af ​​mRNA-precursorer kaldet heterogen nukleær RNA (HnRNA).

Den tredje eukaryotiske RNA-polymerase findes også i nukleoplasma og kaldes RNA-polymerase III eller 'C', som er ansvarlig for syntesen af ​​5S-RNA og tRNA. Eukaryoter indeholder også andre RNA-polymeraser i mitokondrier og plastider.

Bakteriel RNA-polymerase består af fire forskellige polypeptidkæder: kerneenzym x (to kæder af ∞ og en enkelt kæde hver af ß og β) og sigma faktor (a)

1. Transkription af mRNA fra DNA:

I nærvær af DNA-afhængigt RNA-polymeraseenzym transkriberes den genetiske besked kodet i DNA i mRNA. De to tråde af det specifikke DNA-molekyle-uncoil og en af ​​disse to tråde virker som en skabelon (denne streng hedder antisense-strengen), hvorfra nøjagtige sekvens af nukleotider transkriberes til mRNA-molekyle. Som et resultat er basensekvensen af ​​mRNA-molekylet komplementært til den for antisense-strengen, der tjente som det skabelon. Ligesom DNA-syntese fortsætter RNA-syntese også fra 5 'til 3' retning (5 '- »3').

(a) Transkription i prokaryoter:

I bakterier katalyserer kun enkelt RNA-polymerase syntesen af ​​forskellige typer af RNA'er. RNA-polymerase består af fire polypeptidkæder (aββ'a 2 ), der udgør kernenzyme og en sigma faktor (σ), som er løst fastgjort til kernenzymet. Sigma-faktoren hjælper til genkendelse af startsignaler på DNA-molekyle og styrer RNA-polymerase ved valg af startsted. I fravær af σ initierer kerneenzym RNA-syntese på en tilfældig måde.

Når først RNA-syntese er initieret, medfører et dissocierende og kerneenzym forlængelse af mRNAA.

Mekanismen for transkription i prokaryoter involverer således følgende trin:

1. Binding af RNA-polymerase holoenzym til et promotorsted. Et stort antal af disse steder, hovedsageligt før startpunktet (dvs. opstrøms), men sjældent også efter startpunktet (dvs. nedstrøms) er blevet identificeret.

2. Afvikling af DNA, hvilket fører til adskillelse af to tråde, hvoraf kun en transkriberes.

3. Dissociation of sigma factor (a).

4. Forlængelse af mRNA-transkript ved hjælp af kerneenzym.

5. Afslutning af mRNA-syntese frembringes ved termineringskodon på DNA. I bakterier genkendes dette termineringssignal af faktor rho (P).

(b) Transkription af mRNA i eukaryoter:

I eukaryoter findes der mindst to typer af RNA-polymeraser. RNA-polymerase-A er ansvarlig for rRNA-syntese. RNA-polymerase-B frembringer syntesen af ​​Hn-RNA (heterogen nukleær RNA, fra DNA. En sekvens på ca. 200 nukleotider adenylsyre-poly A (polyadenylsyre) bliver bundet til 3'-enden af ​​Hn-RNA. Samtidigt desintegrerer Hn-RNA ved 5'-enden. Slutproduktet er kendt som poly-A-mRNA.

Det diffunderer ud af kernen i cytoplasmaet, hvor det anvendes til proteinsyntese. (Det begge ender bærer specifik nukleotidsekvens. 5'-enden af ​​mRNA-molekylet besidder 7-methylguanosin, mens 3'-enden slutter i poly A-sekvens. Nukleotidsekvensen i de to ender af alle mRNA-molekyler er den samme. Derfor siges mRNA-molekyler at have markerede ender.

Dannelse af aminosacyl-tRNA:

Undersøgelser af Lipmann og medarbejdere i løbet af 1950'erne viste at aminosyrer binder til tRNA-molekylerne: denne vedhæftning har følgende to trin:

1. Det første trin består af aktiveringen af ​​aminosyrer; et aminosyremolekyle reagerer med et ATP (adenosintrifosfat) molekyle til opnåelse af et aminoacyl-AMP (aminoacyladenylat) molekyle og et molekyle pryophosphat (PP).

2. I det andet trin overføres aminosyren fra aminoacyl-AMP-molekylet til et specifikt tRNA-molekyle, og AMP (adenosinmonophosphat) -molekylet frigives.

Begge reaktioner katalyseres af det samme enzym, aminoacyl-tRNA-syntetase. Aminosyre-AMP-komplekset er tæt bundet til enzymet under hele reaktionen. Karboxylgruppen i aminosyren reagerer med -OH-gruppen af ​​phosphatresten af ​​AMP til dannelse af aminoacyladenylater, medens den føjes til en af ​​-OH-grupperne af ribosen af ​​det terminale adenin-nukleotid til dannelse af aminoacyl-tRNA.

Hver aminosyre har sin egen særskilte aminoacyl-tRNA-syntetase, og nogle aminosyrer kan have mere end et aktiverende enzym.

II. Oversættelse:

Oversættelsestrinnet involverer oversættelsen af ​​nukleinsyrernes sprog (tilgængelig i form af mRNA) til proteinspråket.

Oversættelsesprocessen kan opdeles i følgende adskilte trin:

(1) indvielse

(2) forlængelse og

(3) opsigelse.

1. Initiering af polypeptidkæde:

Initiering af polypeptidkæde frembringes altid af aminosyremethioninen, som kodes af kodonet AUG. I E.coli modtager to forskellige tRNA methionin- (i) tRNA m met (ikke-formylerbart tRNA) og (ii) tRNA f- met (formylerbart tRNA). tRNA f mot aflejringer formyleret methionin som den første aminosyre i polypeptidkæden og således initierer dannelsen af ​​polypeptidkæden. tRNA m mødte aflejringer methionin ved interkalærstilling i polypeptidkæden.

Det betyder, at hver besked begynder med codon AUG.

(i) Initiering af polypeptidkæde i prokaryoter:

I prokaryoter frembringes initiering af formyleret methionin.

I E.coli hentes formyleret methionin af et andet tRNA, som er angivet ved tRNA f- met (formylerbar tRNA). Methionin i den interkalære position i polypeptidkæden deponeres af et andet tRNA-tRNA- met (ikke-formylerbart tRNA).

Det formulerede methionin binder til tRNA f- met- dannelsen af ​​f-met-tRNA f- met . Den lille subunit af ribosom (30S) er knyttet til 5'-enden af ​​mRNA, der bærer AUG-codon, til dannelse af et initieringskompleks (30S-mRNA). Dette lettes af et initieringsproteinfaktor 1F3-f-met-tRNA f- met tilhæftes til initieringskomplekset, der danner 30S-mRNA-f-met-tRNA f- met ; initieringsfaktor 1F 2 er afgørende for dette trin. Dette kombinerer med den store underenhed (50S), der fuldender dannelsen af ​​70S ribosomer. Denne forening udnytter energi på grund af spaltning af et GTP-molekyle.

2. Forlængelse af polypeptidkæden:

Efter dannelsen af ​​70S-mRNAf-met-tRNA f -mettekomplekset forekommer forlængelsen af ​​polypeptidkæden ved regelmæssig tilsætning af aminosyrer i følgende trin:

(i) Binding af AA-tRNA ved sted-A med større underenhed af ribosom:

Formentlig er aminoacyl-tRNA-komplekset (AA-tRNA / - Met-tRNA t -mettet bundet til acceptorstedet på den større underenhed af ribosom (A-sted), og den tRNA-bærende peptidkæde er bundet til dets peptidyl- eller donorsted Dette sted involverer et molekyle af GTP, som giver den nødvendige energi. Det andet aminoacyl-tRNA føjes til A-stedet og binder til det andet codon GCU på mRNA. A-site til vedhæftning af tRNA.

(ii) dannelse af peptidbinding

En peptidbinding dannes mellem COOH-gruppen af ​​peptidyl-tRNA ved sted-P og NH2-gruppen af ​​aminoacyl-tRNA fra sted-A. Efter dannelsen af ​​peptidbinding frigives tRNA fra P-stedet og polypeptidkæden overføres til tRNA til stede på A-site.

(iii) Bevægelse af peptidyl-tRNA fra A-site til P-site:

Så snart tRNA fra P-site frigives, skifter peptidyl-tRNA fra A-site tilbage til site-P. Processen afsluttes ved hjælp af et molekyle af GTP og transferfaktor eller enzym-translokase.

Under denne proces skifter ribosom langs mRNA i 5-3 'retning, således at den næste codon på mRNA er tilgængelig på A-site. Dette kræver G-faktor og GTP.

Når et ribosom bevæger sig langs længden af ​​mRNA, bliver initieringspunktet på mRNA frit. Det kan danne et initieringskompleks med 30S subunit af et andet ribosom. På denne måde bliver en række ribosomer fæstnet til et enkelt mRNA-molekyle. Dette kompleks er kendt som polyribosomkompleks.

Under proteinsynteseprocessen kunne en række ribosomer ses på et enkelt mRNA-molekyle på et tidspunkt, hver med en polypeptidkæde under dannelse, størrelsen af ​​polypeptidkæderne på forskellige ribosomer er forskellige.

Der er endnu en startfaktor IF1; som er den mindste af de tre initieringsfaktorer (IF1- 9500 dalton, IF2 - 73.000 dalton, IF3 = 23.000 dalton), og hvis rolle ikke er klart forstået. Det kunne være bekymret for at hjælpe med frigivelsen af ​​IF2 fra initieringskomplekset.

(iv) Initiering af polypeptidkæde i eukaryoter:

I eukaryoter er initieringen af ​​polypeptidkæden bragt af et specielt met-tRNA, men methioninen formyleres ikke (fordi tRNA f- met er fraværende i planter, og enzymetransformylcisen er fraværende hos dyr). I eukaryoter associerer mindre enhed (40 S) af ribosom med initiator tRNA kendt som tRNAy f met .

40S + Met-tRNA jeg mødte 40S-Met-tRNA jeg mødte

40S - Met-tRNA + mRNA -> 40S-mRNA- met -tRNA opfyldt

40S - mRNA-met-tRNA jeg mødte + 60S-> 80S-mRNA-met-tRNA jeg mødte

I eukaryoter er der mindst ti forskellige initieringsfaktorer. Disse er elF1, eIF2, eIF3, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F, eIF5 og eIF6. eIF3 og eIF2 er analoge med IF2 og IF3 af prokaryoter.

3. Afslutning af polypeptid:

Det er forårsaget af tilstedeværelsen af ​​en af ​​de tre termineringskodoner, nemlig UAA, UAG og UGA. Disse termineringskodoner genkendes af en af ​​de to frigivelsesfaktorer RF1 og RF2 i E.coli. Af disse frigivelsesfaktorer anerkender RF1 UAA og UAG, mens RF2 genkender UGA og UAA. De hjælper ribosomet til at genkende disse tripletter.

Frigivelsesfaktorerne synes at virke på A ', da suppressor-tRNA er i stand til at anerkende opsigelse kodoner kan konkurrere med frigivelsesfaktorer ved indrejse på A'-site. En tredje frigivelsesfaktor RF3 synes at stimulere virkningen af ​​RF1 og RF2.

Til frigivelsesreaktion skal polypeptidyl-tRNA'et være til stede på 'P' -stedet, og frigivelsesfaktorerne hjælper til opdeling af carboxylgruppen mellem polypeptidet og det sidste tRNA, der bærer denne kæde. Polypeptid frigives således, og ribosomet dissocieres i to underenheder ved hjælp af IF-3.

I eukaryot er kun en frigivelsesfaktor kendt, dvs. eRF1.

4. Modifikation af frigivet polypeptidkæde:

Formylgruppen fra den første aminosyre, methionin, af den frigivne polypeptidkæde fjernes af enzymet deformylasen. Nogle andre enzymer som expeptidaser fjerner nogle af aminosyrerne enten fra den N-terminale ende eller den C-terminale ende eller fra begge ender af polypeptidkæden. Endelig bliver denne polypeptidkæde alene eller sammen med andre kæder foldet op for at påtage sig den tertiære eller kvaternære struktur og modificerer til funktionelt enzym.