DNA ÇEVIRISI: ÖKARYOTLARDA VE PROKARYOTLARDA SÜREÇ - BIYOLOJI - 2025

DNA için transkripsiyon sırasında üretilen haberci RNA'da bulunan bilgiler protein sentezi, bir amino asit dizisinde "tercüme" olduğu (RNA gibi bir DNA sekansında bilgilerin kopyalama) sürecidir.

Hücresel bir perspektiften, gen ekspresyonu iki adımda gerçekleşen nispeten karmaşık bir meseledir: transkripsiyon ve çeviri.

Bir ribozom aracılığıyla RNA çevirisi (Kaynak: LadyofHats / Public domain, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Eksprese edilen tüm genler (peptit dizilerini, yani proteinleri kodlasınlar veya kodlamasınlar), başlangıçta bunu, DNA dizilerinde bulunan bilgileri bir haberci RNA (mRNA) molekülüne adı verilen bir işlemle aktararak yapar. transkripsiyon.

Transkripsiyon, bir "pre-mRNA" molekülünün sentezi için bir şablon olarak genin DNA'sının tamamlayıcı ipliklerinden birini kullanan ve daha sonra olgun bir mRNA oluşturmak üzere işlenen RNA polimerazlar olarak bilinen özel enzimlerle gerçekleştirilir.

Proteinleri kodlayan genler için, olgun mRNA'larda bulunan bilgiler "okunur" ve hangi kodon veya nükleotid üçlüsünün hangi belirli amino aside karşılık geldiğini belirten genetik koda göre amino asitlere çevrilir.

Bu nedenle, bir proteinin amino asit dizisinin spesifikasyonu, gene karşılık gelen DNA'daki başlangıç ​​nitrojenli baz dizisine ve daha sonra bu bilgiyi çekirdekten sitozole (ökaryotik hücrelerde) taşıyan mRNA'ya bağlıdır; mRNA kılavuzluğunda protein sentezi olarak da tanımlanan süreç.

DNA ve RNA'yı oluşturan 4 nitrojenli bazın 64 olası kombinasyonu ve sadece 20 amino asit olduğu düşünüldüğünde, bir amino asit farklı üçlüler (kodonlar) tarafından kodlanabilir, bu nedenle genetik kodun "dejenere" olduğu söylenir. (benzersiz bir AUG kodonu ile kodlanan amino asit metiyonin hariç).

Ökaryotik çeviri (aşamalı süreç)

Bir hayvan ökaryotik hücresinin ve parçalarının şeması (Kaynak: Alejandro Porto, Wikimedia Commons)

Ökaryotik hücrelerde transkripsiyon çekirdekte gerçekleşir ve sitozolde translasyon gerçekleşir, bu nedenle ilk işlem sırasında oluşan mRNA'lar, bilgilerin çekirdekten hücrelerin bulunduğu sitozole taşınmasında da rol oynar. biyosentetik makineler (ribozomlar).

Ökaryotlardaki transkripsiyon ve translasyonun bölümlendirilmesinin çekirdek için doğru olduğunu belirtmek önemlidir, ancak prokaryotik organizmalara daha benzer sistemlere sahip kloroplastlar ve mitokondri gibi kendi genomlarına sahip organeller için aynı şey değildir.

Ökaryotik hücreler ayrıca endoplazmik retikulumun (kaba endoplazmik retikulum) zarlarına bağlanmış sitosolik ribozomlara sahiptir; burada hücre zarlarına yerleştirilmesi hedeflenen veya söz konusu bölmede meydana gelen translasyon sonrası işlem gerektiren proteinlerin translasyonu gerçekleşir. .

- mRNA'ların çevirilerinden önce işlenmesi

MRNA'lar, yazıldıkça uçlarında değiştirilir:

- mRNA'nın 5 'ucu, transkripsiyon sırasında RNA polimeraz II'nin yüzeyinden çıktığında, nükleotide bağlı olan ve 7-metil guanilattan oluşan bir "başlık" sentezleyen bir grup enzim tarafından hemen "saldırıya uğradı" 5 ', 5' trifosfat bağlantısı yoluyla mRNA'nın terminali.

- mRNA'nın 3 'ucu, adenin kalıntılarının (100'den 250'ye kadar) bir "dizisinin" veya "kuyruğunun" eklendiği bir 3' serbest hidroksil grubu oluşturan bir endonükleaz tarafından bir "bölünmeye" uğrar. bir poli (A) polimeraz enzimi tarafından birer birer.

"5 'başlık" ve "poli A kuyruğu", mRNA moleküllerinin bozulmaya karşı korunmasında işlevleri yerine getirir ve ek olarak, olgun transkriptlerin sitozole doğru taşınmasında ve başlatılması ve sonlandırılması işlevini yerine getirir. sırasıyla çeviri.

C orth ve ekleme

Transkripsiyondan sonra, iki modifiye edilmiş uçları hala çekirdekte bulunan "birincil" mRNA'lar, intronik sekansların genellikle çıkarıldığı ve ortaya çıkan eksonların birleştirildiği bir "birleştirme" işlemine tabi tutulur (transkripsiyon sonrası işlem). çekirdekten ayrılan ve sitozole ulaşan olgun transkriptlerin elde edildiği.

Ekleme, birincil transkriptten çıkarılacak bölgeleri "tanıyabilen" beş küçük ribonükleoprotein ve RNA molekülünden oluşan, spliceozom (spliceosome anglicism) adı verilen bir riboprotein kompleksi tarafından gerçekleştirilir.

Pek çok ökaryotta "alternatif birleştirme" olarak bilinen bir fenomen vardır; bu, farklı tipteki transkripsiyon sonrası modifikasyonların, dizilerinin bazı yönlerinde birbirinden farklı farklı proteinler veya izozimler üretebileceği anlamına gelir.

- Ribozomlar

Olgun transkriptler çekirdekten ayrıldığında ve sitozolde translasyon için taşındığında, RNA molekülleri ile ilişkili bir protein kompleksinden oluşan ribozom olarak bilinen translasyonel kompleks tarafından işlenirler.

Ribozomlar, sitozolde serbestçe ayrılan ve çevrilen mRNA molekülüne bağlanan veya birleşen biri "büyük" ve biri "küçük" olmak üzere iki alt birimden oluşur.

Ribozomlar ve mRNA arasındaki bağlanma, her biri spesifik fonksiyonlara sahip olan ribozomal proteinlerle (ribozomal RNA veya rRNA ve transfer RNA veya tRNA) birleşen özelleşmiş RNA moleküllerine bağlıdır.

TRNA'lar moleküler "adaptörler" dir, çünkü bir uçtan olgun mRNA'daki her bir kodonu veya tripleti "okuyabilirler" (baz tamamlayıcılığı ile) ve diğer taraftan "okunan" kodon tarafından kodlanan amino aside bağlanabilirler.

Öte yandan rRNA molekülleri, yeni oluşan peptit zincirindeki her bir amino asidin bağlanma sürecini hızlandırmaktan (katalize etmek) sorumludur.

Olgun bir ökaryotik mRNA, hücrenin işaret ettiği kadar çok ribozom tarafından "okunabilir". Başka bir deyişle, aynı mRNA, aynı proteinin birçok kopyasına yol açabilir.

Kodonu ve okuma çerçevesini başlat

Olgun bir mRNA'ya ribozomal alt birimler tarafından yaklaşıldığında, riboprotein kompleksi, her zaman AUG olan ve bir metiyonin kalıntısının eklenmesini içeren bir başlangıç ​​kodonu bulana kadar adı geçen molekülün dizisini "tarar".

AUG kodonu, her gen için okuma çerçevesini tanımlar ve ayrıca doğada çevrilen tüm proteinlerin ilk amino asidini tanımlar (bu amino asit, çoğu kez çeviri sonrası elimine edilir).

Kodonları durdur

Çevirinin sonlandırılmasına neden olanlar olarak diğer üç kodon tanımlanmıştır: UAA, UAG ve UGA.

Bir amino asidi kodlayan ve durdurma kodonlarıyla sonuçlanan üçlüdeki azotlu bazların değişimini içeren bu mutasyonlar, daha kısa proteinler oluşturan sentez sürecinin erken durmasına neden oldukları için anlamsız mutasyonlar olarak bilinir.

Çevrilmemiş bölgeler

Olgun mRNA moleküllerinin 5 'ucunun yakınında, birinci nükleotid ile çeviri başlangıç ​​kodonu arasında yer alan, "lider" diziler olarak da adlandırılan, çevrilmemiş bölgeler (UTR'ler) vardır ( AUG).

Bu çevrilmemiş UTR bölgeleri, ribozomlarla bağlanmak için spesifik bölgelere sahiptir ve insanlarda, örneğin, yaklaşık 170 nükleotid uzunluğundadır, bunların arasında düzenleyici bölgeler, protein bağlanma bölgeleri vardır. çeviri vb.

- Çeviri başlangıcı

Çeviri ve transkripsiyon 3 aşamadan oluşur: bir başlatma aşaması, bir uzatma aşaması ve son olarak bir sonlandırma aşaması.

Başlatma

Başlatma Faktörü (IF) IF1, IF2 ve IF3 olarak bilinen üç proteinin ribozomun küçük alt birimine bağlanmasını hak eden çeviri kompleksinin mRNA üzerindeki montajından oluşur.

Başlatma faktörleri ve küçük ribozomal alt birim tarafından oluşturulan "ön başlatma" kompleksi, sırayla, bir metiyonin kalıntısını "taşıyan" bir tRNA ile bağlanır ve bu molekül grubu, başlangıç ​​kodonunun yakınında mRNA'ya bağlanır. AĞU.

Bu olaylar, mRNA'nın büyük ribozomal alt birime bağlanmasına ve başlatma faktörlerinin salınmasına yol açar. Büyük ribozom alt biriminin tRNA molekülleri için 3 bağlanma yeri vardır: A bölgesi (amino asit), P bölgesi (polipeptit) ve E bölgesi (çıkış).

Site A, çevrilen mRNA'nınkine tamamlayıcı olan aminoasil-tRNA'nın antikodonuna bağlanır; P bölgesi, amino asidin tRNA'dan yeni oluşan peptide aktarıldığı yerdir ve E bölgesi, amino asit teslim edildikten sonra sitozole salınmadan önce "boş" tRNA'da bulunduğu yerdir.

Çeviri başlatma ve uzatma aşamalarının grafik temsili (Kaynak: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) Wikimedia Commons aracılığıyla)

Uzama

Bu faz, ribozomun mRNA molekülü boyunca "hareketinden" ve doğumda polipeptit zincirinin büyümesini veya uzamasını ifade eden "okuyan" her kodonun translasyonundan oluşur.

Bu işlem, uzama faktörü G olarak bilinen bir faktörü ve GTP formundaki enerjiyi gerektirir; bu, translokasyon sırasında mRNA molekülü boyunca uzama faktörlerinin translokasyonunu yönlendiren şeydir.

Ribozomal RNA'ların peptidil transferaz aktivitesi, zincire eklenen ardışık amino asitler arasında peptid bağlarının oluşmasına izin verir.

Sonlandırma

Çeviri, ribozom sonlandırma kodonlarından herhangi biriyle karşılaştığında sona erer, çünkü tRNA'lar bu kodonları tanımazlar (amino asitleri kodlamazlar). Serbest bırakma faktörleri olarak bilinen proteinler de bağlanarak mRNA'nın ribozomdan ayrılmasını ve alt birimlerinin ayrılmasını kolaylaştırır.

Prokaryotik çeviri (adımlar-süreçler)

Prokaryotlarda, ökaryotik hücrelerde olduğu gibi, protein sentezinden sorumlu ribozomlar, bir proteinin sitozolik konsantrasyonunun hızlı bir şekilde artmasına izin veren bir gerçek olan sitozolde bulunur (bu, transkripsiyon mekanizması için de geçerlidir). kodlayan genlerin ekspresyonu arttığında.

Bu organizmalarda son derece yaygın bir süreç olmamasına rağmen, transkripsiyon sırasında üretilen birincil mRNA'lar, "ekleme" yoluyla transkripsiyon sonrası olgunlaşmaya uğrayabilir. Bununla birlikte, en yaygın olanı, karşılık gelen DNA dizisinden kopyalanırken aynı zamanda onu çeviren birincil transkripte eklenmiş ribozomları gözlemlemektir.

Yukarıdakilerin ışığında, birçok prokaryotta translasyon 5 'ucunda başlar, çünkü mRNA'nın 3' ucu şablon DNA'ya bağlı kalır (ve transkripsiyonla eşzamanlı olarak gerçekleşir).

Çevrilmemiş bölgeler

Prokaryotik hücreler ayrıca "Shine-Dalgarno kutusu" olarak bilinen ve konsensüs dizisi AGGAGG olan çevrilmemiş bölgelere sahip mRNA üretirler. Görüldüğü gibi, bakterilerin UTR bölgeleri, ökaryotik hücrelerinkinden önemli ölçüde daha kısadır, ancak translasyon sırasında benzer işlevleri yerine getirirler.

İşlem

Bakterilerde ve diğer prokaryotik organizmalarda, çeviri süreci ökaryotik hücrelere oldukça benzerdir. Ayrıca, ökaryotlar tarafından kullanılanlardan farklı olarak, spesifik prokaryotik faktörlere bağlı olan başlatma, uzatma ve sonlandırma olmak üzere üç aşamadan oluşur.

Uzama, örneğin, ökaryotların G faktöründen ziyade EF-Tu ve EF-Ts gibi bilinen uzama faktörlerine bağlıdır.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. ve Walter, P. (2007). hücrenin moleküler biyolojisi. Garland Bilimi. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Çeviri: DNA'dan mRNA'ya Proteine. Doğa Eğitimi 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ve Miller, JH (2005). Genetik analize giriş. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Moleküler hücre biyolojisi. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL ve Cox, MM (2008). Lehninger biyokimyanın ilkeleri. Macmillan.
6. Rosenberg, LE ve Rosenberg, DD (2012). İnsan Genleri ve Genomları: Bilim. Sağlık, Toplum, 317-338.