Broadcast (biologi)

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 14. februar 2022; checks kræver 3 redigeringer .

Oversættelse (fra latin  translatio  - "overførsel, bevægelse") - processen med proteinsyntese udført af ribosomet fra aminosyrer på matrixen af ​​informativ ( matrix ) RNA (mRNA, mRNA), der forekommer på cellulært niveau; implementering af genetisk information .

Mekanisme

Proteinsyntese er grundlaget for cellelivet . For at udføre denne proces har celler specielle ikke-membranorganeller - ribosomer . Disse er ribonukleoproteinkomplekser bygget af 2 underenheder: store og små. Deres funktion er at genkende mRNA - kodoner med tre bogstaver ( tre nukleotider ) , matche deres tilsvarende tRNA- antikodoner , der bærer aminosyrer, og binde disse aminosyrer til en voksende proteinkæde. Ved at bevæge sig langs mRNA-molekylet syntetiserer ribosomet et protein i overensstemmelse med informationen indeholdt i mRNA-molekylet. [en]

For at genkende aminosyrer i cellen er der specielle "adaptere", molekyler af transfer RNA (tRNA). Disse kløverbladsformede molekyler har et sted (antikodon), der er komplementært til et mRNA-kodon, såvel som et andet sted, hvortil den aminosyre, der svarer til det kodon, er knyttet. Bindingen af ​​aminosyrer til tRNA udføres i en energiafhængig reaktion af enzymer aminoacyl-tRNA-syntetaser , og det resulterende molekyle kaldes aminoacyl-tRNA . Specificiteten af ​​translation bestemmes således af interaktionen mellem mRNA-kodonet og tRNA-antikodonet, samt specificiteten af ​​aminoacyl-tRNA-syntetaser, der binder aminosyrer strengt til deres tilsvarende tRNA'er (f.eks. vil GGU-kodonet svare til en tRNA indeholdende CCA-antikodonet og kun aminosyren glycin ).

Mekanismerne for translation af prokaryoter og eukaryoter adskiller sig væsentligt, derfor har mange stoffer, der undertrykker translationen af ​​prokaryoter, mindre effekt på translationen af ​​eukaryoter, hvilket gør det muligt at bruge dem i medicin som antibakterielle midler, der er sikre for pattedyr.

Oversættelsesprocessen er opdelt i

Læseramme

Da hvert kodon indeholder tre nukleotider , kan én genetisk tekst læses på tre måder (startende fra det første, andet og tredje nukleotid), det vil sige i tre forskellige læserammer. Typisk er information, der kun er kodet i én læseramme, signifikant. Derfor er korrekt translationsinitiering (positionering ved start-AUG-kodonet) ekstremt vigtig for proteinsyntese af ribosomet.

Indledning

Proteinsyntese begynder i de fleste tilfælde med AUG- kodonet , der koder for methionin . Dette kodon omtales almindeligvis som start- eller initiatorkodonet. Translationsinitiering involverer genkendelse af dette kodon af ribosomet og rekruttering af initiator-aminoacyl-tRNA'et. Starten af ​​translation kræver også tilstedeværelsen af ​​visse nukleotidsekvenser i regionen af ​​startkodonen ( Shine-Dalgarno-sekvensen i prokaryoter og Kozak-sekvensen i eukaryoter). En vigtig rolle i beskyttelsen af ​​5'-enden af ​​mRNA tilhører 5'- cap . Eksistensen af ​​en sekvens, der adskiller start-AUG fra de interne, er absolut nødvendig, da initieringen af ​​proteinsyntese ellers ville ske kaotisk ved alle AUG-kodoner.

Startprocessen er tilvejebragt af specielle proteiner - initieringsfaktorer ( engelsk  initieringsfaktorer, IF ; eukaryote initieringsfaktorer betegner eIF, fra engelske  eukaryoter ).

Mekanismerne for translationsinitiering i pro- og eukaryoter adskiller sig væsentligt: ​​prokaryote ribosomer er potentielt i stand til at finde start-AUG og initiere syntese i enhver del af mRNA'et, mens eukaryote ribosomer normalt binder sig til mRNA'et i cap-regionen og scanner det i søgning af startkodonen.

I prokaryoter

Den lille ribosomale underenhed (30S) af prokaryoter, hvis den ikke aktuelt er involveret i translation, eksisterer i kompleks med initiatorfaktorer IF1, IF3 og i nogle tilfælde IF2. Overvej hovedfunktionerne af disse proteiner:

Komplekset af 30S-underenheden med initiatorfaktorer er i stand til at genkende specielle mRNA-sekvenser, de såkaldte ribosombindingssteder ( RBS, ribosombindingssted ) .  Disse steder indeholder for det første initiatoren AUG og for det andet en speciel Shine-Dalgarno-sekvens , hvortil ribosomalt 16S RNA binder komplementært . Shine-Dalgarno-sekvensen tjener til at skelne initiator-AUG fra de interne kodoner, der koder for methionin. Efter at 30S-underenheden er bundet til mRNA'et, tiltrækkes initiator-aminoacyl-tRNA'et og IF2 til det, hvis de ikke allerede er inkluderet i komplekset. Derefter fæstnes 50S-subpartiklen, GTP-hydrolyse og dissociation af initierende faktorer forekommer. Det samlede ribosom begynder at syntetisere polypeptidkæden.

I eukaryoter

I eukaryoter er der to hovedmekanismer til at finde start-AUG af ribosomet: cap-afhængig (scanning) og cap-uafhængig (intern initiering).

Ud over de vigtigste initieringsmekanismer, hvis der er en poly(A)-leder før startkodonet (f.eks. i mRNA'et fra poxfamiliens vira), realiseres en ikke-standard initieringsmekanisme. I dette tilfælde indeholder initiatorkomplekset ikke faktorerne IF3 og eIF4F, og efter samling på det 5'-utranslaterede område scanner det ikke sekventielt mRNA, men det såkaldte. ATP-uafhængig "faseløs vandring". I dette tilfælde forløber initieringen meget hurtigere end i tilfælde af arbejde i henhold til den klassiske scanningsmekanisme . [3]

I eukaryoter er translations-reinitiering også mulig , når ribosomet med proteinfaktorer efter endt translation ikke adskiller sig fra mRNA, men springer fra 3'- til 5'-enden af ​​mRNA'et og starter initiering igen. Dette er muligt takket være den såkaldte. ringslutning af mRNA i cytoplasmaet, det vil sige den fysiske konvergens af start- og stopkodoner ved hjælp af specielle proteiner.

Cap afhængig mekanisme

I modsætning til prokaryoter, hvor translationsinitiering kun tilvejebringes af tre proteinfaktorer, er translationen af ​​langt størstedelen af ​​eukaryote mRNA'er indeholdende 5' - cap [m7G(5')ppp(5')N] og 3'- poly(A)-hale, kræver deltagelse af mindst 13 almindelige eukaryote initieringsfaktorer (eIF'er) repræsenteret af 31 polypeptider. Translationsinitiering involverer begivenhederne mellem dissocieringen af ​​ribosomet under afslutningen i den foregående translationscyklus og samlingen af ​​ribosomet klar til forlængelse ved mRNA - startkodonet . Under igangsættelsen udfører oversættelsesapparatet følgende opgaver:

  1. dissociation og antiassociation af ribosomale underenheder;
  2. udvælgelse af initiator methionyl-tRNA (Met-tRNAiMet);
  3. 5'-hættebinding, poly(A)-binding, scanning;
  4. valg af den korrekte startkodon ;
  5. kombination af ribosomale underenheder ved startkodonen [4] [5] [L 1] [L 2] [6]
Dissociation og anti-association af ribosomunderenheder

Dissociationen af ​​ribosomale underenheder ved afslutningen af ​​termineringen er en aktiv proces, der involverer eIF'er, såvel som forlængelses- og termineringsfaktorer. Antiassociering af allerede dissocierede underenheder leveres af eIF og tjener til at forhindre for tidlig association af ribosomale underenheder. [4] [5] [K 2] [6] Hovedrollen i denne opgave tilhører eIF3, en multiunderenhedsfaktor bestående af 13 forskellige underenheder (total molekylvægt på 800 kDa) hos pattedyr, 11 underenheder i planter og seks underenheder i gæren Saccharomyces cerevisiae . [7] [8] eIF3 binder til 40S-underenheden af ​​ribosomet (40S) via dens j-underenhed, som igen interagerer med stilladsb-underenheden og forhindrer association af 40S med 60S ribosomale underenhed (60S). [9] [10] Disse eIF3-aktiviteter afhænger af dets interaktion med eIF1 og eIF2/GTP/Met-tRNAiMet ternære kompleks. [11] Bindingen af ​​eIF1 til 40S er kooperativ med eIF3 [12] [13] , ligesom bindingen af ​​eIF1 til eIF1A (en homolog af bakteriel IF1) [14] . Således er eIF1A sandsynligvis også involveret i anti-association, i det mindste indirekte.

Udvælgelse af initiator methionyl-tRNA (Met-tRNAiMet)

Denne fase omfatter følgende processer:

  1. genkendelse og methionylering af tRNAiMet ved hjælp af specifik methionyl-tRNA-syntetase;
  2. diskrimination mod Met-tRNAiMet ved eukaryote forlængelsesfaktorer;
  3. diskrimination mod ikke-methionyleret eller forkert aminoacyleret tRNAiMet eIF;
  4. diskrimination mod eIF-elongator-tRNA'er.

Under proces (a) interagerer methionyl-tRNA-syntetase med både acceptorenden af ​​tRNA'et og antikodonet.

Fremgangsmåde (b) i planter og gær udføres ved post-transkriptionel modifikation af tRNAiMet, hvilket gør det forskelligt fra forlængeren methionin-specifikke tRNA ved at tilføje 2'- O - phosphoribosyl til ribosen af ​​nukleotid A64. Hos hvirveldyr udføres proces (b) ved at skelne mellem de specifikke træk ved tRNAiMet-nukleotidsekvenserne og forlængermethionin-tRNA'et.

Forlængelse

I processen med at opbygge polypeptidkæden deltager to proteinforlængelsefaktorer . Den første (EF1a i eukaryoter, EF-Tu i prokaryoter) overfører et aminoacyleret ("ladet" med en aminosyre) tRNA til A-stedet (aminoacyl) i ribosomet. Ribosomet katalyserer overførslen af ​​det tRNA-bundne peptid på P-stedet til A-stedet og dannelsen af ​​en peptidbinding med aminosyreresten placeret der. Således forlænges det voksende peptid med en aminosyrerest . Derefter katalyserer det andet protein (EF2 i eukaryoter, EF-G i prokaryoter) den såkaldte translokation. Translokation er bevægelsen af ​​ribosomet langs mRNA'et med en triplet (ca. 20 ångstrøm ), som et resultat af hvilket peptidyl-tRNA'et igen er i P-stedet, og det "tomme" tRNA fra P-stedet går til E-site (fra ordet exit). tRNA fra E-stedet dissocierer spontant, hvorefter ribosomet er klar til en ny forlængelsescyklus [15] .

Opsigelse

Terminering - slutningen af ​​proteinsyntesen, sker, når et af stopkodonerne - UAG, UAA, UGA - vises i ribosomets A-sted. På grund af fraværet af tRNA svarende til disse kodoner, forbliver peptidyl-tRNA forbundet med P-stedet af ribosomet. Her kommer specifikke proteiner RF1 eller RF2 i spil, som katalyserer løsrivelsen af ​​polypeptidkæden fra mRNA, samt RF3, som forårsager dissociation af mRNA fra ribosomet. RF1 genkender UAA eller UAG i A-stedet; RF-2 - UAA eller UGA. Med UAA er terminering mere effektiv end med andre stopkodoner.

Kompartmentalisering i eukaryoter

I modsætning til prokaryoter, hvor proteinbiosyntese sker direkte under transkriptionen af ​​de tilsvarende mRNA'er, er eukaryoter karakteriseret ved streng kompartmentalisering af alle processer, der forekommer under proteinbiosyntese, inklusive translationskompartmentalisering.

Translation af mRNA-sekretoriske og membranproteiner (normalt udgør de 3-15% af alle proteiner syntetiseret af cellen) sker på ribosomer forbundet med det granulære endoplasmatiske retikulum . [16] Ifølge klassiske koncepter er yderligere 35-45% af ribosomerne forbundet med cytoskelettet , og de resterende 20-40% af ribosomerne er i en ubundet tilstand i cytosolen . [17] Det er dog blevet foreslået, at frie ribosomer er en artefakt, og i cellen er de forbundet med det såkaldte mikrotrabekulære gitter dannet af en speciel type filament. [18] Men ifølge andre data stilles der spørgsmålstegn ved selve eksistensen af ​​det mikrotrabekulære gitter, [19] så spørgsmålet om eksistensen af ​​aktive ubundne ribosomer forbliver åbent.

På nuværende tidspunkt er det en hypotese, at translation i eukaryoter ikke forekommer i hele cellens cytoplasma, men i visse områder af cytoplasmaet, betinget kaldet "translationelle rum". [20] Formentlig omfatter translationsrummet følgende strukturer:

  • ribosomer med vedhæftede proteinfaktorer, matrix og transport-RNA;
  • de såkaldte codosomer er komplekse proteinkomplekser, som omfatter 7-9 aminoacyl-tRNA-syntetase, pyrophosphatase, cykliske nukleotider, magnesiumioner og lipider; [21]
  • eEF1H er den tunge eller fulde form af forlængelsesfaktor 1. Den indeholder 4 forlængelsesfaktorer (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ, eEF1Bγ). [22]

Kompartmentalisering af translation giver en høj hastighed af proteinbiosyntese og brede muligheder for at regulere denne proces. [tyve]

Se også

Noter

Litteratur
  1. ↑ Kapp, Lorsch, 2004 .
  2. ↑ 12 Marintchev , Wagner, 2004 .
Andre kilder
  1. ↑ Spirin AS Ribosomer. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York. 1999.
  2. ↑ Hellen CU, Sarnow P. Interne ribosomindgangssteder i eukaryote mRNA-molekyler  // Genes Dev  .  : journal. - 2001. - Bd. 15 , nr. 13 . - S. 1593-1612 . - doi : 10.1101/gad.891101 . — PMID 11445534 .
  3. ↑ Shirokikh NE, Spirin AS Poly(A) leder af eukaryotisk mRNA omgår translationens afhængighed af initieringsfaktorer.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2008. - Bd. 105 , nr. 31 . - P. 10738-10743 . - doi : 10.1073/pnas.0804940105 . — PMID 18658239 .
  4. ↑ 1 2 Gallie DR Translationel kontrol i planter og kloroplaster // Kontrol, 2007 , pp. 747-774
  5. ↑ 1 2 Hinnebusch AG, Dever TE, Asano K. Mechanism of translation initiation in the yeast Saccharomyces cerevisiae // Control, 2007 , pp. 225-268
  6. ↑ 1 2 Pestova TV, Hellen CU, Shatsky IN Mekanismen for translationsinitiering i eukaryoter // Kontrol, 2007 , s. 87-128
  7. ↑ Hinnebusch AG (2006) "eIF3: A alsidig scaffold for translation initiation complexes", Trends in Biochemical Science 31, 553-562
  8. ↑ Wei Z., Zhang P., Zhou Z., Cheng Z., Wan M. og Gong W. (2004) "Crystal structure of human eIF3k, the first structure of eIF3 subunits", Journal of Biological Chemistry 279, 34983- 34990
  9. ↑ ElAntak L., Tzakos AG, Locker N. og Lukavsky PJ (2007) "Struktur af eIF3b RNA-genkendelsesmotiv og dets interaktion med eIF3j: strukturel indsigt i rekrutteringen af ​​eIF3b til 40S ribosomale underenhed", Journal of Biological282, Chemist 8165-8174
  10. ↑ Fraser CS, Lee JY, Mayeur GL, Bushell M., Doudna JA og Hershey JW (2004) "J-underenheden af ​​human translationsinitieringsfaktor eIF3 er nødvendig for den stabile binding af eIF3 og dets subkomplekser til 40S ribosomale underenheder in vitro , Journal of Biological Chemistry 279, 8946-8956
  11. ↑ Kolupaeva VG, Unbehaun A., Lomakin IB, Hellen CUT og Pestova TV (2005) "Binding af eukaryotisk initieringsfaktor 3 til ribosomale 40S-underenheder og dens rolle i ribosomal dissociation og antiassociation", RNA 11, 470-486.
  12. ↑ Lomakin IB, Kolupaeva VG, Marintchev A., Wagner G. og Pestova TV (2003) "Position af eukaryot initieringsfaktor eIF1 på den 40S ribosomale underenhed bestemt ved rettet hydroxylradikal sondering", Genes and Development 17, 79786
  13. ↑ Pestova TV og Kolupaeva VG (2002) "Rollerne af individuelle eukaryote translationsinitieringsfaktorer i ribosomal scanning og initieringskodonselektion", Genes and Development 16, 181-186
  14. ↑ Maag D. og Lorsch JR (2003) "Kommunikation mellem eukaryotisk translationsinitieringsfaktor 1 og 1A på den lille ribosomale underenhed af gær", Journal of Molecular Biology 330, 917-924
  15. ↑ Chen J., Tsai A., O'Leary SE, Petrov A., Puglisi JD Opklaring af dynamikken i ribosomtranslokation // Curr Opin Struct Biol. - 2012. - T. 22 , no. 6 . - S. 804-814 . - doi : 10.1016/j.sbi.2012.09.004 . — PMID 23142574 .
  16. ↑ Adesnik M., Mashio F. Opdeling af specifikke klasser af messenger-RNA til frie og membranbundne polysomer // Eur. J Biochem. - 1981. - V.114. — s. 271-284)
  17. ↑ Hesketh J. Translationel cytoskeletmekanisme for målrettet proteinsyntese // Mol. Biol. Rep. - 1994. - 19, N.3. - s. 233-244)
  18. ↑ Wolosewick JJ, Porter KR Mikrotrabekulært gitter af det cytoplasmatiske grundstof // J. Cell Biol. - 1979. - V.82. — S.114-139
  19. ↑ Heuser J. Hvad skete der med det 'mikrotrabekulære koncept'? (engelsk)  // Biol Cell : journal. - 2002. - Bd. 94 , nr. 9 . - s. 561-596 . - doi : 10.1016/S0248-4900(02)00013-8 . — PMID 12732437 .
  20. ↑ 1 2 Negrutsky B. S. Organisering af proteinsyntese i levende eukaryoter. Kiev, Amuletter, 2001, 165 s.
  21. ↑ Filonenko VV, Deutscher MP Beviser for lignende strukturel organisering af multienzym-aminoacyl-tRNA-syntetasekomplekset in vivo og in vitro // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.26. — P.17375-17378
  22. ↑ Janssen GMC, van Damme HTF, Kriek J. et al. Underenhedsstrukturen af ​​forlængelsesfaktor 1 fra Artemia. Hvorfor to alfa-kæder i dette kompleks? // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.50. — P.31410-31417

Litteratur

  • Acker MG, Lorsch JR Mekanisme for sammenføjning af ribosomale underenheder under eukaryot translationsinitiering // Biochemical Society Transactions. - 2008. - Nr. 36 . - S. 653-657.
  • Benelli D., Londei P. Begynd ved begyndelsen: evolution af translationel initiering // Forskning i mikrobiologi. - 2009. - Nr. 160 . - S. 493-501.
  • Jackson RJ, Hellen CUT, Pestova TV Mekanismen for eukaryotisk oversættelsesinitiering og principperne for dens regulering // Nature Reviews Molecular Cell Biology. - 2010. - Nr. 10 . - S. 113-127.
  • Kapp LD, Lorsch JR Den molekylære mekanik af eukaryot translation  // Annual Review of Biochemistry. - 2004. - Nr. 73 . - s. 657-704.
  • Marintchev A., Wagner G. Oversættelsesinitiering: strukturer, mekanismer og evolution // Quarterly Review of Biophysics. - 2004. - Nr. 37 . - S. 197-284.
  • Mitchell SF, Lorsch JR Skal jeg blive eller skal jeg gå? Eukaryot translation initieringsfaktorer 1 og 1A kontrol starter kodongenkendelse // Journal of Biological Chemistry. - 2008. - Nr. 283 . — S. 27345-27349.
  • Schmitt E., Naveau M., Mechulam Y. Eukaryotic and archaeal translation initiation factor 2: A heterotrimeric tRNA carrier // FEBS Letters. - 2010. - Nr. 584 . - S. 405-412.
  • Sonenberg N., Hinnebusch AG Regulering af translationsinitiering i eukaryoter: mekanismer og biologiske mål  (engelsk)  // Cell . - Cell Press , 2009. - Nej. 136 . - s. 731-745.
  • Translationel kontrol i biologi og medicin / Ed. af N. Sonenberg, JWB Hershey og MB Mathews. - Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press, 2007. - 934 s.
  • Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D., De Veylder L. Translationel kontrol af eukaryotisk genekspression // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. - 2009. - Nr. 44 . - S. 143-168.
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier