Broadcast (biologi)

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 14 februari 2022; kontroller kräver 3 redigeringar .

Översättning (från latin  translatio  - "överföring, rörelse") - processen för proteinsyntes som utförs av ribosomen från aminosyror på matrisen av informativt (matris) RNA (mRNA, mRNA), som förekommer på cellnivå; implementering av genetisk information .

Mekanism

Proteinsyntes är grunden för celllivet . För att utföra denna process har celler speciella icke-membranorganeller - ribosomer . Dessa är ribonukleoproteinkomplex byggda av 2 subenheter: stora och små. Deras funktion är att känna igen trebokstavs ( tre- nukleotider ) mRNA - kodon , matcha deras motsvarande tRNA- antikodon som bär aminosyror och fästa dessa aminosyror till en växande proteinkedja. När den rör sig längs mRNA-molekylen, syntetiserar ribosomen ett protein i enlighet med informationen i mRNA-molekylen. [ett]

För att känna igen aminosyror i cellen finns speciella "adaptrar", molekyler av transfer-RNA (tRNA). Dessa klöverbladsformade molekyler har ett ställe (antikodon) som är komplementärt till ett mRNA-kodon, såväl som ett annat ställe till vilket aminosyran som motsvarar det kodonet är fäst. Bindningen av aminosyror till tRNA utförs i en energiberoende reaktion av enzymer aminoacyl-tRNA-syntetaser , och den resulterande molekylen kallas aminoacyl-tRNA . Sålunda bestäms translationsspecificiteten av interaktionen mellan mRNA-kodonet och tRNA-antikodonet, såväl som specificiteten hos aminoacyl-tRNA-syntetaser som binder aminosyror strikt till deras motsvarande tRNA (till exempel kommer GGU-kodonet att motsvara en tRNA som innehåller CCA-antikodonet och endast aminosyran glycin ).

Mekanismerna för translation av prokaryoter och eukaryoter skiljer sig markant, därför har många substanser som undertrycker translationen av prokaryoter mindre effekt på translationen av eukaryoter, vilket gör att de kan användas i medicin som antibakteriella medel som är säkra för däggdjur.

Översättningsprocessen är uppdelad i

Läsram

Eftersom varje kodon innehåller tre nukleotider kan en genetisk text läsas på tre sätt (med början från den första, andra och tredje nukleotiden), det vill säga i tre olika läsramar. Typiskt är information som är kodad i endast en läsram signifikant. Därför är korrekt translationsinitiering (positionering vid start-AUG-kodonet) extremt viktig för proteinsyntesen av ribosomen.

Initiering

Proteinsyntes börjar i de flesta fall med AUG- kodonet som kodar för metionin . Detta kodon kallas vanligen för start- eller initiatorkodonet. Translationsinitiering involverar igenkänning av detta kodon av ribosomen och rekrytering av initiatorn aminoacyl-tRNA. Initieringen av translation kräver också närvaron av vissa nukleotidsekvenser i regionen av startkodonet ( Shine-Dalgarno-sekvensen i prokaryoter och Kozak-sekvensen i eukaryoter). En viktig roll för att skydda 5'-änden av mRNA tillhör 5'- capen . Förekomsten av en sekvens som skiljer start-AUG från de interna är absolut nödvändig, eftersom annars initieringen av proteinsyntes skulle ske kaotiskt vid alla AUG-kodon.

Initieringsprocessen tillhandahålls av speciella proteiner - initieringsfaktorer ( engelska  initieringsfaktorer, IF ; eukaryota initieringsfaktorer betecknar eIF, från engelska  eukaryoter ).

Mekanismerna för translationsinitiering i pro- och eukaryoter skiljer sig avsevärt: prokaryota ribosomer kan potentiellt hitta start-AUG och initiera syntes i vilken del av mRNA som helst, medan eukaryota ribosomer vanligtvis fäster till mRNA:t i cap-regionen och skannar det i sökning av startkodonet.

I prokaryoter

Den lilla ribosomala subenheten (30S) av prokaryoter, om den inte för närvarande är involverad i translation, finns i komplex med initiatorfaktorer IF1, IF3 och, i vissa fall, IF2. Tänk på huvudfunktionerna hos dessa proteiner:

Komplexet av 30S-subenheten med initiatorfaktorer kan känna igen speciella mRNA-sekvenser, de så kallade ribosombindningsställena ( RBS, ribosombindningsställe ) .  Dessa ställen innehåller för det första initiatorn AUG, och för det andra en speciell Shine-Dalgarno-sekvens , till vilken ribosomalt 16S RNA binder komplementärt . Shine-Dalgarno-sekvensen tjänar till att särskilja initiatorns AUG från de interna kodonen som kodar för metionin. Efter att 30S-subenheten har bundit till mRNA, attraheras initiatorn aminoacyl-tRNA och IF2 till den, om de inte redan har inkluderats i komplexet. Sedan fästs 50S-subpartikeln, GTP-hydrolys och dissociation av initierande faktorer sker. Den sammansatta ribosomen börjar syntetisera polypeptidkedjan.

I eukaryoter

I eukaryoter finns det två huvudmekanismer för att hitta start-AUG av ribosomen: cap-beroende (scanning) och cap-oberoende (intern initiering).

Förutom de huvudsakliga initieringsmekanismerna, om det finns en poly(A)-ledare före startkodonet (till exempel i mRNA från poxfamiljens virus), realiseras en icke-standardiserad initieringsmekanism. I det här fallet innehåller initiatorkomplexet inte faktorerna IF3 och eIF4F, och efter montering på den 5'-otranslaterade regionen skannar det inte sekventiellt mRNA, utan det sk. ATP-oberoende "faslös vandring". I det här fallet går initieringen mycket snabbare än i fallet med arbete enligt den klassiska skanningsmekanismen . [3]

I eukaryoter är translationsåterinitiering också möjlig när, efter slutet av translationen, ribosomen med proteinfaktorer inte dissocierar från mRNA, utan hoppar från 3'- till 5'-änden av mRNA:t och startar initiering igen. Detta är möjligt tack vare den sk. cyklisering av mRNA i cytoplasman, det vill säga den fysiska konvergensen av start- och stoppkodon med hjälp av speciella proteiner.

Cap-beroende mekanism

I motsats till prokaryoter, där translationsinitiering tillhandahålls av endast tre proteinfaktorer, är translationen av den stora majoriteten av eukaryota mRNA innehållande 5'- cap [m7G(5')ppp(5')N] och 3'- poly(A)-svans, kräver deltagande av minst 13 vanliga eukaryota initieringsfaktorer (eIF) representerade av 31 polypeptider. Translationsinitiering involverar händelserna mellan dissociationen av ribosomen under avslutningen i föregående translationscykel och monteringen av ribosomen redo för förlängning vid mRNA -startkodonet . Under initieringen utför översättningsapparaten följande uppgifter:

  1. dissociation och antiassociation av ribosomala subenheter;
  2. val av initiatormetionyl-tRNA (Met-tRNAiMet);
  3. 5' cap-bindning, poly(A)-bindning, skanning;
  4. val av korrekt startkodon ;
  5. kombination av ribosomala subenheter vid startkodonet [4] [5] [L 1] [L 2] [6]
Dissociation och anti-association av ribosomsubenheter

Dissociationen av ribosomala subenheter i slutet av uppsägningen är en aktiv process som involverar eIFs, såväl som förlängnings- och avslutningsfaktorer. Antiassociation av redan dissocierade subenheter tillhandahålls av eIF och tjänar till att förhindra för tidig association av ribosomala subenheter. [4] [5] [K 2] [6] Huvudrollen i denna uppgift tillhör eIF3, en multisubunit faktor som består av 13 olika subenheter (total molekylvikt på 800 kDa) hos däggdjur, 11 subenheter i växter och sex subenheter i jästen Saccharomyces cerevisiae . [7] [8] eIF3 binder till 40S-subenheten av ribosomen (40S) via dess j-subenhet, som i sin tur interagerar med byggnadsställningens b-subenhet och förhindrar association av 40S med 60S ribosomala subenheten (60S). [9] [10] Dessa eIF3-aktiviteter beror på dess interaktion med eIF1 och det ternära komplexet eIF2/GTP/Met-tRNAiMet. [11] Bindningen av eIF1 till 40S samarbetar med eIF3 [12] [13] , liksom bindningen av eIF1 till eIF1A (en homolog av bakteriell IF1) [14] . Således är eIF1A sannolikt också involverad i anti-association, åtminstone indirekt.

Val av initiator metionyl-tRNA (Met-tRNAiMet)

Detta steg inkluderar följande processer:

  1. igenkänning och metionylering av tRNAiMet genom specifikt metionyl-tRNA-syntetas;
  2. diskriminering av Met-tRNAiMet av eukaryota förlängningsfaktorer;
  3. diskriminering av icke-metionylerad eller felaktigt aminoacylerad tRNAiMet eIF;
  4. diskriminering av eIF-förlängnings-tRNA.

Under process (a) interagerar metionyl-tRNA-syntetas med både acceptoränden av tRNA:t och antikodonet.

Process (b) i växter och jäst utförs genom post-transkriptionell modifiering av tRNAiMet, vilket skiljer det från förlängarens metioninspecifika tRNA genom att lägga till 2'- O -fosforibosyl till ribosen av nukleotid A64. Hos ryggradsdjur utförs process (b) genom att skilja mellan de specifika egenskaperna hos tRNAiMet-nukleotidsekvenserna och förlängarens metionin-tRNA.

Förlängning

I processen att bygga upp polypeptidkedjan deltar två proteinförlängningsfaktorer . Den första (EF1a i eukaryoter, EF-Tu i prokaryoter) överför ett aminoacylerat ("laddat" med en aminosyra) tRNA till A-stället (aminoacyl) i ribosomen. Ribosomen katalyserar överföringen av den tRNA-bundna peptiden vid P-stället till A-stället och bildandet av en peptidbindning med aminosyraresten som finns där. Således förlängs den växande peptiden med en aminosyrarest . Sedan katalyserar det andra proteinet (EF2 i eukaryoter, EF-G i prokaryoter) den så kallade translokationen. Translokation är rörelsen av ribosomen längs mRNA:t med en triplett (ca 20 ångström ), som ett resultat av vilket peptidyl-tRNA återigen finns i P-stället och det "tomma" tRNA:t från P-stället går till E-site (från ordet exit). tRNA från E-platsen dissocierar spontant, varefter ribosomen är redo för en ny cykel av förlängning [15] .

Uppsägning

Avslutning - slutet av proteinsyntesen, inträffar när ett av stoppkodonen - UAG, UAA, UGA - uppträder i ribosomens A-ställe. På grund av frånvaron av tRNA som motsvarar dessa kodon förblir peptidyl-tRNA associerat med ribosomens P-ställe. Här kommer specifika proteiner RF1 eller RF2 in i bilden, som katalyserar polypeptidkedjans lösgöring från mRNA, samt RF3, som orsakar dissociationen av mRNA från ribosomen. RF1 känner igen UAA eller UAG i A-platsen; RF-2 - UAA eller UGA. Med UAA är terminering effektivare än med andra stoppkodon.

Uppdelning i eukaryoter

Till skillnad från prokaryoter, där proteinbiosyntes sker direkt under transkriptionen av motsvarande mRNA, kännetecknas eukaryoter av strikt kompartmentalisering av alla processer som sker under proteinbiosyntes, inklusive translationskompartmentalisering.

Translation av mRNA-sekretoriska proteiner och membranproteiner (vanligtvis utgör de 3-15 % av alla proteiner som syntetiseras av cellen) sker på ribosomer associerade med det granulära endoplasmatiska retikulumet . [16] Enligt klassiska begrepp är ytterligare 35-45% av ribosomerna associerade med cytoskelettet , och de återstående 20-40% av ribosomerna är i obundet tillstånd i cytosolen . [17] Det har dock föreslagits att fria ribosomer är en artefakt, och i cellen är de associerade med det så kallade mikrotrabekulära gittret som bildas av en speciell typ av filament. [18] Men enligt andra data ifrågasätts själva existensen av det mikrotrabekulära gittret, [19] så frågan om existensen av aktiva obundna ribosomer förblir öppen.

För närvarande antas det att translation i eukaryoter inte sker i hela cellens cytoplasma, utan i vissa områden av cytoplasman, villkorligt kallade "translationskompartment". [20] Förmodligen inkluderar translationsavdelningen följande strukturer:

  • ribosomer med fästa proteinfaktorer, matris och transport-RNA;
  • de så kallade kodosomerna är komplexa proteinkomplex, som inkluderar 7-9 aminoacyl-tRNA-syntetas, pyrofosfatas, cykliska nukleotider, magnesiumjoner och lipider; [21]
  • eEF1H är den tunga, eller fulla, formen av förlängningsfaktor 1. Den innehåller 4 förlängningsfaktorer (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ, eEF1Bγ). [22]

Uppdelning av translation ger en hög hastighet av proteinbiosyntes och breda möjligheter för att reglera denna process. [tjugo]

Se även

Anteckningar

Litteratur
  1. ↑ Kapp, Lorsch, 2004 .
  2. ↑ 12 Marintchev , Wagner, 2004 .
Andra källor
  1. ↑ Spirin AS Ribosomer. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York. 1999.
  2. ↑ Hellen CU, Sarnow P. Interna ribosominträdesställen i eukaryota mRNA-molekyler  // Genes Dev  .  : journal. - 2001. - Vol. 15 , nr. 13 . - P. 1593-1612 . - doi : 10.1101/gad.891101 . — PMID 11445534 .
  3. ↑ Shirokikh NE, Spirin AS Poly(A)-ledare för eukaryot mRNA förbigår translationens beroende av initieringsfaktorer.  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : tidskrift. - 2008. - Vol. 105 , nr. 31 . - P. 10738-10743 . - doi : 10.1073/pnas.0804940105 . — PMID 18658239 .
  4. ↑ 1 2 Gallie DR Translationell kontroll i växter och kloroplaster // Kontroll, 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 för translationsinitiering i eukaryoter // Kontroll, 2007 , pp. 87-128
  7. ↑ Hinnebusch AG (2006) "eIF3: En mångsidig ställning för translationsinitieringskomplex", Trends in Biochemical Science 31, 553-562
  8. ↑ Wei Z., Zhang P., Zhou Z., Cheng Z., Wan M. och 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. och Lukavsky PJ (2007) "Struktur av eIF3b RNA-igenkänningsmotiv och dess interaktion med eIF3j: strukturella insikter i rekryteringen av eIF3b till 40S ribosomala subenhet", Journal of Biological 282, Chemist 8165-8174
  10. ↑ Fraser CS, Lee JY, Mayeur GL, Bushell M., Doudna JA och Hershey JW (2004) "J-subenheten av human translationsinitieringsfaktor eIF3 krävs för stabil bindning av eIF3 och dess subkomplex till 40S ribosomala subenheter in vitro , Journal of Biological Chemistry 279, 8946-8956
  11. ↑ Kolupaeva VG, Unbehaun A., Lomakin IB, Hellen CUT och Pestova TV (2005) "Bindning av eukaryotisk initieringsfaktor 3 till ribosomala 40S-subenheter och dess roll i ribosomal dissociation och antiassociation", RNA 11, 470-486
  12. ↑ Lomakin IB, Kolupaeva VG, Marintchev A., Wagner G. och Pestova TV (2003) "Position av eukaryot initieringsfaktor eIF1 på den 40S ribosomala subenheten bestämd genom riktad hydroxylradikal sondering", Genes and Development 17, 79786
  13. ↑ Pestova TV och Kolupaeva VG (2002) "Rollerna för individuella eukaryota translationsinitieringsfaktorer i ribosomal scanning och initieringskodonselektion", Genes and Development 16, 181-186
  14. ↑ Maag D. och Lorsch JR (2003) "Kommunikation mellan eukaryota translationsinitieringsfaktorer 1 och 1A på jästens lilla ribosomala subenhet", Journal of Molecular Biology 330, 917-924
  15. ↑ Chen J., Tsai A., O'Leary SE, Petrov A., Puglisi JD Unraveling the dynamics of ribosom translocation // Curr Opin Struct Biol. - 2012. - T. 22 , nr. 6 . - S. 804-814 . - doi : 10.1016/j.sbi.2012.09.004 . — PMID 23142574 .
  16. ↑ Adesnik M., Mashio F. Segregering av specifika klasser av budbärar-RNA till fria och membranbundna polysomer // Eur. J Biochem. - 1981. - V.114. — s. 271-284)
  17. ↑ Hesketh J. Translationell cytoskelettmekanism för målinriktad proteinsyntes // Mol. Biol. Rep. - 1994. - 19, N.3. - s. 233-244)
  18. ↑ Wolosewick JJ, Porter KR Mikrotrabekulärt gitter av den cytoplasmatiska grundsubstansen // J. Cell Biol. - 1979. - V.82. — S.114-139
  19. ↑ Heuser J. Vad hände med det "mikrotrabekulära konceptet"? (engelska)  // Biol Cell : journal. - 2002. - Vol. 94 , nr. 9 . - s. 561-596 . - doi : 10.1016/S0248-4900(02)00013-8 . — PMID 12732437 .
  20. ↑ 1 2 Negrutsky B. S. Organisation av proteinsyntes i levande eukaryoter. Kiev, Amuletter, 2001, 165 s.
  21. ↑ Filonenko VV, Deutscher MP Bevis för liknande strukturell organisation av multienzymet aminoacyl-tRNA-syntetaskomplex in vivo och in vitro // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.26. — P.17375-17378
  22. ↑ Janssen GMC, van Damme HTF, Kriek J. et al. Underenhetsstrukturen för förlängningsfaktor 1 från Artemia. Varför två alfa-kedjor i detta komplex? // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.50. — P.31410-31417

Litteratur

  • Acker MG, Lorsch JR Mechanism of ribosomal subunit joining under eukaryot translation initiation // Biochemical Society Transactions. - 2008. - Nr 36 . - s. 653-657.
  • Benelli D., Londei P. Börja i början: utvecklingen av translationell initiering // Research in Microbiology. - 2009. - Nr 160 . - s. 493-501.
  • Jackson RJ, Hellen CUT, Pestova TV Mekanismen för initiering av eukaryot translation och principer för dess reglering // Nature Reviews Molecular Cell Biology. - 2010. - Nr 10 . - S. 113-127.
  • Kapp LD, Lorsch JR Den molekylära mekaniken för eukaryot translation  // Annual Review of Biochemistry. - 2004. - Nr 73 . - s. 657-704.
  • Marintchev A., Wagner G. Översättningsinitiering: strukturer, mekanismer och evolution // Quarterly Review of Biophysics. - 2004. - Nr 37 . - S. 197-284.
  • Mitchell SF, Lorsch JR Ska jag stanna eller ska jag gå? Eukaryota translationsinitieringsfaktorer 1 och 1A kontroll startar kodonigenkänning // 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 Reglering av translationsinitiering i eukaryoter: mekanismer och biologiska mål  (engelska)  // Cell . - Cell Press , 2009. - Nej . 136 . - s. 731-745.
  • Translationell kontroll i biologi och medicin / Ed. av N. Sonenberg, JWB Hershey och MB Mathews. - Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press, 2007. - 934 sid.
  • Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D., De Veylder L. Translationell kontroll av eukaryot genuttryck // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. - 2009. - Nr 44 . - S. 143-168.
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk