Làm thế nào một trình tự cụ thể của nucleotic potx

Gene dịch: RNA -> Protein Vấn đề: Làm thế nào một trình tự cụ thể của nucleotide chỉ định một trình tự cụ thể của các axit amin ? Câu trả lời: bằng phương tiện chuyển ARN phân tử, mỗi cụ thể cho nhiều acid amin và đặc biệt cho một bộ ba nucleotide trên mRNA được gọi là codon .Gia đình của các phân tử RNA vận chuyển cho phép các codon trong một phân tử mRNA được dịch thành các trình tự của các axit amin trong protein. Hình ảnh này thể hiện cấu trúc của RNA chuyển alanine ( tRNA ALA ) từ nấm men. Nó bao gồm một dải đơn của 77 ribonucleotides. dây chuyền này được xếp vào chính nó, và rất nhiều các cặp cơ sở với nhau tạo thành bốn vùng khác xoắn. Các vòng được hình thành ở khu vực lẻ của chuỗi. (Các căn cứ vòng trong xanh đã được biến đổi hóa học sau đây tổng hợp các phân tử.) Ít nhất một loại tRNA là hiện nay cho mỗi trong số 20 axit amin được sử dụng trong tổng hợp protein. (Một số các axit amin sử dụng các dịch vụ của hai hoặc ba tRNAs khác nhau, vì vậy hầu hết các tế bào chứa nhiều như 32 loại khác nhau của RNA vận chuyển.) Các acid amin được gắn vào tRNA phù hợp bởi một enzyme kích hoạt (một trong 20 -tRNA synthetases aminoacyl ) cụ thể cho rằng acid amin cũng như cho các tRNA được giao. Mỗi loại tRNA có một trình tự của 3 nucleotide lẻ - các anticodon - mà có thể ràng buộc, sau các quy tắc của kết nối cơ sở , đến các bộ ba nucleotide bổ sung - các codon - trong một messenger RNA ( mRNA phân tử). Cũng giống như sao chép và phiên mã DNA liên quan đến cơ sở kết nối của các nucleotide chạy theo hướng ngược lại, do đó, việc đọc codon trong mRNA (5 '-> 3') yêu cầu các kết anticodons theo hướng ngược lại. Anticodon: 3 'CGA 5' Codon: 5 'GCU 3' RNA codon Thứ hai nucleotide U C A G UUU phenylalani ne (Phe) UCU Serine (S er) UAU Tyrosine ( Tyr) UGU Cysteine (Cys) U Phe UUC UCC Ser UAC Tyr Cys UGC C UUA Leucin (Leu) UCA Ser UAA STOP UGA STOP A U ABH Leu UCG Ser UAG STOP UGG Tryptopha n (TRP) G CỬU Leucin (Leu) Chăm sóc khách hàng Proline ( Pro) CẦU histidine (c ủa ông) CGU Arginine (A rg) U CUC Leu CCC Pro CAC của ông CGC Arg C CUA Leu CCA Pro CAA Glutamine (GLN) CGA Arg A C CUG Leu CCG Pro CAG GLN CGG Arg G AUU isoleucine (Il e) ACU threonin e (Thr) AAU asparagin (ASN) AGU Serine (Ser) U AUC Ile ACC Thr AAC số hiệu mạng AGC Ser C Ile AUA ACA Thr AAA Lysine (Ly s) AGA Arginine (A rg) A A Tháng Tám Methionin ( Met) hoặc START ACG Thr AAG Lys Agg Arg G GUU Valine Val GCU Alanine ( Ala) GAU aspartic acid (Asp) GGU Glycine (gl y) U Gục (Val) GCC Ala GAC Asp GGC gly C Val GUA GCA Ala GAA acid glutamic (Glu) GGA gly A G GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG gly G Lưu ý:  Hầu hết các axit amin được mã hóa bởi codon đồng nghĩa rằng khác biệt ở vị trí thứ ba của codon này.  Trong một số trường hợp, một tRNA duy nhất có thể nhận ra hai hoặc nhiều codon đồng nghĩa.  Ví dụ: phenylalanine tRNA với anticodon 3 'AAG 5' nhận ra không chỉ UUC mà còn UUU.  Các hành vi vi phạm các quy tắc thông thường của cơ sở ghép nối ở nucleotide thứ ba của codon một được gọi là "lắc lư"  Các codon Tháng Tám phục vụ hai chức năng liên quan o Nó bắt đầu mỗi tin nhắn, có nghĩa là, nó báo hiệu sự bắt đầu của dịch đặt acid amin methionine tại thiết bị đầu cuối amin của chuỗi polypeptide để được tổng hợp. o Khi nó xảy ra trong một tin nhắn, nó sẽ hướng dẫn sự hợp nhất của methionine.  Ba codon, UAA , UAG và UGA , hoạt động như tín hiệu để chấm dứt dịch. Chúng được gọi là STOP codon. Các bước của dịch 1. Bắt đầu  Các tiểu đơn vị nhỏ của ribosome liên kết đến một trang web "ngược dòng" (trên 5 'bên cạnh) của sự bắt đầu của tin nhắn.  Nó hạ nguồn tiền thu được (5 '-> 3') cho đến khi nó gặp các codon bắt đầu tháng tám . (Các khu vực giữa nắp và tháng tám được biết đến như là 5'-khu vực chưa được dịch [ 5'-UTR ].)  Ở đây là sự tham gia của các tiểu đơn vị lớn và một đặc biệt khởi tRNA .  Các tRNA khởi tạo liên kết với các trang web P (thể hiện trong màu hồng) trên ribosome.  Ở sinh vật nhân chuẩn, khởi tRNA mang methionine (Met). (Vi khuẩn sử dụng một sửa đổi lần methionine được fMet .) 2. Độ giãn dài  An -aminoacyl tRNA (tRNA covalently một liên kết với acid amin của nó) có thể ghép nối cơ bản với các codon tiếp theo trên mRNA về đếntrang web của A (màu xanh) kết hợp với: o một yếu tố kéo dài (gọi là EF-Tu ở vi khuẩn) o GTP (nguồn năng lượng cần thiết)  Các amino acid trước (Met ở đầu bản dịch) là covalently liên kết với các acid amin đến với một kết peptide (màu đỏ).  Các tRNA khởi xướng được phát hành từ các trang web P.  Các ribosome di chuyển một codon hạ lưu.  Thay đổi này càng đến gần đây-tRNA, với peptide trực thuộc, các trang web P và mở các trang web của A đối với sự xuất hiện của một aminoacyl tRNA mới.  Bước cuối cùng là thúc đẩy bởi một protein yếu tố kéo dài (gọi là EF-G ở vi khuẩn) và năng lượng của một phân tử của GTP . Lưu ý: các tRNA khởi là thành viên duy nhất của gia đình tRNA có thể liên kết trực tiếp đến trang web P. Các trang web của P là cái tên bởi vì, với ngoại lệ của tRNA khởi, nó liên kết chỉ đến một p -tRNA eptidyl phân tử, có nghĩa là, một tRNA với các peptide đang phát triển kèm theo. Các trang web là cái tên bởi vì nó liên kết chỉ đến đến một tRNA-minoacyl, đó là các tRNA mang amino acid tiếp theo. Vì vậy, ví dụ, các tRNA mang Met vào nội thất của polypeptide các ràng buộc có thể chỉ cho trang web Một. 3. Chấm dứt  Sự kết thúc của dịch xảy ra khi ribosome đạt đến một hoặc nhiều STOP codon ( UAA , UAG , UGA ). (Các nucleotide từ điểm này đến đuôi (A) nhiều tạo nên vùng 3'-chưa được dịch [ 3'-UTR ] của mRNA.)  Không có phân tử RNA vận chuyển với anticodons cho codon STOP. (Với một vài ngoại lệ đặc biệt: liên kết đến gene ti thể và các axit amin không chuẩn .)  Tuy nhiên, protein yếu tố phát hành nhận ra codon này khi họ đến các trang web của A.  Liên kết của các protein này, cùng với một phân tử GTP - phát hành các polypeptide từ các ribosome.  Ribosome chia thành những tiểu đơn vị của nó, mà sau này có thể được tập hợp lại cho một vòng tổng hợp protein. Liên kết bên ngoài Liên kết với hình ảnh động tuyệt vời của John Kyrk của toàn bộ quá trình. Xin vui lòng cho tôi biết bằng thư điện tử nếu bạn tìm thấy một liên kết bị hỏng trong các trang của tôi.) Polysomes Một phân tử mRNA đơn thường có nhiều ribosome đi du lịch cùng nó, trong các giai đoạn khác nhau của tổng hợp protein. Phức tạp này được gọi là một polysome [ Xem ]. Codon Bias Tất cả, nhưng hai trong số các axit amin (Met và trp) có thể được mã hóa bởi 2- 6 codon khác nhau. Tuy nhiên, bộ gen của hầu hết các sinh vật cho thấy codon nào đó được ưu tiên hơn những người khác. Ở con người, ví dụ, alanine được mã hóa bởi GCC bốn lần thường xuyên như bởi GCG. Điều này có lẽ phản ánh một hiệu quả dịch lớn của bộ máy dịch thuật cho một số codon hơn từ đồng nghĩa của họ.  Khi bắt đầu dịch thuật, hai hoặc nhiều hơn một tập hợp các codon đồng nghĩa (ví dụ, trong 6 codon có kết hợp leucine trong protein phát triển) được sử dụng luân phiên . Sự cần thiết để xác định vị trí đầu tiên và sau đó tRNA khác cho rằng acid amin làm chậm tốc độ của bản dịch. o Điều này có thể trợ giúp trong việc giữ ribosome từ va chạm vào nhau trên polysome. o Nó cũng có thể cung cấp thêm thời gian để các protein mới sinh để bắt đầu gấp một cách chính xác như nó xuất hiện từ các ribosome.  Một khi dịch cũng là triển khai (sau 30-50 axit amin đã được thêm vào), một trong những đặc biệt codon có xu hướng được lựa chọn mỗi khi amino acid của nó được gọi là cho. Có lẽ bây giờ điều này làm tăng hiệu quả, tức là, tốc độ, dịch thuật.  Hầu hết các sinh vật có nhiều hơn 61 gene cần thiết để mã hóa RNA vận chuyển cho mỗi trong số 61 codon (chúng tôi có 270 gen tRNA). Sự hiện diện của nhiều gen cho tRNAs với anticodon giống nhau làm tăng nồng độ của tRNAs thể ràng buộc một codon cụ thể. Messenger RNA - đặc biệt là những gen hoạt động - có xu hướng ủng hộ codon tương ứng với tRNAs phong phú mang anticodon. Codon thiên vị thậm chí kéo dài đến cặp codon: bất cứ nơi nào một protein của con người chứa các axit amin Ala-Glu, gen mã hóa các axit amin là bảy lần như khả năng sử dụng codon GCAGAG hơn là GCCGAA đồng nghĩa. Codon kiến được khai thác của ngành công nghiệp công nghệ sinh học để cải thiện năng suất của sản phẩm mong muốn. Khả năng thao tác sai cũng có thể mở codon trong một kỷ nguyên của vắc-xin an toàn hơn. Link để thảo luận một . Quản lý chất lượng Khiếm khuyết phân tử mRNA có thể được sản xuất bởi  đột biến trong gen cũng như  lỗi được giới thiệu trong phiên mã (mặc dù ở một mức thấp đáng kể). Ngoài sản xuất mRNA với codon không chính xác cho các axit amin, các lỗi này có thể sản xuất các phân tử mRNA có  Chấm dứt sớm codon (PTCs), có nghĩa là, sự ra đời của một codon STOP trước khi kết thúc bình thường của thông điệp. Dịch của các mRNA sản xuất một loại protein bị cắt ngắn mà có lẽ là không hiệu quả và có thể có hại. Vấn đề đôi khi có thể được giải quyết bằng cách vô nghĩa, trung gian mRNA Decay (NMD).  không có codon STOP. Những sản phẩm "không nghỉ" bảng điểm. Vấn đề có thể được giải quyết bằng cách Nonstop mRNA Decay. -Trung gian vô nghĩa mRNA Decay (NMD) Codon sớm chấm dứt (PTCs) có thể được tạo ra bởi  "Vô nghĩa" đột biến ;  frameshifts ;  RNA chế biến (Intron loại bỏ) các lỗi;  như một hệ quả tất yếu của việc tạo ra các thụ thể kháng nguyên trên tế bào B và tế bào T. [ Liên kết để thảo luận. ] Cơ chế  Trong quá trình chế biến RNA trong nhân tế bào, khu phức hợp protein được thêm vào mỗi điểm mà exon liền kề được ghép lại với nhau. (Đây là những tín hiệu quan trọng cho xuất khẩu các mRNA đến tế bào chất.)  Trong tế bào chất, như là di chuyển ribosome xuống mRNA, các cụm được loại bỏ (và gửi lại cho các hạt nhân để tái sử dụng).  Nếu ribosome gặp một codon kết thúc sớm, các exon cuối cùng exon-tag (s) không được loại bỏ, và điều này đánh dấu sự mRNA bị lỗi để tiêu hủy (ở cơ quan P ). Các đột biến mà giới thiệu codon kết thúc sớm chịu trách nhiệm về một số trường hợp như bệnh nhân được thừa kế là chứng xơ nang và bệnh teo cơ Duchenne (DMD). Một loại thuốc, hiện đang được PTC124 , làm cho ribosome để bỏ qua trong khi vẫn cho phép PTCs kết thúc bình thường của dịch. PTC124 đã thể hiện lời hứa trong các mô hình động vật của bệnh xơ nang và DMD và giai đoạn II thử nghiệm lâm sàng đang được tiến hành trên người. Nonstop mRNA Decay Nonstop bảng điểm xảy ra khi không có codon STOP trong tin nhắn. Kết quả là ribosome là không thể tuyển dụng những nhân tố phát hành cần thiết để rời khỏi mRNA. Nonstop bảng điểm được hình thành trong quá trình chế biến RNA, ví dụ, bằng cách cho đuôi (A) đa đưa ra trước khi codon STOP đạt được. Cơ chế Sinh vật nhân chuẩn và vi khuẩn xử lý các vấn đề không có codon STOP khác nhau.  Ở sinh vật nhân chuẩn , khi các quầy hàng ribosome ở cuối đuôi (A) poly, protein được tuyển dụng o phát hành các ribosome để tái sử dụng và o làm suy thoái các tin nhắn bị lỗi.  Trong vi khuẩn , một phân tử RNA đặc biệt - gọi là tmRNA tiết kiệm trong ngày. Nó được gọi là tmRNA bởi vì nó có các tính chất của cả một t RNA ransfer và một m essenger RNA. o Phần chuyển giao thêm alanine vào site A trên ribosome. o Ribosome sau đó chuyển sang phần tin mã hoá 10 axit amin mà mục tiêu phân tử để tiêu hủy (và phát hành các ribosome để tái sử dụng). Quy chế của dịch Các biểu hiện của hầu hết các gen được kiểm soát ở cấp độ của họ sao chép . Các yếu tố phiên mã (protein) liên kết với quảng bá và chất hỗ trợ bật (hoặc tắt) các gen mà họ kiểm soát. Liên kết với một ví dụ. Tuy nhiên, biểu hiện gen cũng có thể được kiểm soát ở mức độ dịch thuật. Bởi máy móc xuống cấp RNA-Tổng P cơ quan Các tế bào chất của sinh vật nhân chuẩn có chứa phức hợp protein cạnh tranh với ribosome để truy cập vào mRNA. Như những gia tăng hoạt động của họ, họ cô lập mRNA trong cốt liệu lớn hơn gọi là P cơ quan (đối với "cơ chế", nhưng chế biến này không nên nhầm lẫn với các chế biến của tiền mRNA trưởng thành mRNA xảy ra trong hạt nhân). Các protein áp phân hủy mRNA của  loại bỏ nó " cap "  loại bỏ nó (A) đuôi poly  xuống cấp thông còn lại (nibbling đi trong 5 '-> 3' hướng) Điều gì điều khiển sự cân bằng năng động giữa các ribosome và P cơ quan để truy cập vào mRNA vẫn còn phải học. Nhưng cơ chế này cung cấp cho  tiêu hủy "xấu" mRNA (ví dụ, những người có sớm codon STOP [xem Vô lý-trung gian mRNA Decay (NMD) ];  doanh thu của mRNA do đó tăng tính linh hoạt của biểu hiện gen trong tế bào. Exosomes Đây là những phân tử phức rỗng với hai lỗ. Họ có trong mở ra các phân tử RNA và làm suy thoái chúng trong 3 '-> 5' hướng. (Trong cả cấu trúc cũng như chức năng làm những exosomes giống với exosomes tham gia trình bày kháng nguyên mà tiếc là chia sẻ cùng tên.) Bởi MicroRNAs (miRNAs) Dưới đây phân tử RNA nhỏ gắn vào một phần bổ sung trong UTR- 3' của mRNA và  ngăn chặn nó được dịch bởi ribosome và / hoặc  gây ra tàn phá của nó. Liên kết để thảo luận một. Cả hai các hoạt động này diễn ra trong cơ quan P . Bởi Riboswitches Nó chỉ ra rằng các quy định về mức độ chất chuyển hóa nhất định được kiểm soát bởi riboswitches. riboswitch A là một phần của một phân tử RNA thông tin (mRNA) với một trang web liên kết cụ thể cho các chất chuyển hóa (hoặc một người họ hàng gần). Ví dụ:  Nếu thiamine pyrophosphate (các dạng hoạt động của thiamine [vitamin B 1 ]) có sẵn trong môi trường văn hóa của E. coli , o nó liên kết với một RNA protein có sản phẩm là một enzyme cần thiết để tổng hợp thiamine từ các thành phần trong môi trường tối thiểu . o Ràng buộc gây ra một allosteric sự thay đổi trong cấu trúc của mRNA để nó có thể không còn liên kết với một ribosome và do đó không thể được dịch ra enzyme. o E. coli không còn chất thải tổng hợp tài nguyên trên một vitamin mà có sẵn preformed. Một pyrophosphate riboswitch thiamine cũng đã được tìm thấy ở thực vật, cổ và Neurospora . Một trong Neurospora quy định gen liên quan đến vitamin B 1 sự trao đổi chất của nối thay thế của bảng điểm của mình. (Riboswitches khác cũng có hành động sao chép chứ không phải là [dịch Link ]).  Nếu vitamin B 12 có trong tế bào, o nó liên kết với các mRNA có mã hóa một protein cần thiết để nhập khẩu các vitamin từ môi trường văn hóa. o Điều này cũng gây ra một sự thay đổi allosteric trong mRNA nhằm ngăn ngừa nó khỏi ràng buộc một ribosome. o E. coli không còn chất thải tổng hợp tài nguyên trên một phương tiện vận chuyển cho một vitamin mà nó đã có đủ.  Một số vi khuẩn Gram dương (E. coli là vi khuẩn Gram âm) kiểm soát mức độ của một đường cần thiết để tổng hợp của thành tế bào với riboswitch một. Trong trường hợp này, khi nồng độ đường xây dựng lên, nó liên kết với các RNA thông tin (mRNA) với sản phẩm là các enzyme mà làm cho các đường. Điều này làm cho mRNA để tự hủy để sản xuất các enzyme này - và do đó các đường - chấm dứt. Nó đã được gợi ý rằng các cơ chế này quy định, mà không liên quan đến bất kỳ protein, là một góa phụ từ một " thế giới RNA ". Bởi Protein gen cụ thể Dịch của ít nhất một mRNA ở người là đàn áp bởi một protein - aminoacyl tRNA synthetase . Để đáp ứng cytokine viêm interferon-gamma [IFN-γ], synthetase sự từ bỏ chức năng bình thường của nó (thêm Glu và Pro để tRNAs tương ứng của họ) và thay vào đó liên kết với các mRNA chặn dịch thuật của mình. Trong một số vi khuẩn, một sản phẩm protein có thể ức chế các dịch thêm các mRNA của nó (một loại ức chế phản hồi ). Nó như vậy bằng cách gắn vào một trang web mà khối các mRNA từ Hiệp hội hơn nữa với một ribosome. Tóm tắt Biểu hiện gen xảy ra theo hai bước:  phiên mã thông tin mã hóa trong DNA vào một phân tử RNA (thảo luận trong Gene Expression: phiên mã ) và [...]... bản dịch của các thông tin mã hóa trong các nucleotide của mRNA thành một chuỗi được định nghĩa của các axit amin trong một protein (được thảo luận ở đây) Ở sinh vật nhân chuẩn , các quá trình phiên mã và dịch thuật được tách cả hai không gian và thời gian Phiên mã DNA vào mRNA xảy ra trong hạt nhân Dịch của mRNA thành polypeptide xảy ra trên polysomes trong... trong tế bào chất Trong vi khuẩn (không có hạt nhân), cả hai các bước sau của biểu hiện gen xảy ra cùng một lúc: các phân tử mRNA mới sinh bắt đầu được dịch ngay cả trước khi phiên mã từ DNA đã hoàn tất Xem một hiển vi điện tử hiển thị polysomes được hình thành trong phiên mã cùng một lúc và bản dịch trong E coli Bằng chứng (báo cáo của Iborra, et, Al trong tháng tám năm 2001 phát hành 10 / Khoa học )... trong tháng tám năm 2001 phát hành 10 / Khoa học ) cho thấy rằng sự phân biệt giữa vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn không phải là tuyệt đối Họ thấy rằng 10 đến 15% của bản dịch trong các tế bào động vật có vú xảy ra trong hạt nhân, và có ít nhất một số bản dịch này xảy ra như mRNA vẫn còn đang được tổng hợp bởi RNA polymerase (giống như trong E coli ) . Protein Vấn đề: Làm thế nào một trình tự cụ thể của nucleotide chỉ định một trình tự cụ thể của các axit amin ? Câu trả lời: bằng phương tiện chuyển ARN phân tử, mỗi cụ thể cho nhiều acid. tRNA phù hợp bởi một enzyme kích hoạt (một trong 20 -tRNA synthetases aminoacyl ) cụ thể cho rằng acid amin cũng như cho các tRNA được giao. Mỗi loại tRNA có một trình tự của 3 nucleotide lẻ. không liên quan đến bất kỳ protein, là một góa phụ từ một " thế giới RNA ". Bởi Protein gen cụ thể Dịch của ít nhất một mRNA ở người là đàn áp bởi một protein - aminoacyl tRNA synthetase