Informatie

Vertaling—Eiwitsynthese*# - Biologie


Eiwitsynthese

Invoering

Het proces van vertaling in de biologie is het decoderen van een mRNA-bericht in een polypeptideproduct. Anders gezegd, een bericht geschreven in de chemische taal van nucleotiden wordt "vertaald" in de chemische taal van aminozuren. Het decoderings- en "koppelingsproces" wordt gekatalyseerd door een ribonucleoproteïnecomplex genaamd de ribosomen en kan resulteren in ketens van aminozuren met een lengte van tientallen tot meer dan 1.000.

De resulterende eiwitten zijn zo belangrijk voor de cel dat hun synthese meer energie van een cel verbruikt dan enig ander metabolisch proces. Net als DNA-replicatie en transcriptie is translatie een complex moleculair proces dat we kunnen benaderen met behulp van zowel de Energy Story- als de Design Challenge-rubrieken. Het beschrijven van het totale proces, of de stappen in het proces, vereist de boekhouding van de materie en energie voor het proces en na het proces en een beschrijving van hoe die materie wordt getransformeerd en energie overgedragen tijdens het proces. Vanuit het oogpunt van de Design Challenge kunnen we - zelfs voordat we verder gaan graven in wat wel of niet wordt begrepen over vertalen - proberen enkele van de fundamentele vragen af ​​te leiden die we met betrekking tot dit proces moeten beantwoorden.

Laten we beginnen met het fundamentele probleem te beschouwen. We hebben een streng RNA (mRNA genaamd) en een heleboel aminozuren en we moeten op de een of andere manier een machine ontwerpen die:

(a) ontcijfer de chemische taal van nucleotiden in de taal van aminozuren,
(b) aminozuren op een zeer specifieke manier verbinden,
(c) dit proces met redelijke nauwkeurigheid voltooien, en
(d) doe dit met een redelijke snelheid. Redelijk, wordt natuurlijk bepaald door natuurlijke selectie.

Net als voorheen kunnen we subproblemen identificeren

(a) Hoe bepaalt onze moleculaire machine waar en wanneer we moeten gaan werken?
(b) Hoe coördineert de moleculaire machine decodering en bindingsformaties?
(c) waar komt de energie voor dit proces vandaan en hoeveel?
(d) hoe weet de machine waar hij moet stoppen?

Andere vragen en functionele problemen/uitdagingen zullen zeker rijzen als we dieper graven.

Het punt is, zoals altijd, dat zelfs zonder specifieke kennis over vertalen, we onze verbeeldingskracht, nieuwsgierigheid en gezond verstand kunnen gebruiken om ons een aantal vereisten voor het proces voor te stellen waarover we meer moeten leren. Het is essentieel om deze vragen te begrijpen als de context voor wat volgt.

Een peptidebinding verbindt het carboxyl-uiteinde van het ene aminozuur met het amino-uiteinde van een ander, waardoor één watermolecuul wordt verdreven. de R1 en R2 aanduiding verwijzen naar zijketen van aminozuur de twee aminozuren.
Naamsvermelding: Marc T. Facciotti (origineel werk).

Eiwitsynthesemachines

De componenten die in het proces gaan

Veel verschillende moleculen en macromoleculen dragen bij aan het translatieproces. Hoewel de exacte samenstelling van "de spelers" in het proces van soort tot soort kan verschillen - ribosomen kunnen bijvoorbeeld bestaan ​​uit verschillende aantallen rRNA's (ribosomale RNA's) en polypeptiden, afhankelijk van het organisme - de algemene functies van de eiwitsynthesemachinerie zijn vergelijkbaar van bacteriën tot menselijke cellen. We richten ons op deze overeenkomsten. Voor vertaling is minimaal een mRNA-sjabloon, aminozuren, ribosomen, tRNA's, een energiebron en verschillende aanvullende aanvullende enzymen en kleine moleculen.

Herinnering: Aminozuren

Laten we ons eenvoudigweg herinneren dat de basisstructuur van aminozuren is samengesteld uit een ruggengraat die is samengesteld uit een aminogroep, een centraal koolstofatoom (de α-koolstof) en een carboxylgroep. Aan de α-koolstof is een variabele groep gehecht die helpt bij het bepalen van enkele van de chemische eigenschappen en reactiviteit van het aminozuur.

Een generiek aminozuur.
Naamsvermelding: Marc T. Facciotti (eigen werk)

De 20 veel voorkomende aminozuren.
Naamsvermelding: Marc T. Facciotti (eigen werk)

Ribosomen

EEN ribosoom is een complex macromolecuul dat is samengesteld uit structurele en katalytische rRNA's en veel verschillende polypeptiden. Als we beginnen na te denken over de energierekening in de cel, is het de moeite waard om op te merken dat ribosomen niet "vrij" komen. Zelfs voordat een mRNA wordt vertaald, moet een cel energie investeren om elk van zijn ribosomen te bouwen. In E coli, zijn er op elk moment tussen de 10.000 en 70.000 ribosomen in elke cel aanwezig.

Ribosomen komen voor in het cytoplasma bij bacteriën en archaea en in het cytoplasma en op het ruwe endoplasmatisch reticulum bij eukaryoten. Mitochondriën en chloroplasten hebben ook hun eigen ribosomen in de matrix en stroma, die meer lijken op bacteriële ribosomen (en vergelijkbare gevoeligheid voor geneesmiddelen hebben), dan de ribosomen net buiten hun buitenmembranen in het cytoplasma. Ribosomen dissociëren in grote en kleine subeenheden wanneer ze geen eiwitten synthetiseren en opnieuw associëren tijdens de initiatie van translatie. coli, wordt de kleine subeenheid beschreven als 30S en de grote subeenheid is 50S. Zoogdierribosomen hebben een kleine 40S-subeenheid en een grote 60S-subeenheid. De kleine subeenheid is verantwoordelijk voor het binden van de mRNA-sjabloon, terwijl de grote subeenheid achtereenvolgens tRNA's bindt. Elk mRNA-molecuul wordt gelijktijdig vertaald door vele ribosomen, die alle eiwitten in dezelfde richting synthetiseren: het mRNA lezen van 5' naar 3' en het polypeptide synthetiseren van het N-uiteinde naar het C-uiteinde. De volledige mRNA/poly-ribosoomstructuur wordt a . genoemd polysoom.

De eiwitsynthesemachinerie omvat de grote en kleine subeenheden van het ribosoom, mRNA en tRNA.
Bron: http://bio1151.nicerweb.com/Locked/m.../ribosome.html

TRNA's

tRNA's zijn structurele RNA-moleculen die zijn getranscribeerd van genen. Afhankelijk van de soort bestaan ​​er 40 tot 60 soorten tRNA's in het cytoplasma. Dienen als adapters, specifieke tRNA's binden aan sequenties op de mRNA-sjabloon en voegen het overeenkomstige aminozuur toe aan de polypeptideketen. Daarom zijn tRNA's de moleculen die de taal van RNA daadwerkelijk "vertalen" in de taal van eiwitten.

Van de 64 mogelijke mRNA codons- of tripletcombinaties van A, U, G en C, drie specificeren de beëindiging van eiwitsynthese en 61 specificeren de toevoeging van aminozuren aan de polypeptideketen. Van deze 61 codeert één codon (AUG) ook voor de initiatie van translatie. elk tRNA anticodon kan basenparen met een van de mRNA-codons en een aminozuur toevoegen of translatie beëindigen, volgens de genetische code. Als de sequentie CUA bijvoorbeeld voorkomt op een mRNA-template in het juiste leeskader, zou het een tRNA binden dat de complementaire sequentie, GAU, tot expressie brengt, die zou zijn gekoppeld aan het aminozuur leucine.

De gevouwen secundaire structuur van een tRNA. De anticodonlus en de aminozuuracceptorstam zijn aangegeven.
Bron: http://mol-biol4masters.masters.grkr...ansfer_RNA.htm

Aminoacyl-tRNA-synthetasen

Het proces van pre-tRNA-synthese door RNA-polymerase III creëert alleen het RNA-gedeelte van het adaptermolecuul. Het overeenkomstige aminozuur moet later worden toegevoegd, zodra het tRNA is verwerkt en naar het cytoplasma is geëxporteerd. Door het proces van tRNA "opladen", wordt elk tRNA-molecuul gekoppeld aan het juiste aminozuur door een groep enzymen genaamd aminoacyl tRNA synthetasen. Er bestaat ten minste één type aminoacyl-tRNA-synthetase voor elk van de 20 aminozuren; het exacte aantal aminoacyl-tRNA-synthetasen verschilt per soort. Deze enzymen binden en hydrolyseren eerst ATP om een ​​hoogenergetische binding tussen een aminozuur en adenosinemonofosfaat (AMP) te katalyseren; bij deze reactie wordt een pyrofosfaatmolecuul uitgestoten. Het geactiveerde aminozuur wordt vervolgens overgebracht naar het tRNA en AMP wordt vrijgegeven.

Het mechanisme van eiwitsynthese

Net als bij mRNA-synthese kan eiwitsynthese worden onderverdeeld in drie fasen: initiatie, verlenging en beëindiging. Het translatieproces is vergelijkbaar in bacteriën, archaea en eukaryoten.

Vertaalinitiatie

In het algemeen begint eiwitsynthese met de vorming van een initiatiecomplex. De kleine ribosomale subeenheid zal binden aan het mRNA op de ribosomale bindingsplaats. Kort daarna zal het methionine-tRNA binden aan het AUG-startcodon (door complementaire binding met zijn anticodon). Dit complex wordt vervolgens vergezeld door een grote ribosomale subeenheid. Dit initiatiecomplex werft dan het tweede tRNA aan en dus begint de translatie.

Translatie begint wanneer een tRNA-anticodon een codon op het mRNA herkent. De grote ribosomale subeenheid voegt zich bij de kleine subeenheid en een tweede tRNA wordt gerekruteerd. Terwijl het mRNA beweegt ten opzichte van het ribosoom, wordt de polypeptideketen gevormd. Het invoeren van een afgiftefactor in de A-site beëindigt de translatie en de componenten dissociëren.

Bacteriële versus eukaryote initiatie

In E coli mRNA, een sequentie stroomopwaarts van het eerste AUG-codon, het Shine-Dalgarno-reeks (AGGAGG), interageert met een rRNA-molecuul. Deze interactie verankert de 30S-ribosomale subeenheid op de juiste locatie op de mRNA-sjabloon. Stop even om de herhaling van een mechanisme dat je eerder bent tegengekomen te waarderen. In dit geval wordt het verkrijgen van een eiwitcomplex om - in het juiste register - te associëren met een nucleïnezuurpolymeer bereikt door twee antiparallelle strengen van complementaire nucleotiden met elkaar uit te lijnen. We zagen dit ook in de functie van telomerase.

In plaats van te binden aan de Shine-Dalgarno-sequentie, herkent het eukaryote initiatiecomplex de 7-methylguanosine-cap aan het 5'-uiteinde van het mRNA. Een cap-bindend eiwit (CBP) helpt de beweging van het ribosoom naar de 5'-cap. Eenmaal bij de dop volgt het initiatiecomplex langs het mRNA in de richting van 5' naar 3', op zoek naar het AUG-startcodon. Veel eukaryote mRNA's worden vanaf de eerste augustus getranslateerd, maar dit is niet altijd het geval. Volgens De regels van Kozak, geven de nucleotiden rond de AUG aan of het het juiste startcodon is. De regels van Kozak stellen dat de volgende consensussequentie rond de AUG van gewervelde genen moet verschijnen: 5'-gccRccAUGG-3'. De R (voor purine) geeft een plaats aan die A of G kan zijn, maar niet C of U. In wezen, hoe dichter de sequentie bij deze consensus ligt, hoe hoger de efficiëntie van translatie.

Vertaling Verlenging

Tijdens translatieverlenging biedt de mRNA-sjabloon specificiteit. Terwijl het ribosoom langs het mRNA beweegt, komt elk mRNA-codon in 'beeld' en wordt een specifieke binding met het overeenkomstige geladen tRNA-anticodon verzekerd. Als mRNA niet aanwezig was in het elongatiecomplex, zou het ribosoom niet-specifiek aan tRNA's binden. Let nogmaals op het gebruik van basenparen tussen twee antiparallelle strengen van complementaire nucleotiden om onze moleculaire machine in register te brengen en te houden en in dit geval ook om de taak van "vertalen" tussen de taal van nucleotiden en aminozuren te volbrengen.

De grote ribosomale subeenheid bestaat uit drie compartimenten: de A-site bindt inkomende geladen tRNA's (tRNA's met hun aangehechte specifieke aminozuren), de P-site bindt geladen tRNA's die aminozuren dragen die bindingen hebben gevormd met de groeiende polypeptideketen maar nog niet zijn gedissocieerd van hun overeenkomstige tRNA, en de E-plaats die gedissocieerde tRNA's vrijgeeft, zodat ze kunnen worden opgeladen met een ander vrij aminozuur.

Verlenging gaat door met geladen tRNA's die de A-site binnenkomen en vervolgens verschuiven naar de P-site gevolgd door de E-site met elke "stap" van het ribosoom met één codon. Ribosomale stappen worden geïnduceerd door conformationele veranderingen die het ribosoom met drie basen in de 3'-richting vooruit brengen. De energie voor elke stap van het ribosoom wordt geschonken door een verlengingsfactor die GTP hydrolyseert. Peptidebindingen vormen tussen de aminogroep van het aminozuur gehecht aan het tRNA van de A-plaats en de carboxylgroep van het aminozuur gehecht aan het tRNA van de P-plaats. De vorming van elke peptidebinding wordt gekatalyseerd door peptidyltransferase, een op RNA gebaseerd enzym dat is geïntegreerd in de 50S-ribosomale subeenheid. De energie voor elke vorming van peptidebindingen wordt afgeleid van GTP-hydrolyse, die wordt gekatalyseerd door een afzonderlijke verlengingsfactor. Het aminozuur dat aan het tRNA van de P-plaats is gebonden, is ook gekoppeld aan de groeiende polypeptideketen. Terwijl het ribosoom over het mRNA stapt, komt het voormalige tRNA van de P-plaats de E-plaats binnen, komt los van het aminozuur en wordt uitgestoten. Het ribosoom beweegt langs het mRNA, één codon per keer, en katalyseert elk proces dat op de drie plaatsen plaatsvindt. Bij elke stap komt een geladen tRNA het complex binnen, het polypeptide wordt een aminozuur langer en een ongeladen tRNA vertrekt. Verbazingwekkend genoeg vindt dit proces snel plaats in de cel, de E coli Het vertaalapparaat heeft slechts 0,05 seconden nodig om elk aminozuur toe te voegen, wat betekent dat een polypeptide van 200 aminozuren in slechts 10 seconden kan worden vertaald.

Voorgestelde discussie

Veel antibiotica remmen de bacteriële eiwitsynthese. Tetracycline blokkeert bijvoorbeeld de A-plaats op het bacteriële ribosoom en chlooramfenicol blokkeert de peptidyloverdracht. Welk specifiek effect zou je van elk van deze antibiotica verwachten op de eiwitsynthese?

De genetische code

Om samen te vatten wat we tot nu toe weten, genereert het cellulaire transcriptieproces boodschapper-RNA (mRNA), een mobiele moleculaire kopie van een of meer genen met een alfabet van A, C, G en uracil (U). Translatie van de mRNA-template zet op nucleotide gebaseerde genetische informatie om in een eiwitproduct. Eiwitsequenties bestaan ​​uit 20 veel voorkomende aminozuren; daarom kan worden gezegd dat het eiwitalfabet uit 20 letters bestaat. Elk aminozuur wordt gedefinieerd door een sequentie van drie nucleotiden die de triplet wordt genoemd codon. De relatie tussen een nucleotidecodon en het bijbehorende aminozuur wordt de genoemd genetische code. Gezien de verschillende aantallen "letters" in het mRNA en eiwit "alfabetten", betekent dat er in totaal 64 (4 × 4 × 4) mogelijke codons zijn; daarom moet voor een bepaald aminozuur (20 in totaal) worden gecodeerd door meer dan één codon.

Drie van de 64 codons beëindigen de eiwitsynthese en laten het polypeptide vrij uit de translatiemachinerie. Deze drielingen heten stop codons. Een ander codon, AUG, heeft ook een speciale functie. Naast het specificeren van het aminozuur methionine, dient het ook als de start codon vertaling te starten. Het leeskader voor translatie wordt ingesteld door het AUG-startcodon nabij het 5'-uiteinde van het mRNA. De genetische code is universeel. Op een paar uitzonderingen na gebruiken vrijwel alle soorten dezelfde genetische code voor eiwitsynthese, wat een krachtig bewijs is dat al het leven op aarde een gemeenschappelijke oorsprong heeft.

Deze figuur toont de genetische code voor het vertalen van elk nucleotidetriplet, of codon, in mRNA in een aminozuur of een terminatiesignaal in een ontluikend eiwit. (credit: wijziging van het werk door NIH)

Redundant, niet dubbelzinnig

De informatie in de genetische code is overbodig. Meerdere codons coderen voor hetzelfde aminozuur. Als u bijvoorbeeld de bovenstaande tabel gebruikt, kunt u 4 verschillende codons vinden die coderen voor Valine, en er zijn ook twee codons die coderen voor Leucine, enz. Maar de code is niet dubbelzinnig, wat betekent dat als u een codon zou hebben gekregen, u als je definitief weet voor welk aminozuur het codeert, codeert een codon alleen voor een specifiek aminozuur. GUU codeert bijvoorbeeld altijd voor Valine en AUG codeert altijd voor Methionine. Dit is belangrijk, u wordt gevraagd een mRNA te vertalen in een eiwit met behulp van een codonkaart zoals hierboven weergegeven.

Vertaling Beëindiging

Beëindiging van translatie vindt plaats wanneer een stopcodon (UAA, UAG of UGA) wordt aangetroffen. Wanneer het ribosoom het stopcodon tegenkomt, komt er geen tRNA in de A-site. In plaats daarvan een eiwit bekend als a afgiftefactor bindt aan het complex. Deze interactie destabiliseert de translatiemachinerie, waardoor de afgifte van het polypeptide en de dissociatie van de ribosoomsubeenheden van het mRNA wordt veroorzaakt. Nadat veel ribosomen de translatie hebben voltooid, wordt het mRNA afgebroken, zodat de nucleotiden opnieuw kunnen worden gebruikt in een andere transcriptiereactie.

Voorgestelde discussie

Wat zijn de voor- en nadelen van het meerdere keren vertalen van een enkel mRNA?

Koppeling tussen transcriptie en vertaling

Zoals eerder besproken, hoeven bacteriën en archaea hun RNA-transcripten niet te transporteren tussen een membraangebonden nucleus en het cytoplasma. Het RNA-polymerase transcribeert daarom RNA rechtstreeks in het cytoplasma. Hier kunnen ribosomen aan het RNA binden en het translatieproces beginnen, in sommige gevallen terwijl de transcriptie nog steeds plaatsvindt. De koppeling van deze twee processen, en zelfs de afbraak van mRNA, wordt niet alleen vergemakkelijkt omdat transcriptie en translatie in hetzelfde compartiment plaatsvinden, maar ook omdat beide processen in dezelfde richting plaatsvinden - synthese van het RNA-transcript vindt plaats in de 5' naar 3 ' richting en vertaling leest het transcript in de 5' naar 3' richting. Deze "koppeling" van transcriptie met translatie komt voor in zowel bacteriën als archaea en is in sommige gevallen zelfs essentieel voor een goede genexpressie.

Meerdere polymerasen kunnen een enkel bacterieel gen transcriberen, terwijl talrijke ribosomen gelijktijdig de mRNA-transcripten in polypeptiden vertalen. Op deze manier kan een specifiek eiwit snel een hoge concentratie in de bacteriecel bereiken.

Eiwit sorteren

In de context van een eiwitsynthese Design Challenge kunnen we ook de vraag/probleem aan de orde stellen hoe eiwitten komen waar ze horen te gaan. We weten dat sommige eiwitten bestemd zijn voor het plasmamembraan, andere in eukaryote cellen moeten naar verschillende organellen worden geleid, sommige eiwitten, zoals hormonen of eiwitten die voedingsstoffen wegvangen, zijn bedoeld om door cellen te worden uitgescheiden, terwijl andere mogelijk naar delen moeten worden geleid. van het cytosol om structurele rollen te vervullen. Hoe gebeurde dit?

Aangezien verschillende mechanismen zijn ontdekt, zijn de details van dit proces niet gemakkelijk samen te vatten in een korte paragraaf of twee. Er kunnen echter enkele belangrijke gemeenschappelijke elementen van alle mechanismen worden genoemd. Ten eerste is er de behoefte aan een specifieke "tag" die wat moleculaire informatie kan verschaffen over waar het eiwit van interesse is bestemd. Deze tag heeft meestal de vorm van een korte reeks aminozuren - een zogenaamd signaalpeptide - dat informatie kan coderen over waar het eiwit moet eindigen. Het tweede vereiste onderdeel van de eiwitsorteermachine moet een systeem zijn om de eiwitten daadwerkelijk te lezen en te sorteren. In bacteriële en archaeale systemen bestaat dit meestal uit eiwitten die het signaalpeptide tijdens translatie kunnen identificeren, eraan kunnen binden en de synthese van het ontluikende eiwit naar het plasmamembraan kunnen sturen. In eukaryote systemen is het sorteren noodzakelijkerwijs complexer en omvat het een nogal uitgebreide reeks mechanismen van signaalherkenning, eiwitmodificatie en transport van blaasjes tussen organellen of het membraan. Deze biochemische stappen worden gestart in het endoplasmatisch reticulum en verder "verfijnd" in het Golgi-apparaat waar eiwitten worden gemodificeerd en verpakt in blaasjes die voor verschillende delen van de cel zijn gebonden.

Sommige van de verschillende specifieke mechanismen kunnen door uw instructeur in de klas worden besproken. De sleutel voor alle studenten is dat het het probleem zo waardeert en een algemeen idee heeft van de hoge eisen die cellen hebben gesteld om ze op te lossen.

Post-translationele eiwitmodificatie

Na translatie kunnen individuele aminozuren chemisch worden gemodificeerd. Deze modificaties voegen chemische variatie en nieuwe eigenschappen toe die geworteld zijn in de chemie van de functionele groepen die worden toegevoegd. Gebruikelijke modificaties omvatten fosfaatgroepen, methyl-, acetaat- en amidegroepen. Sommige eiwitten, die typisch gericht zijn op membranen, zullen worden gelipideerd - er zal een lipide worden toegevoegd. Andere eiwitten worden geglycosyleerd - er wordt een suiker toegevoegd. Een andere veel voorkomende post-translationele modificatie is splitsing of koppeling van delen van het eiwit zelf. Signaalpeptiden kunnen worden gesplitst, delen kunnen worden weggesneden uit het midden van het eiwit, of nieuwe covalente bindingen kunnen worden gemaakt tussen cysteïne of andere aminozuurzijketens. Bijna alle modificaties worden gekatalyseerd door enzymen en veranderen allemaal het functionele gedrag van het eiwit.

Sectie Samenvatting

mRNA wordt gebruikt om eiwitten te synthetiseren door het proces van translatie. De genetische code is de overeenkomst tussen het mRNA-codon van drie nucleotiden en een aminozuur. De genetische code wordt “vertaald” door de tRNA-moleculen, die een specifiek codon associëren met een specifiek aminozuur. De genetische code is gedegenereerd omdat 64 tripletcodons in mRNA slechts 20 aminozuren en drie stopcodons specificeren. Dit betekent dat meer dan één codon overeenkomt met een aminozuur. Bijna elke soort op de planeet gebruikt dezelfde genetische code.


De spelers bij de vertaling zijn de mRNA-sjabloon, ribosomen, tRNA's en verschillende enzymatische factoren. De kleine ribosomale subeenheid bindt aan de mRNA-template. Translatie begint bij de initiërende AUG op het mRNA. De vorming van bindingen vindt plaats tussen opeenvolgende aminozuren gespecificeerd door de mRNA-matrijs volgens de genetische code. Het ribosoom accepteert geladen tRNA's en terwijl het langs het mRNA stapt, katalyseert het de binding tussen het nieuwe aminozuur en het einde van het groeiende polypeptide. Het gehele mRNA wordt vertaald in drie-nucleotide "stappen" van het ribosoom. Wanneer een stopcodon wordt aangetroffen, bindt en dissocieert een afgiftefactor de componenten en maakt het nieuwe eiwit vrij.


Snelwerkende antidepressiva

Kanzo Suzuki, Lisa M. Monteggia, in vooruitgang in farmacologie, 2020

6 eEF2K-gemedieerde eEF2-fosforylering is een moleculaire schakelaar om de verlenging van peptiden te reguleren

Eiwittranslatie vindt plaats in drie hoofdstappen: initiatie, verlenging en beëindiging. In de peptideverlengingsstap wordt een binnenkomend aminoacyl-tRNA afgeleverd aan het ribosoom als onderdeel van het complex met verlengingsfactor 1 (eEF1) en wordt het gebonden aan de A (aminoacyl)-plaats. De binding van tRNA induceert conformationele verandering in het ribosoom die de peptidyl-transferasereactie tussen aminoacyl-tRNA en peptidyl-tRNA triggert, waardoor ze peptidegebonden vorming kunnen maken (Dever & Green, 2012). Na peptidegebonden vorming wordt het ribosoom getransloceerd langs het mRNA naar het volgende codon. eEF2 vergemakkelijkt deze translocatie door GTP-hydrolyse, waardoor het gedeacyleerde tRNA op de P-plaats (peptidyl) naar de E-plaats (Exit) gaat en het peptidyl-tRNA op de A-plaats naar de P-plaats gaat (Dever & Green, 2012 ). Belangrijk is dat eEF2K-gemedieerde fosforylering van eEF2 deze translocatie schaadt (Fig. 1). eEF2K fosforyleert eEF2 op Thr-56, dat is gelokaliseerd in het GTP-bindende domein, waardoor de bindingsaffiniteit voor GTP wordt verminderd en de rekrutering ervan naar ribosomen wordt voorkomen en dus de verlenging van de peptiden wordt vertraagd (Carlberg, Nilsson, & Nygard, 1990 Dumont-Miscopein, Lavergne , Guillot, Sontag, & Reboud, 1994 Jorgensen, Merrill, & Andersen, 2006 Ryazanov & Davydova, 1989 Ryazanov, Shestakova, et al., 1988). Om deze reden onderdrukt activering van eEF2K eEF2-gemedieerde translatieverlenging, terwijl remming van eEF2K eiwittranslatie vergroot. Gezamenlijk is eEF2-fosforylering een belangrijke moleculaire schakelaar die de eiwittranslatie in neuronen reguleert, waarbij eEF2K-activiteit een directe invloed heeft op de verlenging van de translatie.

Figuur 1 . Algemeen beeld van eukaryote translatieverlenging. Nadat aminoacyl-tRNA is getranslateerd in de A-plaats samen met eEF1, wordt het peptide op de P-plaats via de peptidyl-transferasereactie naar het aminozuur op de A-plaats overgebracht. Na peptidegebonden vorming induceert eEF2 translocatie van ribosoom langs het mRNA op een afstand gelijk aan één codon. eEF2K kan eEF2 fosforyleren, wat de verlenging van de vertaling schaadt.


Vertaling: Synthese van eiwitten (met diagram)

Translatie is het mechanisme waarmee de triplet-basesequentie van een mRNA de koppeling van een specifieke sequentie van aminozuren leidt om een ​​polypeptide (eiwit) op ribosomen te vormen.

Eiwitsynthese vereist aminozuren, DNA, RNA's, ribosomen en enzymen. Het mechanisme van eiwitsynthese omvat vier stappen. De vier stappen zijn: (1) Activering van aminozuren (2) Opladen van tRNA (3) Activering van ribosomen en (4) Assemblage van aminozuren (Polypeptidevorming).

Machines voor eiwitsynthese:

Eiwitsynthese vereist aminozuren, DNA, RNA's, ribosomen en enzymen.

L. Aminozuren:

Eiwitten zijn de polymeren van aminozuren. Daarom vormen aminozuren de grondstof voor de eiwitsynthese. De eiwitten van levende organismen hebben ongeveer 20 aminozuren nodig als bouwstenen of monomeren. Deze zijn beschikbaar in de cytoplasmatische matrix als een aminozuurpool.

II. DNA als specificiteitscontrole:

Een cel moet, om zijn eigen speciale eigenschappen te behouden, eiwitten maken die precies lijken op de eiwitten die er al in aanwezig zijn. Eiwitsynthese vereist dus specificiteitscontrole om instructies te geven over de exacte volgorde waarin de gegeven aantallen en soorten aminozuren moeten worden gekoppeld om de gewenste polypeptiden te verkrijgen.

De specificiteitscontrole wordt uitgeoefend door DNA via mRNA-sequenties van 3 opeenvolgende stikstofbasen in de dubbele DNA-helix van de biochemische of genetische code. Elk base-triplet codeert voor een specifiek aminozuur. Omdat het DNA min of meer stabiel is, lijken de eiwitten die in een cel worden gevormd precies op de reeds bestaande eiwitten.

III. RNA's:

RNA-molecuul is een lang, onvertakt, enkelstrengs polymeer van ribonucleotiden (Fig. 7.12). Elke nucleotide-eenheid is samengesteld uit drie kleinere moleculen: een fosfaatgroep, een 5-koolstofribosesuiker en een stikstofbevattende base. De basen in RNA zijn adenine, guanine, uracial en cytosine. De verschillende componenten zijn aan elkaar gekoppeld zoals in DNA.

Er zijn drie soorten RNA in elke cel: boodschapper-RNA of mRNA, ribosomaal RNA of rRNA en transfer-RNA of tRNA. De drie soorten RNA's worden getranscribeerd uit verschillende regio's van DNA-matrijs, RNA-keten is complementair aan de DNA-streng die het produceert. Alle drie de soorten RNA's spelen een rol bij de eiwitsynthese.

Het DNA, dat de eiwitsynthese regelt, bevindt zich in de chromosomen in de kern, terwijl de ribosomen, waarop de eiwitsynthese daadwerkelijk plaatsvindt, in het cytoplasma worden geplaatst. Daarom moet er een soort agentschap bestaan ​​om instructies van het DNA naar de ribosomen te brengen. Deze instantie bestaat in de vorm van mRNA.

Het mRNA draagt ​​de boodschap (informatie) van DNA over de volgorde van bepaalde aminozuren die moeten worden samengevoegd om een ​​polypeptide te vormen, vandaar de naam. Het wordt ook wel informatief RNA of sjabloon-RNA genoemd. Het mRNA vormt ongeveer 5% van het totale RNA van een cel. Het molecuul is lineair en de langste van alle drie de RNA-types. De lengte is gerelateerd aan de grootte van het te synthetiseren polypeptide met zijn informatie.

Er is een specifiek mRNA voor elk polypeptide. Vanwege de variatie in grootte in mRNA-populatie in een cel, wordt het mRNA vaak heterogeen nucleair RNA of hn-RNA genoemd:

Bij eukaryoten bevat mRNA informatie voor slechts één polypeptide. Het is monocistronisch (monogeen) omdat het wordt getranscribeerd van een enkel cistron (gen) en een enkel initiatorcodon en een enkel terminatorcodon heeft.

Bacterieel mRNA draagt ​​vaak informatie over meer dan één polypeptideketen. Van zo'n mRNA wordt gezegd dat het polycistronisch (polygeen) is omdat het wordt getranscribeerd van vele aangrenzende (aangrenzende) genen. Een polycistronisch mRNA heeft een initiatorcodon en een terminatorcodon voor elk door het te vormen polypeptide.

Het tRNA kent vele varianten. Elke variëteit draagt ​​een specifiek aminozuur van de aminozuurpool naar het mRNA op de ribosomen om een ​​polypeptide te vormen, vandaar de naam. De tRNA's vormen ongeveer 15% van het totale RNA van een cel. Zijn molecuul is de kleinste van alle RNA-types.

Een tRNA-molecuul heeft de vorm van een klaverblad. Het heeft vier regio's:

Dit is het 3′ uiteinde van het molecuul. Hier voegt zich een specifiek aminozuur bij. Het heeft in alle gevallen een basis triplet CCA met – OH aan het uiteinde. De – COOH van aminozuur voegt zich bij de – OH.

Het is het andere uiteinde van het molecuul. Het heeft 3 ongepaarde ribonucleotiden. De basen van deze ribonucleotiden hebben complementaire basen op de mRNA-keten. Een basetriplet op een mRNA-keten wordt een codon genoemd, en het complementaire basetriplet op een tRNA-molecuul wordt een anticodon genoemd. Anticodon leest het juiste codon en voegt zich er tijdelijk bij door waterstofbruggen tijdens eiwitsynthese.

Het bevindt zich aan één kant van het molecuul. Het is bedoeld voor een specifiek opladend enzym dat de vereniging van een specifiek aminozuur met een tRNA-molecuul katalyseert.

Het zit aan de andere kant van het molecuul. Het is bedoeld voor bevestiging aan een ribosoom.

Het rRNA-molecuul is sterk opgerold. In combinatie met eiwitten vormt het de kleine en grote subeenheden van de ribosomen, vandaar de naam. Het vormt ongeveer 80% van het totale RNA van een cel. Het rRNA lijkt ook een algemene rol te spelen bij de eiwitsynthese.

(IV) Ribosomen:

Ribosomen dienen als de plaats voor eiwitsynthese. De kleine en grote subeenheden van ribosomen komen afzonderlijk voor als ze niet betrokken zijn bij de eiwitsynthese. De twee subeenheden vormen associatie (samenkomen) wanneer de eiwitsynthese begint en ondergaan dissociatie (scheiden) wanneer de eiwitsynthese stopt. Veel ribosomen liggen tijdens de eiwitsynthese op de mRNA-keten. Zo'n groep actieve ribosomen wordt een polyribosoom genoemd, of gewoon een polysoom.

In een polysoom liggen de aangrenzende ribosomen ongeveer 340 uit elkaar. Het aantal ribosomen in een polysoom is gerelateerd aan de lengte van het mRNA-molecuul, dat de lengte van het te synthetiseren polypeptide weerspiegelt. Er is vastgesteld dat polypeptiden worden gesynthetiseerd bij de polysomen en niet bij de enkele vrije ribosomen zoals eerder werd aangenomen. Dit geldt zowel voor prokaryoten en eukaryoten als voor celorganellen zoals mitochondriën en plastiden.

Een ribosoom heeft twee bindingsplaatsen voor tRNA-moleculen. De ene wordt de A-plaats (acceptor of aminoacyl) genoemd en de andere wordt de P-plaats (peptidyl) genoemd. Deze plaatsen strekken zich uit over de grote en kleine subeenheden van het ribosoom (Fig. 7.13). De A-plaats ontvangt het tRNA-aminozuurcomplex. Van de P-plaats vertrekt het tRNA nadat het zijn aminozuur heeft verlaten voor het vormende polypeptide. Het eerste tRNA-aminozuurcomplex komt echter direct de P-plaats van het ribosoom binnen.

De functie van het ribosoom is om het mRNA, tRNA en de bijbehorende enzymen op hun plaats te houden die het proces beheersen totdat zich een peptidebinding vormt tussen de aangrenzende aminozuren.

Mechanisme van eiwitsynthese:

Eiwitbiosynthese omvat de volgende belangrijke stappen:

(i) Activering van aminozuren:

Aminozuur reageert met ATP om aminozuur-AMP-complex en pyrofosfaat te vormen. De reactie wordt gekatalyseerd door een specifiek aminozuur-activerend enzym, aminoacyl-tRNA-synthetase genaamd, in aanwezigheid van Mg2+. Er is een apart aminoacyl-'8211-tRNA-synthetiserend enzym voor elk soort aminozuur. Veel van de energie die vrijkomt bij de scheiding van fosfaatgroepen van ATP wordt gevangen in het aminozuur - AMP-complex.

Het complex blijft tijdelijk geassocieerd met het enzym. Het aminozuur-AMP-enzymcomplex wordt een geactiveerd aminozuur genoemd (Fig. 7.14). Het pyrofosfaat wordt gehydrolyseerd tot 2Pi, waardoor de reactie naar rechts wordt gestuurd.

(ii) Opladen van tRNA:

Het aminozuur-AMP-enzymcomplex verbindt zich met de aminozuurbindingsplaats van zijn specifieke tRNA, waar zijn -COOH-groep zich bindt aan de '8211 OH-groep van het terminale basetriplet CCA. De reactie wordt gekatalyseerd door hetzelfde aminoacyl-tRNA-synthetase-enzym.

Het resulterende tRNA-aminozuurcomplex wordt een geladen tRNA genoemd (Fig. 7.14). AMP en enzym komen vrij. The freed enzyme can activate and attach another amino acid molecule to another tRNA molecule. The energy released by change of ATP to AMP is retained in the amino acid-tRNA complex. This energy is later used to drive the formation of peptide bond when amino acids link together on ribosomes.

The tRNA-amino acid complex moves to the site of protein synthesis, the ribosome.

(iii) Activation of Ribosomes:

The small and the large subunits of ribosomes must be joined together for protein synthesis. This is brought about by mRNA chain. The latter joins the small ribosomal subunit by first codon through base pairing with appropriate sequence on rRNA. The combination of the two is called initiation complex (Fig. 7.15). The large subunit later joins the small subunit, forming active ribosome. Activation of ribosome by mRNA requires proper concentration of Mg 2+ (0.001 Molar conc.)

(iv) Assembly of Amino Acids (Polypeptide Formation):

The events in protein synthesis are better known in bacteria than in eukaryotes. Although these are thought to be similar in the two groups, some differences do occur. The following description refers mainly to protein synthesis in bacteria on the 70S ribosomes. Polypeptide formation involves 3 events: initiation, elongation and termination of amino acid chain.

(a) Initiation of Polypeptide Chain:

The mRNA chain has at its 5′ end an “initiator” or “start” codon (AUG) that signals the start of polypeptide formation. Dit codon ligt dicht bij de P-plaats van het ribosoom. The amino acid formyl-methionine (methionine in eukaryotes) initiates the process. It is carried by tRNA having UAC anticodon which bonds to AUG initiator codon of mRNA by hydrogen bonds.

Initiation factors (IF 1, IF 2 and IF 3) and GTP promote the initiation process. De grote ribosomale subeenheid voegt zich nu bij de kleine subeenheid om het ribosoom te voltooien. At this stage, GTP is hydrolyzed to GDP. The ribosome has formylmethionine-bearing tRNA (tRNA f Met ) at the P site (Fig. 7.15). Later, the formylmethionine is changed to normal methionine by the enzyme deformylase. If not required, methionine is later separated from the polypeptide chain by a proteolytic enzyme amino peptidase.

Initiation factors are used again to start new chains. As already established, translation of the codons of mRNA takes place in the 5′ – 3′ direction, thus P site and A site on the ribosomes recognize the polarity of the mRNA chain.

At this point fmet- tRNAF met molecule in the 70S initiation complex occupies the P site on the ribosome. The other site for a tRNA molecule, i.e. the A site, is empty. The fmet-tRNAF met is positioned in such a way that its anticodon pairs with the initiating AUG (or GUG) codon on mRNA. The reading frame is specified by this interaction and by pairing of the adjoining purine-rich sequence to a pyrimidine-rich sequence in 16S rRNA.

The elongation cycle in the protein synthesis begins with the insertion of an aminoacyl tRNA into the empty A site on the ribosome. The species of tRNA to be inserted depends upon the mRNA codon that is present in the A site. The complementary aminoacyl tRNA is transferred to the A site by a non-ribosomal specific cytoplasmic protein, called the elongation factor T (EF-T) that binds to the aminoacyl tRNA.

The factor EF-T contains two subunits, EF-Ts and EF-Tu. EF-Tu like IF2 contains a bound guanyl nucleotide and cycles between a GTP and a GDP. If the codon matches the anticodon, GTP is hydrolysed, positioning the aminoacyl tRNA in the A site and GDP bound with EF-Tu dissociates from the ribosome. A second elongation factor EF-Ts joins the EF-Tu complex and GDP is displaced from the complex forming a EF-Tu-Ts complex.

Finally, GTP binds to the EF-Tu- EF-Ts complex, releasing EF-Ts. EF-Tu containing bound GTP is ready to pick up another aminoacyl tRNA and deliver to the A site of the ribosome. This GTP-GDP cycle keeps repeating. It should be noted that EF-Tu does not recognise the fmet-tRNA initiator, hence the initiator tRNA is not delivered to the A site.

On the contrary before fmet-tRNAet, like all other aminoacyl tRNAs, can bind to EF-Tu. This explains why internal AUG codons are not read by initiator tRNA. It has been observed that rapid binding of EF-Tu to an activated aminoacyl-tRNA prevents hydrolysis, but after the formation of H’-Tu-GTP-tRNA complex, a time lag of several milliseconds allows the codon-anticodon mismatches to diffuse away (before OTP hydrolysis).

Peptide Bond Formation and Translocation:

Once the initiator fmet-tRNA occupies the P site and the next aminoacyl-tRNA occupies the A site, a peptide bond between the adjacent amino acids is formed by an enzyme, peptidyl transferase belonging to the 50S subunit. The active site of the peptidyl transferase is the 23 S rRNA. The uncharged tRNAF met occupies the P site and the dipeptide formed is attached to the second tRNA occupying the A site following the formation of a peptide bond. The product of the first peptide bond formation is called dipeptidyl-tRNA bound to the A site.

The next step of the elongation cycle is translocation, which requires a third elongation factor EF-G (also called translocase) causing hydrolysis of GTP.

Three important movements occur:

(1) The fmet-tRNA which is now uncharged leaves the P site,

(2) The second tRNA with bound dipeptide is moved to the P site, and

(3) mRNA moves a distance of three nucleotides.

After translocation, the A site is opened up to accept the incoming aminoacyl-tRNA to match the next codon, now positioned at the A site for the next round of elongation (Fig. 7.16). The factor EF-Tu delivers the next aminoacyl-tRNA for the empty A site.

The accuracy of protein synthesis depends on having the correct aminoacyl-tRNA in the A site when the peptide bond is formed, hence the incoming aminoacyl-tRNA is meticulously scrutinized so that its anticodon is complementary and matches the codon at the A site. A mismatch aminoacyl- tRNA may bind with two or three nucleotides of a codon only temporarily, but will leave the A site before a peptide bond is formed. It takes a few milliseconds for the ribosome to decide if the incoming aminoacyl-tRNA is the correct one or not and the time lag is determined by GTPase site of EF-Tu. A peptide bond cannot be formed until EF-Tu is released from the aminoacyl-tRNA and the process requires hydrolysis of GTP to GDP and Pi.

Two conditions are necessary for termination of protein synthesis. One is the presence of a stop codon that signals the chain elongation to terminate, and the other is the presence of release factors (RF) which recognise the chain terminating signal. There are three terminating codons, UAA, UGA and UAG for which tRNAs do not exist. Termination of polypeptide chain is signaled by one of these codons in the mRNA. Behind all this complexity is the fact that after the polypeptide chain has reached its full length, its carboxyl end is still bound to its tRNA adapter.

Termination must, therefore, involve the splitting of the terminal tRNA. Release of the peptidyl tRNA from the ribosome is promoted by three specific release factors, RF1, RF2 and RF3. RF1 recognises triplets UAA and UAG, while RF2 recognises UAA and UGA. The third factor RF3 does not possess any release activity of its own, but it binds to OTP and stimulates the binding of RF1 and RF2 with the ribosome.

In E. coli, 16S rRNA is essential in reading the stop codon. The release factors bind to stop codon to cause a shift of the polypeptidyl-tRNA from A to P site (Fig. 7.17). Whether OTP hydrolysis is required for chain termination is not yet firmly established, although the RF3, which appears to enhance RF1 and RF2 binding with ribosome, does not bind to OTP.

The ester bond between the polypeptide chain and the last tRNA is then hydrolysed. Binding of RF to the terminating codon causes water to act as the acceptor of the growing peptide and not another amino acid on a tRNA Release of the polypeptide chain is followed by dissociation of mRNA and tRNA. Subsequently dissociation of 30S and SOS ribosome subunits takes place with concomitant binding of IF3 to 30S subunit to prevent reassembly in the absence of mRNA and fmet-tRNA.

Modification of Released Polypeptide:

The just released polypeptide has primary structure, i.e., it is a straight, linear molecule. It is often called as nascent polypeptide. It may lose some amino acids from the end with the help of an exopeptidase enzyme, and then coil and fold on itself to acquire secondary and tertiary structure. It may combine with other polypeptides to have quaternary structure. The proteins synthesized on free polysomes are released into the cytoplasm and function as structural and enzymatic proteins. The proteins formed on the polysomes attached to ER pass into the ER channels and are exported as cell secretions by exocytosis after packaging in the Golgi apparatus.

Polysome Formation and Translational Amplification:

When the ribosome has moved sufficiently down the mRNA chain towards 3′ end, another ribosome takes up position at the initiator codon of mRNA, and starts synthesis of a second copy of the same polypeptide chain. At any given time, the mRNA chain will, therefore, carry many ribosomes over which are similar polypeptide chains of varying length, shortest near the initiator codon and longest near the stop codon.

A row of ribosomes joined to the mRNA molecule, is called a polyribosome, or simply a polysome. Synthesis of many molecules of the same polypeptide simultaneously from one mRNA molecule by a polysome is called translational amplification.

Inhibitors of Protein Synthesis in Prokaryotes:

Antibiotics are the bio-chemicals synthesized by bacteria and some fungi. Many antibiotics are known to block the bacterial translocation. This forms the basis of checking bacterial infection without harming the human host.


Protein synthesis begins with the formation of an initiation complex. In E coli, this complex involves the small ribosomal subunit, the mRNA template, three initiation factors (IF-1, IF-2, and IF-3), and a special initiator tRNA, called tRNAF Met . The initiator tRNA interacts with the start codon AUG, links to a formylated methionine amino acid called fMet, and can also bind IF-2. Formylated methionine is inserted by fMet-tRNAF Met at the beginning of every polypeptide chain synthesized by E coli, but it is usually clipped off after translation is complete. When an in-frame AUG is encountered during translation elongation, a non-formylated methionine is inserted by a regular Met-tRNA Met .

In E coli mRNA, a sequence upstream of the first AUG codon, called the Shine-Dalgarno sequence (AGGAGG), interacts with the rRNA molecules that compose the ribosome. This interaction anchors the small ribosomal subunit at the correct location on the mRNA template. Guanosine triphosphate (GTP), which is a purine nucleotide triphosphate, acts as an energy source during translation—both at the start of elongation and during the ribosome’s translocation.

In eukaryotes, a similar initiation complex forms, comprising mRNA, the small ribosomal subunit, IFs, and nucleoside triphosphates (GTP and ATP). The charged initiator tRNA, called Met-tRNAl, does not bind fMet in eukaryotes, but is distinct from other Met-tRNAs in that it can bind IFs. Like in E. coli, a “normal” methionine amino acid is inserted when the ribosome encounters in-frame AUG codons.

Instead of depositing at the Shine-Dalgarno sequence, the eukaryotic initiation complex recognizes the 7-methylguanosine cap at the 5′ end of the mRNA. A cap-binding protein (CBP) and several other IFs assist the movement of the ribosome to the 5′ cap. Once at the cap, the initiation complex tracks along the mRNA in the 5′ to 3′ direction, searching for the AUG start codon. Many eukaryotic mRNAs are translated from the first AUG, but this is not always the case. The sequence of bases around each AUG helps determine if that AUG will be used as the start codon.

Once the appropriate AUG is identified, the large ribosomal subunit binds to the complex of Met-tRNAl, mRNA, and the small ribosomal subunit. This step completes the initiation of translation in eukaryotes.

Samenvatting: In both prokaryotes and eukaryotes, the small ribosomal subunit binds to the special initiator methionine tRNA. With the help of several other factors, this complex identifies the start codon (AUG) based on the sequence of nucleotides nearby (Figure 4, top diagram). Then, the large ribosomal subunit binds (Figure 4, middle diagram).

Figure 4 Translation begins when a tRNA anticodon recognizes a codon on the mRNA. The large ribosomal subunit joins the small subunit, and a second tRNA is recruited. As the mRNA moves relative to the ribosome, the polypeptide chain is formed. Entry of a release factor into the A site terminates translation and the components dissociate.


Inhoud

The basic process of protein production is addition of one amino acid at a time to the end of a protein. This operation is performed by a ribosome. A ribosome is made up of two subunits, a small subunit and a large subunit. These subunits come together before translation of mRNA into a protein to provide a location for translation to be carried out and a polypeptide to be produced. [1] The choice of amino acid type to add is determined by an mRNA molecule. Each amino acid added is matched to a three nucleotide subsequence of the mRNA. For each such triplet possible, the corresponding amino acid is accepted. The successive amino acids added to the chain are matched to successive nucleotide triplets in the mRNA. In this way the sequence of nucleotides in the template mRNA chain determines the sequence of amino acids in the generated amino acid chain. [2] Addition of an amino acid occurs at the C-terminus of the peptide and thus translation is said to be amino-to-carboxyl directed. [3]

The mRNA carries genetic information encoded as a ribonucleotide sequence from the chromosomes to the ribosomes. The ribonucleotides are "read" by translational machinery in a sequence of nucleotide triplets called codons. Each of those triplets codes for a specific amino acid.

The ribosome molecules translate this code to a specific sequence of amino acids. The ribosome is a multisubunit structure containing rRNA and proteins. It is the "factory" where amino acids are assembled into proteins. tRNAs are small noncoding RNA chains (74–93 nucleotides) that transport amino acids to the ribosome. tRNAs have a site for amino acid attachment, and a site called an anticodon. The anticodon is an RNA triplet complementary to the mRNA triplet that codes for their cargo amino acid.

Aminoacyl tRNA synthetases (enzymes) catalyze the bonding between specific tRNAs and the amino acids that their anticodon sequences call for. The product of this reaction is an aminoacyl-tRNA. In bacteria, this aminoacyl-tRNA is carried to the ribosome by EF-Tu, where mRNA codons are matched through complementary base pairing to specific tRNA anticodons. Aminoacyl-tRNA synthetases that mispair tRNAs with the wrong amino acids can produce mischarged aminoacyl-tRNAs, which can result in inappropriate amino acids at the respective position in protein. This "mistranslation" [4] of the genetic code naturally occurs at low levels in most organisms, but certain cellular environments cause an increase in permissive mRNA decoding, sometimes to the benefit of the cell.

The ribosome has three sites for tRNA to bind. They are the aminoacyl site (abbreviated A), the peptidyl site (abbreviated P) and the exit site (abbreviated E). With respect to the mRNA, the three sites are oriented 5’ to 3’ E-P-A, because ribosomes move toward the 3' end of mRNA. The A-site binds the incoming tRNA with the complementary codon on the mRNA. The P-site holds the tRNA with the growing polypeptide chain. The E-site holds the tRNA without its amino acid. When an aminoacyl-tRNA initially binds to its corresponding codon on the mRNA, it is in the A site. Then, a peptide bond forms between the amino acid of the tRNA in the A site and the amino acid of the charged tRNA in the P site. The growing polypeptide chain is transferred to the tRNA in the A site. Translocation occurs, moving the tRNA in the P site, now without an amino acid, to the E site the tRNA that was in the A site, now charged with the polypeptide chain, is moved to the P site. The tRNA in the E site leaves and another aminoacyl-tRNA enters the A site to repeat the process. [5]

After the new amino acid is added to the chain, and after the mRNA is released out of the nucleus and into the ribosome's core, the energy provided by the hydrolysis of a GTP bound to the translocase EF-G (in bacteria) and a/eEF-2 (in eukaryotes and archaea) moves the ribosome down one codon towards the 3' end. The energy required for translation of proteins is significant. For a protein containing N amino acids, the number of high-energy phosphate bonds required to translate it is 4N-1 [ citaat nodig ] . The rate of translation varies it is significantly higher in prokaryotic cells (up to 17–21 amino acid residues per second) than in eukaryotic cells (up to 6–9 amino acid residues per second). [6]

Even though the ribosomes are usually considered accurate and processive machines, the translation process is subject to errors that can lead either to the synthesis of erroneous proteins or to the premature abandonment of translation. The rate of error in synthesizing proteins has been estimated to be between 1/10 5 and 1/10 3 misincorporated amino acids, depending on the experimental conditions. [7] The rate of premature translation abandonment, instead, has been estimated to be of the order of magnitude of 10 −4 events per translated codon. [8] The correct amino acid is covalently bonded to the correct transfer RNA (tRNA) by amino acyl transferases. The amino acid is joined by its carboxyl group to the 3' OH of the tRNA by an ester bond. When the tRNA has an amino acid linked to it, the tRNA is termed "charged". Initiation involves the small subunit of the ribosome binding to the 5' end of mRNA with the help of initiation factors (IF). In bacteria and a minority of archaea, initiation of protein synthesis involves the recognition of a purine-rich initiation sequence on the mRNA called the Shine-Delgarno sequence. The Shine-Delgarno sequence binds to a complementary pyrimidine-rich sequence on the 3' end of the 16S rRNA part of the 30S ribosomal subunit. The binding of these complementary sequences ensures that the 30S ribosomal subunit is bound to the mRNA and is aligned such that the initiation codon is placed in the 30S portion of the P-site. Once the mRNA and 30S subunit are properly bound, an initiation factor brings the initiator tRNA-amino acid complex, f-Met-tRNA, to the 30S P site. The initiation phase is completed once a 50S subunit joins the 30 subunit, forming an active 70S ribosome. [9] Termination of the polypeptide occurs when the A site of the ribosome is occupied by a stop codon (UAA, UAG, or UGA) on the mRNA. tRNA usually cannot recognize or bind to stop codons. Instead, the stop codon induces the binding of a release factor protein. [10] (RF1 & RF2) that prompts the disassembly of the entire ribosome/mRNA complex by the hydrolysis of the polypeptide chain from the peptidyl transferase center of the ribosome [11] Drugs or special sequence motifs on the mRNA can change the ribosomal structure so that near-cognate tRNAs are bound to the stop codon instead of the release factors. In such cases of 'translational readthrough', translation continues until the ribosome encounters the next stop codon. [12]

The process of translation is highly regulated in both eukaryotic and prokaryotic organisms. Regulation of translation can impact the global rate of protein synthesis which is closely coupled to the metabolic and proliferative state of a cell. In addition, recent work has revealed that genetic differences and their subsequent expression as mRNAs can also impact translation rate in an RNA-specific manner. [13]

Translational control is critical for the development and survival of cancer. Cancer cells must frequently regulate the translation phase of gene expression, though it is not fully understood why translation is targeted over steps like transcription. While cancer cells often have genetically altered translation factors, it is much more common for cancer cells to modify the levels of existing translation factors. [14] Several major oncogenic signaling pathways, including the RAS–MAPK, PI3K/AKT/mTOR, MYC, and WNT–β-catenin pathways, ultimately reprogram the genome via translation. [15] Cancer cells also control translation to adapt to cellular stress. During stress, the cell translates mRNAs that can mitigate the stress and promote survival. An example of this is the expression of AMPK in various cancers its activation triggers a cascade that can ultimately allow the cancer to escape apoptosis (programmed cell death) triggered by nutrition deprivation. Future cancer therapies may involve disrupting the translation machinery of the cell to counter the downstream effects of cancer. [14]


Translation—Protein Synthesis*# - Biology

This article has been peer reviewed. It is the authors' final version prior to publication in Journal of Molecular Biology

Volume 417, Issue 5, 13 April 2012, Pages 425-439

The published version is available at DOI: 10.1016/j.jmb.2012.02.008. Copyright © Elsevier Inc.

Abstract

During translation, ribosomes stall on mRNA when the aminoacyl-tRNA to be read is not readily available. The stalled ribosomes are deleterious to the cell and should be rescued to maintain its viability. To investigate the contribution of some of the cellular translation factors on ribosome rescuing, we provoked stalling at AGA codons in mutants that affected the factors and then analyzed the accumulation of oligopeptidyl (peptides of up to 6 amino acid residues, oligopep-)-tRNA or polypeptidyl (peptides of more than 300 amino acids in length, polypep-)-tRNA associated with ribosomes. Stalling was achieved by starvation for aminoacyl-tRNA(Arg4) upon induced expression of engineered lacZ (β-galactosidase) reporter gene harboring contiguous AGA codons close to the initiation codon or at internal codon positions together with minigene ATGAGATAA accompanied by reduced peptidyl-tRNA hydrolase (Pth). Our results showed accumulations of peptidyl-tRNA associated with ribosomes in mutants for release factors (RF1, RF2, and RF3), ribosome recycling factor (RRF), Pth, and transfer-messenger RNA (tmRNA), implying that each of these factors cooperate in rescuing stalled ribosomes. The role of these factors in ribosome releasing from the stalled complex may vary depending on the length of the peptide in the peptidyl-tRNA. RF3 and RRF rescue stalled ribosomes by "drop-off" of peptidyl-tRNA, while RF1, RF2 (in the absence of termination codon), or Pth may rescue by hydrolyzing the associated peptidyl-tRNA. This is followed by the disassembly of the ribosomal complex of tRNA and mRNA by RRF and elongation factor G.


Class 12 Biology Chapter 6 Translation

In order to create a new generation, the genetic information that is stored in the DNA must be transferred from one generation to another which is done by the replication of DNA, followed by transcription and translation.
In genetics and molecular biology, translation is the procedure wherein ribosomes in the cytoplasm or endoplasmic reticulum combine proteins after the recording of DNA to RNA in the cell&aposs core. The whole cycle is called gene expression. Or in other words, translation is the process where protein synthesis takes place in the human body or any eukaryotic or prokaryotic cells. In the rest of the articles, we will discuss the translation, protein synthesis, explanation on the translation process. 

Define Translation 

In translation, courier RNA (mRNA) is decoded in a ribosome, on the outer side of the nucleus, to deliver a particular amino corrosive chain or polypeptide. The polypeptide later bends into a functioning protein and executes its responsibility in the cell. The ribosome helps in decryption by generating the binding of correlative tRNA anticodon patterns to mRNA codons. The tRNAs help in transferring certain amino acids that are secured together into a polypeptide as the mRNA goes through and is "read" by the ribosome. There are three particular steps to translation:

Protein Synthesis- Translation

Protein synthesis is eliminated by the protein process translation. When a DNA molecule transcribes a transcription, the RNA of the messenger is translated into protein synthesis. In the translation process, the RNA messenger is active and RNA transfer (tRNA) and ribosome for the protein synthesis process. The whole process of transcribing a transcription and translation is called genetics. Protein synthesis can be defined as the process by which amino acid molecules are presently arranged as a single line into proteins including ribosomal RNA, transmit RNA, messenger RNA, and other enzymes.

Protein Synthesis Process

Translation process- Explanation

The translation of all living things begins when a small ribosomal subunit binds near the end of the 5 &aposmRNA and indicates the sequence of the original code. In the next section, initiating tRNA, the tRNA contains the initial amino acid of the polypeptide, binding to the original code. In the final initiation phase, the larger unit joins the smaller unit forming a fixed ribosome, and then the translation begins. In these phases, the protein factor that helps regulate the ribosome formation and binding of initiator tRNA, and guanosine triphosphate (GTP) provide energy. TRNAs used during translation each carry a specific amino acid and do not identify as charged tRNAs. In contrast, tRNA without amino acid is not charged. Special enzymes are discussed in the latter section they are responsible for different vision TRNAs and also charge each other with the appropriate amino acid. Getting started translating into the original (correct) codon is important for translating the Errant translation polypeptide starting at the wrong code, or an incorrect nucleotide of the original code may produce an abnormal polypeptide and result in an inactive protein. Therefore, critical questions for biologists studying the beginning of translation are: How to get a ribosome, the first true codon? And if it is more than AUG (start codon sequence) occurs late 5 &aposmRNA, how is the original true codon identified? Bacteria and eukaryotes use a variety of methods to determine authenticity starting codon.

Implementation of Coli Bacteria Interpretation, six critical cell components come together to begin the translation process: (1) mRNA, (2) a small ribosomal subunit, (3) a large ribosomal subunit, (4) an initiator tRNA, (5) three essential starter proteins, and (6) GTP. With the onset of more translation into bacteria, 30S ribosomal subunit combined with a starter element (IF) protein called IF3, which helps bind in between mRNA and 30S subunit. IF3 also blocks the 30S subunit from binding to the 50S subunit Subunit-IF3 complex binds near end 5 mRNA, and searches for AUG sequences that act as first code. Basic forms are named there. The true sequence of the first codon is identified by the base of a comparison that occurred between 16S rRNA in the 30S ribosome and a short mRNA sequence detected a few nucleotides above the first codon at 5 &aposUTR of mRNA. John Shine and Lynn Dalgarno identified the location and sequence of this region in 1974, and so on named the Shine series - Dalgarno in recognition of their work. Shine Sequence - Dalgarno is a purine-rich sequence of about six to nine nucleotides increases with the first codon. A rich component of pyrimidine that contains sequences UCC UCC is found near the end of the 3 &aposof 16S rRNA, too pairs in the order of Shine - Dalgarno to place iMRNA at a fraction below 30S. Shine– The Dalgarno sequence is another example of a consensus sequence. The position associated with the original codon, but its exact nucleotide sequence varies slightly from one mRNA to another

In the next phase of the translation process, the initial tRNA binds to the initial code where it wishes to become part of the P site after the ribosome meeting. The amino acid in the initiator tRNA is a modified methionine called N-formyl methionine (f Met) therefore, you are charged initiator tRNA achieved by shortened tRNA. And tRNA in. The corresponding 3&apos-UAC-5 &aposanticodon sequence shows the original sequence. Startup factor (IF) selected IF2 proteins and GTP molecules are bound at the P site to facilitate the binding of compounded tRNA. Initiation Item 1 (IF1) also integrates with the structure to block the attachment of the 50S subunit. This time, the start of the 30S complex, including mRNA bound to the 30S subunit tRNAfMet found at the beginning of the codon, three starters, and a GTP molecule, have been developed. In the last final phase, the 50S subunit joins the 30S subunit to form a stable ribosome. The power of a two-unit union is available from GTP hydrolysis to GDP (guanosine diphosphate). The IF1, IF2, and IF3 classifications are compatible with joining the subunits forming the 70S complex. This complex is a fully functional ribosome with P site, site A, site E, and exit channel polypeptide. The original tRNA (tRNAfMet) is already paired with mRNA on-site P, and open site A contains the second codon and awaits the next charged tRNA.

Figure: The Process of Translation

Implementation of Eukaryotic Translation Eukaryotic 40S ribosomal subunit structures with three eukaryotic initiation factor (eIF) proteins for IF1, IF1A, and eIF3 to build the original structure. Step by step, 2 the preinitiation complex joins the initiator tRNA and eIF5.

The start-up complex is built on the binding of mRNA. This starts a process called scanning, where the ribosomal subunit is small and runs at 5 &aposUTR looking for the original code. About 90% of eukaryotic mRNAs use the first AUG associated with the onset problem as the first codon, but the remaining 10% use a second or, in some cases, the third AUG as the first codon. The first building is able to accurately detect the first true codon because the codon is embedded in a consistent sequence it is readable 5&apos-ACCAUGG-3 &apos (the first codon is highlighted in bold). This is consistent.

The sequence is called the Kozak sequence behind Marilyn Kozak, who acquired it in 1978. Recovery of the first codon leads to the recovery of the 60S complex subunit, using power based on GTP hydrolysis. This is the final step in creating the 80S ribosome associated with the joining of the two subunits and the breakdown of eIF proteins. In the 80S ribosome, tRNAMet starter is available in P area

The site is empty, waiting for the arrival of the second tRNA.

Sample Questions on Translation

Ques. What is the role of messenger RNA and ribosomes for protein synthesis?

antw. Messenger RNA is responsible for acting as a template in which ribosomes will read the codons, and then assemble the polypeptide. Codons are a group of three nucleotides, corresponding to one amino acid. This process is known as translation. Prokaryotes are able to synthesize several polypeptides from a single mRNA.

Ques. What are the steps included in translation?

antw. In translation, courier RNA (mRNA) is decoded in a ribosome, on the outer side of the nucleus, to deliver a particular amino corrosive chain or polypeptide. The polypeptide later bends into a functioning protein and executes its responsibility in the cell. The ribosome helps in decryption by generating the binding of correlative tRNA anticodon pattern to mRNA codons. The tRNAs help in transferring certain amino acids that are secured together into a polypeptide as the mRNA goes through and is "read" by the ribosome. There are three particular steps to translation:

Ques. Describe the process through which RNA translation happens.

antw. Genetic mutations come in many forms and can occur in a variety of ways. It could be the result of a genetic defect, a sequence of DNA damage caused by environmental factors, or an error in the translation and production of proteins. For example, proteins and RNAs that are responsible for creating proteins can incorporate the wrong amino acid, detect lies with stop codon, or ignore codon translation.

Ques. Which RNA is involved in protein synthesis, explain?


DNA Transcription & Translation: Synthesis of Proteins

DNA (deoxyribonucleic acid) is a large molecule containing the genes that code instructions for the synthesis of proteins. The code consists of a sequence of repeating subunits, or nucleotides. Each nucleotide has three parts:

  1. a phosphate group (an acid),
  2. a sugar (in the case of DNA, deoxyribose), and
  3. a ring of carbon and nitrogen atoms (the nitrogen can form a bond with hydrogen so the nucleotide is basic).

A chain of nucleotides (nucleic acids) is formed by linking the phosphate group of one nucleotide to the sugar of an adjacent nucleotide. The bases stick out from the side of the phosphate-sugar backbone. The 3rd component described above, the base consisting of a ring of carbon and nitrogen atoms, occurs in 4 forms for DNA. These bases can be divided into two classes: the purine bases (adenine and guanine), which have double rings of nitrogen and carbon atoms, and the pyrimidine bases (cytosine and thymine), which have only a single ring.

A molecule of DNA consists of two polynucleotide chains coiled around each other in the form of a double helix. The chains are held together by hydrogen bonds between purine and pyrimidine bases – specifically, adenine is paired with thymine and guanine is paired with cytosine. Thus, one chain in the double helix is complementary to the other.

From: www.thepepproject.net P = phosphate S = sugar

Eiwitsynthese

DNA is “read” by using three-base sequences to form “words” that direct the production of specific amino acids. These three-base sequences, known as triplets, or codons, are arranged in a linear sequence along the DNA. A linear stretch of DNA that codes for a specific protein is called a gene. The entirety of genes in the human population is termed the human genome.

Most of the DNA is contained in the nucleus of the cell (a small amount is in the mitochondria), yet most protein synthesis occurs in the cytoplasm of the cell. Since DNA molecules are too large to pass through the nuclear membrane into the cytoplasm, a message must carry the genetic information from the nucleus into the cytoplasm. This message is carried by messenger RNA (mRNA ribonucleic acid) molecules, small single-stranded nucleic acids that contain the coding information of individual genes. The passage of information from DNA to mRNA in the nucleus is called transcription because an individual gene’s DNA sequence is actually transcribed into a corresponding RNA.

Then, the mRNA moves into the cytoplasm where it directs the assembly of a specific sequence of amino acids to form the gene’s protein – this process is called translation. Translation occurs on ribosomes either free in the cytoplasm or attached to the endoplasmic reticulum. Thus, the synthesis of a protein is governed by the information in its DNA, with the help of messengers (mRNA) and translators (tRNA).

In the nucleus, DNA is transcribed to RNA. The mRNA carries the message out of the nucleus to the ribosome in the cytoplasm where the tRNA helps translate the message to make a protein.


Download nu!

We hebben het je gemakkelijk gemaakt om een ​​PDF Ebooks te vinden zonder te graven. And by having access to our ebooks online or by storing it on your computer, you have convenient answers with Biology Review Dna And Protein Synthesis Answers . To get started finding Biology Review Dna And Protein Synthesis Answers , you are right to find our website which has a comprehensive collection of manuals listed.
Onze bibliotheek is de grootste van deze die letterlijk honderdduizenden verschillende producten heeft vertegenwoordigd.

Finally I get this ebook, thanks for all these Biology Review Dna And Protein Synthesis Answers I can get now!

Ik had niet gedacht dat dit zou werken, mijn beste vriend liet me deze website zien, en dat doet het! Ik krijg mijn meest gezochte eBook

wtf dit geweldige ebook gratis?!

Mijn vrienden zijn zo boos dat ze niet weten hoe ik alle e-boeken van hoge kwaliteit heb, wat zij niet hebben!

Het is heel gemakkelijk om e-boeken van hoge kwaliteit te krijgen)

zoveel nepsites. dit is de eerste die werkte! Erg bedankt

wtffff ik begrijp dit niet!

Selecteer gewoon uw klik en download-knop en voltooi een aanbieding om het e-boek te downloaden. Als er een enquête is, duurt het slechts 5 minuten, probeer een enquête die voor u werkt.


Translation Related Factors Improve the Productivity of a Streptomyces-Based Cell-Free Protein Synthesis System

Cell-free protein synthesis (CFPS) systems are emerging as effective platforms for the production of recombinant proteins in vitro. To enable the expression of various proteins, different CFPS systems have been developed to better mimic the cellular environment of native hosts. In this context, a Streptomyces-based CFPS system was recently developed to express high GC-content genes. Unfortunately, protein yields from the initial system were relatively low (∼50 μg/mL). Here, we sought to address this limitation and enhance the productivity of the Streptomyces-based CFPS system. By adding protein translation related factors to CFPS reactions, we were able to achieve protein yields of approximately 400 μg/mL, which is the highest yield reported to date. We expect our enhanced Streptomyces CFPS system will set the stage for novel applications in metabolic engineering and synthetic biology such as in vitro discovery and synthesis of natural products, which are produced by Streptomyces species with high GC-content (>70%) genomes.

trefwoorden: Streptomyces cell-free protein synthesis in vitro transcription and translation protein expression synthetic biology.


Bekijk de video: Sintesis Protein (Januari- 2022).