Informatie

Waarom is een initiator-tRNA vereist, verschillend van het methionine-tRNA dat bij verlenging wordt gebruikt?


Ik ben in de war door waarom er behoefte is aan verschillende tRNA-methioninecomplexen voor translationele initiatie en verlenging.

Dit artikel vermeldt dat

Het is belangrijk dat elk type methionyl-tRNA wordt beperkt tot zijn afzonderlijke functie, aangezien concurrentie voor tRNA door de initiatie- en verlengingsmachine kan leiden tot ernstige problemen voor de cel.

Ik begrijp niet wat deze problemen kunnen zijn.


Interactie met tRNA-bindende factoren is de reden waarom gescheiden tRNAleerde kennen soorten worden gebruikt

Een specifiek tRNAleerde kennen is vereist voor initiatie omdat het initiërende met-tRNA moet interageren met een specifieke tRNA-bindende initiatiefactor (IF2) om te binden aan de P-site op de kleine ribosomale subeenheid. De elongator-tRNA's delen gemeenschappelijke structurele kenmerken waardoor ze kunnen interageren met een verlengingsfactor (EF1), die nodig is voor binding aan de A-site van het hele ribosoom. Als de elongator met-tRNAleerde kennen waren in staat om te interageren met de initiatiefactor, net als alle andere aminoacyl-tRNA's. Het is deze competitie om de initiatiefactor (en de kleine ribosomale subeenheid) die een afzonderlijk initiator-tRNAleerde kennen vermijdt.

Dit antwoord is van toepassing op alle vormen van prokaryotische en eukaryote initiatie, ongeacht de manier waarop het 'juiste' initiatiecodon wordt herkend, aangezien de genoemde interacties (getoond in de onderstaande cartoon voor degenen die hier niet bekend mee zijn) universeel en oud zijn.

[E-TBF en I-TBF zijn mijn eigen niet-standaard afkortingen voor respectievelijk Elongation tRNA-binding factor en Initiation tRNA-binding factor. De verschillende pijlen die volgen op de vorming van het ternaire complex geven aan dat verschillende stappen (die voor initiatie kunnen verschillen tussen koninkrijken - en tussen mRNA's in een enkel genoom) plaatsvinden voordat de laatste specifieke interactie van het tRNA-anticodon met het juiste mRNA-codon op de geschikte ribosomale soorten.]

De cartoonrepresentatie van de factoren en het complex zijn ontleend aan een diagram van Awchen en illustreren de interactie van de bacteriële verlengingsfactor (de oorspronkelijke naam, EF-Tu wordt gebruikt) en aminoacyl-tRNA. De structuur van de initiatiefactor en zijn interactie met het tRNA is anders (net als de conformatie van het tRNA). Hoewel niet belangrijk voor dit antwoord, worden ze hieronder weergegeven in een vergelijkingsdiagram van Schmitt et al., die helaas niet dezelfde oriëntatie voor het tRNA vertoont.

Waarom tRNA's scheiden, in plaats van een enkel multifunctioneel tRNA?leerde kennen?

Het hierboven gegeven antwoord beschrijft hoe - in hedendaagse biologische systemen - het bestaan ​​van twee tRNA's voor methionine concurrentie van elongator-tRNA's voor de initiatiefactor, IF-2, en dus concurrentie voor de kleine ribosomale subeenheid in zijn 'initiatietoestand' verhindert. Het is echter redelijk om te vragen waarom een ​​afzonderlijk initiator-tRNAleerde kennen was nodig voor een dergelijke discriminatie - IF-2 zou zeker specifiek kunnen zijn voor een enkel tRNAleerde kennen door dezelfde kenmerken te herkennen als een enkele met-tRNA-synthetase. (Het argument dat er dan concurrentie zou zijn geweest voor EF-1 lijkt zwak.) Dit is een duidelijke vraag, waarover alleen maar kan worden gespeculeerd. Mijn opmerkingen hierover volgen.

Dit argument veronderstelt dat bij de ontwikkeling van een enkel AUG-initiatiecodon, waarvan men aanneemt dat het een niet-specifiek initiatiesysteem was, alles wat nodig was in het tRNA een geschikt anticodon was - de sequentiecontext en accessoire-eiwitten (initiatiefactoren) die verantwoordelijk zijn voor het selecteren van de initiërende AUG en het activeren van het initiatieproces. Dit is echter duidelijk niet het geval in hedendaagse biologische systemen.

Het initiator-tRNAleerde kennen is structureel verschillend van de elongator-tRNA's. Een opvallende weerspiegeling hiervan is het feit dat, hoewel eukaryote initiator tRNAleerde kennen is niet geformyleerd en er bestaat geen transformylase in eukaryote cellen, deze soort - maar niet de elongator-soort - kan worden geformyleerd in vitro Door de E coli transformylase (zie bijvoorbeeld recensie door Kolitz en Lorsch). Het is duidelijk dat specifieke structurele kenmerken van initiator-tRNAleerde kennen zijn gedurende een lange periode bewaard gebleven, ondanks de evolutie van verschillende methoden om het 'juiste' initiatiecodon te selecteren (Shine en Dalgarno, Kozak-scanning, ribosoom-landingsplatform).

Door deze laatste verschillen in hedendaagse initiatie is het onmogelijk om te weten wat het 'oorspronkelijke' systeem was en waarom er behoefte was aan structurele verschillen in het initiator-tRNA. Eén antwoord wordt echter gesuggereerd door het feit dat bij de hedendaagse eukaryote initiatie door de overheersende Kozak-scanmethode het initiator-tRNA bindt aan de kleine ribosomale subeenheid in afwezigheid van het AUG-codon. Men vermoedt dat herkenning van de P-site op een enkele subeenheid even belangrijk was als herkenning van codon-anticodon.

Gezien de vereiste voor grote structurele veranderingen in tRNAleerde kennen voor initiatie lijkt de ontwikkeling van multifunctionaliteit in afzonderlijke soorten aanzienlijk moeilijker dan het creëren van nieuwe soorten door genduplicatie en daaropvolgende mutatie. Het creëren van nieuwe tRNA's door genduplicatie is een relatief veel voorkomend proces, en in dit geval zou het oorspronkelijke elongator-tRNA zijn achtergelatenleerde kennen onaangeroerd terwijl het duplicaat (dat nog steeds de herkenningskenmerken voor de met-tRNA-synthetase bevat) vrij was om kenmerken te ontwikkelen die de ribosoom- en factorherkenningseigenschappen veranderden.


Ik denk dat de sleutel om dit te begrijpen is om te beseffen hoe anders het initiatieproces is van de rest van de vertaling.

De 30S-ribosomale subeenheid herkent startcodons via een interactie met de Shine-Dalgarno-sequentie die stroomopwaarts in het mRNA ligt. De resterende stappen van initiatie omvatten het rekruteren van fMet-tRNA en, kritisch, het plaatsen ervan in de P plaats van het ribosoom. Daarentegen komen aminoacyl-tRNA's tijdens elongatie binnen bij de EEN plaats voordat hun aminozuurlading wordt samengevoegd met het groeiende polypeptide dat wordt vastgehouden in de P plaats als een peptidyl-tRNA. Je kunt dus zien dat het initiatieproces speciaal is vanwege de noodzaak om het hele translatieproces te primen door het eerste 'peptidyl'-tRNA (eigenlijk N-formylmethionyl tRNA) in de P plaats.

Er zijn twee tRNA's voor methionine, tRNAfMet en tRNAleerde kennenen alleen de eerste is een substraat voor het enzym methionyl-tRNA-formyltransferase. Dit verdeelt de toevoer van methionine effectief in twee afzonderlijke pools, één voor gebruik bij initiatie en één voor gebruik bij verlenging. In feite zou je kunnen stellen dat bij initiatie een ander aminozuur betrokken is (N-formylmethionine) dat ook wordt gecodeerd door AUG.

sinds an N-formylmethionine essentieel is voor initiatie, zou het eenvoudigste alternatief zijn om een ​​situatie te hebben waarin een enkele soort methionyl-tRNA een substraat was voor de transformylase. Dit zou betekenen dat N-formylmethionine zou moeten worden toegelaten in de EEN en al die formylgroepen zouden vervolgens uit de interne methioninen moeten worden verwijderd.

Update naar aanleiding van opmerking uit de OP

Nadat ik de oorspronkelijke vraag opnieuw heb gelezen, kan ik zien dat ik op het pistool ben gesprongen en eigenlijk een andere vraag heb beantwoord. De echte vraag zit veel dieper.

Ten eerste, hoewel de details verschillen, voeden zowel bacteriën als eukaryoten methionine via afzonderlijke routes voor initiatie en verlenging. Bacteriën worden hierboven besproken; eukaryoten kanaal methionine door twee verschillende pools van tRNA, tRNAlleerde kennen en tRNAleerde kennen. Het is duidelijk dat deze channeling een universeel kenmerk is van vertaalsystemen.

Laten we vervolgens eens kijken naar tRNAleerde kennen overvloed in E coli. Aangezien alle eiwitcoderende genen één enkel startcodon hebben en gemiddeld enkele interne methioninecodons, zouden we kunnen verwachten dat er meer tRNA zou zijn.leerde kennen dan tRNAfMet. Maar dat is niet het geval: volgens Dong et al 1996 tRNAfMet is aanwezig op circa 3x het niveau van de elongatiesoort.

Dit suggereert voor mij dat er iets inherent is aan initiatie dat een hoger niveau van het overeenkomstige methionyl-tRNA vereist. Nu zou je kunnen zeggen dat deze discrepantie vrij klein is, maar houd er rekening mee dat een van de eigenschappen van Met-tRNAfMet is dat gemakkelijk wordt verworpen door verlengingsfactoren (referentie). Dit is belangrijk omdat elk geladen tRNA de kan binnendringen EEN plaats alvorens te worden vergeleken met het huidige codon. Door gemakkelijk herkend te worden als 'fout' voor verlenging, Met-tRNAfMet is tot op zekere hoogte uitgesloten van het rekproces.

Tot nu toe heb ik feiten gepresenteerd - wat volgt zijn mijn eigen ideeën. Als een enkele Met-tRNA-soort zowel voor verlenging als voor initiatie zou worden gebruikt, zou deze moeten worden geoptimaliseerd voor toegang tot het verlengingsproces, waarbij tijd wordt besteed aan interactie met ribosomale EEN plaatsen. Om het niveau van vrij Met-tRNA te behouden dat nodig is om de initiatie te stimuleren, concludeer ik dat daarom veel hogere niveaus van dit enkele Met-tRNA nodig zouden zijn. Dit zou op zijn beurt de tijdelijke toegang van deze soort in alle landen vergroten EEN plaatsen, en het zou in wezen werken als een remmer van verlenging.


In hetzelfde document staat vlak voor het gedeelte dat u hebt geciteerd het volgende:

De cel krijgt een extra mate van controle door een afzonderlijk tRNA voor initiatie te hebben en reguleert dus de niveaus van initiator- en elongatormethionyl-tRNA's afzonderlijk.

Het is gewoon een andere factor die de vertaling bepaalt. Als er geen initiator-tRNA is, kan het ribosoom niet beginnen met het synthetiseren van een bepaald eiwit. Stel je voor dat de cel b.v. 100 kopieën van een eiwit. Als initiatie- en elongatie-tRNA hetzelfde waren, zou het veel moeilijker zijn om te bepalen hoeveel methionyl-tRNA's nodig zouden zijn om 100 kopieën te synthetiseren, vooral omdat de cel niet kan zeggen hoeveel methioninen nodig zijn voor een bepaald eiwit. In plaats daarvan, als initiator-tRNA gescheiden is, zullen 100 initator-tRNA's leiden tot 100 gesynthetiseerde eiwitten (op voorwaarde natuurlijk dat de andere initiatiefactoren aanwezig zijn).


N-formylmethionine

N-formylmethionine (fMet) is het aminozuur dat wordt gecodeerd door het AUG-codon, het startcodon voor eiwitsynthese. Daarom is fMet het N-terminale aminozuur van bijna alle eiwitten in prokaryotische systemen, maar het wordt gewoonlijk posttranslationeel verwijderd. Voor initiatie van eiwitsynthese binden fMet-tRNA, mRNA, GTP en de initiatiefactoren (IF)-1 en 3 aan de 30S-subeenheid (Fig. 17-13). De toekomstige P-site bevat nu fMet-tRNA uitgelijnd met het AUG-codon. De juiste uitlijning tussen het AUG-codon en het ribosoom is te wijten aan een speciale stroomopwaartse (niet-coderende) sequentie op het mRNA die de Shine-Dalgarno-sequentie wordt genoemd. Deze sequentie van basenparen met een complementaire sequentie in het 16S-RNA van de 30S-subeenheid resulteert in een nauwkeurige positionering van AUG in de toekomstige P-site.


De Eiwitsynthese Machines

Naast de mRNA-template dragen veel moleculen en macromoleculen bij aan het translatieproces. De samenstelling van elke component kan per soort verschillen, ribosomen kunnen bijvoorbeeld bestaan ​​uit verschillende aantallen rRNA's en polypeptiden, afhankelijk van het organisme. De algemene structuren en functies van de eiwitsynthesemachinerie zijn echter vergelijkbaar van bacteriën tot menselijke cellen. Translatie vereist de invoer van een mRNA-sjabloon, ribosomen, tRNA's en verschillende enzymatische factoren. (Opmerking: een ribosoom kan worden gezien als een enzym waarvan de aminozuurbindingsplaatsen worden gespecificeerd door mRNA.)


EENHEID 9 - FINALE

tRNA: is het decoderingsapparaat. Het helpt bij het decoderen van een mRNA-sequentie in een eiwit. Het leest de boodschap van nucleïnezuur uit mRNA en vertaalt het in aminozuren.

1) Maken van aminoacyl-tRNA's:
§ aminozuur bindt samen met ATP . aan een specifiek aminoacyl-tRNA synthase
§ Na ATP-hydrolyse wordt AMP aan het aminozuur gekoppeld
§ Het aminozuur wordt overgebracht naar het enzym
§ Een tRNA met het juiste anticodon bindt het enzym, het aminozuur wordt overgebracht naar het tRNA en het enzym komt vrij.

2) Initiatie:
§-initiatie begint wanneer de Shine-Delgarno-sequentie, een korte nucleotidesequentie nabij het 5'-uiteinde van een mRNA, H-bindingen vormt met een complementaire sequentie in het 16S-rRNA gebonden aan 30S-ribosomale subeenheid. Dit vereist de deelname van initiatiefactoren IF1 en IF3. IF1 en IF3 evenals het mRNA zijn gebonden aan de 30S-ribosomale subeenheid.
§ Met behulp van GTP en IF2 herkent en bindt de initiator formyl methionine-gebonden tRNA (fmet-tRNA) het initiator AUG-codon dat in alle mRNA's wordt aangetroffen = initiatiecomplex
§ Grote ribosomale subeenheid bindt aan dit complex, met de gelijktijdige disassociatie van de initiatiefactoren.
§ De initiator fmet-tRNA komt terecht op de P-plaats van het ribosoom.

3) Verlenging:
§ Verlenging-1: aminoacyl-tRNA draagt ​​zijn aminozuur naar de A-plaats van het ribosoom op basis van mRNA-codon-tRNA-anticodon-interactie met behulp van elongatiefactor en energie van GTP. Een tweede verlengingsfactor fosforyleert het BBP opnieuw.
§ Verlenging-2: het binnenkomende aminozuur wordt gekoppeld aan een groeiende keten in een condensatiereactie, gekatalyseerd door peptidyltransferase, een ribozymcomponent van ribosomen.
§ Verlenging-3: translocase katalyseert GTP-hydrolyse wanneer het ribosoom langs het mRNA wordt verplaatst. Na de translocatie verschijnt het volgende mRNA-codon op de A-plaats van het ribosoom. Het eerdere tRNA, niet langer gehecht aan een aminozuur, zal de E-plaats verlaten als het volgende aa-tRNA de A-plaats binnengaat (opnieuw, gebaseerd op een specifieke codon-anticodon-interactie) om een ​​nieuwe cyclus van verlenging te beginnen.


Verlenging

Figuur 2. Translatie begint wanneer een initiator-tRNA-anticodon een startcodon herkent op mRNA dat is gebonden aan een kleine ribosomale subeenheid. 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, bewegen opeenvolgende tRNA's door het ribosoom en wordt de polypeptideketen gevormd. Het invoeren van een afgiftefactor in de A-site beëindigt de translatie en de componenten dissociëren.

In prokaryoten en eukaryoten zijn de basisprincipes van verlenging hetzelfde, dus we zullen verlenging bekijken vanuit het perspectief van E coli. Wanneer het translatiecomplex wordt gevormd, bestaat het tRNA-bindende gebied van het ribosoom uit drie compartimenten. De A-plaats (aminoacyl) bindt binnenkomende geladen aminoacyl-tRNA's. De P (peptidyl)-plaats bindt geladen tRNA's die aminozuren dragen die peptidebindingen hebben gevormd met de groeiende polypeptideketen, maar die nog niet zijn gedissocieerd van hun overeenkomstige tRNA. De E (exit)-plaats maakt gedissocieerde tRNA's vrij, zodat ze kunnen worden opgeladen met vrije aminozuren. Het initiërende methionyl-tRNA bezet echter de P-plaats aan het begin van de verlengingsfase van translatie in zowel prokaryoten als eukaryoten.

Tijdens translatieverlenging biedt de mRNA-matrijs tRNA-bindingsspecificiteit. Terwijl het ribosoom langs het mRNA beweegt, komt elk mRNA-codon in register en wordt een specifieke binding met het overeenkomstige geladen tRNA-anticodon verzekerd. Als mRNA niet aanwezig was in het elongatiecomplex, zou het ribosoom tRNA's niet-specifiek en willekeurig binden.

Verlenging vindt plaats met geladen tRNA's die achtereenvolgens het ribosoom binnenkomen en verlaten wanneer elk nieuw aminozuur aan de polypeptideketen wordt toegevoegd. Beweging van een tRNA van A naar P naar E-plaats wordt geïnduceerd door conformationele veranderingen die het ribosoom met drie basen in de 3'8242-richting vooruithelpen. De energie voor elke stap langs het ribosoom wordt geschonken door verlengingsfactoren die GTP hydrolyseren. GTP-energie is vereist zowel voor de binding van een nieuw aminoacyl-tRNA aan de A-plaats als voor de translocatie ervan naar de P-plaats na vorming van de peptidebinding. 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 de hoogenergetische binding die elk aminozuur aan zijn tRNA verbindt. Na de vorming van peptidebindingen, beweegt het tRNA van de A-site dat nu de groeiende peptideketen vasthoudt naar de P-site, en het tRNA van de P-site dat nu leeg is, beweegt naar de E-site en wordt uit het ribosoom verdreven (Figuur 2). Verbazingwekkend, de E coli vertaalapparaat heeft slechts 0,05 seconden nodig om elk aminozuur toe te voegen, wat betekent dat een eiwit van 200 aminozuren in slechts 10 seconden kan worden vertaald.


Waarom is een initiator-tRNA vereist, verschillend van het methionine-tRNA dat bij verlenging wordt gebruikt? - Biologie

Volgens hun rol in translatie interageren tRNA's specifiek met elongatiefactor Tu (EFTu) of met initiatiefactor 2 (IF2). We beschrijven hier de effecten van overproductie van EFTu en IF2 op de elongator versus initiatoractiviteiten van verschillende mutante tRNA Met-soorten in vivo. De verkregen gegevens geven aan dat de selectie van een tRNA via de ene of de andere route van translatie afhangt van de relatieve hoeveelheden van de translationele factoren. Een matige overexpressie van EFTu is voldoende om te leiden tot een verduistering van initiator-tRNA in het elongatieproces, terwijl overgeproduceerde IF2 de initiatie van translatie mogelijk maakt met niet-geformyleerde tRNA-soorten. Bovendien melden we dat een stam zonder formylase-activiteit kan worden genezen door de overproductie van tRNA Met F. De huidige studie levert aanvullend bewijs voor het belang van formylering bij het definiëren van tRNA Met F identiteit van de initiator, evenals een mogelijke verklaring voor de resterende groei van bacteriestammen die een functioneel formylase-gen missen, zoals waargenomen in Guillon, JM, Mechulam, Y., Schmitter, J.-M., Blanquet, S. en Fayat, G. (1992) J. Bacteriol. 174, 4294-4301.

De kosten van publicatie van dit artikel werden mede gedekt door de betaling van paginakosten. Het artikel moet daarom worden gemarkeerd met "advertentie” in overeenstemming met 18 U.S.C. Sectie 1734 uitsluitend om dit feit aan te geven.

Huidig ​​adres: Inst. de Biologie Moleculaire et d'Ingenierie Genetique. Faculte de Poitiers, 40 Ave. du Recteur Pineau, F86022 Poitiers cedex, Frankrijk.


Het mechanisme van eiwitsynthese

Eiwitsynthese omvat het bouwen van een peptideketen met behulp van tRNA's om aminozuren en mRNA toe te voegen als een blauwdruk voor de specifieke sequentie.

Leerdoelen

Beschrijf het vertaalproces

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • Eiwitsynthese, of translatie, begint met een proces dat bekend staat als pre-initiatie, wanneer de kleine ribosmale subeenheid, de mRNA-template, initiatorfactoren en een speciaal initiator-tRNA samenkomen.
  • Tijdens translocatie en verlenging verplaatst het ribosoom één codon 3'8242 door het mRNA, brengt een geladen tRNA naar de A-plaats, brengt de groeiende polypeptideketen over van het tRNA van de P-plaats naar de carboxylgroep van het aminozuur op de A-plaats, en werpt het ongeladen tRNA uit op de E-plaats.
  • Wanneer een stop- of nonsense-codon (UAA, UAG of UGA) op het mRNA wordt bereikt, beëindigt het ribosoom de translatie.

Sleutelbegrippen

  • vertaling: een proces dat plaatsvindt in het ribosoom waarbij een streng boodschapper-RNA (mRNA) de assemblage van een reeks aminozuren begeleidt om een ​​eiwit te maken

Het mechanisme van eiwitsynthese

Net als bij mRNA-synthese, kan eiwitsynthese worden onderverdeeld in drie fasen: initiatie, verlenging en beëindiging.

Initiatie van vertaling

Eiwitsynthese begint met de vorming van een pre-initiatiecomplex. In E coli, omvat dit complex het kleine 30S-ribosoom, de mRNA-sjabloon, drie initiatiefactoren (IF's IF-1, IF-2 en IF-3) en een speciaal initiator-tRNA, fMet-tRNA genaamd. De initiator-tRNA-baseparen aan het startcodon AUG (of zelden, GUG) en is covalent gekoppeld aan een geformyleerd methionine genaamd fMet. Methionine is een van de 21 aminozuren die worden gebruikt bij de eiwitsynthese. Geformyleerde methionine is een methion waaraan een formylgroep (een aldehyd met één koolstofatoom) covalent is gehecht aan de aminostikstof. Geformyleerd methionine wordt ingevoegd door fMet-tRNA aan het begin van elke polypeptideketen die wordt gesynthetiseerd door E coli, en wordt meestal afgekapt nadat de vertaling is voltooid. Wanneer een in-frame AUG wordt aangetroffen tijdens translatieverlenging, wordt een niet-geformyleerd methionine ingevoegd door een regulier Met-tRNA. In E coli mRNA, een sequentie stroomopwaarts van het eerste AUG-codon, de Shine-Dalgarno-sequentie (AGGAGG) genoemd, interageert met de rRNA-moleculen die het ribosoom vormen. Deze interactie verankert de 30S-ribosomale subeenheid op de juiste locatie op de mRNA-sjabloon.

In eukaryoten vormt zich een pre-initiatiecomplex wanneer een initiatiefactor genaamd eIF2 (eukaryote initiatiefactor 2) GTP bindt, en de GTP-eIF2 het eukaryote initiator-tRNA rekruteert naar de kleine ribosomale subeenheid van de jaren 40. Het initiator-tRNA, genaamd Met-tRNAl, draagt ​​ongemodificeerd methionine in eukaryoten, niet fMet, maar het verschilt van andere cellulaire Met-tRNA's doordat het eIF's kan binden en het kan binden op de ribosoom P-plaats. Het eukaryote pre-initiatiecomplex herkent dan de 7-methylguanosine-cap aan het 5'8242-uiteinde van een mRNA. Verschillende andere eIF's, met name eIF1, eIF3 en eIF4, fungeren als cap-bindende eiwitten en helpen bij de rekrutering van het pre-initiatiecomplex naar de 5'8242-cap. Poly (A)-Binding Protein (PAB) bindt zowel de poly (A)-staart van het mRNA als het complex van eiwitten aan de dop en helpt ook bij het proces. Eenmaal bij de dop volgt het pre-initiatiecomplex langs het mRNA in de richting van 5'8242 naar 3'8242, op zoek naar het AUG-startcodon. Veel, maar niet alle, eukaryote mRNA's worden getranslateerd vanaf de eerste AUG-sequentie. De nucleotiden rond de AUG geven aan of dit het juiste startcodon is.

Zodra de juiste AUG is geïdentificeerd, hydrolyseert eIF2 GTP tot GDP en zorgt voor de levering van het tRNAl- Ontmoet aan het startcodon, waar het tRNAl anticodon-baseparen aan het AUG-codon. Hierna wordt eIF2-GDP uit het complex vrijgegeven en bindt eIF5-GTP. De 60S-ribosomale subeenheid wordt gerekruteerd naar het pre-initiatiecomplex door eIF5-GTP, dat zijn GTP hydrolyseert tot GDP om de assemblage van het volledige ribosoom op de translatiestartplaats aan te drijven met het Met-tRNAi gepositioneerd in de ribosoom P-site. De resterende eIF's dissociëren van het ribosoom en de vertaling is klaar om te beginnen.

Bij archaea is de translatie-initiatie vergelijkbaar met die bij eukaryoten, behalve dat de betrokken initiatiefactoren aIF's (archaeale initiatiefactoren) worden genoemd en geen eIF's.

Vertaalinitiatie bij eukaryoten.: In eukaryoten vormt zich een pre-initiatiecomplex gemaakt van de kleine 40S-subeenheid, de initiator Met-tRNAi en eIF2-GTP. Dit pre-initiatiecomplex bindt aan de 5′-m 7G-cap van het mRNA met behulp van andere eIFS en PAB, die de poly(A)-staart van het mRNA binden, en de staart in een lus aan de dop vastmaken. Eenmaal bij de dop glijdt het pre-initiatiecomplex langs het mRNA totdat het het initiator AUG-codon tegenkomt. Daar wordt GTP gehydrolyseerd door eIF2 en het Met-tRNAl wordt op de AUG geladen. Vervolgens rekruteert eIF5-GTP de grote ribosomale subeenheid van de jaren 60 naar de subeenheid 40S op de AUG en hydrolyseert GTP. Hierdoor kan de grote ribosomale subeenheid zich bovenop de kleine subeenheid assembleren, waardoor het intacte 80S-ribosoom wordt gegenereerd en het Met-tRNAi op de P-plaats van het intacte ribosoom wordt geplaatst. De ribosoom A-plaats wordt over het tweede codon in het mRNA-leesraam geplaatst en de verlenging van de translatie kan beginnen.

Vertaling Verlenging

De basis van verlenging is hetzelfde in prokaryoten en eukaryoten. Het intacte ribosoom heeft drie compartimenten: de A-plaats bindt binnenkomende aminoacyl-tRNA's, de P-plaats bindt tRNA's die de groeiende polypeptideketen dragen, de E-plaats maakt gedissocieerde tRNA's vrij zodat ze kunnen worden opgeladen met aminozuren. Het initiator-tRNA, rMet-tRNA in E coli en Met-tRNAl in eukaryoten en archaea, bindt direct aan de P-site. Dit creëert een initiatiecomplex met een vrije A-site die klaar is om het aminoacyl-tRNA te accepteren dat overeenkomt met het eerste codon na de AUG.

Het aminoacyl-tRNA met een anticodon dat complementair is aan het A-plaatscodon landt in de A-plaats. Er wordt een peptidebinding gevormd tussen de aminogroep van het aminozuur van de A-site en de carboxylgroep van het meest recent gehechte aminozuur in de groeiende polypeptideketen die aan het tRNA van de P-site is bevestigd. De vorming van de peptidebinding wordt gekatalyseerd door peptidyl transferase, een op RNA gebaseerd enzym dat is geïntegreerd in de grote ribosomale subeenheid. De energie voor de vorming van peptidebindingen is afkomstig van GTP-hydrolyse, die wordt gekatalyseerd door een afzonderlijke verlengingsfactor.

Door de vorming van een peptidebinding te katalyseren, wordt de binding verwijderd die de groeiende polypeptideketen aan het tRNA van de P-plaats vasthoudt. De groeiende polypeptideketen wordt overgebracht naar het amino-uiteinde van het binnenkomende aminozuur en het tRNA van de A-plaats houdt tijdelijk de groeiende polypeptideketen vast, terwijl het tRNA van de P-plaats nu leeg of ongeladen is.

Het ribosoom beweegt drie nucleotiden door het mRNA. De tRNA's zijn basenparen met een codon op het mRNA, dus als het ribosoom over het mRNA beweegt, blijven de tRNA's op hun plaats terwijl het ribosoom beweegt en wordt elk tRNA naar de volgende tRNA-bindingsplaats verplaatst. De E-site beweegt over het voormalige tRNA van de P-site, nu leeg of ongeladen, de P-site beweegt over het voormalige tRNA van de A-site, dat nu de groeiende polypeptideketen draagt, en de A-site beweegt over een nieuw codon. In de E-plaats maakt het ongeladen tRNA los van zijn anticodon en wordt het uitgestoten. Een nieuw aminoacyl-tRNA met een anticodon dat complementair is aan het nieuwe codon van de A-plaats komt het ribosoom binnen op de A-plaats en het verlengingsproces herhaalt zich. De energie voor elke stap van het ribosoom wordt geschonken door een verlengingsfactor die GTP hydrolyseert.

Vertaalverlenging in eukaryoten.: Tijdens translatieverlenging komt het binnenkomende aminoacyl-tRNA de ribosoom A-plaats binnen, waar het bindt als het tRNA-anticodon complementair is aan het mRNA-codon van de A-plaats. De verlengingsfactor eEF1 helpt bij het laden van het aminoacyl-tRNA, waardoor het proces wordt aangedreven door de hydrolyse van GTP. De groeiende polypeptideketen is bevestigd aan het tRNA in de ribosoom P-site. Het peptidyltransferase van het ribosoom katalyseert de overdracht van de groeiende polypeptideketen van het tRNA van de P-plaats naar de aminogroep van het aminozuur van de A-plaats. Dit creëert een peptidebinding tussen het C-uiteinde van de groeiende polypeptideketen en het aminozuur van de A-plaats. Nadat de peptidebinding is gemaakt, wordt de groeiende polypeptideketen gehecht aan het tRNA van de A-plaats en is het tRNA in de P-plaats leeg. Het ribosoom verplaatst zich eenmaal codon op het mRNA. De rekfactor eEF2 helpt bij de translocatie en drijft het proces aan door de hydrolyse van GTP. Tijdens translocatie blijven de twee tRNA's basenparen met hun mRNA-codons, dus het ribosoom beweegt eroverheen, waardoor het lege tRNA op de E-plaats wordt geplaatst (waar het uit het ribosoom zal worden verdreven) en het tRNA met de groeiende polypeptideketen in de P-plaats . De A-site beweegt over een leeg codon en het proces herhaalt zich totdat een stopcodon is bereikt.

Vertaling beëindiging

Beëindiging van translatie vindt plaats wanneer het ribosoom over een stopcodon (UAA, UAG of UGA) beweegt. Er zijn geen tRNA's met anticodons die complementair zijn om codons te stoppen, dus er komen geen tRNA's op de A-site. In plaats daarvan komt in zowel prokaryoten als eukaryoten een eiwit dat een afgiftefactor wordt genoemd, de A-site binnen. De afgiftefactoren zorgen ervoor dat het ribosoompeptidyltransferase een watermolecuul toevoegt aan het carboxyluiteinde van het meest recent toegevoegde aminozuur in de groeiende polypeptideketen die aan het tRNA van de P-plaats is bevestigd. Hierdoor komt de polypeptideketen los van zijn tRNA en komt het nieuw gemaakte polypeptide vrij. De kleine en grote ribosomale subeenheden dissociëren van het mRNA en van elkaar worden ze bijna onmiddellijk gerekruteerd in een ander translatie-initiatiecomplex. Nadat veel ribosomen de translatie hebben voltooid, wordt het mRNA afgebroken, zodat de nucleotiden opnieuw kunnen worden gebruikt in een andere transcriptiereactie.

Modellering vertaling: Deze interactieve modelleert het proces van vertaling in eukaryoten.


De biosynthese en eigenschappen van eiwitten

Trevor Palmer BA, PhD, CBiol, FIBiol, FIBMS, FHEA, Philip L. Bonner BSc, PhD, in enzymen (tweede editie), 2011

3.1.4 Wijziging van de eiwitstructuur na translatie

Elke polypeptideketen die in bacteriën is gesynthetiseerd door translatie van de boodschap die door mRNA wordt gedragen, heeft N-formylmethionine als de N-terminus. De formylgroep komt niet voor in het uiteindelijke eiwit, maar wordt verwijderd door de werking van a deformylase. Het resulterende methionine-residu kan ook snel worden verwijderd door een aminopeptidase, evenals verschillende andere aminozuurresiduen nabij de N-terminus. Nog meer aanpassingen, b.v. de aanhechting van prosthetische groepen, kan plaatsvinden voordat de polypeptideketen zich vouwt om de juiste tertiaire structuur aan te nemen. Het is waarschijnlijk dat over het algemeen vergelijkbare processen plaatsvinden in alle organismen, inclusief eukaryote, hoewel de details kunnen verschillen.

Het stuk DNA dat de informatie voor de synthese van een enkel eiwit draagt, wordt a . genoemd gen dat voor de synthese van een enkele polypeptideketen a . kan worden genoemd cistron. Eukaryotische genen omvatten niet-vertaalde sequenties (intronen) afgewisseld met uitgedrukte sequenties (exonen), waarbij het RNA dat complementair is aan introns wordt weggegooid in de transcriptiefase, wanneer dat complementair aan de exons aan elkaar wordt gekoppeld (gesplitst). In eukaryote cellen wordt mRNA dus gevormd door het verwijderen van bepaalde secties van een langere streng, genaamd heteronucleair (hn) RNA. De ontdekking, door Richard Roberts en Phillip Sharp in 1977, dat eukaryote genen bestaan ​​uit introns en exons, werd uiteindelijk beloond met een Nobelprijs in 1993.

Men zou kunnen aannemen dat, als een eiwit uit meer dan één polypeptideketen bestaat, meer dan één cistron verantwoordelijk is voor de synthese ervan. Dit is echter niet noodzakelijk het geval, in het bijzonder wanneer de polypeptideketens allemaal identiek zijn. Zelfs als dat niet het geval is, is het mogelijk dat het eiwit oorspronkelijk als een enkele polypeptideketen kan worden gesynthetiseerd en vervolgens op een of meer plaatsen wordt gesplitst. Bijvoorbeeld het hormoon insuline wordt gesynthetiseerd als het inactieve polypeptide prepro-insuline, die wordt geconverteerd naar proinsuline door verwijdering van 24 N-terminale aminozuurresiduen, en vervolgens geactiveerd door verdere enzymatische splitsing. De laatste fase van het proces kan schematisch worden weergegeven zoals weergegeven in figuur 3.7.

Afb. 3.7 . Schematische weergave van de enzymatische splitsing van pro-insuline (splitsingspunten aangegeven door dikke pijlen). De A-keten van insuline is 21 residuen lang, de B-keten 30 residuen en het weggegooide peptide 30 residuen.

Sommige proteolytische enzymen, b.v. chymotrypsine en trypsine, kunnen op soortgelijke wijze worden gesynthetiseerd als inactieve polypeptiden, waarbij het actieve enzym wordt geproduceerd door splitsing van peptidebindingen (zie paragraaf 5.1.2).

Wanneer een eiwit na translatie naar een ander deel van de cel moet worden getransporteerd, wordt het geïdentificeerd naar het juiste transportsysteem door a signaal of leidervolgorde van overwegend hydrofobe aminozuurresten, die tijdens het transportproces op een bepaald punt worden verwijderd. Een dergelijke signaalsequentie is de sectie met 23 residu's van prepro-insuline waarnaar hierboven wordt verwezen (met uitzondering van de N-terminale methionineresidu). Prepro-insuline wordt gesynthetiseerd als een niet-gebrugd polypeptide op een ribosoom bevestigd aan a docking eiwit op het oppervlak van het endoplasmatisch reticulum (zie Fig. 14.3) in -cellen van de pancreas, en als het door een eiwitporie (een zogenaamde translocon) in het lumen van het endoplasmatisch reticulum voor transport, wordt het signaalpeptide verwijderd door een membraangebonden peptidase. Het aldus gecreëerde pro-insulinemolecuul vouwt zich vervolgens op, waardoor de verknopende disulfidebruggen kunnen worden gevormd.


Prokaryotische transcriptie

Initiatie van transcriptie in prokaryoten

Prokaryoten hebben geen membraanomhulde kernen. Daarom kunnen de processen van transcriptie, translatie en mRNA-afbraak allemaal tegelijkertijd plaatsvinden. Het intracellulaire niveau van een bacterieel eiwit kan snel worden geamplificeerd door meerdere transcriptie- en translatiegebeurtenissen die gelijktijdig plaatsvinden op dezelfde DNA-template. Prokaryote transcriptie omvat vaak meer dan één gen en produceert polycistronische mRNA's die meer dan één eiwit specificeren.

Onze bespreking hier zal transcriptie illustreren door dit proces te beschrijven in Escherichia coli, een goed bestudeerde bacteriesoort. Hoewel er enkele verschillen bestaan ​​tussen transcriptie in E coli en transcriptie in archaea, een begrip van E coli transcriptie kan worden toegepast op vrijwel alle bacteriesoorten.

Prokaryote RNA-polymerase

Prokaryoten gebruiken hetzelfde RNA-polymerase om al hun genen te transcriberen. In E coli, is het polymerase samengesteld uit vijf polypeptidesubeenheden, waarvan er twee identiek zijn. Vier van deze subeenheden, aangeduid als α, α, β, en β′ omvatten de polymerase kern enzym. Deze subeenheden assembleren elke keer dat een gen wordt getranscribeerd, en ze vallen uiteen zodra de transcriptie is voltooid. Elke subeenheid heeft een unieke rol de twee α-subeenheden zijn nodig om het polymerase op het DNA te assembleren β-subeenheid bindt aan het ribonucleosidetrifosfaat dat deel zal gaan uitmaken van het ontluikende "recent geboren" mRNA-molecuul en de β′ bindt de DNA-matrijsstreng. De vijfde subeenheid, σ, is alleen betrokken bij transcriptie-initiatie. Het verleent transcriptionele specificiteit zodat het polymerase mRNA begint te synthetiseren vanaf een geschikte initiatieplaats. Zonder σ, zou het kernenzym van willekeurige plaatsen transcriberen en mRNA-moleculen produceren die eiwitbrabbel specificeren. Het polymerase dat uit alle vijf subeenheden bestaat, wordt de genoemd holo-enzym (een holo-enzym is een biochemisch actieve verbinding die bestaat uit een enzym en zijn co-enzym).

Prokaryotische promotors

Figuur 1. De σ-subeenheid van prokaryotische RNA-polymerase herkent consensussequenties die worden gevonden in het promotorgebied stroomopwaarts van het begin van de transcriptie. De σ-subeenheid dissocieert van het polymerase nadat transcriptie is gestart.

EEN promotor is een DNA-sequentie waarop de transcriptiemachine zich bindt en transcriptie initieert. In de meeste gevallen bevinden promotors zich stroomopwaarts van de genen die ze reguleren. De specifieke sequentie van een promotor is erg belangrijk omdat het bepaalt of het overeenkomstige gen altijd, een deel van de tijd of niet vaak wordt getranscribeerd. Hoewel promotors variëren tussen prokaryotische genomen, zijn een paar elementen geconserveerd. Op de -10 en -35 regio's stroomopwaarts van de initiatieplaats zijn er twee promotor overeenstemming sequenties of regio's die vergelijkbaar zijn over alle promotors en over verschillende bacteriesoorten (Figuur 1).

De -10-consensussequentie, het -10-gebied genoemd, is TATAAT. De -35 sequentie, TTGACA, wordt herkend en gebonden door σ. Zodra deze interactie is gemaakt, binden de subeenheden van het kernenzym zich aan de plaats. Het A–T-rijke -10-gebied vergemakkelijkt het afwikkelen van de DNA-matrijs en er worden verschillende fosfodiesterbindingen gemaakt. De transcriptie-initiatiefase eindigt met de productie van mislukte transcripten, dit zijn polymeren van ongeveer 10 nucleotiden die worden gemaakt en vrijgegeven.

Verlenging en beëindiging bij prokaryoten

De transcriptie-verlengingsfase begint met de afgifte van de σ subeenheid van het polymerase. de dissociatie van σ laat het kernenzym toe om langs de DNA-matrijs te gaan en mRNA te synthetiseren in de 5'- naar 3'-richting met een snelheid van ongeveer 40 nucleotiden per seconde. Naarmate de verlenging vordert, wordt het DNA continu vóór het kernenzym afgewikkeld en erachter teruggewikkeld (Figuur 2). De basenparing tussen DNA en RNA is niet stabiel genoeg om de stabiliteit van de mRNA-synthesecomponenten te handhaven. In plaats daarvan werkt het RNA-polymerase als een stabiele linker tussen de DNA-matrijs en de ontluikende RNA-strengen om ervoor te zorgen dat de verlenging niet voortijdig wordt onderbroken.

Figuur 2. Klik voor een grotere afbeelding. Tijdens verlenging volgt de prokaryotische RNA-polymerase langs de DNA-matrijs, synthetiseert mRNA in de 5'- naar 3'-richting en wikkelt en spoelt het DNA terug terwijl het wordt gelezen.

Prokaryotische beëindigingssignalen

Zodra een gen is getranscribeerd, moet de prokaryotische polymerase worden geïnstrueerd om te dissociëren van de DNA-matrijs en het nieuw gemaakte mRNA vrij te maken. Afhankelijk van het gen dat wordt getranscribeerd, zijn er twee soorten terminatiesignalen. De ene is gebaseerd op eiwitten en de andere is op RNA gebaseerd. Rho-afhankelijke beëindiging wordt gecontroleerd door het rho-eiwit, dat achter het polymerase aan de groeiende mRNA-keten volgt. Tegen het einde van het gen komt het polymerase een reeks G-nucleotiden tegen op de DNA-matrijs en stopt het. Hierdoor botst het rho-eiwit met het polymerase. De interactie met rho maakt het mRNA vrij uit de transcriptiebel.

Rho-onafhankelijke beëindiging wordt gecontroleerd door specifieke sequenties in de DNA-matrijsstreng. Naarmate het polymerase het einde nadert van het gen dat wordt getranscribeerd, komt het een gebied tegen dat rijk is aan C-G-nucleotiden. Het mRNA vouwt zichzelf terug en de complementaire C-G-nucleotiden binden aan elkaar. Het resultaat is een stabiele haarspeld dat ervoor zorgt dat het polymerase stopt zodra het een gebied begint te transcriberen dat rijk is aan A-T-nucleotiden. Het complementaire U-A-gebied van het mRNA-transcript vormt slechts een zwakke interactie met het matrijs-DNA. Dit, in combinatie met het vastgelopen polymerase, veroorzaakt genoeg instabiliteit voor het kernenzym om te breken en het nieuwe mRNA-transcript vrij te maken.

Na beëindiging is het transcriptieproces voltooid. Tegen de tijd dat de beëindiging plaatsvindt, zou het prokaryotische transcript al zijn gebruikt om de synthese van talrijke kopieën van het gecodeerde eiwit te beginnen, omdat deze processen gelijktijdig kunnen plaatsvinden. De unificatie van transcriptie, translatie en zelfs mRNA-degradatie is mogelijk omdat al deze processen in dezelfde 5'- tot 3'-richting plaatsvinden en omdat er geen vliezige compartimentering is in de prokaryotische cel (Figuur 3). Daarentegen sluit de aanwezigheid van een kern in eukaryote cellen gelijktijdige transcriptie en translatie uit.

Figuur 3. Meerdere polymerasen kunnen een enkel bacterieel gen transcriberen, terwijl talrijke ribosomen gelijktijdig de mRNA-transcripten vertalen in polypeptiden. Op deze manier kan een specifiek eiwit snel een hoge concentratie in de bacteriecel bereiken.

Bezoek deze BioStudio-animatie om het proces van prokaryotische transcriptie te zien.

Oefenvragen

Welke subeenheid van de E coli polymerase geeft specificiteit aan transcriptie?

De -10 en -35 regio's van prokaryotische promoters worden consensussequenties genoemd omdat ________.

  1. ze zijn identiek in alle bacteriesoorten
  2. ze zijn vergelijkbaar in alle bacteriesoorten
  3. ze bestaan ​​in alle organismen
  4. ze hebben dezelfde functie in alle organismen

Link naar leren

Klik door de stappen van deze interactieve PBS om de eiwitsynthese in actie te zien.

Ribosomen

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. Een ribosoom is een complex macromolecuul dat is samengesteld uit structurele en katalytische rRNA's en veel verschillende polypeptiden. Bij eukaryoten is de nucleolus volledig gespecialiseerd in de synthese en assemblage van rRNA's.

Ribosomen komen voor in het cytoplasma van prokaryoten en in het cytoplasma en ruw endoplasmatisch reticulum van eukaryoten. Mitochondriën en chloroplasten hebben ook hun eigen ribosomen in de matrix en stroma, die meer lijken op prokaryotische ribosomen (en vergelijkbare geneesmiddelgevoeligheden 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. In E. coli wordt de kleine subeenheid beschreven als 30S en de grote subeenheid is 50S, voor een totaal van 70S (denk eraan dat Svedberg-eenheden niet additief zijn). Zoogdierribosomen hebben een kleine 40S-subeenheid en een grote 60S-subeenheid, voor een totaal van 80S. 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 5'8242 tot 3'8242 en het polypeptide synthetiseren van het N-uiteinde naar het C-uiteinde. De volledige mRNA/poly-ribosoomstructuur wordt een polysoom genoemd.

TRNA's

De tRNA's zijn structurele RNA-moleculen die werden getranscribeerd van genen door RNA-polymerase III. Afhankelijk van de soort bestaan ​​er 40 tot 60 soorten tRNA's in het cytoplasma. Transfer-RNA's dienen als adaptermoleculen. Elk tRNA draagt ​​een specifiek aminozuur en herkent een of meer van de mRNA-codons die de volgorde van aminozuren in een eiwit bepalen. Aminoacyl-tRNA's binden aan het ribosoom 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 - specificeren er drie 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 of meer van de mRNA-codons voor zijn aminozuur. Als de sequentie CUA bijvoorbeeld voorkomt op een mRNA-template in het juiste leeskader, zou het een leucine-tRNA binden dat de complementaire sequentie, GAU, tot expressie brengt. Het vermogen van sommige tRNA's om met meer dan één codon te matchen, is wat de genetische code zijn blokkerige structuur geeft.

Als de adaptermoleculen van translatie is het verrassend dat tRNA's zoveel specificiteit in zo'n klein pakket kunnen passen. Bedenk dat tRNA's moeten interageren met drie factoren: 1) ze moeten worden herkend door de juiste aminoacylsynthetase (zie hieronder) 2) ze moeten worden herkend door ribosomen en 3) ze moeten binden aan de juiste sequentie in mRNA.

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 van een groep enzymen die aminoacyl-tRNA-synthetasen worden genoemd. 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. De term '8220opladen' is toepasselijk, omdat de hoogenergetische binding die een aminozuur aan zijn tRNA hecht later wordt gebruikt om de vorming van de peptidebinding aan te sturen. Elk tRNA is genoemd naar zijn aminozuur.


Eiwittargeting, vouwen en modificatie

Tijdens en na translatie moeten polypeptiden mogelijk worden gemodificeerd voordat ze biologisch actief zijn. Post-translationele wijzigingen zijn onder meer:

  1. verwijdering van vertaalde signaalsequenties - korte staarten van aminozuren die helpen bij het sturen van een eiwit naar een specifiek cellulair compartiment
  2. juiste '8220vouwing' van het polypeptide en associatie van meerdere polypeptide-subeenheden, vaak gefaciliteerd door chaperonne-eiwitten, in een duidelijke driedimensionale structuur
  3. proteolytische verwerking van een inactief polypeptide om een ​​actieve eiwitcomponent vrij te maken, en
  4. verschillende chemische modificaties (bijvoorbeeld fosforylering, methylering of glycosylering) van individuele aminozuren.

Denk er over na

  • Wat zijn de componenten van het initiatiecomplex voor translatie in prokaryoten?
  • Wat zijn twee verschillen tussen de initiatie van prokaryotische en eukaryote translatie?
  • Wat gebeurt er op elk van de drie actieve plaatsen van het ribosoom?
  • Wat veroorzaakt beëindiging van de vertaling?

Sleutelbegrippen en samenvatting

  • In vertaling, worden polypeptiden gesynthetiseerd met behulp van mRNA-sequenties en cellulaire machines, waaronder tRNA's die overeenkomen met mRNA codons to specific amino acids and ribosomes composed of RNA and proteins that catalyze the reaction.
  • De genetische code is degenerate in that several mRNA codons code for the same amino acids. The genetic code is almost universal among living organisms.
  • Prokaryotic (70S) and cytoplasmic eukaryotic (80S) ribosomes are each composed of a large subunit and a small subunit of differing sizes between the two groups. Each subunit is composed of rRNA and protein. Organelle ribosomes in eukaryotic cells resemble prokaryotic ribosomes.
  • Some 60 to 90 species of tRNA exist in bacteria. Each tRNA has a three-nucleotide anticodon as well as a binding site for a cognate amino acid. All tRNAs with a specific anticodon will carry the same amino acid.
  • initiatie of translation occurs when the small ribosomal subunit binds with initiation factors and an initiator tRNA at the start codon of an mRNA, followed by the binding to the initiation complex of the large ribosomal subunit.
  • In prokaryotic cells, the start codon codes for N-formyl-methionine carried by a special initiator tRNA. In eukaryotic cells, the start codon codes for methionine carried by a special initiator tRNA. In addition, whereas ribosomal binding of the mRNA in prokaryotes is facilitated by the Shine-Dalgarno sequence within the mRNA, eukaryotic ribosomes bind to the 5′ cap of the mRNA.
  • Tijdens de verlenging stage of translation, a charged tRNA binds to mRNA in the Een site of the ribosome a peptide bond is catalyzed between the two adjacent amino acids, breaking the bond between the first amino acid and its tRNA the ribosome moves one codon along the mRNA and the first tRNA is moved from the P site of the ribosome to the E-site and leaves the ribosomal complex.
  • Beëindiging of translation occurs when the ribosome encounters a stop codon, which does not code for a tRNA. Release factors cause the polypeptide to be released, and the ribosomal complex dissociates.
  • In prokaryotes, transcription and translation may be coupled, with translation of an mRNA molecule beginning as soon as transcription allows enough mRNA exposure for the binding of a ribosome, prior to transcription termination. Transcription and translation are not coupled in eukaryotes because transcription occurs in the nucleus, whereas translation occurs in the cytoplasm or in association with the rough endoplasmic reticulum.
  • Polypeptides often require one or more post-translational modifications to become biologically active.

Meerkeuze

Which of the following is the name of the three-base sequence in the mRNA that binds to a tRNA molecule?

Which component is the last to join the initiation complex during the initiation of translation?

  1. the mRNA molecule
  2. the small ribosomal subunit
  3. the large ribosomal subunit
  4. the initiator tRNA

During elongation in translation, to which ribosomal site does an incoming charged tRNA molecule bind?

Which of the following is the amino acid that appears at the N-terminus of all newly translated prokaryotic and eukaryotic polypeptides?

When the ribosome reaches a nonsense codon, which of the following occurs?

  1. a methionine is incorporated
  2. the polypeptide is released
  3. a peptide bond forms
  4. the A site binds to a charged tRNA

Vul de blanco in

The third position within a codon, in which changes often result in the incorporation of the same amino acid into the growing polypeptide, is called the ________.

The enzyme that adds an amino acid to a tRNA molecule is called ________.


Bekijk de video: Wat is een ogenblikkelijke verandering? (December 2021).