2 Belangrijke stappen betrokken bij het mechanisme van eiwitsynthese: transcriptie en vertaling

Belangrijke stappen betrokken bij het mechanisme van Proteïnesynthese zijn 1. Transcriptie en 2. Vertaling!

Biosynthese van eiwitten staat in de meeste gevallen onder directe controle van DNA of staat onder controle van genetisch RNA waar DNA afwezig is.

Informatie voor de structuur van een polypeptide wordt opgeslagen in een polynucleotideketen. In 1958 stelde Crick voor dat de informatie die aanwezig is in DNA (in de vorm van basensequentie) wordt overgebracht naar RNA en vervolgens van RNA wordt overgebracht naar eiwit (in de vorm van aminozuursequentie), en dat deze informatie niet in de vorm van omgekeerde richting, dat wil zeggen van eiwit naar RNA naar DNA.

DNA-moleculen verschaffen de informatie voor hun eigen replicatie. Deze relatie tussen DNA-, RNA- en eiwitmoleculen staat bekend als centraal dogma. Temin (1970) rapporteerde dat retrovirussen een centraal dogma-omgekeerde (inverse informatiestroom) of feminisme binnen gastheercellen hebben.

Genomisch RNA van deze virussen synthetiseert eerst DNA door reverse transcriptie; dit proces wordt gekatalyseerd door het enzym reverse transcriptase, DNA draagt ​​vervolgens informatie over aan boodschapper-RNA dat deelneemt aan de translatie van de gecodeerde informatie om polypeptide te vormen.

Mechanisme van eiwitsynthese:

(i) Twee belangrijke stappen zijn betrokken bij eiwitsynthese; (i) transcriptie, waarbij overdracht van genetische informatie van DNA naar mRNA is betrokken, en (ii) translatie, waarbij vertaling van de taal van nucleïnezuur in die van eiwitten is betrokken.

I. Transcriptie:

De overdracht van genetische informatie van DNA naar mRNA is bekend als transcriptie. Een enkel RNA-polymerase onderneemt synthese van alle RNA's (inclusief mRNA, rRNA en tRNA) in bacteriën. Eukaryoten, aan de andere kant, bevatten ten minste drie verschillende RNA-polymerasen.

Een van deze bevindt zich in de nucleolus en wordt aangeduid als RNA-polymerase I of 'A' en is verantwoordelijk voor rRNA-synthese. Het tweede eukaryote RNA-polymerase wordt gevonden in het nucleoplasma, wordt aangeduid als RNA-polymerase II of 'B' en is verantwoordelijk voor de synthese van mRNA-precursors die heterogeen nucleair RNA (HnRNA) worden genoemd.

Het derde eukaryote RNA-polymerase wordt ook gevonden in het nucleoplasma en wordt RNA-polymerase III of 'C' genoemd, dat verantwoordelijk is voor de synthese van 5S-RNA en tRNA. Eukaryoten bevatten ook andere RNA-polymerasen in mitochondriën en plastiden.

Bacterieel RNA-polymerase bestaat uit vier verschillende polypeptideketens: kernenzym x (twee ketens van ∞ en een enkele keten van β 'en β) en sigmafactor (a)

1. Transcriptie van mRNA uit DNA:

In aanwezigheid van DNA-afhankelijk RNA-polymerase-enzym wordt het genetische bericht gecodeerd in DNA getranscribeerd in mRNA. De twee strengen van het specifieke DNA-molecuul ontrollen en een van deze twee strengen werkt als een matrijs (deze streng wordt de antisense streng genoemd), waaruit de exacte sequentie van nucleotiden wordt getranscribeerd in mRNA-molecuul. Dientengevolge is de basensequentie van het mRNA-molecuul complementair aan die van de antisense-streng die diende als templaat. Net als de DNA-synthese verloopt de RNA-synthese ook van de 5 'naar de 3'-richting (5' - »3 ').

(a) Transcriptie in prokaryoten:

In bacteriën katalyse alleen enkele RNA-polymerase de synthese van verschillende soorten RNA's. RNA-polymerase bestaat uit vier polypeptideketens (ββ'α 2 ) die het kernenzym vormen en een sigmafactor (σ), die losjes aan het kernenzym is gebonden. De sigmafactor helpt bij het herkennen van startsignalen op DNA-moleculen en stuurt RNA-polymerase bij het selecteren van de initiatieplaats. In de afwezigheid van σ, start het kernenzym op een willekeurige manier RNA-synthese.

Wanneer RNA-synthese eenmaal is geïnitieerd, veroorzaakt een dissocieert en kernenzym verlenging van mRNAA.

Het mechanisme van transcriptie in prokaryoten omvat dus de volgende stappen:

1. Binding van RNA-polymeraseholoenzym aan een promotorplaats. Een groot aantal van deze sites, meestal vóór het startpunt (dwz stroomopwaarts), maar zelden ook na het startpunt (dwz stroomafwaarts), zijn geïdentificeerd.

2. Afwikkeling van DNA, wat leidt tot scheiding van twee strengen waarvan er slechts één wordt getranscribeerd.

3. Dissociatie van de sigmafactor (a).

4. Verlenging van mRNA-transcript met behulp van kernenzym.

5. Beëindiging van mRNA-synthese wordt teweeggebracht door terminatiecodon op DNA. In bacteriën wordt dit eindsignaal herkend door de factor rho (P).

(b) Transcriptie van mRNA in eukaryoten:

In eukaryoten zijn er ten minste twee soorten RNA-polymerasen. RNA-polymerase-A is verantwoordelijk voor rRNA-synthese. RNA-polymerase-B brengt de synthese van Hn-RNA tot stand (heterogeen nucleair RNA, uit DNA) Een sequentie van ongeveer 200 nucleotiden van adenylzuur-poly A (poly-adenylzuur) wordt gehecht aan het 3'-uiteinde van Hn-RNA. Tegelijkertijd desintegreert Hn-RNA aan het 5'-uiteinde. Het eindproduct staat bekend als poly-A-mRNA.

Het diffundeert uit de kern in het cytoplasma, waar het wordt gebruikt voor eiwitsynthese (het beide uiteinden dragen specifieke nucleotidensequentie Het 5'-uiteinde van het mRNA-molecuul bezit 7-methylguanosine, terwijl het 3'-uiteinde eindigt in poly-A-sequentie. De nucleotidensequentie aan de twee uiteinden van alle mRNA-moleculen is hetzelfde, daarom wordt beweerd dat mRNA-moleculen gemarkeerde uiteinden hebben.

Vorming van Aminoacyl-tRNA:

Studies door Lipmann en collega's gedurende de jaren 1950 toonden aan dat aminozuren hechten aan de tRNA-moleculen: deze bijlage heeft de volgende twee stappen:

1. De eerste stap bestaat uit de activering van aminozuren; een aminozuurmolecuul reageert met een ATP (adenosine trifosfaat) molecuul om een ​​aminoacyl-AMP (amino-acyl adenylaat) molecuul en een molecuul van pryofosfaat (PP) op te leveren.

2. In de tweede stap wordt het aminozuur van het aminoacyl-AMP-molecuul overgebracht naar een specifiek tRNA-molecuul en wordt het AMP (adenosine monofosfaat) molecuul vrijgegeven.

Beide reacties worden gekatalyseerd door hetzelfde enzym, aminoacyl-tRNA-synthetase. Het aminozuur-AMP-complex is tijdens de gehele reactie stevig aan het enzym gebonden. De carboxylgroep van het aminozuur reageert met de -OH-groep van het fosfaatresidu van AMP om aminoacyl-adenylaten te vormen, terwijl het hecht aan één van de -OH-groepen van de ribose van het terminale adenine-nucleotide om aminoacyl-tRNA te produceren.

Elk aminozuur heeft zijn eigen specifieke aminoacyl-tRNA-synthetase en sommige aminozuren kunnen meer dan één activerend enzym bevatten.

II. Vertaling:

De translatiestap omvat de vertaling van de taal van nucleïnezuren (beschikbaar in de vorm van mRNA) in de taal van eiwitten.

Het vertaalproces kan worden onderverdeeld in de volgende onderscheiden stappen:

(1) initiatie

(2) verlenging en

(3) beëindiging.

1. Start van de polypeptideketen:

De initiatie van de polypeptideketen wordt altijd tot stand gebracht door het aminozuur methionine, dat wordt gecodeerd door het codon AUG. In E.coli ontvangen twee verschillende tRNA methionine- (i) tRNA m met (niet-formyleerbaar tRNA) en (ii) tRNA f voldaan (formyleerbaar tRNA). tRNA f mot stortingen geformyleerde methionine als het eerste aminozuur van de polypeptideketen en initieert aldus de vorming van een polypeptideketen. tRNA m ontmoette methionine op de intercalaire positie in de polypeptideketen.

Het betekent dat elk bericht begint met het codon AUG.

(i) initiatie van polypeptideketen in prokaryoten:

In prokaryoten wordt initiatie tot stand gebracht door geformyleerde methionine.

In E. coli wordt geformyleerd methionine opgepikt door een ander tRNA dat wordt aangeduid door tRNA f gemteld (formyleerbaar tRNA). Methionine op de intercalaire positie in de polypeptideketen wordt afgezet door een ander tRNA-tRNA voldaan (niet-formereerbaar tRNA).

De geformuleerde methionine hecht zich aan het tRNA f ontmoette f-met-tRNA f ontmoette . De kleine subeenheid van ribosoom (30S) hecht aan het 5'-uiteinde van mRNA dat het AUG-codon draagt ​​om een ​​initiatiecomplex (30S-mRNA) te vormen. Dit wordt vergemakkelijkt door een initiatieproteïnefactor 1F3 f-met-tRNA f met hechtingen aan het initiatiecomplex dat 30S-mRNA-f-met-tRNA f ontmoette ; startfactor 1F 2 is essentieel voor deze stap. Dit combineert met de grote subeenheid (50S) die de vorming van 70S-ribosomen voltooit. Deze associatie maakt gebruik van energie als gevolg van splitsing van één GTP-molecuul.

2. Verlenging van polypeptideketen:

Na de vorming van 70S-mRNAf-met-tRNA f- complex, vindt de verlenging van de polypeptideketen plaats door de regelmatige toevoeging van aminozuren in de volgende stappen:

(i) Binding van AA-tRNA op site-A van grotere subeenheid van ribosoom:

Hoogstwaarschijnlijk is het aminoacyl-tRNA-complex (AA-tRNA / - Met-tRNA t- ontmoeting bevestigd aan de acceptorplaats op de grotere subeenheid van ribosoom (A-plaats) en is de tRNA-dragende peptideketen verbonden aan zijn peptidyl- of donorplaats (P - plaats) Dit proces omvat een molecuul GTP dat noodzakelijke energie verschaft.Het tweede aminoacyl-tRNA hecht aan de A-plaats en bindt aan het tweede codon GCU op mRNA A-plaats voor bevestiging van tRNA.

(ii) Vorming van peptidebinding:

Een peptidebinding wordt gevormd tussen de COOH-groep van peptidyl-tRNA op plaats-P en de -NH2-groep van aminoacyl-tRNA van plaats-A. Na de vorming van de peptidebinding wordt het tRNA uit de P-plaats vrijgemaakt en de polypeptideketen wordt overgebracht naar tRNA dat aanwezig is op de A-plaats.

(iii) Beweging van peptidyl-tRNA van A-site naar P-site:

Zodra het tRNA uit de P-plaats wordt vrijgegeven, verschuift het peptidyl-tRNA van de A-plaats terug naar plaats-P. Het proces wordt voltooid met behulp van een molecuul GTP en transferfactor of enzym-translocase.

Tijdens dit proces verschuift ribosoom langs mRNA in 5-3 'richting, zodat het volgende codon op mRNA beschikbaar is op de A-locatie. Dit vereist G-factor en GTP.

Naarmate één ribosoom langs de lengte van mRNA beweegt, wordt het initiatiepunt op mRNA vrij. Het kan een initiatiecomplex vormen met een 30S-subeenheid van een ander ribosoom. Op deze manier raken een aantal ribosomen gehecht aan een enkel mRNA-molecuul. Dit complex staat bekend als het polyribosoom-complex.

Tijdens het proces van eiwitsynthese kon een aantal ribosomen worden bevestigd aan een enkelvoudig mRNA-molecuul in één keer, elk met een polypeptideketen onder vorming, waarbij de grootte van polypeptideketens op verschillende ribosomen verschillend was.

Er is nog een andere initiatiefactor IF1; dat is de kleinste van de drie initiatiefactoren (IF1 - 9500 dalton, IF2 - 73.000 dalton; IF3 = 23.000 dalton) en wiens rol niet duidelijk wordt begrepen. Het zou kunnen gaan om hulp bij de vrijlating van IF2 uit het initiatiecomplex.

(iv) initiatie van polypeptideketen in eukaryoten:

In eukaryoten wordt de initiatie van de polypeptideketen door een speciaal met-tRNA tot stand gebracht, maar het methionine wordt niet geformyleerd (omdat tRNA fmet afwezig is in planten en het enzym transformylcise afwezig is in dieren). In eukaryoten associeert een kleinere eenheid (40 S) van ribosoom met het initiator-tRNA dat bekend staat als tRNAy f met .

40S + Met-tRNA ontmoette ik 40S-Met-tRNA die ik heb ontmoet

40S - Met-tRNA + mRNA -> 40S-mRNA-met-tRNA voldaan

40S - mRNA-met-tRNA ik ontmoette + 60S -> 80S-mRNA-met-tRNA dat ik ontmoette

In eukaryoten zijn er ten minste tien verschillende initiatiefactoren. Dit zijn elF1, eIF2, eIF3, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F, eIF5 en eIF6. eIF3 en eIF2 zijn analoog aan IF2 en IF3 van prokaryoten.

3. Beëindiging van polypeptide:

Het wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van elk van de drie terminatiecodons, namelijk UAA, UAG en UGA. Deze terminatiecodons worden herkend door een van de twee afgiftefactoren RF1 en RF2 in E. coli. Van deze afgiftefactoren herkent RF1 UAA en UAG, terwijl RF2 UGA en UAA herkent. Ze helpen het ribosoom deze drieling te herkennen.

De afgiftefactoren lijken te werken op A 'omdat suppressor-tRNA dat in staat is om terminatiecodons te herkennen, kan concurreren met vrijgavefactoren door binnen te gaan op A' -plaats. Een derde afgiftefactor RF3 lijkt de actie van RF1 en RF2 te stimuleren.

Voor de afgiftereactie moet het polypeptidyl-tRNA op de 'P'-plaats aanwezig zijn en de afgiftefactoren helpen bij het splitsen van de carboxylgroep tussen het polypeptide en het laatste tRNA dat deze keten draagt. Polypeptide wordt aldus vrijgemaakt en het ribosoom dissocieert in twee subeenheden met behulp van IF-3.

In eukaryote is slechts één afgiftefactor bekend, ie eRF1.

4. Modificatie van vrijgemaakte polypeptideketen:

De formylgroep van het eerste aminozuur, methionine, van de vrijgemaakte polypeptideketen wordt verwijderd door het enzym deformylase. Sommige andere enzymen zoals expeptidasen verwijderen enkele van de aminozuren ofwel van het N-terminale uiteinde of het C-terminale uiteinde of van beide uiteinden van de polypeptideketen. Uiteindelijk wordt deze polypeptideketen alleen of samen met andere ketens opgevouwen om de tertiaire of quaternaire structuur aan te nemen en verandert deze in functioneel enzym.