oppimistavoitteet

päätavoite

  • selitä prosessi, jolla solu rakentaa proteiineja DNA-koodin avulla

tämän osion loppuun mennessä:

  • selitä, miten geneettinen koodi DNA: ssa määrittää muodostuneet proteiinit
  • kuvaa transkriptioprosessia
  • selittää translaatioprosessia
  • keskustelee ribosomien toiminnasta

aiemmin mainittiin, että DNA tarjoaa ”suunnitelman” solun rakenteelle ja fysiologialle. Tämä viittaa siihen, että DNA sisältää tietoa, jota solu tarvitsee rakentaakseen yhden hyvin tärkeän molekyylityypin: proteiinin. Useimmat solun rakenneosat koostuvat ainakin osittain proteiineista,ja käytännössä kaikki solun suorittamat toiminnot suoritetaan proteiinien avulla. Yksi tärkeimmistä proteiiniluokista on entsyymit, jotka auttavat nopeuttamaan tarvittavia biokemiallisia reaktioita, jotka tapahtuvat solun sisällä. Jotkut näistä kriittisistä biokemiallisista reaktioista ovat suurempien molekyylien rakentaminen pienemmistä komponenteista (kuten mitä tapahtuu DNA: n replikaation tai mikrotubulusten synteesin aikana) ja suurempien molekyylien pilkkominen pienemmiksi komponenteiksi (kuten kerättäessä kemiallista energiaa ravinnemolekyyleistä). Oli soluprosessi mikä tahansa, siihen liittyy lähes varmasti proteiineja. Aivan kuten solun perimä kuvaa sen täydellistä DNA: n täydennystä, solun proteomi on sen täydellinen valkuaisaineiden täydennys. Proteiinisynteesi alkaa geeneistä. Geeni on DNA: n funktionaalinen segmentti, joka tarjoaa proteiinin rakentamiseen tarvittavan geneettisen informaation. Jokainen tietty geeni antaa koodin, joka tarvitaan tietyn proteiinin rakentamiseen. Geeniekspressio, joka muuntaa geenin koodaaman informaation lopulliseksi geenituotteeksi, Viime kädessä määrää solun rakenteen ja toiminnan määrittämällä, mitkä proteiinit on valmistettu.

geenien tulkinta toimii seuraavalla tavalla. Muista, että proteiinit ovat polymeerejä eli ketjuja monista aminohappojen rakennusaineista. Emästen sekvenssi geenissä (eli sen sekvenssi A, T, C, G-nukleotideja) muuttuu aminohapposekvenssiksi. Tripletti on peräkkäin kolmen DNA-emäksen sektio, joka koodaa tiettyä aminohappoa. Esimerkiksi DNA: n tripletti CAC (sytosiini, adeniini ja sytosiini) määrittää aminohappo valiinin. Siksi geeni, joka koostuu useista kolmosista ainutlaatuisessa järjestyksessä, antaa koodin rakentaa kokonainen proteiini, jossa on useita aminohappoja oikeassa järjestyksessä (Kuva 3.4.1). Mekanismi, jolla solut muuttavat DNA-koodin proteiinituotteeksi, on kaksivaiheinen prosessi, jossa välituotteena on RNA-molekyyli.

tämä kaavio näyttää RNA: n muuttumisen proteiineiksi. DNA-templaattijuosteen on osoitettu muuttuvan transkription kautta RNA-juosteeksi. Sitten RNA-juoste transloituu ja muuttuu proteiineiksi.
Kuva 3.4.1 – geneettinen koodi: DNA: ssa on kaikki geneettinen informaatio, joka tarvitaan solun proteiinien rakentamiseen. Geenin nukleotidisekvenssi muuntuu lopulta geenin vastaavan proteiinin aminohapposekvenssiksi.

DNA: sta RNA: lle: transkriptio

DNA sijaitsee tumassa, ja proteiinisynteesi tapahtuu sytoplasmassa, joten täytyy olla jonkinlainen välittäjäaine, joka lähtee tumasta ja hoitaa proteiinisynteesiä. Tämä välilähetti on lähetti-RNA (mRNA), (kuva 3.29), Yksisäikeinen nukleiinihappo, joka kuljettaa kopion yhden geenin geneettisestä koodista ulos tumasta ja sytoplasmaan, jossa sitä käytetään proteiinien tuottamiseen.

RNA: ta on useita eri tyyppejä, joista jokaisella on solussa eri tehtävät. RNA: n rakenne muistuttaa DNA: ta muutamaa pientä poikkeusta lukuun ottamatta. Ensinnäkin DNA: sta poiketen useimmat RNA-lajit, mRNA mukaan luettuna, ovat yksijuosteisia eivätkä sisällä toisiaan täydentäviä juosteita. Toiseksi RNA: n riboosisokeri sisältää DNA: han verrattuna ylimääräisen happiatomin. Lopuksi RNA sisältää emästymiinin sijaan emästymasiilin. Tämä tarkoittaa, että adeniini aina pari uracil aikana proteiinisynteesiä prosessi.

geenin ilmentyminen alkaa transkriptioksi kutsutulla prosessilla, joka on kiinnostavan geenin täydentävän mRNA: n juosteen synteesi. Tätä prosessia kutsutaan transkriptioksi, koska mRNA on kuin transkriptio eli kopio geenin DNA-koodista. Transkriptio alkaa tavalla, joka muistuttaa hieman DNA: n replikaatiota, sillä osa DNA: sta purkautuu ja kaksi juostetta erkanevat toisistaan, mutta vain se pieni osa DNA: sta jakautuu. DNA-molekyylin tämän osan geenin sisällä olevia kolmosia käytetään mallina RNA: n komplementaarisen juosteen litteroimiseksi (Kuva 3.4.2). Kodoni on mRNA: n kolmen emäksen sekvenssi, ns.koska ne koodaavat aminohappoja suoraan. Transkriptiossa on DNA: n replikaation tavoin kolme vaihetta: initiaatio, venymä ja terminaatio.

tässä kaaviossa RNA-polymeraasin näytetään transkriboivan DNA-templaattijuostetta vastaavaksi RNA-transkriptioksi.
Kuva 3.4.2 – transkriptio: DNA: sta mRNA: DNA-molekyylissä oleva geeni transkriboidaan täydentäväksi mRNA-molekyyliksi.

ensimmäisessä DNA-proteiinin valmistusvaiheessa DNA-molekyylissä oleva geeni transkriboidaan täydentäväksi mRNA-molekyyliksi.

Vaihe 1: aloitus. Geenin alussa oleva alue, jota kutsutaan promoottoriksi – tietty nukleotidien sekvenssi-laukaisee transkription alkamisen.

Vaihe 2: venymä. Transkriptio alkaa, kun RNA-polymeraasi irrottaa DNA-segmentin. Yksi juoste, jota kutsutaan koodausjuosteeksi, tulee malliksi koodattavien geenien kanssa. Polymeraasi kohdistaa sitten oikean nukleiinihapon (A, C, G tai U) komplementaariseen emäkseensä DNA: n koodausjuosteella. RNA-polymeraasi on entsyymi, joka lisää uusia nukleotideja kasvavaan RNA-juosteeseen. Tämä prosessi rakentaa strand mRNA.

Vaihe 3: Päättyminen. Kun polymeraasi on saavuttanut geenin lopun, yksi kolmesta erityisestä kolmikosta (UAA, UAG tai UGA) koodaa ”stop” – signaalin, joka laukaisee entsyymit lopettamaan transkription ja vapauttamaan mRNA-transkription.

transkriptioprosessia säätelee transkriptiotekijöiksi kutsuttu proteiiniluokka, joka sitoutuu geenisekvenssiin ja joko edistää tai estää niiden transkriptiota. (siirrä kuva 3.35 tähän).

ennen kuin mRNA-molekyyli lähtee tumasta ja etenee proteiinisynteesiin, sitä muokataan monin tavoin. Tästä syystä sitä kutsutaan tässä vaiheessa usein pre-mRNA: ksi. Esimerkiksi DNA: si, ja siten täydentävä mRNA, sisältää pitkiä alueita, joita kutsutaan koodaamattomiksi alueiksi, jotka eivät koodaa aminohappoja. Niiden funktio on vielä arvoitus, mutta liitokseksi kutsuttu prosessi poistaa nämä koodaamattomat alueet mRNA: ta edeltävästä transkriptiosta (Kuva 3.4.3). Eri proteiineista ja muista molekyyleistä koostuva rakenne kiinnittyy mRNA: han ja ”kytkee” eli leikkaa pois ei—koodaavat alueet. Transkription poistettua segmenttiä kutsutaan introniksi. Loput eksonit liitetään yhteen. Eksoni on RNA: n segmentti, joka jää jäljelle liitoksen jälkeen. Mielenkiintoista on, että jotkin mRNA: sta poistettavat intronit eivät aina ole koodaamattomia. Kun mRNA: n eri koodausalueet yhdistetään, seurauksena on lopulta erilaisia proteiinin variaatioita, joiden rakenne ja toiminta eroavat toisistaan. Tämä prosessi johtaa paljon laajempaan valikoimaan mahdollisia proteiineja ja proteiinin toimintoja. Kun mRNA-transkriptio on valmis, se kulkeutuu ulos tumasta sytoplasmaan.

ulkoinen Verkkosivusto

Tämä video näyttää tärkeät entsyymit ja Biomolekyylit, jotka osallistuvat transkriptioprosessiin eli mRNA-molekyylin valmistusprosessiin DNA: sta.

tässä kaaviossa vuokaavion yläosassa on mRNA: ta edeltävä transkriptio. Tämä mRNA: ta edeltävä transkriptio sisältää introneja ja eksoneja. Seuraavassa vaiheessa introni on rakenteessa, jota kutsutaan spliceosomiksi. Viimeisessä vaiheessa introni näytetään erotettuna silmukoidusta RNA: sta.
Kuva 3.4.3-yhdistävä DNA: Ydin, rakenne nimeltään spliceosome leikkaa intronit (noncoding alueet) sisällä pre-mRNA transkriptio ja yhdistää eksonit uudelleen.

RNA: sta proteiiniksi: käännös

kuten kirjan kääntäminen kielestä toiseen, mRNA: n juosteen kodonit on käännettävä proteiinien aminohappoaakkosiin. Translaatio on prosessi, jossa syntetisoidaan polypeptidiksi kutsuttu aminohappoketju. Kääntäminen vaatii kahta tärkeää apuvälinettä: ensinnäkin” kääntäjä”, molekyyli, joka suorittaa käännöksen, ja toiseksi substraatti, jolla mRNA-juoste käännetään uudeksi proteiiniksi, kuten kääntäjän ” työpöytä.”Muut RNA-tyypit täyttävät molemmat nämä vaatimukset. Substraatti, jolle translaatio tapahtuu, on ribosomi.

muista, että monet solun ribosomeista ovat yhteydessä karkeaan ER: ään, ja suorita Golgi-laitteelle tarkoitettujen proteiinien synteesi. Ribosomaalinen RNA (rRNA) on RNA-tyyppi, joka yhdessä proteiinien kanssa muodostaa ribosomin rakenteen. Ribosomit esiintyvät sytoplasmassa kahtena erillisenä komponenttina, pienenä ja suurena alayksikkönä. Kun mRNA-molekyyli on valmis käännettäväksi, kaksi alayksikköä yhdistyvät ja kiinnittyvät mRNA: han. Ribosomi toimii substraattina kääntämiselle, jolloin mRNA-molekyyli yhdistetään ja sovitetaan yhteen molekyylien ”kääntäjien” kanssa, joiden on tulkittava sen koodi.

proteiinisynteesin toinen merkittävä vaatimus ovat kääntäjämolekyylit, jotka fysikaalisesti ”lukevat” mRNA-kodonit. Siirtäjä-RNA (tRNA) on RNA-tyyppi, joka kuljettaa ribosomiin sopivat vastaavat aminohapot ja liittää jokaisen uuden aminohapon viimeiseen rakentaen polypeptidiketjun yksitellen. Näin tRNA siirtää tietyt aminohapot sytoplasmasta kasvavaan polypeptidiin. TRNA-molekyylien on pystyttävä tunnistamaan mRNA: n kodonit ja sovittamaan ne oikeaan aminohappoon. TRNA on muunneltu tätä toimintoa varten. Sen rakenteen toisessa päässä on sitoutumiskohta tietylle aminohapolle. Toisessa päässä on emäsjärjestys, joka vastaa kodonia, joka määrittää sen tietyn aminohapon. Tätä kolmen emäksen jaksoa tRNA-molekyylissä kutsutaan antikodoniksi. Esimerkiksi aminohapon glysiinin sukkuloinnista vastaavassa tRNA: ssa on glysiinille sitoutumiskohta toisessa päässä. Toisessa päässä se sisältää antikodonin, joka täydentää glysiinikodonia (GGA on glysiinin kodoni, ja niin trnas antikodon lukisi CCU). Trna-molekyyli, joka on varustettu erityisellä lastillaan ja vastaavalla antikodonilla, voi lukea tunnistetun mRNA-kodoninsa ja tuoda vastaavan aminohapon kasvavaan ketjuun (Kuva 3.4.4).

tämän luvun yläosassa näkyy suuri ribosomaalinen alayksikkö, joka joutuu kosketuksiin mRNA: n kanssa ja johon on jo kiinnittynyt pieni ribosomaalinen alayksikkö. Trna ja anticodon ovat lähellä. Toisessa paneelissa tRNA sitoutuu myös samaan kohtaan ribosomaalisten alayksiköiden kanssa. Alapaneelissa kompleksista nousee polypeptidiketju.
Kuva 3.4.4 – translaatio RNA: sta proteiiniksi: translaation aikana mRNA-transkriptiota ”luetaan” funktionaalisella kompleksilla, joka koostuu ribosomi-ja tRNA-molekyyleistä. trnat tuovat sopivat aminohapot järjestyksessä kasvavaan polypeptidiketjuun sovittamalla niiden antikodonit mRNA-juosteessa oleviin kodoneihin.

DNA: n replikaation ja transkription prosessien tapaan translaatio koostuu kolmesta päävaiheesta: initiaatiosta, venymästä ja päättymisestä. Initiaatio tapahtuu sitomalla ribosomi mRNA-transkriptioon. Venymävaiheeseen kuuluu Trna-antikodonin tunnistaminen järjestyksessä seuraavalla mRNA-kodonilla. Kun antikodoni-ja kodonisekvenssit on sidottu (muista, että ne ovat toisiaan täydentäviä emäspareja), Trna esittää aminohappolastinsa ja kasvava polypeptidisäike on kiinnittynyt tähän seuraavaan aminohappoon. Tämä kiinnitys tapahtuu erilaisten entsyymien avustuksella ja vaatii energiaa. Tämän jälkeen tRNA-molekyyli vapauttaa mRNA-juosteen, mRNA-juoste siirtää yhden kodonin ribosomissa ja seuraava sopiva tRNA saapuu vastaavalla antikodonillaan. Tämä prosessi jatkuu, kunnes mRNA: n viimeinen kodoni on saavutettu, mikä antaa ”stop” – viestin, joka viestii käännöksen päättymisestä ja laukaisee täydellisen, vasta syntetisoidun proteiinin vapautumisen. Näin DNA-molekyylin sisällä oleva geeni transkriboidaan mRNA: ksi, joka sitten muuntuu proteiinituotteeksi (Kuva 3.4.5).

ulkopuoliset verkkosivut

tällä videolla esitellään translaatioprosessiin osallistuvat tärkeät entsyymit ja Biomolekyylit, jotka koodaavat mRNA: ta proteiiniksi.

tämä luku esittää solun kaavion, jossa transkriptio DNA: sta mRNA: Han tapahtuu tuman sisällä ja translaatio mRNA: sta proteiiniin tapahtuu sytoplasmassa.
Kuva 3.4.5-DNA: sta proteiiniin: transkriptio translaation kautta: Transkriptio solun tumassa tuottaa mRNA-molekyylin, joka muunnetaan ja lähetetään sitten sytoplasmaan translaatiota varten. Transkriptio puretaan proteiiniksi ribosomi-ja tRNA-molekyylien avulla.

yleisesti mRNA-transkriptio käännetään samanaikaisesti usealla vierekkäisellä ribosomilla. Tämä lisää proteiinisynteesin tehokkuutta. Yksi ribosomi saattaa kääntää mRNA-molekyylin noin minuutissa; useat ribosomit voivat tuottaa moninkertaisen määrän samaa proteiinia samassa minuutissa. Polyribosomi on ribosomien muodostama jono, joka kääntää yhden mRNA-juosteen.

ulkoiset verkkosivut

QR-koodi, joka edustaa URL-osoitetta

katso videolta tietoa ribosomeista. Ribosomi sitoutuu mRNA-molekyyliin ja alkaa muuttaa koodiaan proteiiniksi. Mitä tapahtuu pienille ja suurille ribosomaalisille alayksiköille käännöksen lopussa?

Lukukatsaus

DNA tallentaa tiedot, jotka ovat tarpeen solun ohjeistamiseksi suorittamaan kaikki tehtävänsä. Solut käyttävät DNA: han tallennettua geneettistä koodia proteiinien rakentamiseen, joka viime kädessä määrää solun rakenteen ja toiminnan. Tämä geneettinen koodi on erityinen sekvenssi nukleotidit, jotka muodostavat kunkin geenin pitkin DNA-molekyylin. Tämän koodin ”lukemiseksi” solun on suoritettava kaksi peräkkäistä vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa, transkriptiossa, DNA-koodi muutetaan RNA-koodiksi. Tiettyä geeniä täydentävä lähetti-RNA-molekyyli syntetisoidaan DNA: n replikaation kaltaisessa prosessissa. MRNA: n molekyyli antaa koodin proteiinin syntetisoimiseksi. Käännettäessä mRNA kiinnittyy ribosomiin. Seuraavaksi tRNA-molekyylit sukkuloivat sopivat aminohapot ribosomiin yksitellen, jotka koodataan mRNA: n päälle juoksevilla triplettikodoneilla, kunnes proteiini on täysin syntetisoitu. Valmistuessaan mRNA irtoaa ribosomista ja proteiini vapautuu. Tyypillisesti yhteen mRNA-molekyyliin kiinnittyy kerralla useita ribosomeja siten, että mRNA: sta voidaan valmistaa samanaikaisesti useita proteiineja.

Kertauskysymykset

kriittiset Ajattelukysymykset

selittävät lyhyesti transkription ja DNA-replikaation yhtäläisyydet.

transkriptio ja DNA: n replikaatio liittyvät molemmat nukleiinihappojen synteesiin. Näillä prosesseilla on monia yhteisiä piirteitä-erityisesti samanlaiset aloitus -, venymä-ja päättymisprosessit. Molemmissa tapauksissa DNA-molekyyli on avattava ja erotettava toisistaan, ja koodausjuostetta (eli sense) käytetään mallina. Polymeraasit myös lisäävät nukleotideja kasvavaan DNA-tai mRNA-juosteeseen. Molemmat prosessit merkitään päättymään, kun ne on saatu päätökseen.

Kontrasti transkriptio ja käännös. Nimeä vähintään kolme näiden kahden prosessin välistä eroa.

transkriptio on todellisuudessa ”kopiointiprosessi” ja translaatio oikeastaan ”tulkintaprosessi”, koska transkriptiossa kopioidaan DNA-viesti hyvin samanlaiseksi RNA-viestiksi, kun taas translaatiossa RNA-viesti muunnetaan hyvin erilaiseksi aminohappoviestiksi. Nämä kaksi prosessia eroavat toisistaan myös sijainniltaan: transkriptio tapahtuu tumassa ja translaatio sytoplasmassa. Mekanismit, joilla nämä kaksi prosessia suoritetaan, ovat myös täysin erilaisia: transkriptio käyttää polymeraasientsyymejä mRNA: n rakentamiseen, kun taas translaatio käyttää erilaisia RNA: ta proteiinin rakentamiseen.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *