tanulási célok

fő cél

  • magyarázza el azt a folyamatot, amellyel egy sejt fehérjéket épít a

DNS-kód segítségével.:

  • Magyarázni, hogy a genetikai kód, a DNS-határozza meg a fehérjék alakult
  • Ismertesse a folyamat átírás
  • Magyarázza a folyamat fordítás
  • Megvitassák a funkció a riboszómákat

korábban említettük, hogy a DNS-sel rendelkezik, a “tervrajz” a sejt felépítése, élettan. Ez arra utal, hogy a DNS tartalmazza azokat az információkat, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a sejt egy nagyon fontos molekulatípust építsen: a fehérjét. A sejt legtöbb szerkezeti összetevőjét legalább részben fehérjék alkotják, gyakorlatilag minden olyan funkció, amelyet egy sejt végez, fehérjék segítségével fejeződik be. A fehérjék egyik legfontosabb osztálya az enzimek, amelyek segítenek felgyorsítani a szükséges biokémiai reakciókat, amelyek a sejten belül zajlanak. Néhány ilyen kritikus biokémiai reakciók közé tartozik az épület nagyobb molekulák a kisebb összetevők (például, mi fordul elő a DNS-replikáció vagy szintézise mikrotubulusaival), valamint tör le, a nagyobb molekulák a kisebb összetevők (például, amikor a betakarítás, kémiai energia, a tápanyag-molekulák). Bármi legyen is a sejtes folyamat, szinte biztos, hogy fehérjéket tartalmaz. Ahogy a sejt genomja leírja a DNS teljes kiegészítését, a sejt proteóma a fehérjék teljes kiegészítése. A fehérjeszintézis génekkel kezdődik. A gén a DNS funkcionális szegmense, amely biztosítja a fehérje felépítéséhez szükséges genetikai információt. Minden egyes gén biztosítja az adott fehérje felépítéséhez szükséges kódot. A génexpresszió, amely egy génben kódolt információt véggén-termékké alakít át, végső soron meghatározza a sejt szerkezetét és funkcióját azáltal, hogy meghatározza, mely fehérjék készülnek.

a gének értelmezése a következőképpen működik. Emlékezzünk vissza, hogy a fehérjék sok aminosav építőelem polimerjei vagy láncai. A bázisok szekvenciája egy génben (azaz az a, T, C, G nukleotidok szekvenciája) aminosavszekvenciává alakul. A hármas egy sorban három DNS-bázis egy szakasza, amely egy adott aminosavat kódol. Például a DNS hármas CAC (citozin, adenin, citozin) meghatározza a valin aminosavat. Ezért egy gén, amely egy egyedi szekvenciában több hármasból áll, biztosítja a kódot egy teljes fehérje felépítéséhez, több aminosavval a megfelelő szekvenciában (3.4.1 ábra). Az a mechanizmus,amellyel a sejtek a DNS-kódot fehérjetermékké alakítják, kétlépcsős folyamat, egy RNS-molekulával, mint közbenső.

ez az ábra az RNS fehérjékké történő fordítását mutatja. A DNS-sablon szálról kimutatták, hogy transzkripció útján RNS-szálvá válik. Ezután az RNS-szál átfordul, és fehérjékké válik.
3.4.1. ábra-a genetikai kód – A DNS tartalmazza a sejt fehérjéinek felépítéséhez szükséges összes genetikai információt. A gén nukleotidszekvenciáját végül a gén megfelelő fehérjéjének aminosav-szekvenciájára fordítják.

a DNS-től az RNS-ig: transzkripció

A DNS a sejtmagban helyezkedik el, a fehérjeszintézis pedig a citoplazmában zajlik, így valamilyen közbenső hírvivőnek kell lennie, amely elhagyja a magot és kezeli a fehérjeszintézist. Ez a közbenső hírvivő a messenger RNS (mRNS), (3.ábra.29), egyszálú nukleinsav, amely egyetlen gén genetikai kódjának másolatát hordozza a magból és a citoplazmába, ahol fehérjék előállítására használják.

többféle RNS létezik, amelyek mindegyike különböző funkciókkal rendelkezik a sejtben. Az RNS szerkezete néhány apró kivétellel hasonló a DNS-hez. Egyrészt, ellentétben a DNS-sel, a legtöbb RNS-típus, beleértve az mRNS-t is, egyszálú, és nem tartalmaz komplementer szálat. Másodszor, az RNS-ben lévő ribózcukor további oxigénatomot tartalmaz a DNS-hez képest. Végül az alap timin helyett az RNS tartalmazza az alap uracil-t. Ez azt jelenti, hogy az adenin mindig párosul az uracillal a fehérjeszintézis során.

a génexpresszió a transzkripciónak nevezett eljárással kezdődik, amely az mRNS egy olyan szálának szintézise, amely kiegészíti az érdekes gént. Ezt a folyamatot transzkripciónak nevezik, mivel az mRNS olyan, mint a gén DNS-kódjának átirata vagy másolata. A transzkripció olyan módon kezdődik, mint a DNS replikációja, abban az esetben, ha a DNS egy része és a két szál különvál, azonban csak a DNS kis része lesz szétválva. A DNS-molekula ezen részén a génben lévő hármasokat sablonként használják az RNS kiegészítő szálának átírására (3.4.2.ábra). A kodon az mRNS három bázis szekvenciája, úgynevezett azért, mert közvetlenül kódolják az aminosavakat. A DNS-replikációhoz hasonlóan a transzkripciónak is három fázisa van: beavatás, megnyúlás és végződés.

ebben az ábrán látható, hogy az RNS polimeráz egy DNS-sablon szálat ír le a megfelelő RNS-átiratba.
3.4.2. ábra-transzkripció: a DNS-től az mRNS-ig: a DNS-ből származó fehérje előállításának két szakaszában a DNS-molekulán lévő gént egy kiegészítő mRNS molekulába írják át.

a DNS-ből származó fehérje előállításának első két szakaszában a DNS-molekulán lévő gént egy kiegészítő mRNS molekulává alakítják át.

1. szakasz: beavatás. A gén elején egy promoter nevű régió—egy adott nukleotid-szekvencia-kiváltja a transzkripció kezdetét.

2. szakasz: nyúlás. A transzkripció akkor kezdődik, amikor az RNS-polimeráz leválasztja a DNS-szegmenst. Az egyik szál, amelyet kódolási szálnak neveznek, a kódolandó gének sablonjává válik. A polimeráz ezután összehangolja a megfelelő nukleinsavat (A, C, G vagy U) a DNS kódoló szálán lévő kiegészítő bázissal. Az RNS polimeráz olyan enzim, amely új nukleotidokat ad hozzá az RNS növekvő szálához. Ez a folyamat az mRNS egy részét építi fel.

3. szakasz: felmondás. Amikor a polimeráz a végére ért a gén, az egyik három konkrét hármasok (MHT, UAG, vagy UGA) kódokat a “stop” jelzés, amely kiváltja az enzimek előzetes átírás, majd engedje el a mrns átirat.

a transzkripciós folyamatot a transzkripciós faktoroknak nevezett fehérjék egy csoportja szabályozza, amelyek kötődnek a génszekvenciához, vagy elősegítik vagy gátolják transzkripciójukat. (mozgás ábra 3.35 itt).

mielőtt az mRNS molekula elhagyja a sejtmagot és fehérjeszintézisbe lép, azt számos módon módosítják. Ezért ebben a szakaszban gyakran nevezik pre-mRNS-nek. Például az Ön DNS-e, és így kiegészítő mRNS-je hosszú, nem kódoló régióknak nevezett régiókat tartalmaz, amelyek nem kódolják az aminosavakat. Funkciójuk továbbra is rejtély, de a splicing nevű folyamat eltávolítja ezeket a nem kódoló régiókat az mRNS előtti átiratból (3.4.3 ábra). A spliceoszóma—a különböző fehérjékből és más molekulákból álló szerkezet-az mRNS-hez és a “splices” – hez kötődik, vagy kivágja a nem kódoló régiókat. Az átirat eltávolított szegmensét intronnak nevezik. A fennmaradó exonok össze vannak ragasztva. Az exon az RNS egy szegmense,amely a splicing után marad. Érdekes, hogy az mRNS-ből eltávolított egyes intronok nem mindig nem kódolnak. Ha az mRNS különböző kódoló régiói össze vannak kötve, a fehérje különböző variációi végül a szerkezet és a funkció különbségeivel járnak. Ez a folyamat a lehetséges fehérjék és fehérjefunkciók sokkal nagyobb változatosságát eredményezi. Amikor az mRNS átirat elkészült, a sejtmagból és a citoplazmába jut.

külső weboldal

Ez a videó bemutatja a transzkripció folyamatában részt vevő fontos enzimeket és biomolekulákat, az mRNS molekula DNS-ből történő előállításának folyamatát.

ebben az ábrán egy előre mRNS átirat látható a folyamatábra tetején. Ez az mRNS előtti átirat intronokat és exonokat tartalmaz. A következő lépésben az intron egy spliceosome nevű struktúrában van. Az utolsó lépésben az intron látható a spliced RNS-től elválasztva.
3.4.3.: Az atommagban egy spliceoszómának nevezett szerkezet egy előre mRNS-átiraton belül intronokat (nem kódoló régiókat) vág ki, és újracsatlakoztatja az exonokat.

A RNS-Fehérje: Fordítás

Mint a fordítás, a könyv egyik nyelvről a másikra, a kodon alapján egy szál mrns kell fordítani az aminosav-ábécé, a fehérjék. A fordítás egy polipeptidnek nevezett aminosavlánc szintetizálásának folyamata. A fordítás két fő segédeszközt igényel: először is, egy “fordító”, a molekula, amely elvégzi a fordítást, másodszor pedig egy szubsztrát, amelyen az mRNA szálat egy új fehérjévé fordítják, mint például a fordító íróasztala.”Mindkét követelményt más típusú RNS teljesíti. Az aljzat, amelyen a fordítás történik, a riboszóma.

ne feledje, hogy egy sejt riboszómáinak nagy része a durva ER-hez kapcsolódik, és elvégzi a Golgi-készülékre szánt fehérjék szintézisét. A riboszomális RNS (rRNS) egy olyan típusú RNS, amely a fehérjékkel együtt alkotja a riboszóma szerkezetét. A riboszómák a citoplazmában két különálló komponensként léteznek, egy kicsi és egy nagy alegység. Amikor egy mRNS molekula készen áll a fordításra, a két alegység összeáll, és csatlakozik az mRNS-hez. A riboszóma hordozót biztosít a fordításhoz, összehozza és összehangolja az mRNS molekulát a molekuláris “fordítókkal”, amelyeknek meg kell megfejteniük a kódját.

a fehérjeszintézis másik fő követelménye a fordítómolekulák, amelyek fizikailag “olvassák” az mRNS kodonokat. A transzfer RNS (tRNS) egy olyan RNS-típus, amely a megfelelő aminosavakat a riboszómához köti, és minden új aminosavat az utolsóhoz köt, a polipeptidláncot egyenként építve. Így a tRNA specifikus aminosavakat továbbít a citoplazmából egy növekvő polipeptidbe. A tRNA molekuláknak képesnek kell lenniük felismerni az mRNS kodonjait, és a megfelelő aminosavhoz igazítani őket. A tRNA erre a funkcióra módosul. A szerkezet egyik végén egy adott aminosav kötőhelye. A másik végén egy bázis szekvencia, amely megfelel a kodonnak, meghatározva az adott aminosavat. A tRNA molekula három bázisának ezt a szekvenciáját anticodonnak nevezik. Például egy tRNA felelős shuttling aminosav glicin tartalmaz egy kötőhely glicin egyik végén. A másik végén egy antikodont tartalmaz, amely kiegészíti a glicin kodont (a GGA a glicin kodonja,így a tRNAs anticodon a CCU-t olvasná). A tRNA-molekula sajátos rakományával és megfelelő anticodonnal felszerelve képes leolvasni elismert mRNS-kodonját, és a megfelelő aminosavat a növekedési láncba juttatni (3.4.4.ábra).

ennek a számnak a felső része egy nagy riboszomális alegységet mutat, amely érintkezésbe kerül az mRNS-vel, amelyhez már csatolták a kis riboszomális alegységet. A közelben egy tRNA és egy anticodon található. A második panelen a tRNA ugyanazon a helyen kötődik, mint a riboszomális alegységek. Az alsó panelen egy polipeptidlánc jelenik meg a komplexből.
3.4.4. ábra-RNS-ről fehérjére történő fordítás: A fordítás során az mRNS-átiratot egy riboszómából és tRNS-molekulákból álló funkcionális komplex “olvassa”. a tRNAs a megfelelő aminosavakat egymás után hozza a növekvő polipeptidláncba azáltal, hogy anti-kodonjaikat az mRNS-szálon lévő kodonokkal illesztik.

hasonlóan a DNS replikáció és transzkripció folyamataihoz, a fordítás három fő szakaszból áll: beavatásból, megnyúlásból és végződésből. A beavatás egy riboszóma mRNS-átirathoz való kötődésével történik. A megnyúlási szakasz magában foglalja a tRNA anticodon felismerését a következő mRNA kodonnal a sorrendben. Miután az anticodon és a kodon szekvenciák kötődnek (ne feledje, hogy ezek kiegészítő bázispár), a tRNA bemutatja aminosav rakományát, és a növekvő polipeptid szál kapcsolódik ehhez a következő aminosavhoz. Ez a kötődés különböző enzimek segítségével történik, energiát igényel. A tRNA-molekula ezután felszabadítja az mRNS-szálat, az mRNS-szál egy kodont eltol a riboszómába, a következő megfelelő tRNA pedig a megfelelő anticodonnal érkezik. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg el nem éri az mRNS végső kodonját, amely egy “stop” üzenetet ad, amely jelzi a fordítás befejezését, és kiváltja a teljes, újonnan szintetizált fehérje felszabadulását. Így a DNS-molekulán belüli gént mRNS-be írják át, amelyet ezután fehérjetermékké fordítanak (3.4.5 ábra).

külső weboldal

Ez a videó megmutatja a fordítási folyamatban részt vevő fontos enzimeket és biomolekulákat, amelyek mRNS-t használnak egy fehérje kódolására.

Ez az ábra azt mutatja, hogy a rajzok egy cellába, ahol átírás a DNS mrns belül kerül sor, a mag pedig a fordítás a mrns-fehérje kerül sor, a citoplazmában.
3.4.5. ábra-a DNS-től a fehérjéig: transzkripció fordításon keresztül: A sejtmagon belüli transzkripció mRNS molekulát termel, amelyet módosítanak, majd fordításra a citoplazmába küldik. Az átiratot riboszóma és tRNS molekulák segítségével fehérjévé alakítják.

általában egy mRNS transzkripciót egyszerre több szomszédos riboszóma fordít le. Ez növeli a fehérjeszintézis hatékonyságát. Egyetlen riboszóma körülbelül egy perc alatt lefordíthat egy mRNS molekulát; tehát több riboszóma egyetlen átirat fedélzetén ugyanazon fehérje számának többszörösét eredményezheti ugyanabban a percben. A poliriboszóma egy riboszómák sorozata, amely egyetlen mRNS-szálat fordít.

külső weboldal

QR-kód, amely egy URL-t képvisel

nézze meg ezt a videót a riboszómákról. A riboszóma kötődik az mRNS molekulához, hogy kódját fehérjévé alakítsa. Mi történik a kis-és nagy riboszómális alegységekkel a fordítás végén?

fejezet áttekintés

a DNS tárolja az összes funkciójának végrehajtásához szükséges információkat. A sejtek a DNS-ben tárolt genetikai kódot használják fehérjék építésére, ami végső soron meghatározza a sejt szerkezetét és működését. Ez a genetikai kód a nukleotidok sajátos szekvenciájában rejlik, amelyek a DNS-molekula mentén minden egyes gént alkotnak. A kód” olvasásához ” a cellának két egymást követő lépést kell végrehajtania. Az első lépésben a transzkripció során a DNS-kódot RNS-kódká alakítják át. Egy adott gént kiegészítő hírvivő RNS molekulát szintetizálnak a DNS-replikációhoz hasonló folyamatban. Az mRNS molekula biztosítja a fehérje szintézisének kódját. A fordítás során az mRNS egy riboszómához kapcsolódik. Ezután a tRNA molekulák a megfelelő aminosavakat az mRNS-en egymás után hármas kodonokkal kódolt riboszómába szállítják, amíg a fehérje teljesen szintetizálódik. Amikor az mRNS leválik a riboszómáról, a fehérje felszabadul. Jellemzően több riboszóma egyszerre egyetlen mRNS molekulához kapcsolódik, így több fehérje is előállítható az mRNS-ből egyidejűleg.

felülvizsgálati kérdések

kritikus gondolkodási kérdések

röviden ismertesse a transzkripció és a DNS replikáció közötti hasonlóságokat.

A transzkripció és a DNS replikáció egyaránt magában foglalja a nukleinsavak szintézisét. Ezeknek a folyamatoknak számos közös vonása van—különösen a beavatás, a megnyúlás és a megszüntetés hasonló folyamata. Mindkét esetben a DNS-molekulát ki kell csavarni és szét kell választani, és a kódoló (azaz sense) szálat sablonként kell használni. Továbbá a polimerázok nukleotidokat adnak a növekvő DNS-hez vagy mRNS-szálhoz. Mindkét folyamat jelzi, hogy befejeződjön, ha befejeződött.

kontraszt transzkripció és fordítás. Nevezzen meg legalább három különbséget a két folyamat között.

A transzkripció valójában egy “másolási” folyamat, a fordítás pedig valójában “értelmezési” folyamat, mivel a transzkripció magában foglalja a DNS-üzenet másolását egy nagyon hasonló RNS-üzenetbe, míg a fordítás magában foglalja az RNS-üzenet átalakítását a nagyon különböző aminosav-üzenetbe. A két folyamat a helyükön is különbözik: a transzkripció a magban történik, a citoplazmában pedig a fordítás. A két folyamat végrehajtásának mechanizmusai szintén teljesen eltérőek: a transzkripció polimeráz enzimeket használ az mRNS felépítéséhez, míg a fordítás különböző RNS-eket használ a fehérje felépítéséhez.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük