leerdoelen

hoofddoelstelling

  • leg uit hoe een cel eiwitten bouwt met behulp van de DNA-code

aan het einde van deze sectie zult u in staat zijn om:

  • leg uit hoe de genetische code in DNA de gevormde eiwitten bepaalt
  • beschrijf het transcriptieproces
  • leg het translatieproces uit
  • bespreek de functie van ribosomen

eerder werd vermeld dat DNA een “blauwdruk” biedt voor de celstructuur en fysiologie. Dit verwijst naar het feit dat DNA de informatie bevat die nodig is voor de cel om één zeer belangrijk type van molecuul te bouwen: de proteã ne. De meeste structurele componenten van de cel worden samengesteld omhoog, ten minste gedeeltelijk, door proteã nen en vrijwel alle functies die een cel uitvoert worden voltooid met de hulp van proteã nen. Een van de belangrijkste klassen van eiwitten is enzymen, die helpen versnellen noodzakelijke biochemische reacties die plaatsvinden in de cel. Sommige van deze kritieke biochemische reacties omvatten de bouw van Grotere molecules van kleinere componenten (zoals wat tijdens de replicatie van DNA of de synthese van microtubules voorkomt) en het afbreken van Grotere molecules in kleinere componenten (zoals wanneer het oogsten van chemische energie van voedende molecules). Wat het cellulaire proces ook mag zijn, het is bijna zeker om eiwitten te betrekken. Net zoals het genoom van de cel zijn volledige aanvulling van DNA beschrijft, is het proteoom van een cel zijn volledige aanvulling van eiwitten. Eiwitsynthese begint met genen. Een gen is een functioneel segment van DNA dat de genetische informatie verstrekt die nodig is om een eiwit te bouwen. Elk bepaald gen levert de code die nodig is om een bepaald eiwit te construeren. De uitdrukking van het gen, die de in een gen gecodeerde informatie in een definitief genproduct omzet, bepaalt uiteindelijk de structuur en de functie van een cel door te bepalen welke proteã nen worden gemaakt.

De interpretatie van genen werkt op de volgende manier. Bedenk dat eiwitten polymeren zijn, of ketens, van vele aminozuur bouwstenen. De opeenvolging van basen in een gen (dat wil zeggen, zijn opeenvolging van A, T, C, G nucleotiden) vertaalt zich in een aminozuuropeenvolging. Een triplet is een sectie van drie basissen van DNA in een Rij die voor een specifiek aminozuur codeert. Bijvoorbeeld, specificeert het triplet CAC van DNA (cytosine, adenine, en cytosine) het aminozuurvaline. Daarom verstrekt een gen, dat uit veelvoudige drieling in een unieke opeenvolging is samengesteld, de code om een volledig proteã ne te bouwen, met veelvoudige aminozuren in de juiste opeenvolging (figuur 3.4.1). Het mechanisme waardoor cellen de DNA-code omzetten in een eiwitproduct is een proces in twee stappen, met een RNA-molecuul als tussenpersoon.

dit diagram toont de vertaling van RNA naar eiwitten. Een het malplaatje bundel van DNA wordt getoond om een bundel van RNA door transcriptie te worden. Dan ondergaat de bundel van RNA vertaling en wordt proteã nen.
figuur 3.4.1-de genetische Code: DNA bevat alle genetische informatie die nodig is om de eiwitten van een cel te bouwen. De nucleotideopeenvolging van een gen wordt uiteindelijk vertaald in een aminozuuropeenvolging van overeenkomstige proteã ne van het gen.

van DNA naar RNA: transcriptie

DNA bevindt zich in de kern en de eiwitsynthese vindt plaats in het cytoplasma, dus er moet een soort intermediaire boodschapper zijn die de kern verlaat en de eiwitsynthese beheert. Deze intermediaire boodschapper is messenger RNA (mRNA), (Figuur 3.29), een enkelstrengs nucleïnezuur dat een exemplaar van de genetische code voor één enkel gen uit de kern en in het cytoplasma draagt waar het wordt gebruikt om proteã nen te produceren.

Er zijn verschillende typen RNA, elk met verschillende functies in de cel. De structuur van RNA is gelijkaardig aan DNA met een paar kleine uitzonderingen. Voor één ding, in tegenstelling tot DNA, zijn de meeste types van RNA, met inbegrip van mRNA, single-stranded en bevatten geen bijkomende bundel. Ten tweede bevat de ribosesuiker in RNA een extra zuurstofatoom vergeleken met DNA. Ten slotte bevat RNA, in plaats van de base thymine, de base uracil. Dit betekent dat adenine altijd zal koppelen met uracil tijdens het eiwitsynthese proces.

genexpressie begint met het proces genaamd transcriptie, dat de synthese is van een streng van mRNA die complementair is aan het gen van belang. Dit proces wordt transcriptie genoemd omdat mRNA als een transcript, of kopie, van de DNA-code van het gen is. De transcriptie begint op een manier enigszins zoals de replicatie van DNA, in die zin dat een gebied van DNA zich afwikkelt en de twee bundels scheiden, nochtans, slechts dat kleine gedeelte van DNA apart zal worden verdeeld. De drieling binnen het gen op deze sectie van de molecule van DNA wordt gebruikt als malplaatje om de complementaire bundel van RNA te transcriberen (figuur 3.4.2). Een codon is een drie-base sequentie van mRNA, zogenaamde omdat ze direct coderen aminozuren. Als de replicatie van DNA, zijn er drie stadia aan transcriptie: initiatie, verlenging, en beëindiging.

in dit diagram wordt aangetoond dat RNA-polymerase een DNA-template-streng transcribeert in het bijbehorende RNA-transcript.
figuur 3.4.2-transcriptie: van DNA naar mRNA: In de eerste van de twee stadia van het maken van eiwit uit DNA wordt een gen op het DNA-molecuul getranscribeerd in een complementair mRNA-molecuul.

In de eerste van de twee stadia van het maken van eiwit uit DNA wordt een gen op het DNA-molecuul getranscribeerd in een complementair mRNA-molecuul.

Fase 1: initiatie. Een gebied aan het begin van het gen genoemd een promotor—een bepaalde opeenvolging van nucleotiden—triggers het begin van transcriptie.

Fase 2: verlenging. De transcriptie begint wanneer de polymerase van RNA het segment van DNA afwikkelt. Één bundel, als codage bundel wordt bedoeld, wordt het malplaatje met de te coderen genen. De polymerase richt dan het correcte nucleic zuur (A, C, G, of U) met zijn aanvullende basis op de codagebundel van DNA. De polymerase van RNA is een enzym dat nieuwe nucleotiden aan een groeiende bundel van RNA toevoegt. Dit proces bouwt een bundel van mRNA.

Fase 3: beëindiging. Wanneer de polymerase het einde van het gen heeft bereikt, codeert één van drie specifieke drielingen (UAA, UAG, of UGA) een “stop” signaal, dat de enzymen ertoe aanzet om transcriptie te beëindigen en het mRNA-transcript vrij te geven.

het transcriptieproces wordt gereguleerd door een klasse van eiwitten die transcriptiefactoren worden genoemd, die zich binden aan de gensequentie en hun transcriptie bevorderen of remmen. (verplaats figuur 3.35 hier).

voordat het mRNA-molecuul de kern verlaat en overgaat tot eiwitsynthese, wordt het op een aantal manieren gewijzigd. Om deze reden, wordt het vaak genoemd pre-mRNA in dit stadium. Bijvoorbeeld, bevat uw DNA, en dus complementair mRNA, lange gebieden genoemd niet-codeert gebieden die niet voor aminozuren coderen. Hun functie is nog steeds een mysterie, maar het proces genaamd splicing verwijdert deze niet-coderende gebieden uit het pre-mRNA transcript (figuur 3.4.3). Een spliceosoom—een structuur die uit diverse proteã nen en andere molecules wordt samengesteld-hecht aan mRNA en “splices” of snijdt de niet-codagegebieden uit. Het verwijderde segment van het transcript wordt een intron genoemd. De overige exons zijn aan elkaar geplakt. Een exon is een segment van RNA dat na het verbinden blijft. Interessant, zijn sommige introns die van mRNA worden verwijderd niet altijd niet-codeert. Wanneer de verschillende codagegebieden van mRNA uit worden verbonden, zullen de verschillende variaties van de proteã ne uiteindelijk, met verschillen in structuur en functie resulteren. Dit proces resulteert in een veel grotere verscheidenheid van mogelijke proteã NEN EN eiwitfuncties. Wanneer het mRNA transcript klaar is, reist het uit de kern en in het cytoplasma.

externe Website

deze video laat u de belangrijke enzymen en biomoleculen zien die betrokken zijn bij het transcriptieproces, het proces van het maken van een mRNA-molecuul uit DNA.

in dit diagram wordt een pre-mRNA transcript weergegeven in de bovenkant van een stroomdiagram. Dit pre-mRNA transcript bevat introns en exons. In de volgende stap, is intron in een structuur genoemd spliceosome. In de laatste stap, wordt intron getoond gescheiden van verbonden RNA.
figuur 3.4.3-Splicing DNA: In de kern, snijdt een structuur genoemd spliceosome introns (noncoding gebieden) binnen een pre-mRNA transcript uit en verbindt exons opnieuw.

van RNA naar eiwit: vertaling

zoals het vertalen van een boek van de ene taal naar de andere, moeten de codons op een streng van mRNA worden vertaald in het aminozuuralabet van eiwitten. De vertaling is het proces van het samenstellen van een keten van aminozuren genoemd een polypeptide. Vertaling vereist twee belangrijke hulpmiddelen: ten eerste, een “vertaler”, het molecuul dat de vertaling zal uitvoeren, en ten tweede, een substraat waarop de mRNA-streng wordt vertaald in een nieuw eiwit, zoals het Bureau van de vertaler.”Aan beide eisen wordt voldaan door andere soorten RNA. Het substraat waarop de vertaling plaatsvindt is het ribosoom.

onthoud dat veel van de ribosomen van een cel worden gevonden in verband met de ruwe ER, en voeren de synthese uit van eiwitten die bestemd zijn voor het Golgi-apparaat. Ribosomaal RNA (rRNA) is een type van RNA dat, samen met proteã nen, de structuur van het ribosoom samenstelt. Ribosomen bestaan in het cytoplasma als twee verschillende componenten, een kleine en een grote subeenheid. Wanneer een mRNA-molecuul klaar is om te worden vertaald, komen de twee subeenheden samen en hechten aan mRNA. Het ribosoom verstrekt een substraat voor vertaling, die de mRNA-molecule met de moleculaire “vertalers” samenbrengen en afstemmen die zijn code moeten ontcijferen.

de andere belangrijke vereiste voor eiwitsynthese is de vertalermoleculen die de mRNA-codons fysiek “lezen”. Overdrachtrna (tRNA) is een type van RNA dat de aangewezen overeenkomstige aminozuren aan het ribosoom overbrengt, en elk nieuw aminozuur aan het laatste hecht, bouwend de polypeptideketen één-voor-één. Aldus draagt tRNA specifieke aminozuren van het cytoplasma aan een groeiend polypeptide over. De tRNA molecules moeten de codons op mRNA kunnen erkennen en hen met het correcte aminozuur aanpassen. TRNA wordt gewijzigd voor deze functie. Aan één eind van zijn structuur is een bindende plaats voor een specifiek aminozuur. Aan het andere eind is een basisopeenvolging die het codon specificeert zijn bijzonder aminozuur overeenkomt. Deze opeenvolging van drie basissen op de molecule tRNA wordt genoemd anticodon. Bijvoorbeeld, een tRNA verantwoordelijk voor shuttling het aminozuur glycine bevat een bindende plaats voor glycine aan één eind. Aan de andere kant bevat het een anticodon dat het glycinecodon aanvult (GGA is een codon voor glycine, en dus zou het trnas anticodon CCU lezen). Uitgerust met zijn bijzondere lading en passende anticodon, kan een tRNA-molecuul zijn erkende mRNA-codon lezen en het overeenkomstige aminozuur aan de groeiende keten brengen (figuur 3.4.4).

het bovenste deel van deze figuur toont een grote ribosomale subeenheid die in contact komt met de mRNA en die al de kleine ribosomale subeenheid heeft. Een tRNA en een anticodon zijn in de buurt. In het tweede paneel bindt tRNA ook aan dezelfde plaats als de ribosomale subeenheden. In het bodempaneel wordt een polypeptideketen getoond die uit het complex tevoorschijn komt.
figuur 3.4.4-vertaling van RNA naar eiwit: tijdens de vertaling wordt het mRNA-transcript “gelezen” door een functioneel complex dat bestaat uit het ribosoom en de tRNA-moleculen. tRNAs brengt de aangewezen aminozuren in opeenvolging aan de groeiende polypeptideketen door hun anti-codon met codon op de mRNA-bundel aan te passen.

net als de processen van DNA-replicatie en-transcriptie bestaat de vertaling uit drie hoofdfasen: initiatie, verlenging en beëindiging. De initiatie vindt plaats met de band van een ribosoom aan een mRNA-transcript. Het rek Stadium impliceert de erkenning van een anticodon tRNA met het volgende mRNA codon in de opeenvolging. Zodra de anticodon-en codonopeenvolgingen gebonden zijn (Herinner, zijn zij complementaire basenparen), stelt tRNA zijn aminozuurlading voor en de groeiende polypeptidebundel is in bijlage aan dit volgende aminozuur. Deze hechting vindt plaats met behulp van verschillende enzymen en vereist energie. De tRNA-molecule geeft dan de mRNA-bundel vrij, de mRNA-bundel verschuift één codon over in het ribosoom, en de volgende aangewezen tRNA komt met zijn passende anticodon. Dit proces gaat verder tot het definitieve codon op mRNA wordt bereikt dat een “einde” bericht verstrekt dat beëindiging van vertaling signaleert en de versie van de volledige, onlangs samengestelde proteã ne teweegbrengt. Aldus, wordt een gen binnen het molecuul van DNA in mRNA getranscribeerd, dat dan in een eiwitproduct wordt vertaald (figuur 3.4.5).

externe Website

deze video laat u de belangrijke enzymen en biomoleculen zien die betrokken zijn bij het vertaalproces, dat mRNA gebruikt om een eiwit te coderen.

deze figuur toont een schema van een cel waar transcriptie van DNA naar mRNA plaatsvindt in de kern en vertaling van mRNA naar eiwit in het cytoplasma.
figuur 3.4.5-van DNA naar eiwit: transcriptie door vertaling: De transcriptie binnen de celkern produceert een mRNA molecuul, die wordt gewijzigd en dan in het cytoplasma voor vertaling wordt verzonden. Het transcript wordt gedecodeerd tot een eiwit met behulp van een ribosoom en tRNA moleculen.

gewoonlijk wordt een mRNA transcriptie gelijktijdig vertaald door verschillende aangrenzende ribosomen. Dit verhoogt de efficiëntie van eiwitsynthese. Een enkel ribosoom zou een mRNA molecuul in ongeveer één minuut kunnen vertalen; dus meerdere ribosomen aan boord van een enkel transcript kunnen meerdere keren het aantal van hetzelfde eiwit produceren in dezelfde minuut. Een polyribosoom is een koord van ribosomen die één enkele mRNA bundel vertalen.

externe Website

QR-Code die een URL vertegenwoordigt

bekijk deze video om meer te weten te komen over ribosomen. Het ribosoom bindt aan de mRNA-molecule om de vertaling van zijn code in een proteã ne te beginnen. Wat gebeurt er met de kleine en grote ribosomale subeenheden aan het einde van de vertaling?

hoofdstuk Overzicht

DNA slaat de informatie op die nodig is om de cel te instrueren al zijn functies uit te voeren. De cellen gebruiken de genetische code die binnen DNA wordt opgeslagen om proteã nen te bouwen, die uiteindelijk de structuur en de functie van de cel bepaalt. Deze genetische code ligt in de bijzondere opeenvolging van nucleotiden die omhoog elk gen langs de molecule van DNA maken. Om deze code te” lezen”, moet de cel twee opeenvolgende stappen uitvoeren. In de eerste stap, transcriptie, wordt de code van DNA omgezet in een code van RNA. Een molecuul van boodschappersRNA dat aan een specifiek gen complementair is wordt samengesteld in een proces gelijkend op de replicatie van DNA. De molecule van mRNA verstrekt de code om een proteã ne samen te stellen. In het proces van vertaling, mRNA hecht aan een ribosoom. Vervolgens pendelen de molecules van tRNA de aangewezen aminozuren naar het ribosoom, één-voor-één, gecodeerd door opeenvolgende tripletcodon op mRNA, totdat de proteã ne volledig wordt samengesteld. Wanneer voltooid, mRNA los van het ribosoom, en de proteã ne wordt vrijgegeven. Typisch, hechten de veelvoudige ribosomen aan één enkel mRNA molecuul tegelijkertijd zodanig dat de veelvoudige proteã nen van mRNA gelijktijdig kunnen worden vervaardigd.

Herhalingsvragen

kritische Denkvragen

verklaren kort de overeenkomsten tussen transcriptie en DNA-replicatie.

transcriptie en DNA-replicatie hebben beide betrekking op de synthese van nucleïnezuren. Deze processen hebben veel gemeenschappelijke kenmerken-met name de soortgelijke processen van initiatie, verlenging en beëindiging. In beide gevallen moet de molecule van DNA untwisted en gescheiden zijn, en de codage (d.w.z., betekenis) bundel zal als malplaatje worden gebruikt. Ook, dienen polymerases om nucleotiden aan de groeiende bundel van DNA of mRNA toe te voegen. Beide processen worden aangegeven om te beëindigen wanneer voltooid.

Contrasttranscriptie en vertaling. Noem ten minste drie verschillen tussen de twee processen.

transcriptie is eigenlijk een “kopie” proces en vertaling is eigenlijk een “interpretatie” proces, omdat transcriptie het kopiëren van de DNA-boodschap in een zeer vergelijkbaar RNA-bericht impliceert terwijl vertaling het omzetten van de RNA-boodschap in de zeer verschillende aminozuurboodschap inhoudt. De twee processen verschillen ook in hun plaats: de transcriptie komt in de kern voor en de vertaling in het cytoplasma. De mechanismen waarmee de twee processen worden uitgevoerd zijn ook totaal verschillend: de transcriptie gebruikt polymeraseenzymen om mRNA te bouwen terwijl de vertaling verschillende soorten RNA gebruikt om proteã ne te bouwen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *