cele uczenia się

główny cel

  • wyjaśnij proces, w którym komórka buduje białka za pomocą kodu DNA

pod koniec tej sekcji będziesz mógł dowiedzieć się, w jaki sposób:

  • wyjaśnij, w jaki sposób kod genetyczny DNA określa białka utworzone
  • opis procesu transkrypcji
  • wyjaśnij proces translacji
  • omówienie funkcji rybosomów

wspomniano wcześniej, że DNA stanowi „plan” dla struktury i fizjologii komórki. Odnosi się to do faktu, że DNA zawiera informacje niezbędne do zbudowania przez komórkę jednego bardzo ważnego typu cząsteczki: białka. Większość składników strukturalnych komórki składa się, przynajmniej częściowo, z białek i praktycznie wszystkie funkcje, które komórka wykonuje, są uzupełniane za pomocą białek. Jedną z najważniejszych klas białek są enzymy, które pomagają przyspieszyć niezbędne reakcje biochemiczne zachodzące wewnątrz komórki. Niektóre z tych krytycznych reakcji biochemicznych obejmują budowanie większych cząsteczek z mniejszych składników (takich jak to, co występuje podczas replikacji DNA lub syntezy mikrotubul) i rozbicie większych cząsteczek na mniejsze składniki (takie jak zbieranie energii chemicznej z cząsteczek składników odżywczych). Niezależnie od tego, jaki może być proces komórkowy, prawie na pewno dotyczy białek. Tak jak Genom komórki opisuje jego pełny dopełnienie DNA, proteom komórki jest jego pełnym dopełnieniem białek. Synteza białek zaczyna się od genów. Gen jest funkcjonalnym segmentem DNA, który dostarcza informacji genetycznej niezbędnej do budowy białka. Każdy konkretny gen dostarcza kod niezbędny do skonstruowania konkretnego białka. Ekspresja genu, która przekształca informacje zakodowane w genie do produktu końcowego genu, ostatecznie dyktuje strukturę i funkcję komórki, określając, które białka są wytwarzane.

interpretacja genów działa w następujący sposób. Przypomnijmy, że białka są polimerami lub łańcuchami wielu aminokwasów budulcowych. Sekwencja zasad w genie (czyli jego Sekwencja nukleotydów A, T, C, G) przekłada się na sekwencję aminokwasową. Triplet jest sekcją trzech zasad DNA z rzędu, która koduje określony aminokwas. Na przykład, CAC triplet DNA (cytozyna, adenina i cytozyna) określa aminokwas waliny. Dlatego gen, który składa się z wielu trojaczków w unikalnej sekwencji, zapewnia kod do budowy całego białka, z wieloma aminokwasami w odpowiedniej sekwencji (rysunek 3.4.1). Mechanizm, za pomocą którego komórki przekształcają kod DNA w produkt białkowy, jest procesem dwuetapowym, z cząsteczką RNA jako produktem pośrednim.

ten diagram pokazuje translację RNA na białka. Wykazano, że nić szablonu DNA staje się nicią RNA poprzez transkrypcję. Następnie nić RNA ulega translacji i staje się białkami.
rysunek 3.4.1 – kod genetyczny: DNA zawiera wszystkie informacje genetyczne niezbędne do budowy białek komórki. Sekwencja nukleotydowa genu jest ostatecznie przekształcana w sekwencję aminokwasową odpowiedniego białka genu.

od DNA do RNA: transkrypcja

DNA mieści się w jądrze, a synteza białek odbywa się w cytoplazmie, więc musi istnieć jakiś pośredni przekaźnik, który opuszcza jądro i zarządza syntezą białek. Ten pośredni przekaźnik to posłaniec RNA (mRNA), (ryc. 3.29), jednoniciowy kwas nukleinowy, który przenosi kopię kodu genetycznego pojedynczego genu z jądra do cytoplazmy, gdzie jest używany do produkcji białek.

istnieje kilka różnych typów RNA, z których każdy pełni różne funkcje w komórce. Struktura RNA jest podobna do DNA z kilkoma małymi wyjątkami. Po pierwsze, w przeciwieństwie do DNA, większość typów RNA, w tym mRNA, jest jednoniciowa i nie zawiera komplementarnej nici. Po drugie, cukier rybozy w RNA zawiera dodatkowy atom tlenu w porównaniu z DNA. Wreszcie, zamiast zasadowej tyminy, RNA zawiera zasadowy uracyl. Oznacza to, że adenina zawsze sparuje się z uracylem podczas procesu syntezy białek.

ekspresja genu rozpoczyna się od procesu zwanego transkrypcją, który jest syntezą nici mRNA, która jest komplementarna do genu będącego przedmiotem zainteresowania. Proces ten nazywa się transkrypcją, ponieważ mRNA jest jak transkrypcja lub Kopia kodu DNA genu. Transkrypcja zaczyna się w sposób podobny do replikacji DNA, w którym region DNA rozwija się i dwie nici oddzielają się, jednak tylko ta niewielka część DNA zostanie rozdzielona. Trojaczki wewnątrz genu na tej części cząsteczki DNA są używane jako szablon do transkrypcji komplementarnej nici RNA (Fig. 3.4.2). Kodon jest trójpodstawową sekwencją mRNA, tak zwaną, ponieważ bezpośrednio kodują aminokwasy. Podobnie jak replikacja DNA, istnieją trzy etapy transkrypcji: inicjacja, wydłużenie i zakończenie.

na tym diagramie polimeraza RNA jest przedstawiona jako transkrypcja nici szablonu DNA do odpowiadającego jej transkryptu RNA.
rysunek 3.4.2 – transkrypcja: od DNA do mRNA: w pierwszym z dwóch etapów wytwarzania białka z DNA, gen na cząsteczce DNA jest transkrybowany do komplementarnej cząsteczki mRNA.

w pierwszym z dwóch etapów wytwarzania białka z DNA, gen na cząsteczce DNA jest transkrybowany do komplementarnej cząsteczki mRNA.

Etap 1: inicjacja. Region na początku genu zwany promotorem—konkretna Sekwencja nukleotydów-wyzwala początek transkrypcji.

Etap 2: wydłużenie. Transkrypcja rozpoczyna się, gdy polimeraza RNA rozwija segment DNA. Jedna nić, zwana nicią kodującą, staje się szablonem z kodowanymi genami. Polimeraza następnie wyrównuje prawidłowy kwas nukleinowy (A, C, G lub U) z jego komplementarną bazą na nici kodującej DNA. Polimeraza RNA jest enzymem, który dodaje nowe nukleotydy do rosnącej nici RNA. Proces ten buduje pasmo mRNA.

Etap 3: zakończenie. Gdy polimeraza osiągnie koniec genu, jedna z trzech specyficznych trojaczek (UAA, UAG lub UGA) koduje sygnał „stop”, który wyzwala enzymy do przerwania transkrypcji i uwolnienia transkryptu mRNA.

proces transkrypcji jest regulowany przez klasę białek zwanych czynnikami transkrypcyjnymi, które wiążą się z sekwencją genu i promują lub hamują ich transkrypcję. (przesuń rysunek 3.35 tutaj).

zanim cząsteczka mRNA opuści jądro i przejdzie do syntezy białek, jest modyfikowana na wiele sposobów. Z tego powodu na tym etapie często nazywa się go pre-mRNA. Na przykład, twoje DNA, a więc komplementarne mRNA, zawiera długie regiony zwane regionami niekodującymi, które nie kodują aminokwasów. Ich funkcja jest nadal tajemnicą, ale proces zwany splicing usuwa te niekodujące regiony z transkryptu pre-mRNA (rysunek 3.4.3). Spliceosom-struktura złożona z różnych białek i innych cząsteczek-przyłącza się do mRNA i „splaces” lub wycina regiony niekodujące. Usunięty segment transkryptu nazywany jest intronem. Pozostałe egzony są wklejane razem. Egzon to segment RNA, który pozostaje po splicingu. Co ciekawe, niektóre introny usuwane z mRNA nie zawsze są niekodujące. Gdy różne regiony kodujące mRNA są spliced out, różne odmiany białka ostatecznie wynikną, z różnicami w strukturze i funkcji. Proces ten skutkuje znacznie większą różnorodnością możliwych białek i funkcji białek. Kiedy transkrypt mRNA jest gotowy, przemieszcza się z jądra do cytoplazmy.

strona zewnętrzna

Ten film pokaże Ci ważne enzymy i biomolekuły zaangażowane w proces transkrypcji, proces wytwarzania cząsteczki mRNA z DNA.

na tym diagramie transkrypcja pre-mRNA jest pokazana w górnej części schematu blokowego. Ten transkrypt pre-mRNA zawiera introny i eksony. W kolejnym etapie intron znajduje się w strukturze zwanej spliceosomem. W ostatnim etapie intron jest oddzielony od splicowanego RNA.
rysunek 3.4.3-Splicing DNA: W jądrze struktura zwana spliceosomem odcina introny (regiony niekodujące) w transkrypcji pre-mRNA i ponownie łączy egzony.

od RNA do białka: tłumaczenie

podobnie jak tłumaczenie książki z jednego języka na drugi, kodony na nici mRNA muszą być przetłumaczone na alfabet aminokwasowy białek. Translacja jest procesem syntezy łańcucha aminokwasów zwanego polipeptydem. Tłumaczenie wymaga dwóch głównych pomocy: po pierwsze, „Tłumacz”, cząsteczka, która przeprowadzi tłumaczenie, a po drugie, substrat, na którym nić mRNA jest tłumaczona na nowe białko, jak „biurko tłumacza.”Oba te wymagania spełniają inne rodzaje RNA. Substratem, na którym odbywa się translacja, jest rybosom.

pamiętaj, że wiele rybosomów komórki jest związanych z szorstkim ER i przeprowadza syntezę białek przeznaczonych do aparatu Golgiego. Rybosomalny RNA (rRNA) to rodzaj RNA, który wraz z białkami tworzy strukturę rybosomu. Rybosomy występują w cytoplazmie jako dwa odrębne składniki, mała i duża podjednostka. Kiedy cząsteczka mRNA jest gotowa do translacji, dwie podjednostki łączą się i przyłączają do mRNA. Rybosom zapewnia substrat do translacji, łącząc i wyrównując cząsteczkę mRNA z molekularnymi „tłumaczami”, które muszą rozszyfrować jej kod.

innym ważnym wymogiem syntezy białek są cząsteczki tłumaczące, które fizycznie „odczytują” kodony mRNA. Transfer RNA (tRNA) jest rodzajem RNA, który przenosi odpowiednie odpowiadające aminokwasy do rybosomu i przyłącza każdy nowy aminokwas do ostatniego, budując łańcuch polipeptydowy jeden po drugim. W ten sposób tRNA przenosi specyficzne aminokwasy z cytoplazmy do rosnącego polipeptydu. Cząsteczki tRNA muszą być w stanie rozpoznać kodony na mRNA i dopasować je do właściwego aminokwasu. TRNA jest modyfikowany dla tej funkcji. Na jednym końcu jego struktury znajduje się miejsce wiązania określonego aminokwasu. Na drugim końcu znajduje się Sekwencja zasadowa, która pasuje do kodonu określającego jego konkretny aminokwas. Ta sekwencja trzech zasad na cząsteczce tRNA nazywana jest antyodonem. Na przykład tRNA odpowiedzialny za transport aminokwasu glicyny zawiera miejsce wiązania glicyny na jednym końcu. Z drugiej strony zawiera anticodon, który uzupełnia kodon glicyny (GGA jest kodonem glicyny, więc trnas anticodon odczytuje CCU). Wyposażona w swój szczególny ładunek i dopasowany anticodon, cząsteczka tRNA może odczytać rozpoznany kodon mRNA i doprowadzić odpowiedni aminokwas do rosnącego łańcucha (rysunek 3.4.4).

górna część tego rysunku pokazuje dużą podjednostkę rybosomalną stykającą się z mRNA, która ma już dołączoną małą podjednostkę rybosomalną. TRNA i anticodon są w pobliżu. W drugim panelu tRNA wiąże się również z tym samym miejscem co podjednostki rybosomalne. W dolnym panelu pokazany jest łańcuch polipeptydowy wyłaniający się z kompleksu. rysunek 3.4.4 – translacja z RNA na białko: podczas translacji transkrypt mRNA jest „odczytywany” przez funkcjonalny kompleks składający się z cząsteczek rybosomu i tRNA. Trna wprowadzają odpowiednie aminokwasy w sekwencji do rosnącego łańcucha polipeptydowego poprzez dopasowanie ich anty-kodonów do kodonów na nici mRNA.

podobnie jak procesy replikacji i transkrypcji DNA, translacja składa się z trzech głównych etapów: inicjacji, wydłużenia i zakończenia. Inicjacja odbywa się poprzez wiązanie rybosomu z transkrypcją mRNA. Etap elongacji polega na rozpoznaniu antyodona tRNA z następnym kodonem mRNA w sekwencji. Po związaniu sekwencji anticodon i kodon (pamiętaj, że są komplementarnymi parami zasad), tRNA prezentuje swój ładunek aminokwasowy, a rosnąca nić polipeptydowa jest przyłączona do tego następnego aminokwasu. To przywiązanie odbywa się przy pomocy różnych enzymów i wymaga energii. Cząsteczka tRNA następnie uwalnia nić mRNA, nić mRNA przesuwa jeden kodon w rybosomie, a następny odpowiedni tRNA przybywa z dopasowanym antyodonem. Proces ten trwa do momentu osiągnięcia końcowego kodonu na mRNA, który dostarcza komunikat „stop”, który sygnalizuje zakończenie translacji i wyzwala uwolnienie kompletnego, nowo zsyntetyzowanego białka. Tak więc gen w cząsteczce DNA jest transkrybowany do mRNA, który jest następnie tłumaczony na produkt białkowy (rysunek 3.4.5).

strona zewnętrzna

Ten film pokaże Ci ważne enzymy i biomolekuły zaangażowane w proces translacji, który wykorzystuje mRNA do kodowania białka.

ten rysunek przedstawia schemat komórki, w której transkrypcja z DNA do mRNA odbywa się wewnątrz jądra, a translacja z mRNA do białka odbywa się w cytoplazmie.
rysunek 3.4.5-od DNA do białka: transkrypcja przez translację: Transkrypcja w jądrze komórkowym wytwarza cząsteczkę mRNA, która jest modyfikowana, a następnie wysyłana do cytoplazmy w celu translacji. Transkrypt jest dekodowany do białka za pomocą rybosomu i cząsteczek tRNA.

Zwykle transkrypcja mRNA jest tłumaczona jednocześnie przez kilka sąsiednich rybosomów. Zwiększa to efektywność syntezy białek. Pojedynczy rybosom może przetłumaczyć cząsteczkę mRNA w około minutę; tak więc wiele rybosomów w jednym transkrypcie może produkować wielokrotność liczby tego samego białka w tej samej minucie. Polirybosom jest ciągiem rybosomów tłumaczących pojedynczą nić mRNA.

strona zewnętrzna

kod QR reprezentujący URL

obejrzyj ten film, aby dowiedzieć się więcej o rybosomach. Rybosom wiąże się z cząsteczką mRNA, aby rozpocząć translację jego kodu do białka. Co dzieje się z małymi i dużymi podjednostkami rybosomalnymi na końcu translacji?

przegląd rozdziału

DNA przechowuje informacje niezbędne do polecenia komórce wykonywania wszystkich jej funkcji. Komórki wykorzystują kod genetyczny przechowywany w DNA do budowy białek, które ostatecznie determinują strukturę i funkcję komórki. Ten kod genetyczny leży w określonej sekwencji nukleotydów, które tworzą każdy gen wzdłuż cząsteczki DNA. Aby” odczytać ” ten kod, komórka musi wykonać dwa kolejne kroki. W pierwszym etapie transkrypcji kod DNA jest przekształcany w kod RNA. Cząsteczka Posłańca RNA, który jest komplementarny do konkretnego genu jest syntetyzowany w procesie podobnym do replikacji DNA. Cząsteczka mRNA dostarcza kod do syntezy białka. W procesie translacji mRNA przyłącza się do rybosomu. Następnie cząsteczki tRNA przenoszą odpowiednie aminokwasy do rybosomu, jeden po drugim, kodowane przez sekwencyjne kodony triplet na mRNA, aż białko zostanie w pełni zsyntetyzowane. Po zakończeniu mRNA odłącza się od rybosomu i białko jest uwalniane. Zazwyczaj wiele rybosomów przyłącza się do pojedynczej cząsteczki mRNA jednocześnie, tak że wiele białek może być wytwarzanych z mRNA jednocześnie.

pytania przeglądowe

pytania krytycznego myślenia

krótko wyjaśniają podobieństwa między transkrypcją a replikacją DNA.

transkrypcja i replikacja DNA wiążą się z syntezą kwasów nukleinowych. Procesy te mają wiele wspólnych cech-w szczególności podobne procesy inicjacji, wydłużenia i zakończenia. W obu przypadkach cząsteczka DNA musi być odkręcona i oddzielona, a kodująca (tj. zmysłowa) nić będzie używana jako szablon. Ponadto polimerazy służą do dodawania nukleotydów do rosnącej nici DNA lub mRNA. Oba procesy są sygnalizowane do zakończenia po zakończeniu.

kontrastowa transkrypcja i tłumaczenie. Wymień co najmniej trzy różnice między tymi dwoma procesami.

transkrypcja jest tak naprawdę procesem „kopiowania”, a tłumaczenie jest tak naprawdę procesem „interpretacji”, ponieważ transkrypcja polega na skopiowaniu wiadomości DNA do bardzo podobnej wiadomości RNA, podczas gdy tłumaczenie polega na przekształceniu wiadomości RNA w bardzo inną wiadomość aminokwasową. Oba procesy różnią się również lokalizacją: transkrypcja zachodzi w jądrze, a translacja w cytoplazmie. Mechanizmy, za pomocą których oba procesy są wykonywane, są również zupełnie różne: transkrypcja wykorzystuje enzymy polimerazy do budowy mRNA, podczas gdy translacja wykorzystuje różne rodzaje RNA do budowy białka.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *