obiective de învățare

obiectiv principal

  • explicați procesul prin care o celulă construiește proteine folosind codul ADN

până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

  • explicați modul în care codul genetic din ADN determină proteinele formate
  • descrieți procesul de transcriere
  • explicați procesul de traducere
  • discutați funcția ribozomilor

s-a menționat mai devreme că ADN-ul oferă un „plan” pentru structura și fiziologia celulelor. Aceasta se referă la faptul că ADN-ul conține informațiile necesare celulei pentru a construi un tip foarte important de moleculă: proteina. Majoritatea componentelor structurale ale celulei sunt alcătuite, cel puțin parțial, de proteine și practic toate funcțiile pe care le îndeplinește o celulă sunt completate cu ajutorul proteinelor. Una dintre cele mai importante clase de proteine este enzimele, care ajută la accelerarea reacțiilor biochimice necesare care au loc în interiorul celulei. Unele dintre aceste reacții biochimice critice includ construirea de molecule mai mari din componente mai mici (cum ar fi ceea ce apare în timpul replicării ADN sau sintezei microtubulilor) și descompunerea moleculelor mai mari în componente mai mici (cum ar fi atunci când se recoltează energie chimică din moleculele nutritive). Oricare ar fi procesul celular, este aproape sigur că implică proteine. La fel cum genomul celulei descrie complementul său complet de ADN, proteomul unei celule este complementul său complet de proteine. Sinteza proteinelor începe cu gene. O genă este un segment funcțional al ADN-ului care furnizează informațiile genetice necesare pentru a construi o proteină. Fiecare genă specifică furnizează codul necesar pentru a construi o anumită proteină. Expresia genelor, care transformă informațiile codificate într-o genă într-un produs genetic final, dictează în cele din urmă structura și funcția unei celule prin determinarea proteinelor care sunt produse.

interpretarea genelor funcționează în felul următor. Amintiți-vă că proteinele sunt polimeri sau lanțuri ale multor blocuri de aminoacizi. Secvența bazelor dintr-o genă (adică secvența sa de nucleotide a, T, C, G) se traduce printr-o secvență de aminoacizi. Un triplet este o secțiune a trei baze ADN la rând care codifică un aminoacid specific. De exemplu, tripletul ADN CAC (citozină, adenină și citozină) specifică aminoacidul valină. Prin urmare, o genă, care este compusă din tripleți multipli într-o secvență unică, furnizează codul pentru a construi o proteină întreagă, cu aminoacizi multipli în secvența corectă (figura 3.4.1). Mecanismul prin care celulele transformă codul ADN într-un produs proteic este un proces în două etape, cu o moleculă de ARN ca intermediar.

această diagramă arată traducerea ARN-ului în proteine. Se arată că o catenă șablon ADN devine o catenă ARN prin transcriere. Apoi, firul ARN suferă o traducere și devine proteine.
figura 3.4.1 – codul Genetic: ADN-ul deține toate informațiile genetice necesare pentru a construi proteinele unei celule. Secvența nucleotidică a unei gene este în cele din urmă tradusă într-o secvență de aminoacizi a proteinei corespunzătoare a genei.

de la ADN la ARN: Transcrierea

ADN-ul este adăpostit în nucleu, iar sinteza proteinelor are loc în citoplasmă, astfel trebuie să existe un fel de mesager intermediar care părăsește nucleul și gestionează sinteza proteinelor. Acest mesager intermediar este ARN mesager (ARNm), (Figura 3.29), un acid nucleic monocatenar care poartă o copie a codului genetic pentru o singură genă din nucleu și în citoplasmă unde este utilizat pentru a produce proteine.

există mai multe tipuri diferite de ARN, fiecare având funcții diferite în celulă. Structura ARN este similară cu ADN-ul, cu câteva mici excepții. În primul rând, spre deosebire de ADN, majoritatea tipurilor de ARN, inclusiv ARNm, sunt monocatenare și nu conțin nicio catenă complementară. În al doilea rând, zahărul riboză din ARN conține un atom de oxigen suplimentar în comparație cu ADN-ul. În cele din urmă, în loc de timina de bază, ARN conține uracilul de bază. Aceasta înseamnă că adenina se va asocia întotdeauna cu uracil în timpul procesului de sinteză a proteinelor.

expresia genelor începe cu procesul numit transcriere, care este sinteza unui fir de ARNm care este complementar genei de interes. Acest proces se numește transcriere, deoarece ARNm este ca o transcriere sau copie a codului ADN al genei. Transcrierea începe într-un mod oarecum asemănător replicării ADN-ului, prin faptul că o regiune a ADN-ului se desface și cele două fire se separă, cu toate acestea, doar acea mică porțiune a ADN-ului va fi împărțită. Tripletele din cadrul genei de pe această secțiune a moleculei de ADN sunt utilizate ca șablon pentru transcrierea catenei complementare a ARN (figura 3.4.2). Un codon este o secvență cu trei baze de ARNm, așa-numitele deoarece codifică direct aminoacizii. La fel ca replicarea ADN-ului, există trei etape ale transcrierii: inițierea, alungirea și terminarea.

în această diagramă, ARN polimeraza este prezentată transcriind o catenă de șablon ADN în transcrierea ARN corespunzătoare.
figura 3.4.2 – transcriere: de la ADN la ARNm: în prima dintre cele două etape de fabricare a proteinei din ADN, o genă de pe molecula de ADN este transcrisă într-o moleculă complementară de ARNm.

În prima dintre cele două etape de fabricare a proteinei din ADN, o genă de pe molecula ADN este transcrisă într-o moleculă complementară de ARNm.

Etapa 1: inițierea. O regiune de la începutul genei numită promotor—o anumită secvență de nucleotide—declanșează începutul transcripției.

Etapa 2: alungire. Transcrierea începe atunci când ARN polimeraza desface segmentul ADN. Un fir, denumit catena de codificare, devine șablonul cu genele care urmează să fie codificate. Polimeraza aliniază apoi acidul nucleic corect (A, C, G sau U) cu baza sa complementară pe catena de codificare a ADN-ului. ARN polimeraza este o enzimă care adaugă noi nucleotide la o catenă în creștere de ARN. Acest proces construiește un fir de ARNm.

Etapa 3: încetarea. Când polimeraza a ajuns la capătul genei, unul dintre cele trei triplete specifice (UAA, UAG sau UGA) codifică un semnal „stop”, care declanșează enzimele pentru a termina transcrierea și a elibera transcrierea ARNm.

procesul de transcripție este reglat de o clasă de proteine numite factori de transcripție, care se leagă de secvența genică și fie promovează, fie inhibă transcripția lor. (mutați figura 3.35 aici).

înainte ca molecula ARNm să părăsească nucleul și să procedeze la sinteza proteinelor, aceasta este modificată în mai multe moduri. Din acest motiv, este adesea numit pre-ARNm în acest stadiu. De exemplu, ADN-ul dvs. și, prin urmare, ARNm complementar, conține regiuni lungi numite regiuni necodificatoare care nu codifică aminoacizii. Funcția lor este încă un mister, dar procesul numit splicing elimină aceste regiuni necodificate din transcrierea pre-ARNm (figura 3.4.3). Un spliceozom—o structură compusă din diferite proteine și alte molecule—se atașează de ARNm și „splices” sau taie regiunile necodificatoare. Segmentul eliminat al transcrierii se numește intron. Exonii rămași sunt lipiți împreună. Un exon este un segment de ARN care rămâne după îmbinare. Interesant este că unii introni care sunt eliminați din ARNm nu sunt întotdeauna necodificați. Atunci când diferite regiuni de codificare ale ARNm sunt îmbinate, în cele din urmă vor rezulta diferite variații ale proteinei, cu diferențe de structură și funcție. Acest proces are ca rezultat o varietate mult mai mare de proteine posibile și funcții proteice. Când transcrierea ARNm este gata, se deplasează din nucleu și în citoplasmă.

site extern

acest videoclip vă va arăta enzimele și biomoleculele importante implicate în procesul de transcriere, procesul de realizare a unei molecule de ARNm din ADN.

în această diagramă, o transcriere pre-ARNm este afișată în partea de sus a unei diagrame. Această transcriere pre-ARNm conține introni și exoni. În pasul următor, intronul se află într-o structură numită spliceozom. În ultima etapă, intronul este prezentat separat de ARN-ul îmbinat.
figura 3.4.3-ADN de îmbinare: În nucleu, o structură numită spliceozom taie introni (regiuni necodificatoare) într-o transcriere pre-ARNm și reconectează exonii.

de la ARN la proteine: traducere

ca traducerea unei cărți dintr-o limbă în alta, codonii de pe un fir de ARNm trebuie traduși în alfabetul aminoacizilor proteinelor. Traducerea este procesul de sinteză a unui lanț de aminoacizi numit polipeptidă. Traducerea necesită două ajutoare majore: în primul rând, un” traducător”, molecula care va efectua traducerea și, în al doilea rând, un substrat pe care firul ARNm este tradus într-o nouă proteină, cum ar fi „biroul” traducătorului.”Ambele cerințe sunt îndeplinite de alte tipuri de ARN. Substratul pe care are loc traducerea este ribozomul.

amintiți-vă că mulți dintre ribozomii unei celule se găsesc asociați cu ER dur și efectuează sinteza proteinelor destinate aparatului Golgi. ARN ribozomal (ARNr) este un tip de ARN care, împreună cu proteinele, compune structura ribozomului. Ribozomii există în citoplasmă ca două componente distincte, o subunitate mică și una mare. Când o moleculă de ARNm este gata să fie tradusă, cele două subunități se reunesc și se atașează la ARNm. Ribozomul oferă un substrat pentru traducere, reunind și aliniind molecula ARNm cu „traducătorii” moleculari care trebuie să-i descifreze codul.

cealaltă cerință majoră pentru sinteza proteinelor este moleculele translatoare care „citesc” fizic codonii ARNm. ARN de Transfer (Tarn) este un tip de ARN care transportă aminoacizii corespunzători corespunzători ribozomului și atașează fiecare aminoacid nou la ultimul, construind lanțul polipeptidic unul câte unul. Astfel, Arnt transferă aminoacizi specifici din citoplasmă într-o polipeptidă în creștere. Moleculele Tarn trebuie să poată recunoaște codonii de pe ARNm și să le potrivească cu aminoacidul corect. Arnt este modificat pentru această funcție. La un capăt al structurii sale este un situs de legare pentru un aminoacid specific. La celălalt capăt este o secvență de bază care se potrivește cu codonul specificând aminoacidul său particular. Această secvență de trei baze pe molecula Tarn se numește anticodon. De exemplu, un Arnt responsabil pentru naveta aminoacidului glicină conține un situs de legare pentru glicină la un capăt. La celălalt capăt conține un anticodon care completează codonul glicinei (GGA este un codon pentru glicină, astfel încât anticodonul tRNAs ar citi CCU). Echipat cu încărcătura sa specială și anticodonul potrivit, o moleculă de Arnt poate citi codonul ARNm recunoscut și poate aduce aminoacidul corespunzător în lanțul de creștere (figura 3.4.4).

partea superioară a acestei figuri prezintă o subunitate ribozomală mare care intră în contact cu ARNm care are deja atașată subunitatea ribozomală mică. Un Arnt și un anticodon sunt în apropiere. În cel de-al doilea panou, Tarn se leagă, de asemenea, de același loc ca și subunitățile ribozomale. În panoul de jos, este prezentat un lanț polipeptidic care iese din complex.
figura 3.4.4 – traducerea de la ARN la proteină: în timpul traducerii, transcrierea ARNm este „citită” de un complex funcțional format din moleculele ribozomului și Arnt. Arnt aduc aminoacizii corespunzători în ordine în lanțul polipeptidic în creștere, potrivind anti-codonii lor cu codonii de pe firul ARNm.

la fel ca procesele de replicare și transcriere a ADN-ului, traducerea constă din trei etape principale: inițiere, alungire și terminare. Inițierea are loc cu legarea unui ribozom la o transcriere ARNm. Etapa de alungire implică recunoașterea unui anticodon Tarn cu următorul codon ARNm din secvență. Odată ce secvențele anticodon și codon sunt legate (amintiți-vă, sunt perechi de baze complementare), Tarn își prezintă încărcătura de aminoacizi și catena polipeptidică în creștere este atașată la acest aminoacid următor. Acest atașament are loc cu ajutorul diferitelor enzime și necesită energie. Molecula Tarn eliberează apoi Catena ARNm, Catena ARNm schimbă un codon în ribozom, iar următorul Tarn adecvat ajunge cu anticodonul său potrivit. Acest proces continuă până la atingerea codonului final de pe ARNm, care oferă un mesaj „stop” care semnalează încetarea traducerii și declanșează eliberarea proteinei complete, nou sintetizate. Astfel, o genă din molecula ADN este transcrisă în ARNm, care este apoi tradusă într-un produs proteic (figura 3.4.5).

site extern

acest videoclip vă va arăta enzimele și biomoleculele importante implicate în procesul de traducere, care utilizează ARNm pentru a codifica o proteină.

această figură prezintă o schemă a unei celule în care transcrierea de la ADN la ARNm are loc în interiorul nucleului și traducerea de la ARNm la proteină are loc în citoplasmă.
figura 3.4.5-de la ADN la proteină: transcriere prin traducere: Transcrierea în nucleul celular produce o moleculă de ARNm, care este modificată și apoi trimisă în citoplasmă pentru traducere. Transcrierea este decodificată într-o proteină cu ajutorul unui ribozom și a moleculelor de Arnt.

în mod obișnuit, o transcriere ARNm va fi tradusă simultan de mai mulți ribozomi adiacenți. Aceasta crește eficiența sintezei proteinelor. Un singur ribozom ar putea traduce o moleculă de ARNm în aproximativ un minut; deci, mai mulți ribozomi la bordul unei singure transcrieri ar putea produce de mai multe ori numărul aceleiași proteine în același minut. Un poliribozom este un șir de ribozomi care traduc un singur fir de ARNm.

site extern

cod QR reprezentând o adresă URL

urmăriți acest videoclip pentru a afla despre ribozomi. Ribozomul se leagă de molecula ARNm pentru a începe traducerea codului său într-o proteină. Ce se întâmplă cu subunitățile ribozomale mici și mari la sfârșitul traducerii?

capitolul revizuire

ADN-ul stochează informațiile necesare pentru instruirea celulei pentru a-și îndeplini toate funcțiile. Celulele folosesc codul genetic stocat în ADN pentru a construi proteine, ceea ce determină în cele din urmă structura și funcția celulei. Acest cod genetic se află în secvența particulară de nucleotide care alcătuiesc fiecare genă de-a lungul moleculei ADN. Pentru a „citi” acest cod, celula trebuie să efectueze doi pași secvențiali. În prima etapă, transcripția, codul ADN este transformat într-un cod ARN. O moleculă de ARN mesager care este complementară unei gene specifice este sintetizată într-un proces similar cu replicarea ADN-ului. Molecula de ARNm furnizează codul pentru a sintetiza o proteină. În procesul de traducere, ARNm se atașează la un ribozom. Apoi, moleculele de Arnt transferă aminoacizii corespunzători către ribozom, unul câte unul, codificați prin codoni tripleți secvențiali pe ARNm, până când proteina este complet sintetizată. Când este finalizat, ARNm se detașează de ribozom, iar proteina este eliberată. De obicei, mai mulți ribozomi se atașează la o singură moleculă de ARNm simultan, astfel încât mai multe proteine pot fi fabricate din ARNm simultan.

întrebări de revizuire

întrebări de gândire critică

explicați pe scurt asemănările dintre transcriere și replicarea ADN-ului.

transcrierea și replicarea ADN-ului implică atât sinteza acizilor nucleici. Aceste procese împărtășesc multe caracteristici comune—în special, procesele similare de inițiere, alungire și terminare. În ambele cazuri, molecula de ADN trebuie să fie dezbrăcată și separată, iar catena de codificare (adică sens) va fi utilizată ca șablon. De asemenea, polimerazele servesc la adăugarea de nucleotide la ADN-ul în creștere sau la firul ARNm. Ambele procese sunt semnalizate pentru a se termina la finalizare.

transcrierea și traducerea contrastului. Denumiți cel puțin trei diferențe între cele două procese.

transcrierea este într-adevăr un proces de „copiere”, iar traducerea este într-adevăr un proces de „interpretare”, deoarece transcrierea implică copierea mesajului ADN într-un mesaj ARN foarte similar, în timp ce traducerea implică transformarea mesajului ARN în mesajul de aminoacizi foarte diferit. Cele două procese diferă, de asemenea, în locația lor: transcrierea are loc în nucleu și traducerea în citoplasmă. Mecanismele prin care sunt efectuate cele două procese sunt, de asemenea, complet diferite: transcripția utilizează enzimele polimerazei pentru a construi ARNm, în timp ce traducerea utilizează diferite tipuri de ARN pentru a construi proteine.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *