Lähetys (biologia)

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 14. helmikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Käännös ( latinasta  translatio  - "siirto, liike") - proteiinisynteesiprosessi , jonka ribosomi suorittaa aminohapoista tietoisen ( matriisi ) RNA :n (mRNA, mRNA) matriisissa , joka tapahtuu solutasolla; geneettisen tiedon toteuttaminen .

Mekanismi

Proteiinisynteesi on solujen elämän perusta . Tämän prosessin suorittamiseksi soluilla on erityisiä ei-kalvoorganelleja - ribosomeja . Nämä ovat ribonukleoproteiinikomplekseja, jotka on rakennettu kahdesta alayksiköstä: suuresta ja pienestä. Niiden tehtävänä on tunnistaa kolmikirjaimia ( kolmen nukleotidin ) mRNA - kodoneja , sovittaa yhteen niitä vastaavia aminohappoja kantavia tRNA- antikodoneja ja kiinnittää nämä aminohapot kasvavaan proteiiniketjuun. Liikkuessaan mRNA-molekyyliä pitkin ribosomi syntetisoi proteiinia mRNA-molekyylin sisältämien tietojen mukaisesti. [yksi]

Aminohappojen tunnistamiseksi solussa on erityisiä "adaptereita", siirto-RNA- molekyylejä (tRNA). Näillä apilanlehden muotoisilla molekyyleillä on mRNA-kodonille komplementaarinen kohta (antikodoni) sekä toinen kohta, johon tätä kodonia vastaava aminohappo on kiinnittynyt. Aminohappojen kiinnittäminen tRNA:han tapahtuu energiariippuvaisessa reaktiossa aminoasyyli-tRNA-syntetaasientsyymien toimesta , ja tuloksena olevaa molekyyliä kutsutaan aminoasyyli-tRNA:ksi . Siten translaation spesifisyyden määrää mRNA-kodonin ja tRNA-antikodonin välinen vuorovaikutus sekä aminoasyyli-tRNA-syntetaasien spesifisyys, jotka kiinnittävät aminohappoja tiukasti niitä vastaaviin tRNA:ihin (esimerkiksi GGU-kodoni vastaa tRNA, joka sisältää CCA-antikodonin ja vain aminohapon glysiinin ).

Prokaryoottien ja eukaryoottien translaatiomekanismit eroavat merkittävästi, joten monet prokaryoottien translaatiota estävät aineet vaikuttavat vähemmän eukaryoottien translaatioon, mikä mahdollistaa niiden käytön lääketieteessä antibakteerisina aineina, jotka ovat turvallisia nisäkkäille.

Käännösprosessi on jaettu

Lukukehys

Koska jokainen kodoni sisältää kolme nukleotidia , yksi geneettinen teksti voidaan lukea kolmella tavalla (alkaen ensimmäisestä, toisesta ja kolmannesta nukleotidistä), eli kolmessa eri lukukehyksessä. Tyypillisesti tieto, joka on koodattu vain yhteen lukukehykseen, on merkittävää. Siksi oikea translaation aloitus (asemointi AUG-aloituskodoniin) on erittäin tärkeä ribosomin proteiinisynteesille.

Aloitus

Proteiinisynteesi alkaa useimmissa tapauksissa metioniinia koodaavalla AUG- kodonilla . Tätä kodonia kutsutaan yleisesti aloitus- tai aloituskodoniksi. Translaation aloitus sisältää tämän kodonin tunnistamisen ribosomin toimesta ja aminoasyyli-tRNA:n initiaattorin värväämisen. Translaation aloittaminen edellyttää myös tiettyjen nukleotidisekvenssien läsnäoloa aloituskodonin alueella ( Shine-Dalgarno-sekvenssi prokaryooteissa ja Kozak-sekvenssi eukaryooteissa). Tärkeä rooli mRNA: n 5'-pään suojaamisessa kuuluu 5'- cap :lle . Sellaisen sekvenssin olemassaolo, joka erottaa aloitus-AUG:n sisäisistä, on ehdottoman välttämätöntä, koska muuten proteiinisynteesin käynnistyminen tapahtuisi kaoottisesti kaikissa AUG-kodoneissa.

Initiaatioprosessin tarjoavat erityiset proteiinit - aloitustekijät ( englanniksi  initiation factor, IF ; eukaryoottiset aloitustekijät tarkoittavat eIF:tä, englannista  eukaryootit ).

Pro- ja eukaryoottien translaation aloitusmekanismit eroavat merkittävästi: prokaryoottiset ribosomit pystyvät mahdollisesti löytämään aloitus-AUG:n ja aloittamaan synteesin missä tahansa mRNA:n osassa, kun taas eukaryoottiset ribosomit kiinnittyvät yleensä mRNA:han cap-alueella ja skannaavat sen etsiessään. aloituskodonista.

Prokaryooteissa

Prokaryoottien pieni ribosomaalinen alayksikkö (30S), jos se ei ole tällä hetkellä mukana translaatiossa, on kompleksina aloitustekijöiden IF1, IF3 ja joissakin tapauksissa IF2 kanssa. Harkitse näiden proteiinien päätoimintoja:

30S-alayksikön kompleksi initiaattoritekijöiden kanssa pystyy tunnistamaan erityisiä mRNA-sekvenssejä, niin sanottuja ribosomin sitoutumiskohtia ( RBS, ribosome-binding site ) .  Nämä kohdat sisältävät ensinnäkin initiaattorin AUG:n ja toiseksi erityisen Shine-Dalgarno-sekvenssin , johon ribosomaalinen 16S-RNA sitoutuu komplementaarisesti . Shine-Dalgarno-sekvenssi erottaa AUG-initiaattorin metioniinia koodaavista sisäisistä kodoneista. Kun 30S-alayksikkö on sitoutunut mRNA:han, se vetää puoleensa initiaattoriaminoasyyli-tRNA:ta ja IF2:ta, jos niitä ei ole jo sisällytetty kompleksiin. Sitten 50S-alihiukkanen kiinnittyy, tapahtuu GTP-hydrolyysi ja aloitustekijöiden dissosiaatio. Kokoonpantu ribosomi alkaa syntetisoida polypeptidiketjua.

Eukaryooteissa

Eukaryooteissa on kaksi päämekanismia ribosomin aloittavan AUG:n löytämiseksi: cap-riippuvainen (skannaus) ja cap-riippumaton (sisäinen aloitus).

Pääaloitusmekanismien lisäksi, jos ennen aloituskodonia on poly(A)-johto (esimerkiksi pox-perheen virusten mRNA:ssa), toteutuu epästandardi aloitusmekanismi. Tässä tapauksessa initiaattorikompleksi ei sisällä tekijöitä IF3 ja eIF4F, ja 5'-transloitumattomalle alueelle koontuttuaan se ei skannaa peräkkäin mRNA:ta, vaan ns. ATP-riippumaton "vaiheeton vaellus". Tässä tapauksessa aloitus etenee paljon nopeammin kuin klassisen skannausmekanismin mukaisessa työssä . [3]

Myös eukaryooteissa translaation uudelleenaloitus on mahdollista , kun translaation päätyttyä ribosomi proteiinitekijöiden kanssa ei irtoa mRNA:sta, vaan hyppää mRNA:n 3'-päästä 5'-päähän ja aloittaa aloituksen uudelleen. Tämä on mahdollista ns. mRNA:n syklisointi sytoplasmassa, eli aloitus- ja lopetuskodonien fyysinen konvergenssi erityisten proteiinien avulla.

Korkista riippuva mekanismi

Toisin kuin prokaryooteissa, joissa translaation aloitus saadaan aikaan vain kolmella proteiinitekijällä, valtaosan eukaryoottisten mRNA:iden translaatiosta, joka sisältää 5'- cap [m7G(5')ppp(5')N] ja 3'- poly(A)-häntä, vaatii vähintään 13 yhteisen eukaryoottisen aloitustekijän (eIF:n) osallistumisen, joita edustaa 31 polypeptidiä. Translaation aloitus sisältää tapahtumat ribosomin dissosioitumisen välillä edellisen translaatiosyklin lopettamisen aikana ja ribosomin kokoonpanon välillä, joka on valmis elongaatioon mRNA :n aloituskodonissa . Aloittamisen aikana käännöslaitteisto suorittaa seuraavat tehtävät:

  1. ribosomaalisten alayksiköiden dissosiaatio ja antiassosiaatio;
  2. initiaattorimetionyyli-tRNA:n valinta (Met-tRNAiMet);
  3. 5' korkkisidonta, poly(A)-sidonta, skannaus;
  4. oikean aloituskodonin valinta ;
  5. ribosomaalisten alayksiköiden yhdistelmä aloituskodonissa [4] [5] [L 1] [L 2] [6]
Ribosomialayksiköiden dissosiaatio ja anti-assosiaatio

Ribosomaalisten alayksiköiden dissosioituminen terminaation lopussa on aktiivinen prosessi, johon liittyy eIF:itä sekä elongaatio- ja lopetustekijöitä. eIF tarjoaa jo dissosioituneiden alayksiköiden antiassosiaatiota, ja se estää ribosomaalisten alayksiköiden ennenaikaisen assosioitumisen. [4] [5] [K 2] [6] Päärooli tässä tehtävässä on eIF3, monialayksikkötekijä, joka koostuu 13 eri alayksiköstä (kokonaismolekyylipaino 800 kDa) nisäkkäissä, 11 alayksiköstä kasveissa ja kuudesta alayksiköstä. Saccharomyces cerevisiae -hiivassa . [7] [8] eIF3 sitoutuu ribosomin 40S-alayksikköön (40S) sen j-alayksikön kautta, joka puolestaan ​​on vuorovaikutuksessa telineen b-alayksikön kanssa ja estää 40S:n yhdistymisen ribosomin 60S-alayksikköön (60S). [9] [10] Nämä eIF3:n aktiivisuudet riippuvat sen vuorovaikutuksesta eIF1:n ja eIF2/GTP/Met-tRNAiMet-kolmiokompleksin kanssa. [11] eIF1:n sitoutuminen 40S:ään toimii yhteistyössä eIF3:n kanssa [12] [13] , samoin kuin eIF1:n sitoutuminen eIF1A:han (bakteeri-IF1:n homologi) [14] . Siten eIF1A on todennäköisesti mukana myös assosiaatioiden vastaisessa toiminnassa, ainakin epäsuorasti.

Initiaattorin metionyyli-tRNA:n (Met-tRNAiMet) valinta

Tämä vaihe sisältää seuraavat prosessit:

  1. tRNAiMet:n tunnistaminen ja metionylointi spesifisellä metionyyli-tRNA-syntetaasilla;
  2. Met-tRNAiMet:n erottelu eukaryoottisten elongaatiotekijöiden avulla;
  3. metionyloimattoman tai väärin aminoasyloidun tRNAiMet eIF:n syrjintä;
  4. eIF elongator tRNA:iden syrjintä.

Prosessin (a) aikana metionyyli-tRNA-syntetaasi on vuorovaikutuksessa sekä tRNA:n akseptoripään että antikodonin kanssa.

Prosessi (b) kasveissa ja hiivassa suoritetaan tRNAiMet:n transkription jälkeisellä modifikaatiolla, mikä tekee siitä erilaisen kuin pidennysmetioniinispesifinen tRNA lisäämällä 2'- O -fosforibosyyliä nukleotidin A64 riboosiin. Selkärankaisilla prosessi (b) suoritetaan erottamalla tRNAiMet-nukleotidisekvenssien ja elongator-metioniini-tRNA:n erityispiirteet.

Pidentymä

Polypeptidiketjun rakentamisprosessiin osallistuu kaksi proteiinien elongaatiotekijää . Ensimmäinen (EF1a eukaryooteissa, EF-Tu prokaryooteissa) siirtää aminoasyloidun ("varattu" aminohapolla) tRNA:n ribosomin A-kohtaan (aminoasyyli). Ribosomi katalysoi tRNA:han sitoutuneen peptidin siirtymistä P-kohdasta A-kohtaan ja peptidisidoksen muodostumista siellä sijaitsevan aminohappotähteen kanssa. Siten kasvava peptidi pidennetään yhdellä aminohappotähteellä . Sitten toinen proteiini (EF2 eukaryooteissa, EF-G prokaryooteissa) katalysoi niin sanottua translokaatiota. Translokaatio on ribosomin liikettä mRNA:ta pitkin yhdellä tripletillä (noin 20 angströmiä ), jonka seurauksena peptidyyli-tRNA on jälleen P-kohdassa ja "tyhjä" tRNA P-kohdasta menee E-sivusto (sanasta exit). E-kohdan tRNA dissosioituu spontaanisti, minkä jälkeen ribosomi on valmis uuteen elongaatiosykliin [15] .

Irtisanominen

Lopetus - proteiinisynteesin loppu, tapahtuu, kun yksi lopetuskodoneista - UAG, UAA, UGA - ilmestyy ribosomin A-kohtaan. Koska näitä kodoneja vastaava tRNA puuttuu, peptidyyli-tRNA pysyy liittyneenä ribosomin P-kohtaan. Tässä tulevat peliin spesifiset proteiinit RF1 tai RF2, jotka katalysoivat polypeptidiketjun irtoamista mRNA:sta, sekä RF3, joka aiheuttaa mRNA:n dissosioitumisen ribosomista. RF1 tunnistaa UAA:n tai UAG:n A-kohdassa; RF-2 - UAA tai UGA. UAA:lla lopetus on tehokkaampaa kuin muilla lopetuskodoneilla.

Lokerointi eukaryooteissa

Toisin kuin prokaryootit, joissa proteiinien biosynteesi tapahtuu suoraan vastaavien mRNA:iden transkription aikana , eukaryooteille on tunnusomaista kaikkien proteiinien biosynteesin aikana tapahtuvien prosessien tiukka lokerointi, mukaan lukien translaatio-osastointi.

mRNA:n eritys- ja kalvoproteiinien translaatio (yleensä ne muodostavat 3-15 % kaikista solun syntetisoimista proteiineista) tapahtuu ribosomeissa, jotka liittyvät rakeiseen endoplasmiseen retikulumiin . [16] Klassisten käsitteiden mukaan 35-45 % ribosomeista liittyy sytoskeletiin , ja loput 20-40 % ribosomeista ovat sitoutumattomassa tilassa sytosolissa . [17] On kuitenkin ehdotettu, että vapaat ribosomit ovat artefakti, ja solussa ne liittyvät niin kutsuttuun mikrotrabekulaariseen hilaan, jonka muodostaa erityinen filamentti. [18] Kuitenkin muiden tietojen mukaan mikrotrabekulaarisen hilan olemassaolo kyseenalaistetaan, [19] joten kysymys aktiivisten sitoutumattomien ribosomien olemassaolosta jää avoimeksi.

Tällä hetkellä oletetaan, että translaatiota eukaryooteissa ei tapahdu solun koko sytoplasmassa, vaan tietyillä sytoplasman alueilla, joita kutsutaan ehdollisesti "translaatioosastoiksi". [20] Oletettavasti translaatioosasto sisältää seuraavat rakenteet:

  • ribosomit, joihin on kiinnitetty proteiinitekijöitä, matriisi ja kuljetus-RNA;
  • niin kutsutut kodosomit ovat monimutkaisia ​​proteiinikomplekseja, jotka sisältävät 7-9-aminoasyyli-tRNA-syntetaasin, pyrofosfataasin, syklisiä nukleotideja, magnesiumioneja ja lipidejä; [21]
  • eEF1H on venymätekijän 1 raskas tai täysi muoto. Se sisältää 4 venymätekijää (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ, eEF1Bγ). [22]

Translaation osittaminen tarjoaa korkean proteiinibiosynteesin nopeuden ja laajat mahdollisuudet tämän prosessin säätelyyn. [kaksikymmentä]

Katso myös

Muistiinpanot

Kirjallisuus
  1. ↑ Kapp, Lorsch, 2004 .
  2. ↑ 12 Marintchev , Wagner, 2004 .
Muut lähteet
  1. ↑ Spirin AS ribosomit. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York. 1999.
  2. ↑ Hellen CU, Sarnow P. Sisäiset ribosomien sisääntulokohdat eukaryoottisissa mRNA-molekyylissä  // Genes Dev  .  : päiväkirja. - 2001. - Voi. 15 , ei. 13 . - P. 1593-1612 . - doi : 10.1101/gad.891101 . — PMID 11445534 .
  3. ↑ Shirokikh NE, Spirin AS Eukaryoottisen mRNA:n poly(A)-johtaja ohittaa translaation riippuvuuden aloitustekijöistä.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America  : Journal. - 2008. - Voi. 105 , no. 31 . - P. 10738-10743 . - doi : 10.1073/pnas.0804940105 . — PMID 18658239 .
  4. ↑ 1 2 Gallie DR Translaatiokontrolli kasveissa ja kloroplasteissa // Control, 2007 , pp. 747-774
  5. ↑ 1 2 Hinnebusch AG, Dever TE, Asano K. Käännöksen aloitusmekanismi hiivassa Saccharomyces cerevisiae // Control, 2007 , pp. 225-268
  6. ↑ 1 2 Pestova TV, Hellen CU, Shatsky IN Käännöksen aloitusmekanismi eukaryooteissa // Control, 2007 , pp. 87-128
  7. ↑ Hinnebusch AG (2006) "eIF3: Monipuolinen teline translaation aloituskomplekseille", Trends in Biochemical Science 31, 553-562
  8. ↑ Wei Z., Zhang P., Zhou Z., Cheng Z., Wan M. ja Gong W. (2004) "Ihmisen eIF3k:n kristallirakenne, eIF3-alayksiköiden ensimmäinen rakenne", Journal of Biological Chemistry 279, 34983- 34990
  9. ↑ ElAntak L., Tzakos AG, Locker N. ja Lukavsky PJ (2007) "eIF3b:n RNA-tunnistusmotiivin rakenne ja sen vuorovaikutus eIF3j:n kanssa: rakenteellisia näkemyksiä eIF3b:n värväämisestä 40S-ribosomaaliseen alayksikköön", Journal of Biological Chemistry282, 8165-8174
  10. ↑ Fraser CS, Lee JY, Mayeur GL, Bushell M., Doudna JA ja Hershey JW (2004) "Ihmisen translaation aloitustekijän eIF3 j-alayksikköä tarvitaan eIF3:n ja sen alakompleksien vakaaseen sitoutumiseen 40S ribosomaalisiin alayksiköihin in vitro , Journal of Biological Chemistry 279, 8946-8956
  11. ↑ Kolupaeva VG, Unbehaun A., Lomakin IB, Hellen CUT ja Pestova TV (2005) "Eukaryoottisen aloitustekijän 3 sitoutuminen ribosomaalisiin 40S-alayksiköihin ja sen rooli ribosomin dissosiaatiossa ja antiassosiaatiossa", RNA 11, 48670-486
  12. ↑ Lomakin IB, Kolupaeva VG, Marintchev A., Wagner G. ja Pestova TV (2003) "Eukaryoottisen aloitustekijän eIF1 sijainti ribosomin 40S-alayksikössä määrättynä ohjatulla hydroksyyliradikaalilotuksella", Genes and Development 17, 2776
  13. ↑ Pestova TV ja Kolupaeva VG (2002) "Yksittäisten eukaryoottisten translaation aloitustekijöiden roolit ribosomaalisessa skannauksessa ja aloituskodonin valinnassa", Genes and Development 16, 181-186
  14. ↑ Maag D. ja Lorsch JR (2003) "Kommunikaatio eukaryoottisen translaation aloitustekijöiden 1 ja 1A välillä hiivan pienessä ribosomaalisessa alayksikössä", Journal of Molecular Biology 330, 917-924
  15. ↑ Chen J., Tsai A., O'Leary SE, Petrov A., Puglisi JD Ribosomien translokaation dynamiikan purkaminen // Curr Opin Struct Biol. - 2012. - T. 22 , no. 6 . - S. 804-814 . - doi : 10.1016/j.sbi.2012.09.004 . — PMID 23142574 .
  16. ↑ Adesnik M., Mashio F. Spesifisten lähetti-RNA-luokkien erottelu vapaiksi ja kalvoon sitoutuneiksi polysomeiksi // Eur. J Biochem. - 1981. - V.114. — s. 271-284)
  17. ↑ Hesketh J. Translationaalinen sytoskeleton mekanismi kohdennettuun proteiinisynteesiin // Mol. Biol. Rep. - 1994. - 19, N.3. - P.233-244)
  18. ↑ Wolosewick JJ, Porter KR Sytoplasmisen perusaineen mikrotrabekulaarinen hila // J. Cell Biol. - 1979. - V.82. - P.114-139
  19. ↑ Heuser J. Mitä tapahtui "mikrotrabekulaariselle konseptille"? (englanniksi)  // Biol Cell : päiväkirja. - 2002. - Voi. 94 , no. 9 . - s. 561-596 . - doi : 10.1016/S0248-4900(02)00013-8 . — PMID 12732437 .
  20. ↑ 1 2 Negrutsky B. S. Proteiinisynteesin organisointi elävissä eukaryooteissa. Kiova, Amuletit, 2001, 165 s.
  21. ↑ Filonenko VV, Deutscher MP Todisteita monientsyymiaminoasyyli-tRNA-syntetaasikompleksin samanlaisesta rakenteellisesta organisoinnista in vivo ja in vitro // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.26. — P.17375-17378
  22. ↑ Janssen GMC, van Damme HTF, Kriek J. et ai. Pidentymätekijän 1 alayksikkörakenne Artemiasta. Miksi kaksi alfa-ketjua tässä kompleksissa? // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.50. — P.31410-31417

Kirjallisuus

  • Acker MG, Lorsch JR Ribosomaalisten alayksiköiden liittymisen mekanismi eukaryoottisen translaation aloituksen aikana // Biochemical Society Transactions. - 2008. - Nro 36 . - s. 653-657.
  • Benelli D., Londei P. Aloita alusta: translaation aloituksen kehitys // Research in Microbiology. - 2009. - Nro 160 . - s. 493-501.
  • Jackson RJ, Hellen CUT, Pestova TV Eukaryoottisen translaation alkamismekanismi ja sen säätelyn periaatteet // Nature Reviews Molecular Cell Biology. - 2010. - Nro 10 . - s. 113-127.
  • Kapp LD, Lorsch JR Eukaryoottisen translaation molekyylimekaniikka  // Annual Review of Biochemistry. - 2004. - Nro 73 . - s. 657-704.
  • Marintchev A., Wagner G. Käännöksen aloittaminen: rakenteet, mekanismit ja evoluutio // Quarterly Review of Biophysics. - 2004. - Nro 37 . - s. 197-284.
  • Mitchell SF, Lorsch JR Pitäisikö minun jäädä vai mennä? Eukaryoottisen translaation aloitustekijät 1 ja 1A kontrollin aloituskodonin tunnistaminen // Journal of Biological Chemistry. - 2008. - Nro 283 . — P. 27345-27349.
  • Schmitt E., Naveau M., Mechulam Y. Eukaryotic and archaeal translation initiation factor 2: A heterotrimeric tRNA carrier // FEBS Letters. - 2010. - Nro 584 . - s. 405-412.
  • Sonenberg N., Hinnebusch AG Translation aloituksen säätely eukaryooteissa: mekanismit ja biologiset kohteet  (englanti)  // Cell . - Cell Press , 2009. - Ei. 136 . - s. 731-745.
  • Translational Control in Biology and Medicine / Toim. N. Sonenberg, JWB Hershey ja MB Mathews. - Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press, 2007. - 934 s.
  • Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D., De Veylder L. Eukaryoottisten geenien ilmentymisen translaatiokontrolli // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. - 2009. - Nro 44 . - s. 143-168.
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat