TRADUCEREA ADN-ULUI: PROCES ÎN EUCARIOTE ȘI PROCARIOTE - BIOLOGIE - 2025

Traducerea a ADN - ului este procesul prin care informația conținută în ARN mesager produs în timpul transcripției (copierea informațiilor într - o secvență de ADN ca ARN) este „tradus“ într - o secvență de aminoacizi prin sinteza proteinelor.

Din perspectivă celulară, expresia genică este o afacere relativ complexă care are loc în două etape: transcrierea și traducerea.

Traducere ARN mediată de un ribozom (Sursa: LadyofHats / Domeniu public, prin Wikimedia Commons)

Toate genele care sunt exprimate (indiferent dacă codifică sau nu secvențe peptidice, adică proteine) procedează inițial prin transferul informațiilor conținute în secvența lor de ADN către o moleculă ARN mesager (ARNm) printr-un proces numit transcriere.

Transcrierea este obținută de enzime speciale cunoscute sub numele de ARN polimeraze, care utilizează una dintre catenele complementare ale ADN-ului genei ca șablon pentru sinteza unei molecule „pre-ARNm”, care este procesată ulterior pentru a forma un ARNm matur.

Pentru genele care codifică proteinele, informațiile conținute în ARNm-urile mature sunt „citite” și traduse în aminoacizi conform codului genetic, care specifică ce codon sau triplet de nucleotide corespunde cărui aminoacid anume.

Specificarea secvenței de aminoacizi a unei proteine ​​depinde, așadar, de secvența inițială a bazelor azotate din ADN-ul care corespunde genei și apoi de ARNm care transportă aceste informații de la nucleu la citosol (în celulele eucariote); proces care este, de asemenea, definit ca sinteza de proteine ​​ghidate prin mRNA.

Având în vedere că există 64 de combinații posibile ale celor 4 baze azotate care alcătuiesc ADN și ARN și doar 20 de aminoacizi, un aminoacid poate fi codat de diferite triplete (codoni), motiv pentru care se spune că codul genetic este "degenerat" (cu excepția metioninei aminoacide, care este codificată de un codon AUG unic).

Traducere eucariotă (pas cu pas)

Diagrama unei celule eucariote animale și a părților sale (Sursa: Alejandro Porto prin Wikimedia Commons)

În celulele eucariote, transcrierea are loc în nucleu și translația în citosol, astfel încât mRNA-urile care se formează în timpul primului proces joacă, de asemenea, un rol în transportul informațiilor din nucleu către citosol, unde se găsesc celulele. utilaje biosintetice (ribozomi).

Este important de menționat că compartimentarea transcrierii și a traducerii în eucariote este valabilă pentru nucleu, dar nu este același lucru pentru organele cu genom propriu, cum ar fi cloroplastele și mitocondriile, care au sisteme mai asemănătoare cu cele ale organismelor procariote.

Celulele eucariote au, de asemenea, ribozomi citosolici atașați la membranele reticulului endoplasmic (reticulul endoplasmic dur), în care are loc translația proteinelor destinate a fi introduse în membranele celulare sau care necesită prelucrare post-translațională care are loc în respectivul compartiment. .

- Procesarea ARNm-urilor înainte de traducerea lor

ARNm-urile sunt modificate la capetele lor pe măsură ce sunt transcrise:

- Când capătul 5 'al mRNA iese de la suprafața ARN polimerazei II în timpul transcrierii, acesta este imediat "atacat" de un grup de enzime care sintetizează o "capotă" compusă din 7-metil guanilat și care este conectat la nucleotidă terminal al ARNm printr-o legătură trifosfată 5 ', 5'.

- Capătul 3 'al mRNA este supus unui "clivaj" de către o endonuclează, care generează o grupare hidroxil liberă 3 la care este atașată o "șir" sau "coadă" de reziduuri de adenină (de la 100 la 250). unul câteodată de o polimerază polimerază (A).

Capota "5" și "coada poli A" îndeplinesc funcții de protecție a moleculelor de ARNm împotriva degradării și, în plus, funcționează în transportul transcripturilor mature către citosol și în inițierea și încetarea respectiv traducere.

C ortare și despicare

După transcriere, mRNA-urile „primare” cu cele două capete modificate ale acestora, încă prezente în nucleu, suferă un proces de „splicing” prin care secvențele intronice sunt în general înlăturate și exonele rezultate (procesare post-transcripțională). , cu ajutorul căruia se obțin transcrieri mature care părăsesc nucleul și ajung la citosol.

Splicingul este realizat de un complex de riboproteină numit spliceozom (anglicism spliceozom), format din cinci mici ribonucleoproteine ​​și molecule de ARN, care sunt capabile să „recunoască” regiunile care trebuie eliminate din transcrierea primară.

În multe eucariote, apare un fenomen cunoscut sub numele de „splicing alternativ”, ceea ce înseamnă că diferite tipuri de modificări post-transcripționale pot produce diferite proteine ​​sau izoenzime care diferă unele de altele în unele aspecte ale secvențelor lor.

- Ribozomi

Când transcrierile mature părăsesc nucleul și sunt transportate pentru traducere în citosol, acestea sunt procesate de complexul translațional cunoscut sub numele de ribozom, care constă dintr-un complex de proteine ​​asociate cu moleculele de ARN.

Ribozomii sunt alcătuiți din două subunități, una „mare” și una „mică”, care sunt disociate în mod liber în citosol și se leagă sau se asociază pe molecula ARNm care este tradusă.

Legarea dintre ribozomi și ARNm depinde de moleculele de ARN specializate care se asociază cu proteinele ribozomale (ARN ribosomal sau ARNr și transferă ARN sau ARNt), fiecare dintre acestea având funcții specifice.

TRNA sunt „adaptoare” moleculare, deoarece printr-un capăt pot „citi” fiecare codon sau triplet în ARNm matur (prin complementaritate de bază), iar prin celălalt se pot lega la aminoacidul codificat de codonul „citit”.

Pe de altă parte, moleculele de ARN sunt responsabile de accelerarea (catalizarea) procesului de legare a fiecărui aminoacid în lanțul peptidic nou.

Un ARNm eucariotic matur poate fi „citit” de mulți ribozomi, de câte ori indică celula. Cu alte cuvinte, același mRNA poate da naștere la numeroase copii ale aceleiași proteine.

Începeți codonul și cadrul de citire

Când un ARNm matur este abordat de subunitățile ribozomale, complexul riboprotein "scanează" secvența moleculei menționate până când găsește un codon de început, care este întotdeauna AUG și implică introducerea unui reziduu de metionină.

Codonul AUG definește cadrul de citire pentru fiecare genă și, în plus, definește primul aminoacid al tuturor proteinelor traduse în natură (acest aminoacid este eliminat de multe ori post-traducere).

Opriți codoanele

Alți trei codoni au fost identificați ca cei care induc terminarea traducerii: UAA, UAG și UGA.

Acele mutații care implică o schimbare a bazelor azotate în triplă care codifică un aminoacid și care au ca rezultat codonii de stop sunt cunoscute sub numele de mutații nonsens, deoarece provoacă o oprire prematură a procesului de sinteză, care formează proteine ​​mai scurte.

Regiuni netratate

Aproape de capătul de 5 'al moleculelor de ARNm matur, există regiuni netranslate (UTRs), numite și secvențe „leader”, care sunt situate între primul nucleotid și codonul de început al traducerii ( august).

Aceste regiuni UTR netratate au site-uri specifice pentru legarea cu ribozomi și la oameni, de exemplu, au aproximativ 170 de nucleotide în lungime, printre care există regiuni de reglementare, site-uri de legare a proteinelor care funcționează în reglarea traducere etc.

- Începutul traducerii

Traducerea, precum și transcrierea constă din 3 faze: o fază de inițiere, o fază de alungire și, în final, o fază de încheiere.

Iniţiere

Constă din asamblarea complexului translațional pe ARNm, care merită legarea a trei proteine ​​cunoscute sub denumirea de Factorul de inițiere (IF) IF1, IF2 și IF3 la subunitatea mică a ribozomului.

Complexul de „inițiere” format din factorii de inițiere și subunitatea ribozomală mică, la rândul lor, se leagă cu un ARNt care „poartă” un reziduu de metionină și acest set de molecule se leagă de ARNm, lângă codonul de început. aug.

Aceste evenimente duc la legarea mRNA la subunitatea ribozomală mare, ceea ce duce la eliberarea factorilor de inițiere. Subunitatea mare a ribozomului are 3 site-uri de legare pentru moleculele de ARNt: site-ul A (aminoacid), situsul P (polipeptidă) și situl E (ieșire).

Site-ul A se leagă de anticodul aminoacil-ARNt care este complementar cu cel al ARNm-ului tradus; situsul P este locul în care aminoacidul este transferat de la ARNt la peptida născută și situsul E este unde se găsește în ARNt „gol” înainte de a fi eliberat în citosol după ce aminoacidul este livrat.

Reprezentare grafică a fazelor de inițiere și alungire a traducerii (Sursa: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prin Wikimedia Commons)

Elongaţie

Această fază constă în „mișcarea” ribozomului de-a lungul moleculei de mARN și traducerea fiecărui codon care este „citit”, ceea ce implică creșterea sau alungirea lanțului polipeptidic la naștere.

Acest proces necesită un factor cunoscut sub numele de factor de elongare G și energie sub formă de GTP, ceea ce determină translocarea factorilor de alungire de-a lungul moleculei de ARNm în timp ce este transpusă.

Activitatea peptidil transferazei ARN-urilor ribozomale permite formarea de legături peptidice între aminoacizii succesivi care se adaugă la lanț.

terminare

Traducerea se încheie atunci când ribozomul întâlnește oricare dintre codonii de terminație, întrucât ARNt-urile nu recunosc acești codoni (nu codifică aminoacizii). Proteinele cunoscute sub denumirea de factori de eliberare se leagă, care facilitează detașarea mRNA de ribozom și disocierea subunităților sale.

Traducere procariotă (etape-procese)

În procariote, ca și în celulele eucariote, ribozomii responsabili de sinteza proteinelor se găsesc în citosol (ceea ce este valabil și pentru mașinile transcripționale), fapt care permite creșterea rapidă a concentrației citosolice a unei proteine când expresia genelor care o codifică crește.

Deși nu este un proces extrem de comun în aceste organisme, mRNA-urile primare produse în timpul transcrierii pot suferi o maturizare post-transcripțională prin „splicing”. Totuși, cel mai frecvent este să observați ribozomi atașați la transcrierea primară care o traduc, în același timp în care este transpusă din secvența ADN corespunzătoare.

Având în vedere cele de mai sus, traducerea în multe procariote începe de la capătul 5 ', deoarece capătul 3' al mRNA rămâne atașat la ADN-ul șablon (și are loc concomitent cu transcrierea).

Regiuni netratate

Celulele procariote produc, de asemenea, mARN cu regiuni netranslate cunoscute sub numele de „cutia Shine-Dalgarno” și a căror secvență de consens este AGGAGG. După cum este evident, regiunile UTR ale bacteriilor sunt considerabil mai scurte decât cele ale celulelor eucariote, deși exercită funcții similare în timpul traducerii.

Proces

În bacterii și alte organisme procariote procesul de translație este destul de similar cu cel al celulelor eucariote. De asemenea, constă în trei faze: inițierea, alungirea și încetarea, care depind de factori procarioti specifici, diferiți de cei folosiți de eucariote.

Alungirea, de exemplu, depinde de factori de elongare cunoscuți, cum ar fi EF-Tu și EF-Ts, mai degrabă decât de factorul G al eucariotelor.

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologia moleculară a celulei. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. și Brown, W. (2008) Traducere: ADN la mRNA la proteine. Educația naturii 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). O introducere în analiza genetică. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, parlamentar, Bretscher, A., … și Matsudaira, P. (2008). Biologia celulelor moleculare. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Genele și genomii umani: știință. Sănătate, societate, 317-338.