Μετάφραση DNA: τι είναι και ποιες είναι οι φάσεις του
Η μετάφραση DNA είναι η δεύτερη διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών. Εμφανίζεται σε όλα τα ζωντανά πλάσματα και λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα, όπου βρίσκονται τα ριβοσώματα, τα οποία αποκτούν θεμελιώδη ρόλο στη διαδικασία.
Η μετάφραση δεν γίνεται ξαφνικά. Είναι απαραίτητο να έχει γίνει ένα πρώτο βήμα, μεταγραφή, στο οποίο το γενετικό υλικό με τη μορφή DNA μεταγράφεται στο προαναφερθέν μόριο RNA. Ας δούμε πώς συμβαίνει και τι είναι απαραίτητο για να συμβεί.
- Σχετικό άρθρο: "Διαφορές μεταξύ DNA και RNA"
Τι είναι η μετάφραση DNA;
Είναι πολύ γνωστό ότι το DNA, συγκεκριμένα εκτείνεται, τα γονίδια, περιέχει τις γενετικές πληροφορίες για το πώς είμαστε. Ωστόσο, για να μπορούν τα γονίδια να κωδικοποιούν πληροφορίες και να συνθέτουν πρωτεΐνες, είναι απαραίτητο μια ολόκληρη διαδικασία ανάγνωσης και κωδικοποίησης DNA, RNA διαφορετικών τύπων, εκτός από τη συμμετοχή του ριβοσώματα.
Υπάρχουν δύο βήματα απαραίτητα για τη μετατροπή των πληροφοριών που κρύβονται σε ένα γονίδιο σε μια καλά επεξεργασμένη πρωτεΐνη:
Το πρώτο είναι η μεταγραφή του DNA.
Μια αλληλουχία DNA, δηλαδή ένα γονίδιο, αποτελείται από νουκλεοτίδια, που είναι αδενίνη, θυμίνη, γουανίνη και κυτοσίνη (A, T, G και C, αντίστοιχα).Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, το κομμάτι του DNA μεταγράφεται σε ένα μόριο RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ), το οποίο διαφέρει από το DNA στο ότι, αντί να περιέχει τη νουκλεοτιδική θυμίνη (Τ), έχει ουρακίλη (U). Το Α είναι συμπληρωματικό του T και του C στο U. Αυτό το RNA υφίσταται επεξεργασία και περικοπή, καθιστώντας ένα RNA αγγελιοφόρου (mRNA).
Μετά τη μεταγραφή έρχεται η μετάφραση, η οποία είναι το βήμα στο οποίο διαβάζεται το RNA για να σχηματίσει μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, η οποία είναι βασικά μια πρωτεΐνη αλλά με πολύ γραμμική δομή. Για να συμβεί αυτό, είναι απαραίτητο να ενωθούν τα αμινοξέα, τα οποία θα εξαρτηθούν από τα νουκλεοτίδια στο RNA.
Ο γενετικός κώδικας
Όπως είπαμε ήδη, κατά τη μετάφραση οι πληροφορίες που περιέχονται στο mRNA διαβάζονται, χρησιμοποιώντας σαν να ήταν το εγχειρίδιο οδηγιών για να σχηματίσουν μια αλυσίδα αμινοξέων, δηλαδή, α πολυπεπτίδιο. Σε αυτήν τη φάση θα ληφθεί αυτό που θα μπορούσε να θεωρηθεί ως η δομή αμέσως πριν από την πρωτεΐνη., η οποία είναι βασικά μια αλυσίδα αμινοξέων αλλά με τρισδιάστατη δομή.
Κάθε αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων, που ονομάζονται κωδικόνια, του mRNA (A, G, C και U) αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, ή σε ένα σήμα έναρξης ή διακοπής. Τα τρίδυμα που κωδικοποιούν το τέλος της σύνθεσης πολυπεπτιδίων είναι UGA, UAG και UAA, ενώ το κωδικόνιο AUG κωδικοποιεί το σήμα έναρξης και επίσης το αμινοξύ μεθειονίνη.
Μαζί, οι σχέσεις κωδικονίου-αμινοξέος είναι εκείνες που αποτελούν τον γενετικό κώδικα. Είναι αυτό που επιτρέπει στα κύτταρα να αποκωδικοποιούν, μέσω mRNA, μια αλυσίδα νουκλεοτιδίων σε μια αλυσίδα αμινοξέων. Για να το καταλάβουμε καλύτερα, παρακάτω έχουμε ένα σκέλος mRNA, με νουκλεοτίδια. Δίπλα του, έχουμε τα αμινοξέα που αντιστοιχούν σε κάθε νουκλεοτιδικό τρίδυμο, καθώς και τα σήματα έναρξης και διακοπής.
- 5'
- ΑΥΓ - μεθειονίνη / έναρξη
- GAG - Γλουταμινικό
- CUU - Λευκίνη
- AGC - Σερίνη
- UAG - ΣΤΑΣΗ
- 3'
Ο ρόλος των ριβοσωμάτων και του tRNA
Πριν αναφερθώ λεπτομερώς στο πώς γίνεται η μετάφραση DNA, πρόκειται να μιλήσουμε για τα δύο στοιχεία που επιτρέπουν την ανάγνωση του mRNA και τη σύνθεση μιας συμβολοσειράς: ριβοσώματα και RNA μεταφοράς.
Μεταφορά RNA (tRNA)
Η μεταφορά RNA (tRNA) είναι ένας τύπος RNA που χρησιμεύει ως μοριακή γέφυρα για τη σύνδεση των κωδικονίων του mRNA με τα αμινοξέα για τα οποία κωδικοποιούν. Χωρίς αυτόν τον τύπο RNA, δεν θα ήταν δυνατόν να συσχετιστεί ένα αμινοξύ με το τριπλό νουκλεοτίδιο που υπάρχει στο mRNA..
Σε κάθε tRNA υπάρχει ένα άκρο που έχει μια ακολουθία τριών νουκλεοτιδίων, που ονομάζεται anticodon, που είναι συμπληρωματικό του τριπλού νουκλεοτιδίου του mRNA. Στο άλλο άκρο φέρουν το αμινοξύ.
Ριβοσώματα
Τα ριβοσώματα είναι οργανίδια αποτελούμενα από δύο υπομονάδες με εμφάνιση παρόμοια με αυτήν των δύο κουλουριών χάμπουργκερ.: η μεγάλη υπομονάδα και η μικρή υπομονάδα. Στο ριβόσωμα, επιπλέον, υπάρχουν τρία κοίλα μέρη όπου το tRNA συνδέεται με mRNA: τις θέσεις Α, Ρ και Ε. Στα ριβοσώματα είναι κατασκευασμένα τα πολυπεπτίδια.
Οι μεγάλες και μικρές υπομονάδες συγκεντρώνονται γύρω από το mRNA και, μέσω της ενζυματικής δράσης, το το ριβόσωμα καταλύει μια χημική αντίδραση που ενώνει τα αμινοξέα του tRNA σε μια αλυσίδα πολυπεπτίδιο.
- Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Τα πιο σημαντικά μέρη των κυττάρων και τα οργανίδια: μια επισκόπηση"
Μετάφραση DNA: η διαδικασία
Κάθε δευτερόλεπτο, τα κύτταρα μας παράγουν εκατοντάδες πρωτεΐνες. Αυτός είναι ο λόγος που η μετάφραση είναι μια τόσο σημαντική διαδικασία για τη ζωή, αφού χωρίς αυτήν θα μείναμε χωρίς τη δυνατότητα να μετατρέψουμε τις πληροφορίες που περιέχονται στα γονίδια σε κάτι χρήσιμο. Η μετάφραση του DNA πραγματοποιείται σε τρία στάδια: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός.
Την έναρξη
Η έναρξη της μετάφρασης DNA γίνεται στο ριβόσωμα. Αυτό το οργανικό συναρμολογείται γύρω από ένα μόριο mRNA, όπου θα έρθει ένα tRNA.
Αυτός ο τελευταίος τύπος RNA πρέπει να φέρει το αμινοξύ μεθειονίνη, που κωδικοποιείται από το κωδικόνιο AUG, το οποίο είναι το σήμα για την έναρξη της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Αυτό το σύμπλοκο ριβοσώματος-tRNA-mRNA-μεθειονίνης είναι γνωστό ως σύμπλεγμα έναρξης και είναι απαραίτητο για να γίνει μετάφραση.
Επιμήκυνση
Η επιμήκυνση, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι το στάδιο στο οποίο τα αμινοξέα προστίθενται στην πολυπεπτιδική αλυσίδα, καθιστώντας το όλο και μεγαλύτερο. Καθώς μεταφράζονται περισσότερα τριπλή νουκλεοτιδίων mRNA, τόσο περισσότερα αμινοξέα θα έχει το πολυπεπτίδιο.
Κάθε φορά που εκτίθεται ένα νέο κωδικόνιο, δεσμεύεται ένα αντίστοιχο tRNA. Η υπάρχουσα αλυσίδα αμινοξέων συνδέεται με το αμινοξύ του tRNA μέσω χημικής αντίδρασης. Το mRNA μετατοπίζει ένα κωδικόνιο στο ριβόσωμα, αποκαλύπτοντας ένα νέο κωδικόνιο για ανάγνωση.
Μέσα στην επιμήκυνση μπορούμε να διακρίνουμε τρία στάδια:
Στην πρώτη, ένα αντίκωτο, δηλαδή, τριπλή tRNA που περιέχει συμπληρωματικές βάσεις σε τριπλή mRNA, "ζευγάρια" με ένα εκτεθειμένο κωδικόνιο του mRNA στη θέση Α.
Σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός, μέσω της καταλυτικής δράσης της αμινοακυλ-tRNA συνθετάσης, μεταξύ του πρόσφατα εισαχθέντος αμινοξέος και αυτού αμέσως πριν από αυτό. Το νέο αμινοξύ βρίσκεται στην περιοχή Α του ριβοσώματος, ενώ το παλιό βρίσκεται στο P. Αφού σχηματιστεί ο σύνδεσμος, το πολυπεπτίδιο μεταφέρεται από τη θέση Ρ στον Α.
Το ριβόσωμα προωθεί ένα κωδικόνιο στο mRNA. Το tRNA στην τοποθεσία Α που μεταφέρει το πολυπεπτίδιο μετακινείται στην τοποθεσία Ρ. Στη συνέχεια μετακινείται στην τοποθεσία Ε και βγαίνει από το ριβόσωμα.
Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές, όσο νέα αμινοξέα τοποθετούνται εάν δεν έχει εμφανιστεί σήμα πριν από την ένδειξη ότι πρέπει να διακοπεί η συνέχιση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Λήξη
Ο τερματισμός είναι η στιγμή που η πολυπεπτιδική αλυσίδα απελευθερώνεται, παύει να αναπτύσσεται. Ξεκινά όταν ένα κωδικόνιο διακοπής (UAG, UAA ή UGA) εμφανίζεται στο mRNA. Αυτό, όταν εισάγεται στο ριβόσωμα, ενεργοποιεί μια σειρά συμβάντων που έχουν ως αποτέλεσμα το διαχωρισμό του κλώνου από το tRNA του, επιτρέποντάς του να επιπλέει προς το κυτοσόλιο.
Μπορεί να συμβαίνει ότι, παρά τον τερματισμό, το πολυπεπτίδιο πρέπει ακόμη να έχει το σωστό τρισδιάστατο σχήμα για να γίνει μια καλά σχηματισμένη πρωτεΐνη.
Αν και, στην ουσία, οι πρωτεΐνες είναι πολυπεπτιδικές αλυσίδες, η διαφορά τους από τις πρόσφατα κατασκευασμένες πολυπεπτιδικές αλυσίδες στο σύμπλεγμα ριβοσωματικό είναι ότι έχουν τρισδιάστατο σχήμα, ενώ η νέα αλυσίδα πολυπεπτιδίου trinca είναι βασικά μια πολύ γραμμική αλυσίδα αμινοξέα.
Βιβλιογραφικές αναφορές:
- Pamela C Champe, Richard A Harvey και Denise R Ferrier (2005). Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (3η έκδοση). Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-2265-9
- Ντέιβιντ Λ. Nelson και Michael M. Cox (2005). Lehninger Principles of Biochemistry (4η έκδοση). Δ. Η. Φρίμαν. ISBN 0-7167-4339-6
- Οι Hirokawa et al. (2006). Το βήμα ανακύκλωσης Ribosome: Συμφωνία ή αντιπαράθεση; Trends in Biochemical Sciences, 31 (3), 143-149.