Translyasiya

Translyasiya molekulyar biologiya və genetika sahəsində ribosomda baş verən zülal (protein) sintezi prosesinə veirlən addır. Hüceyrədə DNT əsasında istehsal olunan RNT (transkripsiya) translyasiya əməliyyatı ilə zülala tərcümə edilir.

Ümumi

Translyasiyada, spesifik bir amin turşusu zənciri və ya polipeptid istehsal etmək üçün nüvənin xaricində, ribosomda, mesajçı RNT (mRNA) açılır. Polipeptid daha sonra aktiv zülala qatlanır və hüceyrədə öz funksiyalarını yerinə yetirir. Ribozom, tamamlayıcı tRNA antikodon ardıcıllığının mRNA kodonlarına bağlanmasını induksiya edərək kod açmağı asanlaşdırır. iRNAlar, mRNA keçərkən ribosom tərəfindən "oxunan" bir polipeptidə bağlanan xüsusi amin turşularını daşıyırlar.

Tərcümə üç mərhələdə davam edir:

Başlama: Ribozom, hədəf mRNA ətrafında toplanır. İlk tRNA başlanğıc kodonuna bağlanır.
Uzanma: Kiçik ribozomal alt birim (yerləşmə) tərəfindən təsdiqlənən son tRNA, daşıdığı amin turşusunu əvvəllər qəbul edilmiş tRNA -ya (transpeptidasiya) bağlayan böyük ribosomal alt birliyə köçürür. Ribozom daha sonra prosesi (translokasiya) davam etdirmək üçün növbəti mRNA kodonuna keçir və bir amin turşusu zənciri yaradır.
Sonlandırma: Bir dayanma kodonu əldə edildikdə, ribozom polipeptidi sərbəst buraxır. Ribozomal kompleks nəzakətdə qalır və tərcümə ediləcək növbəti mRNA -ya keçir.

Prokaryotlarda (bakteriya və arxeya), tərcümə ribozomun böyük və kiçik alt hissələrinin mRNA -ya bağlandığı sitozolda meydana gəlir. Ökaryotlarda, tərcümə sitoplazmada və ya endoplazmik retikulumun membranı boyunca ortaq translokasiya adlanan bir prosesdə baş verir. Birgə tərcümə translokasiyasında, bütün ribosom/mRNA kompleksi kobud endoplazmik retikulumun (ER) xarici membranına bağlanır və yeni protein sintez olunur və ER-ə salınır; yeni yaradılan polipeptid, gələcəkdə vesikül nəqli və hüceyrədən kənarda ifraz olunması üçün ER içərisində saxlanıla bilər və ya dərhal ifraz edilə bilər.

Transfer RNT, ribozomal RNT və kiçik nüvə RNT kimi bir çox transkripsiya olunmuş RNT, zülallara çevrilmir.

Bir sıra antibiotiklər tərcüməni maneə törədir. Bunlara anisomisin, sikloheximid, xloramfenikol, tetrasiklin, streptomisin, eritromisin və puromisin daxildir. Prokaryotik ribosomlar ökaryotik ribozomlardan fərqli bir quruluşa malikdir və buna görə də antibiotiklər xüsusi olaraq ökaryotik bir ev sahibinin hüceyrələrinə zərər vermədən bakterial infeksiyaları hədəf ala bilir.

Əsas mexanizmlər

Protein istehsalının əsas prosesi bir zülalın sonuna bir anda bir nuklein turşusunun əlavə edilməsidir. Bu əməliyyat bir ribosom tərəfindən həyata keçirilir. Ribosom iki alt birimdən, kiçik bir alt və böyük bir alt hissədən ibarətdir. Bu alt birləşmələr, mRNA -nın bir proteinə çevrilməsindən əvvəl bir araya gələrək, tərcümənin aparılacağı bir yer və bir polipeptid istehsal edəcək. Əlavə ediləcək amin turşusu növü bir mRNA molekulu ilə müəyyən edilir. Əlavə edilən hər bir amin turşusu, mRNA -nın üç nukleotid ardıcıllığı ilə uyğunlaşdırılır. Mümkün olan hər üçlü üçün müvafiq amin turşusu qəbul edilir. Zəncirə əlavə olunan ardıcıl amin turşuları, mRNA -da ardıcıl nukleotid üçlüyü ilə uyğunlaşdırılır. Bu şəkildə şablon mRNA zəncirindəki nukleotidlərin ardıcıllığı əmələ gələn amin turşuları zəncirindəki amin turşularının ardıcıllığını təyin edir. Bir amin turşusunun əlavə edilməsi peptidin N-ucunda baş verir və buna görə də tərcümənin karboksil-amin yönümlü olduğu deyilir.

mRNA, xromosomlardan ribosomlara bir ribonukleotid ardıcıllığı olaraq kodlanmış genetik məlumatları daşıyır. Ribonukleotidlər, kodon adlanan nukleotid üçlüyü ardıcıllıqla tərcümə maşınları tərəfindən "oxunur". Bu üçlüklərin hər biri müəyyən bir amin turşusu kodlaşdırır.

Ribozom molekulları bu kodu müəyyən bir amin turşusu ardıcıllığına çevirir. Ribozom, rRNA və zülalları ehtiva edən çoxsaylı bir quruluşdur. Amin turşularının zülallara toplandığı "fabrik" dir. tRNA -lar, amin turşularını ribosoma daşıyan kiçik kodlaşdırmayan RNT zəncirləridir (74–93 nukleotidlər). tRNA -ların amin turşusu bağlama yeri və antikodon adlanan bir yeri var. Antikodon, yük amin turşusunu kodlayan mRNA üçlüyünü tamamlayan bir RNA üçlüyüdür.

Aminoasil tRNA sintetazaları (fermentlər) spesifik tRNA -lar və antikodon ardıcıllığının tələb etdiyi amin turşuları arasındakı əlaqəni kataliz edir. Bu reaksiyanın məhsulu bir aminoasil-tRNA-dır. Bakteriyalarda, bu aminoacyl-tRNA, mRNA kodonlarının spesifik tRNA antikodonları ilə tamamlayıcı baz cütləşməsi yolu ilə uyğunlaşdığı EF-Tu ilə ribosoma aparılır. Yanlış amin turşuları ilə tRNA-ları səhv birləşdirən aminoasil-tRNA sintetazaları, zülalın müvafiq mövqeyində uyğun olmayan amin turşuları ilə nəticələnə bilən səhv yüklənmiş aminasil-tRNA-lar əmələ gətirə bilər. Genetik kodun bu "səhv tərcüməsi" [4] təbii olaraq əksər orqanizmlərdə aşağı səviyyədə baş verir, lakin müəyyən hüceyrə mühitləri icazə verilən mRNA -nın kodlaşdırılmasının, bəzən də hüceyrənin xeyrinə artmasına səbəb olur.

Ribosomun tRNA üçün iki bağlanma yeri var. Bunlar aminoasil yeri (qısaldılmış A), peptidil yeri/ çıxış yeri (qısaldılmış P/ E). MRNA ilə əlaqədar olaraq, üç sahə 5 '-3' E-P-A yönümlüdür, çünki ribozomlar mRNA-nın 3 'ucuna doğru hərəkət edir. A-site, gələn tRNA-nı mRNA üzərindəki tamamlayıcı kodonla bağlayır. P/E-site artan polipeptid zənciri ilə tRNA tutur. Bir aminoasil-tRNA əvvəlcə mRNA üzərindəki müvafiq kodonuna bağlandıqda, A yerindədir. Daha sonra, A bölgəsindəki tRNA -nın amin turşusu ilə P/E sahəsindəki yüklü tRNA -nın amin turşusu arasında bir peptid bağı əmələ gəlir. Böyüyən polipeptid zənciri A sahəsindəki tRNA -ya köçürülür. Translokasiya baş verir, tRNA -nı P/E bölgəsində hərəkət etdirir, indi amin turşusu yoxdur; İndi polipeptid zənciri ilə yüklənmiş A yerində olan tRNA, P/E sahəsinə köçürülür və tRNA ayrılır və başqa bir aminoasil-tRNA prosesi təkrarlamaq üçün A saytına daxil olur.

Yeni amin turşusu zəncirə əlavə edildikdən və tRNA ribozomdan və sitozola salındıqdan sonra, translofaza EF-G (bakteriyalarda) və a/eEF ilə əlaqəli bir GTP-nin hidrolizi ilə təmin olunan enerji −2 (eukaryotlarda və arxealarda) ribozomu bir kodondan aşağıya doğru 3 'ucuna doğru hərəkət etdirir. Zülalların tərcüməsi üçün lazım olan enerji çox əhəmiyyətlidir. Tərkibində n amin turşusu olan bir protein üçün onu çevirmək üçün lazım olan yüksək enerjili fosfat bağlarının sayı 4n-1-dir [sitata ehtiyac var]. Tərcümə dərəcəsi dəyişir; prokaryotik hüceyrələrdə (saniyədə 17–21 amin turşusu qalığına qədər) eukaryotik hüceyrələrə nisbətən (saniyədə 6–9 amin turşusu qalığına qədər) xeyli yüksəkdir.

Ribosomlar adətən dəqiq və işlənmiş maşın hesab olunsa da, tərcümə prosesi ya səhv zülalların sintezinə, ya da tərcümədən vaxtından əvvəl imtina edilməsinə səbəb ola biləcək səhvlərə məruz qalır. Zülalların sintez edilməsindəki səhv nisbətinin, təcrübə şəraitindən asılı olaraq 1/105 ilə 1/103 arasında səhv birləşən amin turşuları olduğu təxmin edilir. Tərcümədən vaxtından əvvəl imtina etmə nisbətinin hər tərcümə edilən kodon başına 10–4 hadisənin böyüklüyündə olduğu təxmin edilir. Düzgün amin turşusu, aminasil transferazlarla doğru köçürmə RNT (tRNA) ilə kovalent şəkildə bağlanır. Amin turşusu, karboksil qrupu ilə bir ester bağı ilə rRNA -nın 5 'OH -na qoşulur. TRNA -ya bağlı bir amin turşusu olduqda, tRNA "yüklü" adlanır. Başlama, başlatma faktorlarının (İF) köməyi ilə mRNA -nın 5 'ucuna bağlanan ribozomun kiçik alt birimini əhatə edir. Bakteriyalarda və az sayda arxeada, protein sintezinin başlanması, mRNA üzərində Shine-Delgarno ardıcıllığı adlanan purinlə zəngin bir başlanğıc ardıcıllığının tanınmasını nəzərdə tutur. Shine-Delgarno ardıcıllığı, 30S ribosomal alt bölmənin 16S rRNA hissəsinin 3 'ucunda tamamlayıcı bir pirimidin zəngin bir ardıcıllıqla bağlanır. Bu tamamlayıcı ardıcıllıqların bağlanması, 30S ribosomal alt birimin mRNA-ya bağlanmasını və başlanğıc kodonun P-saytının 30S hissəsinə yerləşdiriləcəyi şəkildə hizalanmasını təmin edir. MRNA və 30S alt birliyi düzgün şəkildə bağlandıqda, bir başlanğıc faktoru t-RNA-amin turşusu kompleksini, f-Met-tRNA başlatıcısını 30S P sahəsinə gətirir. Başlanğıc mərhələsi, 50S alt biriminin 30 alt birliyə birləşərək, aktiv 70S ribosomu meydana gətirməsi ilə tamamlanır. Polipeptidin sona çatması, ribozomun A yeri mRNA üzərində dayanma kodonu (UAA, UAG və ya UGA) tərəfindən tutulduqda baş verir. tRNA ümumiyyətlə kodonları tanıya və ya dayandıra bilmir. Bunun əvəzinə dayandırma kodonu bir buraxma faktoru zülalının bağlanmasına səbəb olur. (RF1 və RF2) ribozomun peptidil transferaz mərkəzindən polipeptid zəncirinin hidrolizi ilə bütün ribozom/mRNA kompleksinin sökülməsini tələb edən mRNA üzərindəki dərmanlar və ya xüsusi ardıcıllıq motivləri ribozom quruluşunu dəyişə bilər. -təşkil edən tRNA -lar sərbəst buraxma faktorları əvəzinə dayanma kodonuna bağlıdır. Bu cür "tərcümə oxunması" hallarında, ribozom növbəti dayanma kodonu ilə qarşılaşana qədər tərcümə davam edir.

Tərcümə prosesi həm eukaryotik, həm də prokaryotik orqanizmlərdə yüksək səviyyədə tənzimlənir. Tərcümənin tənzimlənməsi, hüceyrənin metabolik və proliferativ vəziyyətinə yaxından bağlı olan protein sintezinin qlobal sürətinə təsir göstərə bilər. Əlavə olaraq, son işlər, genetik fərqlərin və sonradan mRNA olaraq ifadə edilməsinin də RNT-yə xas bir şəkildə tərcümə nisbətinə təsir edə biləcəyini ortaya qoydu.

Tibbi əhəmiyyəti

Translyasiya nəzarəti xərçəngin inkişafı və sağ qalması üçün çox vacibdir. Xərçəng hüceyrələri gen ifadəsinin tərcümə mərhələsini tez -tez tənzimləməlidir, baxmayaraq ki, tərcümə niyə transkripsiya kimi addımlar üzərində hədəfləndiyi tam aydın deyil. Xərçəng hüceyrələrində genetik olaraq dəyişdirilmiş tərcümə faktorları olsa da, xərçəng hüceyrələrinin mövcud tərcümə faktorlarının səviyyəsini dəyişdirməsi daha çox yayılmışdır. RAS-MAPK, PI3K/AKT/mTOR, MYC və WNT – β-catenin yolları da daxil olmaqla bir neçə əsas onkogen siqnal yolu, nəticədə genomu tərcümə yolu ilə yenidən proqramlaşdırır. Xərçəng hüceyrələri də hüceyrə stresinə uyğunlaşmaq üçün translyasiya idarə edir. Stres zamanı hüceyrə stresi azaltmağa və sağ qalmağa kömək edən mRNA -ları çevirir. Buna misal olaraq AMPK -nın müxtəlif xərçənglərdə ifadəsini göstərmək olar; aktivləşdirilməsi, nəticədə xərçəngin bəslənmədən qaynaqlanan apoptozdan (proqramlaşdırılmış hüceyrə ölümü) qaçmasına imkan verə biləcək bir kaskad tetikler. Gələcək xərçəng müalicələri, xərçəngin aşağı təsirlərinə qarşı çıxmaq üçün hüceyrənin translyasiya mexanizmini pozmağı əhatə edə bilər.

Tərcümənin riyazi modelləşdirilməsi

Yalnız ən əsas "elementar" proseslərdən bəhs edən transkripsiya-tərcümə prosesinin təsviri aşağıdakılardan ibarətdir:

mRNA molekullarının istehsalı (birləşmə daxil olmaqla),
bu molekulların başlanğıc faktorlarının köməyi ilə başlaması (məsələn, başlanğıc universal tələb olunmasa da, sirkulyasiya mərhələsini əhatə edə bilər),
kiçik ribosomal subunitin işə götürülməsi,
tam ribosomların yığılması,
uzanma (yəni ribosomların mRNA boyunca zülal istehsalı ilə hərəkəti),
tərcüməyə xitam verilməsi,
mRNA molekullarının parçalanması,
zülalların parçalanması.

Tərcümədə zülal yaratmaq üçün amin turşularının qurulması prosesi və ya başqaları kimi ilk detallı kinetik modellərdən başlayaraq tərcümənin stokastik cəhətlərini nəzərə alaraq və kompüter simulyasiyalarından istifadə edərək uzun müddət müxtəlif fizik modellərin mövzusudur. Son dörd onillikdə bir çox kimyəvi kinetik əsaslı protein sintezi modelləri hazırlanmış və təhlil edilmişdir. Kimyəvi kinetikdən başqa, Tam Asimmetrik Sadə İstisna Prosesi (TASEP), Ehtimalçı Boolean Şəbəkələr (PBN), Petri Nets və max-plus cəbri kimi müxtəlif modelləşdirmə formalizmləri, protein sintezinin və ya onun bir hissəsinin ətraflı kinetikasını modelləşdirmək üçün tətbiq edilmişdir. mərhələlər. "Faydalı modellərin sadə və genişləndirilə bilən" paradiqmasını izləyən bütün səkkiz 'elementar' prosesi nəzərə alan zülal sintezinin əsas modeli hazırlanmışdır. Ən sadə M0 modeli reaksiya kinetik mexanizmi ilə təmsil olunur. 40S, 60S və başlanğıc faktorlarının (IF) bağlanmasını daxil etmək ümumiləşdirilmişdir . MikroRNA -nın protein sintezinə təsirini əhatə etmək üçün daha da genişləndirildi. Bu iyerarxiyadakı modellərin əksəriyyəti analitik olaraq həll edilə bilər. Bu həllər sintezin tənzimlənməsinin müxtəlif spesifik mexanizmlərinin 'kinetik imzalarını' çıxarmaq üçün istifadə edilmişdir.

Genetik kod

Zülalın üçüncül quruluş adlandırılan 3B quruluşu kimi digər aspektləri yalnız mürəkkəb alqoritmlərdən istifadə etməklə proqnozlaşdırmaq olarkən, birincili quruluş adlanan amin turşusu ardıcıllığı yalnız tərcümə masasının köməyi ilə nuklein turşusu ardıcıllığından müəyyən edilə bilər.

Bu yanaşma, xüsusən selenosistein kimi qeyri -ənənəvi amin turşuları, bir aşağı saç tokası ilə birlikdə ənənəvi dayanma kodonu ilə kodlanmış zülala daxil edildikdə, zülalın düzgün amin turşusu tərkibini verməyə bilər (SElenoCysteine Insertion Sequence, və ya SECIS).

Bir DNT/RNT ardıcıllığını bir protein sırasına çevirə bilən bir çox kompüter proqramı var. Normalda bu Standart Genetik Koddan istifadə edilməklə aparılır, lakin bir neçə proqram bioloji cəhətdən əhəmiyyətli olan alternativ başlatma kodonlarının istifadəsi kimi bütün "xüsusi" halları idarə edə bilir. Məsələn, başlanğıc kodonu olaraq istifadə edildikdə Metionin və digər bütün mövqelərdə Leusin üçün nadir alternativ başlanğıc kodonu CTG kodları.

Misal: Standart Genetik Kod üçün sıxılmış tərcümə cədvəli (NCBI Taksonomiyası veb səhifəsindən).

--.-------

"Başla" sətri üç başlanğıc kodonunu, UUG, CUG və ən çox yayılmış AUG -ni göstərir. Bir başlanğıc olaraq şərh edildikdə ilk amin turşusu qalığını da göstərir: bu halda hamısı metionindir.