Vysílání (biologie)

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 14. února 2022; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Translace (z latiny  translatio  - „přenos, pohyb“) - proces syntézy proteinů prováděný ribozomem z aminokyselin na matrici informační (matricové) RNA (mRNA, mRNA), probíhající na buněčné úrovni; implementace genetické informace .

Mechanismus

Syntéza bílkovin je základem života buněk . K provedení tohoto procesu mají buňky speciální nemembránové organely - ribozomy . Jedná se o ribonukleoproteinové komplexy sestavené ze 2 podjednotek: velké a malé. Jejich funkcí je rozpoznat třípísmenné ( třínukleotidové ) kodony mRNA , porovnat jejich odpovídající antikodony tRNA nesoucí aminokyseliny a připojit tyto aminokyseliny k rostoucímu proteinovému řetězci. Pohybující se podél molekuly mRNA syntetizuje ribozom protein v souladu s informací obsaženou v molekule mRNA. [jeden]

K rozpoznání aminokyselin v buňce existují speciální „adaptéry“, molekuly transferové RNA (tRNA). Tyto molekuly ve tvaru jetelového listu mají místo (antikodon) komplementární ke kodonu mRNA, stejně jako další místo, ke kterému je připojena aminokyselina odpovídající tomuto kodonu. Připojení aminokyselin k tRNA se provádí v energeticky závislé reakci enzymy aminoacyl-tRNA syntetázami a výsledná molekula se nazývá aminoacyl-tRNA . Specifičnost translace je tedy určena interakcí mezi kodonem mRNA a antikodonem tRNA, stejně jako specificitou aminoacyl-tRNA syntetáz, které připojují aminokyseliny striktně k jejich odpovídajícím tRNA (například kodon GGU bude odpovídat tRNA obsahující antikodon CCA a pouze aminokyselinu glycin ).

Mechanismy translace prokaryot a eukaryot se výrazně liší, proto mnoho látek, které potlačují translaci prokaryot, má menší vliv na translaci eukaryot, což umožňuje jejich použití v medicíně jako antibakteriální látky, které jsou bezpečné pro savce.

Proces překladu se dělí na

Rámeček pro čtení

Protože každý kodon obsahuje tři nukleotidy , jeden genetický text lze číst třemi způsoby (počínaje prvním, druhým a třetím nukleotidem), to znamená ve třech různých čtecích rámcích. Typicky je důležitá informace, která je zakódována pouze v jednom čtecím rámci. Správná iniciace translace (umístění na start kodonu AUG) je proto extrémně důležitá pro syntézu proteinů ribozomem.

Iniciace

Syntéza proteinu ve většině případů začíná kodonem AUG kódujícím methionin . Tento kodon je běžně označován jako startovací nebo iniciační kodon. Iniciace translace zahrnuje rozpoznání tohoto kodonu ribozomem a nábor iniciátoru aminoacyl-tRNA. Iniciace translace také vyžaduje přítomnost určitých nukleotidových sekvencí v oblasti start kodonu ( Shine-Dalgarnova sekvence u prokaryot a Kozakova sekvence u eukaryot). Důležitou roli při ochraně 5'-konce mRNA má 5'- cap . Existence sekvence, která odlišuje start AUG od interních, je naprosto nezbytná, protože jinak by iniciace proteinové syntézy probíhala chaoticky na všech AUG kodonech.

Proces iniciace zajišťují speciální proteiny - iniciační faktory ( anglicky  iniciační faktory, IF ; eukaryotické iniciační faktory označují eIF, z angl .  eukaryotes ).

Mechanismy iniciace translace u pro- a eukaryot se výrazně liší: prokaryotické ribozomy jsou potenciálně schopné najít start AUG a iniciovat syntézu v jakékoli části mRNA, zatímco eukaryotické ribozomy se obvykle připojují k mRNA v oblasti čepice a skenují ji při hledání startovacího kodonu.

U prokaryot

Malá ribozomální podjednotka (30S) prokaryot, pokud není v současné době zapojena do translace, existuje v komplexu s iniciačními faktory IF1, IF3 a v některých případech s IF2. Zvažte hlavní funkce těchto proteinů:

Komplex podjednotky 30S s iniciačními faktory je schopen rozpoznat speciální sekvence mRNA, tzv. ribozomální vazebná místa ( RBS, ribosome-binding site ) .  Tato místa obsahují za prvé iniciátor AUG a za druhé speciální Shine-Dalgarnovu sekvenci , na kterou se komplementárně váže ribozomální 16S RNA . Shine-Dalgarnova sekvence slouží k odlišení iniciátoru AUG od vnitřních kodonů kódujících methionin. Poté, co se podjednotka 30S naváže na mRNA, jsou k ní přitahovány iniciátor aminoacyl-tRNA a IF2, pokud již nebyly zahrnuty do komplexu. Poté se připojí subčástice 50S, dojde k hydrolýze GTP a disociaci iniciačních faktorů. Sestavený ribozom začíná syntetizovat polypeptidový řetězec.

U eukaryot

U eukaryot existují dva hlavní mechanismy pro nalezení výchozího AUG pomocí ribozomu: cap-dependent (skenování) a cap-independent (interní iniciace).

Kromě hlavních iniciačních mechanismů, pokud je před start kodonem poly(A) leader (například v mRNA virů rodiny neštovic), je realizován nestandardní iniciační mechanismus. V tomto případě komplex iniciátoru neobsahuje faktory IF3 a eIF4F a po sestavení na 5'-nepřekládanou oblast sekvenčně neskenuje mRNA, ale tzv. ATP-nezávislý "bezfázový wander". V tomto případě probíhá iniciace mnohem rychleji než v případě práce podle klasického snímacího mechanismu . [3]

U eukaryot je také možná reiniciace translace , kdy se po ukončení translace ribozom s proteinovými faktory nedisociuje od mRNA, ale přeskočí z 3' na 5' konec mRNA a znovu zahájí iniciaci. To je možné díky tzv. cyklizace mRNA v cytoplazmě, tedy fyzikální konvergence start a stop kodonů pomocí speciálních proteinů.

Mechanismus závislý na čepici

Na rozdíl od prokaryot, u kterých je iniciace translace zajištěna pouze třemi proteinovými faktory, translace velké většiny eukaryotických mRNA obsahujících 5'- cap [m7G(5')ppp(5')N] a 3'- poly(A)-tail, vyžaduje účast alespoň 13 běžných eukaryotických iniciačních faktorů (eIF) reprezentovaných 31 polypeptidy. Iniciace translace zahrnuje události mezi disociaci ribozomu během ukončení v předchozím translačním cyklu a sestavením ribozomu připraveného k prodloužení na startovacím kodonu mRNA . Během iniciace provádí translační aparát následující úkoly:

  1. disociace a antiasociace ribozomálních podjednotek;
  2. selekce iniciátoru methionyl-tRNA (Met-tRNAiMet);
  3. 5' vazba čepice, vazba poly(A), skenování;
  4. výběr správného startovacího kodonu ;
  5. kombinace ribozomálních podjednotek na startovacím kodonu [4] [5] [L 1] [L 2] [6]
Disociace a anti-asociace ribozomových podjednotek

Disociace ribozomálních podjednotek na konci terminace je aktivní proces zahrnující eIF, stejně jako elongační a terminační faktory. Anti-asociaci již disociovaných podjednotek zajišťuje eIF a slouží k prevenci předčasné asociace ribozomálních podjednotek. [4] [5] [K 2] [6] Hlavní roli v tomto úkolu hraje eIF3, multipodjednotkový faktor sestávající z 13 různých podjednotek (celková molekulová hmotnost 800 kDa) u savců, 11 podjednotek u rostlin a šesti podjednotek. v kvasinkách Saccharomyces cerevisiae . [7] [8] eIF3 se váže na 40S podjednotku ribozomu (40S) prostřednictvím své j-podjednotky, která následně interaguje s lešením b-podjednotky a zabraňuje asociaci 40S s 60S ribozomální podjednotkou (60S). [9] [10] Tyto aktivity eIF3 závisí na jeho interakci s eIF1 a ternárním komplexem eIF2/GTP/Met-tRNAiMet. [11] Vazba eIF1 na 40S je kooperativní s eIF3 [12] [13] , stejně jako vazba eIF1 na eIF1A (homolog bakteriálního IF1) [14] . eIF1A je tedy pravděpodobně také zapojen do anti-asociace, alespoň nepřímo.

Výběr iniciátoru methionyl-tRNA (Met-tRNAiMet)

Tato fáze zahrnuje následující procesy:

  1. rozpoznání a methionylaci tRNAiMet specifickou methionyl-tRNA syntetázou;
  2. diskriminace Met-tRNAiMet eukaryotickými elongačními faktory;
  3. diskriminaci nemethionylovaného nebo nesprávně aminoacylovaného tRNAiMet eIF;
  4. diskriminace eIF elongátorových tRNA.

Během procesu (a) methionyl-tRNA syntetáza interaguje jak s akceptorovým koncem tRNA, tak s antikodonem.

Proces (b) v rostlinách a kvasinkách se provádí posttranskripční modifikací tRNAiMet, která ji odlišuje od elongátorové methionin-specifické tRNA přidáním 2'- O -fosforibosylu k ribóze nukleotidu A64. U obratlovců se proces (b) provádí diskriminací mezi specifickými rysy nukleotidových sekvencí tRNAiMet a elongátorové methioninové tRNA.

Prodloužení

Na procesu budování polypeptidového řetězce se podílejí dva proteinové elongační faktory . První (EF1a u eukaryot, EF-Tu u prokaryot) přenáší aminoacylovanou („nabitou“ aminokyselinou) tRNA do A (aminoacylového) místa ribozomu. Ribozom katalyzuje přenos peptidu vázaného na tRNA v místě P do místa A a tvorbu peptidové vazby s tam umístěným aminokyselinovým zbytkem. Rostoucí peptid je tedy prodloužen o jeden aminokyselinový zbytek . Poté druhý protein (EF2 u eukaryot, EF-G u prokaryot) katalyzuje tzv. translokaci. Translokace je pohyb ribozomu podél mRNA jedním tripletem (asi 20 angstromů ), v důsledku čehož je peptidyl-tRNA opět v P-místě a „prázdná“ tRNA z P-místa jde do E-stránka (od slova exit). tRNA z E-místa spontánně disociuje, načež je ribozom připraven na nový cyklus elongace [15] .

Ukončení

Terminace – konec syntézy bílkovin, nastává, když se v A-místě ribozomu objeví jeden ze stop kodonů – UAG, UAA, UGA. Vzhledem k absenci tRNA odpovídající těmto kodonům zůstává peptidyl-tRNA spojena s P-místem ribozomu. Zde vstupují do hry specifické proteiny RF1 nebo RF2, které katalyzují odtržení polypeptidového řetězce od mRNA, a také RF3, který způsobí disociaci mRNA z ribozomu. RF1 rozpozná UAA nebo UAG v místě A; RF-2 - UAA nebo UGA. U UAA je terminace účinnější než u jiných stop kodonů.

Kompartmentalizace v eukaryotech

Na rozdíl od prokaryot, u kterých k biosyntéze proteinů dochází přímo během transkripce odpovídajících mRNA, se eukaryota vyznačují přísnou kompartmentalizací všech procesů probíhajících během biosyntézy proteinů, včetně kompartmentalizace translace.

K translaci sekrečních a membránových proteinů mRNA (obvykle tvoří 3-15 % všech proteinů syntetizovaných buňkou) dochází na ribozomech spojených s granulárním endoplazmatickým retikulem . [16] Podle klasických konceptů je dalších 35–45 % ribozomů spojeno s cytoskeletem a zbývajících 20–40 % ribozomů je v cytosolu v nenavázaném stavu . [17] Objevil se však názor, že volné ribozomy jsou artefaktem a v buňce jsou spojeny s tzv. mikrotrabekulární mřížkou tvořenou zvláštním typem vlákna. [18] Podle jiných údajů je však zpochybňována samotná existence mikrotrabekulární mřížky, [19] takže otázka existence aktivních nevázaných ribozomů zůstává otevřená.

V současnosti se předpokládá, že translace u eukaryot neprobíhá v celé cytoplazmě buňky, ale v určitých oblastech cytoplazmy, podmíněně nazývaných „translační kompartmenty“. [20] Translační oddíl pravděpodobně zahrnuje následující struktury:

  • ribozomy s připojenými proteinovými faktory, matricí a transportní RNA;
  • tzv. kodosomy jsou komplexní proteinové komplexy, které zahrnují 7-9 aminoacyl-tRNA syntetázu, pyrofosfatázu, cyklické nukleotidy, hořečnaté ionty a lipidy; [21]
  • eEF1H je těžká neboli plná forma elongačního faktoru 1. Obsahuje 4 elongační faktory (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ, eEF1Bγ). [22]

Kompartmentalizace translace poskytuje vysokou rychlost biosyntézy proteinů a široké možnosti regulace tohoto procesu. [dvacet]

Viz také

Poznámky

Literatura
  1. ↑ Kapp, Lorsch, 2004 .
  2. ↑ 12 Marintchev , Wagner, 2004 .
Jiné zdroje
  1. ↑ Spirin AS ribozomy. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York. 1999.
  2. ↑ Hellen CU, Sarnow P. Vnitřní místa vstupu ribozomů v molekulách eukaryotické mRNA  // Genes Dev  .  : deník. - 2001. - Sv. 15 , č. 13 . - S. 1593-1612 . - doi : 10.1101/gad.891101 . — PMID 11445534 .
  3. ↑ Shirokikh NE, Spirin AS Poly(A) leader eukaryotické mRNA obchází závislost translace na iniciačních faktorech.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2008. - Sv. 105 , č. 31 . - S. 10738-10743 . - doi : 10.1073/pnas.0804940105 . — PMID 18658239 .
  4. ↑ 1 2 Gallie DR Translační kontrola v rostlinách a chloroplastech // Kontrola, 2007 , pp. 747-774
  5. ↑ 1 2 Hinnebusch AG, Dever TE, Asano K. Mechanismus iniciace translace u kvasinky Saccharomyces cerevisiae // Control, 2007 , pp. 225-268
  6. ↑ 1 2 Pestova TV, Hellen CU, Shatsky IN Mechanismus iniciace translace u eukaryot // Control, 2007 , pp. 87-128
  7. ↑ Hinnebusch AG (2006) „eIF3: Univerzální lešení pro translační iniciační komplexy“, Trends in Biochemical Science 31, 553-562
  8. ↑ Wei Z., Zhang P., Zhou Z., Cheng Z., Wan M. a Gong W. (2004) "Krystalová struktura lidského eIF3k, první struktura podjednotek eIF3", Journal of Biological Chemistry 279, 34983- 34990
  9. ↑ ElAntak L., Tzakos AG, Locker N. a Lukavsky PJ (2007) „Struktura rozpoznávacího motivu eIF3b RNA a jeho interakce s eIF3j: strukturální pohledy na získávání eIF3b do ribozomální podjednotky 40S“, Journal of Biological Chemistry 282, 8165-8174
  10. ↑ Fraser CS, Lee JY, Mayeur GL, Bushell M., Doudna JA a Hershey JW (2004) „J-podjednotka lidského translačního iniciačního faktoru eIF3 je nutná pro stabilní vazbu eIF3 a jeho subkomplexů na 40S ribozomální podjednotky in vitro , Journal of Biological Chemistry 279, 8946-8956
  11. ↑ Kolupaeva VG, Unbehaun A., Lomakin IB, Hellen CUT a Pestova TV (2005) "Vazba eukaryotického iniciačního faktoru 3 na ribozomální podjednotky 40S a jeho role v ribozomální disociaci a antiasociaci", RNA 11, 466
  12. ↑ Lomakin IB, Kolupaeva VG, Marintchev A., Wagner G. a Pestova TV (2003) "Pozice eukaryotického iniciačního faktoru eIF1 na 40S ribozomální podjednotce určená pomocí řízeného sondování hydroxylových radikálů", Genes and Development 17, 27786-22
  13. ↑ Pestova TV a Kolupaeva VG (2002) "Role jednotlivých eukaryotických translačních iniciačních faktorů při ribozomálním skenování a výběru iniciačních kodonů", Genes and Development 16, 181-186
  14. ↑ Maag D. a Lorsch JR (2003) "Komunikace mezi eukaryotickými translačními iniciačními faktory 1 a 1A na kvasinkové malé ribozomální podjednotce", Journal of Molecular Biology 330, 917-924
  15. ↑ Chen J., Tsai A., O'Leary SE, Petrov A., Puglisi JD Unraveling the dynamics of ribozom translocation // 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. Segregace specifických tříd messenger RNA do volných a membránově vázaných polysomů // Eur. J Biochem. - 1981. - V.114. — S.271-284)
  17. ↑ Hesketh J. Mechanismus translačního cytoskeletu pro cílenou syntézu proteinů // Mol. Biol. Rep. - 1994. - 19, N.3. - S.233-244)
  18. ↑ Wolosewick JJ, Porter KR Mikrotrabekulární mřížka cytoplazmatické základní substance // J. Cell Biol. - 1979. - V.82. — S.114-139
  19. ↑ Heuser J. Co se stalo s „mikrotrabekulárním konceptem“? (anglicky)  // Biol Cell : deník. - 2002. - Sv. 94 , č. 9 . - str. 561-596 . - doi : 10.1016/S0248-4900(02)00013-8 . — PMID 12732437 .
  20. ↑ 1 2 Negrutsky B. S. Organizace syntézy proteinů u živých eukaryot. Kyjev, Amulety, 2001, 165s.
  21. ↑ Filonenko VV, Deutscher MP Důkazy pro podobnou strukturní organizaci multienzymového komplexu aminoacyl-tRNA syntetázy in vivo a in vitro // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.26. — S.17375-17378
  22. ↑ Janssen GMC, van Damme HTF, Kriek J. et al. Struktura podjednotky elongačního faktoru 1 z Artemia. Proč dva alfa-řetězce v tomto komplexu? // J. Biol. Chem. - 1994. - 269, N.50. — S.31410-31417

Literatura

  • Acker MG, Lorsch JR Mechanismus spojování ribozomálních podjednotek během iniciace eukaryotické translace // Transactions Biochemical Society. - 2008. - č. 36 . - S. 653-657.
  • Benelli D., Londei P. Začněte od začátku: evoluce translační iniciace // Research in Microbiology. - 2009. - č. 160 . - S. 493-501.
  • Jackson RJ, Hellen CUT, Pestova TV Mechanismus iniciace eukaryotické translace a principy její regulace // Nature Reviews Molecular Cell Biology. - 2010. - č. 10 . - S. 113-127.
  • Kapp LD, Lorsch JR Molekulární mechanika eukaryotického překladu  // Annual Review of Biochemistry. - 2004. - č. 73 . - S. 657-704.
  • Marintchev A., Wagner G. Iniciace překladu: struktury, mechanismy a evoluce // Quarterly Review of Biophysics. - 2004. - č. 37 . - S. 197-284.
  • Mitchell SF, Lorsch JR Mám zůstat nebo mám jít? Eukaryotické translační iniciační faktory 1 a 1A řídí rozpoznávání startovacího kodonu // Journal of Biological Chemistry. - 2008. - č. 283 . — S. 27345-27349.
  • Schmitt E., Naveau M., Mechulam Y. Eukaryotický a archaální iniciační faktor 2: A heterotrimerní nosič tRNA // FEBS Letters. - 2010. - č. 584 . - S. 405-412.
  • Sonenberg N., Hinnebusch AG Regulace iniciace translace u eukaryot: mechanismy a biologické cíle  (anglicky)  // Cell . - Cell Press , 2009. - No. 136 . - S. 731-745.
  • Translační kontrola v biologii a medicíně / Ed. N. Sonenberg, JWB Hershey a MB Mathews. - Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press, 2007. - 934 s.
  • Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D., De Veylder L. Translační kontrola eukaryotické genové exprese // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. - 2009. - č. 44 . - S. 143-168.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie