Maklumat

Mengapakah AUG kodon permulaan?

Mengapakah AUG kodon permulaan?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Adakah terdapat sebarang sebab mengapa AUG adalah kodon permulaan? Tidak bolehkah terjemahan bermula dengan kodon yang berbeza?


Soalan yang bagus (jika sedikit bercampur aduk pada transkripsi lwn. terjemahan!)

AUG bukan selalunya kodon permulaan, tetapi walau apa pun kodonnya, ia akan sentiasa kod untuk Methionine (atau fMet, tetapi masih merupakan variasi pada Met), walaupun kodon mengekod asid amino yang berbeza sebaliknya. RNA pemindahan berasingan (tRNAi, tRNA pemula) digunakan untuk susunan langkah pertama ini, dipandu oleh eIF2 [dalam eukarya].

Dalam hal ini, ia bukanlah persoalan "mengapa AUG" daripada "mengapa tRNA pemula khusus ini", jawapannya ialah ia mempunyai unsur urutan dan pengubahsuaian tertentu yang membezakannya daripada tRNA memanjang yang mengikat faktor pemanjangan dan oleh itu disasarkan kepada ribosom. Tapak A dan B bukannya tapak ribosom P (dengan fungsi bergantung kepada bentuk, pada asasnya ia dibentuk untuk menyediakan transkripsi dan bukannya untuk memanjangkan polipeptida rantaian baru yang sedia ada).

"Elemen identiti kelihatan menyelaraskan struktur tRNA pemula, dan bukti yang semakin meningkat menunjukkan bahawa badan tRNA terlibat dalam menghantar isyarat bahawa kodon permulaan telah ditemui ke seluruh kompleks pra-permulaan." - Kolitz dan Lorsch, 2010

Kodon permulaan yang lain hanyalah daripada variasi kimia semula jadi (atau evolusi, mengikut mana-mana cara anda mahu melihatnya) yang menimbulkan bentuk protein pengecam kodon yang berbeza.

Jentera untuk memulakan terjemahan berfungsi, dan oleh itu "dipelihara" - evolusi telah mengekalkannya, dan itulah sebabnya ia sentiasa kodon yang sama (lebih kurang). Archaea mempunyai batang penerima tRNAi berbentuk sangat serupa, dan merupakan ligan yang sama baiknya, yang menunjukkan betapa kuno sistem itu dan memberi gambaran betapa sukarnya pada asasnya bagi organisma untuk mengubah sistem seperti ini melalui mutasi (3.5 bilion tahun). evolusi tidak boleh salah! dll haha).

Bukan untuk hanya menyelitkan bahagian yang saya katakan bahawa kodon bukan AUG juga digunakan (dalam yis dan sel mamalia), berikut adalah daripada kajian di mana ia didapati mengubah 1 (dan hanya 1) asas AUG yang masih dibenarkan permulaan terjemahan:

"Salah pengiktirafan yang berlaku secara semula jadi menunjukkan bahawa mendiskriminasi dua kodon hampir serumpun berpasangan asas daripada kodon AUG pasangan tiga asas yang sempurna tertakluk kepada kesilapan. Mutasi dalam faktor permulaan terjemahan, seperti eIF1 dan eIF2b, meningkatkan lagi tahap kesilapan ini.

Dua interaksi pasangan asas antara kodon bukan AUG dan antikodon Met-tRNAi adalah mencukupi untuk mencetuskan permulaan terjemahan, menunjukkan bahawa eIF1 jenis liar memainkan peranan dalam memantau interaksi pasangan asas yang betul semasa mengimbas tapak permulaan AUG. Adalah diramalkan bahawa Met-tRNAi, bukan tRNA serumpun yang sepadan dengan kodon bukan AUG individu, digunakan dalam permulaan terjemahan pada kodon permulaan bukan AUG ini.

Kompleks permulaan terjemahan hanya akan mengikat Met-tRNAi berbanding dengan tRNA lain kerana Met-tRNAi mempunyai jujukan unik dan ciri struktur yang membolehkan ia dimuatkan ke eIF2 kompleks ternari dan membolehkannya masuk ke tapak P ribosom. ="bottom" data-s-popover-placement="bottom" title="Ikuti jawapan ini untuk menerima pemberitahuan"> Ikuti


Daripada penyelidikan empirikal baru-baru ini (Wang et al., 2018) ke atas eukariota, pada asasnya kodon permulaan bukan AUG mempunyai kecekapan [penterjemahan terjemahan] yang bergantung kepada konteks, manakala AUG adalah "perkara yang pasti", iaitu nukleotida yang mengelilinginya mempunyai sedikit kesan ke atas kecekapannya.

Terdapat beberapa penjelasan biokimia teori untuk ini, yang saya hanya akan memetik apa adanya:

Kami menunjukkan bahawa kodon bukan AUG lebih bergantung pada konteks jujukan nukleotida di sekelilingnya daripada kodon AUG. Gandingan asas antara kodon permulaan AUG dan antikodon tRNA pemula bersama-sama dengan interaksi antara ribosom pengimbasan dan nukleotida yang mengelilingi kodon permulaan (cth, interaksi antara Arg55 faktor permulaan eukariotik 2a dan kedudukan -3 […]) menyebabkan kompleks prainisiatif untuk beralih daripada konformasi terbuka kepada konformasi tertutup supaya permulaan terjemahan boleh berlaku. Kebanyakan kompleks prainisiasi menjalani permulaan terjemahan apabila mereka menemui kodon permulaan AUG sama ada konteks yang cekap atau tidak cekap kerana interaksi yang kuat antara kodon dan antikodon memberikan tenaga yang mencukupi untuk memacu anjakan konformasi. Walau bagaimanapun, ketidakpadanan antara kodon permulaan bukan AUG dan antikodon mengurangkan tenaga pengikat daripada kodon dan antikodon. Oleh itu, sumbangan daripada interaksi antara kompleks prainisiatif dan 'nukleotida konteks' mungkin menjadi lebih penting dan perlu. Kami juga menunjukkan bahawa konteks jujukan, khususnya kedudukan +4, mempengaruhi kecekapan setiap kodon permulaan bukan AUG secara berbeza. Kesan pembezaan yang diperhatikan pada kedudukan +4 menunjukkan bahawa sifat jujukan boleh mempunyai kesan khusus kodon pada kecekapan TIS. Ada kemungkinan bahawa terdapat sifat lain dengan kesan khusus kodon. Tambahan pula, perbezaan dalam sifat ini antara wartawan mungkin menjelaskan mengapa beberapa kajian terdahulu telah mengenal pasti GUG atau ACG sebagai kodon permulaan bukan AUG yang paling berkesan [… ] manakala yang lain bersetuju dengan penemuan kami [… ].

Juga dinyatakan dalam kertas, dalam beberapa kes sudut (jujukan khusus) jujukan yang mengandungi kodon bukan AUG boleh "secekap" jujukan lain yang mengandungi AUG. (Daripada plot kotak ia kelihatan seperti beberapa jujukan bukan AUG lebih baik kecekapan daripada beberapa jujukan AUG, tetapi kertas itu menyatakannya sebagai "sebaik".)

Bagaimanapun, penyongsangan kecekapan ini hanya berlaku pada beberapa jujukan tertentu. Secara purata ke atas semua jujukan, AUG mempunyai kecekapan terbaik.


Jika kita pergi [lebih jauh dalam masa evolusi] kepada prokariot, kajian serupa tentang semua kodon permulaan yang berpotensi telah dilakukan pada E.coli pada tahun 2017. Gambarannya sedikit berbeza dalam erti kata bahawa sementara AUG masih di hadapan dari segi kecekapan, tetapi bersama-sama dengan GUG dan UUG membentuk kelompoknya sendiri, jauh mendahului yang lain.

Penjelasan standard untuk ini yang saya temui dalam ulasan ialah AUG, GUG dan UUG semuanya dinyahkod oleh fMet-tRNAfMet. (Juga diberikan dalam jawapan di sini, berdasarkan ulasan yang lebih lama.) Sebenarnya ulasan yang lebih lama memang menawarkan sedikit lagi cerapan:

AUG ialah kodon pemula yang paling biasa kerana ia membentuk interaksi paling stabil dengan antikodon CAU dalam fMet-tRNA

Sudah tentu, seseorang juga boleh bertanya bagaimana enzim ini berkembang bersama dengan kodon permulaan (yang didekodkan). Tetapi saya tidak menemui jawapan untuk itu. Saya mungkin akan bertanya itu sebagai soalan berasingan.


Pertama sekali, ia adalah urutan pengekodan, bingkai bacaan terbuka (ORF), dan bukan gen yang bermula dengan AUG. Selain itu, sebenarnya terdapat beberapa ORF yang bermula dengan kodon permulaan yang berbeza, ia hanyalah pengecualian dan bukannya norma.

Bagi keperluan, anda boleh menganggap kodon START dan STOP sebagai tanda baca. AUG dibaca seperti huruf pertama (kapital) ayat (jika anda benarkan saya memanjangkan sedikit definisi tanda baca). Baca proses terjemahan, ribosom akan melekat pada molekul mRNA yang termasuk UTR, ia menggunakan kodon AUG sebagai petunjuk bahawa ia kini harus mula menterjemah.

UTR ialah kawasan yang tidak diterjemahkan dan selalunya mengandungi urutan kawal selia yang boleh mengawal terjemahan. Walau bagaimanapun, ini tidak sepatutnya berada dalam produk protein akhir jadi jentera selular memerlukan cara untuk mengetahui di mana UTR berakhir dan urutan pengekodan bermula.


Tafsiran Soalan

Terdapat dua soalan di sini. Yang mengenai kodon permulaan alternatif adalah fakta dan telah dijawab dengan baik oleh Louis Maddox. Yang lain ialah soalan evolusi yang saya akan susun semula

"Mengapa metionin dipilih sebagai asid amino permulaan?"

Seperti Louis Maddox, saya akan mengatakan bahawa ini hampir mustahil untuk dijawab. Walau bagaimanapun, ternyata terdapat sekurang-kurangnya satu hipotesis - mungkin berkaitan dengan komen mengenai jawapan Maddox - jadi saya rasa berguna untuk membentangkan dan membincangkannya.

Hipotesis Kawal Selia untuk metionin sebagai pemula

Hipotesis ini dibentangkan oleh Bhattacharyyaa dan Varshney dalam makalah dalam RNA Biology (2016). (Langganan peribadi atau institusi mungkin diperlukan untuk akses kepada versi penuh.) Hujah mereka boleh diringkaskan sebagai:

  • Methionine tidak memainkan peranan dalam protein yang tidak dapat dilakukan oleh rantai sampingan asid amino alifatik lain, dan merupakan salah satu asid amino yang paling jarang ditemui dalam protein.
  • Sintesis methionine mempunyai kos metabolik tertinggi di antara asid amino
  • Sintesis metionin (dan N-formil metionin) bergantung kepada metabolisme satu karbon.
  • Oleh itu, penggunaannya sebagai pemula terjemahan mungkin untuk memastikan bahawa sintesis protein hanya berlaku apabila terdapat tenaga yang mencukupi dalam sel untuk metabolisme satu karbon, dan, secara implikasi, untuk sintesis protein itu sendiri.
  • Selain itu, keperluan untuk S-adenosyl methionine untuk metilasi rRNA dan tRNA tertentu akan mewakili gandingan khusus kepada komponen lain sintesis protein.

[Sintesis metionin - dari Berg et al., Seksyen 24.2.7]

Komen

Kesukaran yang saya hadapi secara peribadi dengan hipotesis ini ialah saya menjangkakan mekanisme akan berkembang terlebih dahulu, dengan peraturan hanya muncul kemudian. Satu cara yang mungkin untuk mengatasinya ialah jika metionin telah mengalihkan asid amino hidrofobik yang serupa seperti norleucine daripada kod genetik awal, seperti yang dicadangkan oleh Alvarez-Carreño et al.. Sebelum ini, seseorang akan menganggap bahawa permulaan tidak berlaku pada suatu tempat tertentu. kodon, seperti yang dibincangkan berkaitan dengan soalan Biologi SE yang lain.

[Formilasi Metionin - dari Berg et al., Rajah 29.21]


Mengapa AUG Kodon Mula?

Artikel ini diulas dalam artikel Idea untuk Menonton oleh Paweł Mackiewicz, https://doi.org/10.1002/bies.202000061.

Abstrak

Reka bentuk rasional cincin RNA minimum teori menentukan AUG sebagai kodon permulaan universal. Reka bentuk ini memaksimumkan kepelbagaian asid amino berkod ke atas panjang jujukan minimum, mentakrifkan dalam cincin RNA minimum teori siliko, gen leluhur calon. Kod cincin RNA untuk 21 asid amino dan kodon henti selepas tiga pusingan terjemahan berturut-turut, dan membentuk jepit rambut gelung batang yang melambatkan degradasi. Dua puluh lima cincin RNA sepadan dengan kekangan ini, sepuluh bermula dengan kodon permulaan universal AUG. Tiada bias kodon pertama wujud di kalangan cincin RNA yang tinggal. Reka bentuk cincin RNA menentukan AUG sebagai kodon permulaan. Ini adalah satu-satunya penjelasan lagi untuk AUG sebagai kodon permulaan. Reka bentuk cincin RNA menentukan sifat gen gelang RNA dan tRNA tambahan yang diterangkan sebelum ini, kerana ia mungkin meniru kekangan pada RNA primordial kehidupan.


Kodon permulaan AUG, bukan pelengkap kodon-antikodon, diperlukan untuk terjemahan mRNA tanpa peneraju dalam Escherichia coli

Jabatan Mikrobiologi, Universiti Miami, Oxford, OH 45056, Amerika Syarikat.

Jabatan Mikrobiologi, Universiti Miami, Oxford, OH 45056, Amerika Syarikat.

Jabatan Mikrobiologi, Universiti Miami, Oxford, OH 45056, Amerika Syarikat.

Jabatan Mikrobiologi, Universiti Miami, Oxford, OH 45056, Amerika Syarikat.

Abstrak

Kami menentukan dalam vivo kecekapan translasi 'tanpa pemimpin'lacZ berbanding dengan pemimpin konvensional lacZ dengan dan tanpa urutan Shine–Dalgarno (SD) dalam Escherichia coli dan mendapati bahawa menukar urutan SD diterajui lacZ daripada konsensus 5′-AGGA-3′ hingga 5′-UUUU-3′ menghasilkan pengurangan 15 kali ganda dalam kecekapan translasi walau bagaimanapun, mengalihkan pemimpin sama sekali hanya menghasilkan pengurangan dua kali ganda. Peningkatan dalam terjemahan bertepatan dengan penyingkiran pemimpin yang tidak mempunyai urutan SD mencadangkan kewujudan isyarat translasi yang lebih kuat atau baru dalam urutan pengekodan tanpa kehadiran ketua. Oleh itu, kami meneliti perubahan dalam isyarat translasi yang disediakan dengan mengubah kodon permulaan AUG kepada kodon permulaan semula jadi lain (GUG, UUG, CUG) dengan kehadiran dan ketiadaan pemimpin dan mendapati bahawa mRNA yang tidak mempunyai jujukan pemimpin bergantung kepada Kodon permulaan AUG, manakala mRNA terpimpin tidak. Ini menunjukkan bahawa mRNA yang tidak mempunyai jujukan perambut sama ada lebih bergantung pada komplementari kodon-antikodon yang sempurna atau memerlukan kodon permulaan AUG dalam cara khusus urutan untuk membentuk kompleks permulaan yang produktif. TRNA pemula mutan dengan mutasi antikodon mengimbangi memulihkan ekspresi mRNA berpimpin, tetapi tidak tidak berpimpin, dengan kodon permulaan UAG, menunjukkan bahawa pelengkap kodon-antikodon tidak mencukupi untuk terjemahan mRNA yang tidak mempunyai jujukan pemimpin. Data ini mencadangkan bahawa kodon permulaan AUG serumpun secara khusus berfungsi sebagai isyarat translasi yang lebih kuat dan berbeza sekiranya tiada pemimpin yang tidak diterjemahkan.


Bidang Terapeutik II: Kanser, Penyakit Berjangkit, Keradangan & Imunologi dan Dermatologi

7.27.5.1.10 Peptide deformylase (PDF) sebagai sasaran terapeutik

Terjemahan prokariotik bermula dengan N-formylmethionine, dan protein yang terhasil menjalani pengubahsuaian N-terminal untuk menjadi matang secara berfungsi. Ini melibatkan penyingkiran bertahap kumpulan N-formyl yang dimangkin oleh PDF, dan kemudian sisa metionin melalui tindakan metionin aminopeptidase. 427 Kajian telah menunjukkan bahawa protein yang gagal menjalani pengubahsuaian ini tidak aktif, dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, terdapat lonjakan dalam usaha saintifik untuk membangunkan agen antibakteria baharu dengan menyasarkan PDF. 428–430 PDF yang dikodkan nuklear dengan urutan isyarat, yang menunjukkan penyetempatannya dalam apicoplast, baru-baru ini dikenal pasti daripada P. falciparum, 431 dan struktur kristalnya tersedia pada resolusi 2.2 Å. 432,433 Kepekaannya terhadap beberapa perencat PDF standard telah menyerlahkan kepentingannya sebagai sasaran dadah. 431,434

Walaupun PDF daripada mitokondria manusia pada asalnya dipercayai tidak berfungsi, kajian terbaru menunjukkan bahawa enzim ini aktif dan sensitif kepada beberapa perencat PDF berasaskan actinonin. Sebatian ini mempamerkan aktiviti antiproliferatif pada sel tumor dengan menjejaskan potensi membran mitokondria. 435 Faktor lain yang mungkin menjadi penghalang dalam reka bentuk ubat berdasarkan PfPDF ialah kemungkinan pembangunan rintangan seperti yang telah ditunjukkan baru-baru ini dalam kajian menggunakan Escherichia coli. 436


Sifat Kodon Genetik

Kod genetik mempunyai ciri-ciri penting berikut:

Kesejagatan

Kod genetik adalah universal, iaitu semua organisma hidup akan mempunyai bilangan kodon genetik yang sama (64) yang mengekodkan asid amino tertentu (20). Disebabkan persamaan kod genetik antara semua organisma, sejarah evolusi semua organisma (bermula dari prokariot hingga eukariota) akan sama.

Tidak jelas

Kodon genetik adalah tidak samar-samar, atau kodon sistem pengekodan gen mengekod satu asid amino pada satu masa.

Berlebihan

Kod genetik adalah berlebihan kerana 20 asid amino dikodkan oleh 64 kombinasi kodon, yang bermaksud satu atau lebih kodon boleh mengekod untuk satu jenis asid amino. Oleh itu, asid amino tunggal boleh dikodkan oleh kombinasi kodon yang berbeza. Sebagai contoh, tirosin adalah asid amino yang dikodkan oleh kedua-duanya UAU dan UAC kodon. Tetapi, asid amino yang berbeza tidak boleh dikodkan oleh kodon tunggal pada satu masa. Ia juga dipanggil degenerasi kod genetik.

Tidak bertindih

Kodon genetik tidak bertindih. Dalam sistem pengekodan genetik, kodon tunggal boleh mengekod asid amino tunggal pada satu masa, yang bermaksud kodon tidak boleh mengekod dua atau tiga asid amino secara serentak.

Triplet

Kodon tunggal ialah gabungan daripada tiga nukleotida, yang mana kod genetik ialah kodon triplet. Kodon triplet terbentuk melalui gabungan pelbagai keempat-empat bes nukleotida.

Berterusan dan tanpa koma

Bingkai bacaan kod genetik adalah berterusan, iaitu tiada koma atau sebarang simbol di antaranya. Dalam kata mudah, kod genetik mempunyai tiada tanda baca di antara.

Bingkai bacaan

Kerangka bacaan kod genetik mempunyai kodon daripada a 5′ hingga 3′ tamat. Kod genetik sentiasa bermula dengan kodon permulaan dan berakhir dengan kodon penamatan. Kod 64 kodon untuk 20 asid amino. Bingkai bacaan kodon sentiasa bermula dengan AUG, dan tiga huruf seterusnya akan menjadi kodon kedua dan seterusnya. Dalam eukariota, bacaan kodon mRNA di terganggu oleh intron, yang boleh dikeluarkan semasa penyambungan mRNA.

Mutasi

Sebarang perubahan seperti pemadaman, penambahan, dan penyisipan dsb. dalam bingkai bacaan kodon mRNA menyebabkan mutasi gen. Penyimpangan titik dan kromosom berlaku paling kerap akibat daripada sebarang pertukaran dalam kodon genetik. Jujukan atau kodon nukleotida bermutasi boleh menjejaskan ciri fenotip seseorang itu.

Bias penggunaan kodon

Ia adalah kekerapan kejadian kodon dalam DNA atau RNA, yang berbeza dari satu spesies ke spesies lain. Dalam kata mudah, beberapa bes nukleotida mungkin berlaku lebih kerap dalam untaian DNA, manakala beberapa jarang berlaku. Oleh itu, komposisi asas nukleotida mungkin berbeza dari organisma ke organisma.

Kesimpulan

Kita boleh menyimpulkan bahawa kod genetik ialah gabungan tiga kali ganda dari semua empat nukleotida yang memberikan 64 kemungkinan kodon, di mana masing-masing mengekodkan asid amino tertentu. Dalam erti kata lain, kita boleh mengatakan bahawa kod genetik adalah rangka tindakan maklumat genetik, yang memegang semua kombinasi bes nukleotida.


Organisasi mRNA dan Permulaan Terjemahan

Walaupun mekanisme sintesis protein dalam sel prokariotik dan eukariotik adalah serupa, terdapat juga perbezaan, terutamanya dalam isyarat yang menentukan kedudukan di mana sintesis rantai polipeptida dimulakan pada templat mRNA (Rajah 7.6). Terjemahan tidak hanya bermula pada hujung 5´ mRNA ia bermula di tapak permulaan tertentu. Oleh itu, bahagian terminal 5´ kedua-dua mRNA prokariotik dan eukariotik adalah urutan bukan pengekodan, dirujuk sebagai 5´ wilayah yang tidak diterjemahkan. MRNA eukariotik biasanya mengekodkan hanya rantai polipeptida tunggal, tetapi banyak mRNA prokariotik mengekod berbilang polipeptida yang disintesis secara bebas daripada tapak permulaan yang berbeza. Sebagai contoh, yang E. coli lac operon terdiri daripada tiga gen yang diterjemahkan daripada mRNA yang sama (lihat Rajah 6.8). RNA Messenger yang mengekod berbilang polipeptida dipanggil polycistronic, manakala mRNA monocistronic mengekod rantai polipeptida tunggal. Akhirnya, kedua-dua mRNA prokariotik dan eukariotik berakhir dengan bukan pengekodan 3´ wilayah yang tidak diterjemahkan.

Rajah 7.6

mRNA prokariotik dan eukariotik. Kedua-dua mRNA prokariotik dan eukariotik mengandungi kawasan tidak diterjemahkan (UTR) pada hujung 5´ dan 3´. MRNA eukariotik juga mengandungi penutup 5´ 7-methylguanosine (m 7 G) dan 3´ ekor poli-A. Prokariotik (lebih banyak.)

Dalam kedua-dua sel prokariotik dan eukariotik, terjemahan sentiasa bermula dengan metionin asid amino, biasanya dikodkan oleh AUG. Kodon permulaan alternatif, seperti GUG, digunakan sekali-sekala dalam bakteria, tetapi apabila ia berlaku pada permulaan rantai polipeptida, kodon ini mengarahkan penggabungan metionin dan bukannya asid amino yang biasanya dikodkan (GUG biasanya mengekod valine). Dalam kebanyakan bakteria, sintesis protein dimulakan dengan sisa metionin yang diubah suai (N-formylmethionine), manakala metionin yang tidak diubah suai memulakan sintesis protein dalam eukariota (kecuali dalam mitokondria dan kloroplas, yang ribosomnya menyerupai bakteria).

Isyarat yang mengenal pasti kodon permulaan adalah berbeza dalam sel prokariotik dan eukariotik, selaras dengan fungsi berbeza mRNA polycistronic dan monocistronic (Rajah 7.7). Kodon permulaan dalam mRNA bakteria didahului oleh urutan tertentu (dipanggil urutan Shine-Delgarno, selepas penemunya) yang menjajarkan mRNA pada ribosom untuk terjemahan dengan berpasangan asas dengan urutan pelengkap berhampiran terminal 3´ rRNA 16S. Interaksi pasangan asas ini membolehkan ribosom bakteria untuk memulakan terjemahan bukan sahaja pada hujung 5´ mRNA tetapi juga di tapak permulaan dalaman mesej polycistronic. Sebaliknya, ribosom mengiktiraf kebanyakan mRNA eukariotik dengan mengikat topi 7-metilguanosin pada terminus 5´ mereka (lihat Rajah 6.39). Ribosom kemudian mengimbas hiliran penutup 5´ sehingga mereka menemui kodon permulaan AUG. Urutan yang mengelilingi AUG menjejaskan kecekapan permulaan, jadi dalam kebanyakan kes, AUG pertama dalam mRNA dipintas dan terjemahan bermula pada AUG lebih jauh ke hilir. Walau bagaimanapun, mRNA eukariotik tidak mempunyai urutan yang setara dengan urutan Shine-Delgarno bagi mRNA prokariotik. Terjemahan mRNA eukariotik sebaliknya dimulakan di tapak yang ditentukan dengan mengimbas dari terminal 5´, selaras dengan fungsinya sebagai mesej monocistronik yang mengekodkan hanya polipeptida tunggal.

Rajah 7.7

Isyarat untuk permulaan terjemahan. Tapak permulaan dalam mRNA prokariotik dicirikan oleh urutan Shine-Delgarno yang mendahului kodon permulaan AUG. Gandingan asas antara jujukan Shine-Delgarno dan jujukan pelengkap berhampiran 3´ (lagi. )


Pengubahsuaian Protein

Semasa dan selepas penterjemahan, asid amino individu mungkin diubah suai secara kimia, jujukan isyarat boleh ditambah, dan protein baharu “lipat” menjadi struktur tiga dimensi yang berbeza hasil daripada interaksi intramolekul. A urutan isyarat ialah ekor pendek asid amino yang mengarahkan protein ke petak selular tertentu. Urutan pada hujung amino atau hujung karboksil protein ini boleh dianggap sebagai ’s “tiket kereta api” ke destinasi muktamadnya. Faktor selular lain mengenali setiap urutan isyarat dan membantu mengangkut protein dari sitoplasma ke petak yang betul. Sebagai contoh, urutan tertentu di terminal amino akan mengarahkan protein ke mitokondria atau kloroplas (dalam tumbuhan). Sebaik sahaja protein mencapai destinasi selularnya, urutan isyarat biasanya dipotong.

Banyak protein melipat secara spontan, tetapi sesetengah protein memerlukan molekul penolong, dipanggil chaperones, untuk mengelakkannya daripada terkumpul semasa proses lipatan yang rumit. Walaupun jika protein ditentukan dengan betul oleh mRNA yang sepadan, ia boleh menjadi bentuk tidak berfungsi sepenuhnya jika suhu atau keadaan pH yang tidak normal menghalangnya daripada melipat dengan betul.

Pengubahsuaian Kimia, Aktiviti Protein dan Awet Muda

Protein boleh diubah suai secara kimia dengan penambahan kumpulan termasuk kumpulan metil, fosfat, asetil, dan ubiquitin. Penambahan atau penyingkiran kumpulan ini daripada protein mengawal aktiviti mereka atau tempoh masa mereka wujud dalam sel. Kadangkala pengubahsuaian ini boleh mengawal tempat protein ditemui dalam sel—contohnya, dalam nukleus, sitoplasma, atau melekat pada membran plasma.

Pengubahsuaian kimia berlaku sebagai tindak balas kepada rangsangan luar seperti tekanan, kekurangan nutrien, haba, atau pendedahan cahaya ultraungu. Perubahan ini boleh mengubah kebolehcapaian epigenetik, transkripsi, kestabilan mRNA, atau terjemahan-semuanya mengakibatkan perubahan dalam ekspresi pelbagai gen. Ini adalah cara yang cekap untuk sel menukar tahap protein tertentu dengan pantas sebagai tindak balas kepada persekitaran. Oleh kerana protein terlibat dalam setiap peringkat peraturan gen, fosforilasi protein (bergantung kepada protein yang diubah suai) boleh mengubah kebolehcapaian kepada kromosom, boleh mengubah terjemahan (dengan mengubah pengikatan atau fungsi faktor transkripsi), boleh mengubah pengaliran nuklear ( dengan mempengaruhi pengubahsuaian pada kompleks liang nuklear), boleh mengubah kestabilan RNA (dengan mengikat atau tidak mengikat RNA untuk mengawal kestabilannya), boleh mengubah suai terjemahan (meningkat atau mengurangkan), atau boleh menukar pengubahsuaian selepas terjemahan (menambah atau membuang fosfat atau pengubahsuaian kimia lain).

Penambahan kumpulan ubiquitin kepada protein menandakan protein itu untuk degradasi. Ubiquitin bertindak seperti bendera yang menunjukkan bahawa jangka hayat protein telah lengkap. Protein ini dipindahkan ke proteasome, organel yang berfungsi untuk mengeluarkan protein, untuk didegradasi (Rajah 7). Satu cara untuk mengawal ekspresi gen, oleh itu, adalah untuk mengubah umur panjang protein.

Rajah 7. Protein dengan tag ubiquitin ditandakan untuk degradasi dalam proteasome.


Seperti transkripsi, terjemahan dikawal oleh protein yang mengikat dan memulakan proses. Dalam terjemahan, sebelum sintesis protein boleh dimulakan, pemasangan ribosom perlu diselesaikan. Ini adalah proses pelbagai langkah.

Dalam pemasangan ribosom, subunit ribosom besar dan kecil dan tRNA pemula (tRNAi) yang mengandungi asid amino pertama rantai polipeptida akhir semuanya bersatu pada kodon permulaan terjemahan pada mRNA untuk membolehkan terjemahan bermula. Pertama, subunit ribosom kecil mengikat tRNAi yang membawa methionine dalam eukariota dan archaea dan membawa N-formyl-metionine dalam bakteria. (Kerana tRNAi membawa asid amino, ia dikatakan bercas.) Seterusnya, subunit ribosom kecil dengan tRNA bercasi imbasan masih terikat di sepanjang helai mRNA sehingga ia mencapai kodon permulaan AUG, yang menunjukkan tempat terjemahan akan bermula. Kodon permulaan juga menetapkan bingkai bacaan untuk helai mRNA, yang penting untuk mensintesis urutan asid amino yang betul. Peralihan dalam bingkai bacaan mengakibatkan salah penterjemahan mRNA. Antikodon pada tRNAi kemudian mengikat kodon permulaan melalui pasangan asas. Kompleks yang terdiri daripada mRNA, tRNA bercasi, dan subunit ribosom kecil melekat pada subunit ribosom besar, yang melengkapkan pemasangan ribosom. Komponen ini disatukan dengan bantuan protein yang dipanggil faktor permulaan yang mengikat subunit ribosom kecil semasa permulaan dan terdapat dalam ketiga-tiga domain kehidupan. Di samping itu, sel membelanjakan tenaga GTP untuk membantu membentuk kompleks permulaan. Setelah pemasangan ribosom selesai, tRNA bercasi diletakkan di tapak P ribosom dan tapak A yang kosong sedia untuk aminoasil-tRNA seterusnya. Sintesis polipeptida bermula dan sentiasa meneruskan dari terminal-N ke terminal-C, dipanggil arah N-ke-C.

Dalam eukariota, beberapa protein faktor permulaan eukariotik (eIFs) membantu dalam pemasangan ribosom. Faktor permulaan eukariotik-2 (eIF-2) aktif apabila ia mengikat guanosin trifosfat (GTP). Dengan GTP terikat kepadanya, protein eIF-2 mengikat kepada subunit ribosom kecil 40S. Seterusnya, tRNA pemula yang dicaj dengan metionin (Met-tRNAi) bersekutu dengan kompleks ribosom GTP-eIF-2/40S, dan apabila semua komponen ini terikat antara satu sama lain, ia secara kolektif dipanggil kompleks 43S.

Faktor permulaan eukariotik eIF1, eIF3, eIF4 dan eIF5 membantu membawa kompleks 43S kepada topi 5&prime-m 7 G mRNA diterjemahkan. Setelah terikat pada penutup mRNA&rsquos 5&prime m 7 G, kompleks 43S mula bergerak ke bawah mRNA sehingga ia mencapai kodon AUG permulaan pada permulaan bingkai bacaan mRNA&rsquos. Urutan sekitar AUG boleh membantu memastikan AUG yang betul digunakan sebagai kodon permulaan dalam mRNA.

Sebaik sahaja kompleks 43S berada pada permulaan AUG, tRNAi-Met diletakkan di atas AUG. Antikodon pada tRNAi-Bertemu pasangan dasar dengan kodon AUG. Pada ketika ini, GTP yang terikat kepada eIF2 dalam kompleks 43S dihidrolisiskan kepada KDNK + fosfat, dan tenaga dibebaskan. Tenaga ini digunakan untuk melepaskan eIF2 (dengan KDNK terikat kepadanya) daripada kompleks 43S, meninggalkan subunit ribosom 40S dan tRNAi-Ditemui di tapak permulaan terjemahan mRNA.

Seterusnya, eIF5 dengan terikat GTP mengikat kepada subunit ribosom 40S yang dikomplekskan kepada mRNA dan tRNAi-Bertemu. EIF5-GTP membenarkan subunit ribosom besar 60S untuk mengikat. Sebaik sahaja subunit ribosom 60S tiba, eIF5 menghidrolisiskan GTP terikatnya kepada KDNK + fosfat, dan tenaga dibebaskan. Tenaga ini menjanakan pemasangan dua subunit ribosom ke dalam ribosom 80S yang utuh, dengan tRNAi-Met di tapak Pnya sambil juga disambungkan kepada kodon AUG permulaan pada mRNA. Terjemahan sedia untuk dimulakan.

Pengikatan eIF-2 kepada subunit ribosom 40S dikawal oleh fosforilasi. Jika eIF-2 terfosforilasi, ia mengalami perubahan konformasi dan tidak boleh mengikat GTP. Oleh itu, kompleks 43S tidak dapat terbentuk dengan betul dan terjemahan terhalang. Apabila eIF-2 kekal tidak terfosforilasi, ia mengikat subunit ribosom 40S dan secara aktif menterjemahkan protein.

Rajah: Kompleks Permulaan Terjemahan: Ekspresi gen boleh dikawal oleh faktor yang mengikat kompleks permulaan terjemahan.

Keupayaan untuk memasang sepenuhnya ribosom secara langsung mempengaruhi kadar penterjemahan berlaku. Tetapi sintesis protein dikawal pada pelbagai peringkat lain juga, termasuk sintesis mRNA, sintesis tRNA, sintesis rRNA, dan sintesis faktor permulaan eukariotik. Pengubahan dalam mana-mana komponen ini mempengaruhi kadar terjemahan boleh berlaku.


Terjemahan yang dikurangkan tetapi tepat daripada kodon permulaan AUA mutan dalam mRNA COX2 mitokondria Saccharomyces cerevisiae

Kami telah menukar kodon permulaan terjemahan mRNA COX2 Saccharomyces cerevisiae daripada AUG kepada AUA, menghasilkan mutasi yang dipanggil cox2-10. Mutasi ini mengurangkan terjemahan mRNA COX2 sekurang-kurangnya lima kali ganda tanpa menjejaskan tahap keadaan mantap mRNA, dan menghasilkan fenotip pertumbuhan bukan pernafasan yang bocor. Untuk menangani persoalan sama ada terjemahan sisa mRNA cox2-10 dimulakan pada kodon permulaan yang diubah atau pada kodon AUG seterusnya di hilir (pada kedudukan 14), kami mengambil kesempatan daripada fakta bahawa protein coxII matang dihasilkan daripada elektroforesis. prekursor coxII yang boleh dibezakan dengan penyingkiran sisa terminal amino 15, dan pemprosesan ini boleh disekat oleh mutasi dalam gen nuklear PET2858. Kami membina strain mutan berganda pet2858, cox2-10 menggunakan alel pet2858 daripada koleksi mutan kami. Mutan berganda terkumpul tahap rendah polipeptida yang bergabung dengan protein prekursor coxII, bukan spesies matang, memberikan bukti kukuh bahawa permulaan sisa berlaku pada kodon AUA mutan. Terjemahan sisa mRNA mutan memerlukan pengaktif khusus mRNA COX2 PET111. Tambahan pula, pertumbuhan strain mutan cox2-10 adalah sensitif kepada perubahan dalam dos gen PET111: fenotip pertumbuhan yang rosak pernafasan sebahagiannya ditindas dalam strain haploid yang mengandungi PET111 pada vektor nombor salinan tinggi, tetapi menjadi lebih teruk dalam strain diploid yang mengandungi hanya satu salinan berfungsi PET111.


Perbincangan

Interaksi antara poli(A) pra-AUG dan Pab1p

Penemuan kami bahawa gen yis dengan pra-AUG A≥12 mempunyai kadar sintesis protein yang diramalkan jauh berkurangan (Rajah 6) dan ketumpatan ribosom (Rajah 7) adalah konsisten dengan hipotesis bahawa, manakala pra-AUG AN boleh meningkatkan terjemahan dengan mengikat kepada faktor permulaan terjemahan (Gallie dan Tanguay 1994 Shirokikh dan Spirin 2008), pra-AUG A yang panjangN, dengan mengikat ketat pada PABP, boleh menekan terjemahan dengan mengganggu pengimbasan ribosom (Sachs et al. 1987 Wu dan Beg 1998 Beg 2001 Melo et al. 2003a,b Patel et al. 2005 Ma et al. 2006 Patel dan Beg 2006). Hipotesis ini akan meramalkan bahawa mengeluarkan PABP akan menghapuskan kesan perencatannya pada mRNA dengan pra-AUG A yang panjang.N. Ini adalah apa yang telah diperhatikan dalam sebelumnya dalam vitro eksperimen (Shirokikh dan Spirin 2008) tanpa PABP, di mana kesan peningkatan terjemahan adalah lebih besar untuk poli(A) yang lebih panjang daripada poli(A) yang lebih pendek, i.e., susunan kedudukan kecekapan permulaan terjemahan ialah A25 > A12 > A5.

Keputusan kami mencadangkan alternatif kepada hipotesis dominan mengenai fungsi PABP pada permulaan terjemahan. Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa poli(A) eksogen boleh menghalang permulaan terjemahan (Lodish dan Nathan 1972 Jacobson dan Favreau 1983 Grossi De Sa et al. 1988), dan kesan inhibitif boleh dihapuskan dengan penambahan PABP (Grossi De Sa et al. 1988 Gilbert et al. 2007). Begitu juga, jujukan poli(A) bukan pengekodan, seperti BC1 dan BC200 RNA yang dinyatakan dalam neuron, diketahui mengikat PABP (Muddashetty et al. 2002) dan untuk menghalang permulaan terjemahan apabila sangat dinyatakan (Wang et al. 2002, 2005 Kondrashov et al. 2005). Hipotesis yang dominan ialah PABP, sebagai tambahan kepada fungsinya dalam penstabilan dan pekeliling mRNA, juga berfungsi sebagai faktor permulaan terjemahan (Kahvejian et al. 2005 Khanam et al. 2006) yang berfungsi dengan mengikat kepada pra-AUG AN. Oleh itu, sama ada RNA poli(A) eksogen atau RNA poli(A) yang dihasilkan secara intrinsik seperti RNA BC1 dan BC200 yang mengasingkan PABP akan mengurangkan permulaan terjemahan (Khanam et al. 2006 Gilbert et al. 2007). Selaras dengan hipotesis ini, menambah PABP menghapuskan kesan perencatan RNA poli(A) eksogen (Grossi De Sa et al. 1988 Gilbert et al. 2007). Hipotesis juga menjelaskan mengapa poli(A) diwakili secara berlebihan dalam 5'-UTR dalam gen yis, terutamanya yang sangat dinyatakan kerana pra-AUG A sedemikian.N akan memperoleh permulaan terjemahan yang dipertingkatkan dengan berinteraksi dengan PABP. Walau bagaimanapun, hipotesis ini mempunyai tiga kesukaran. Pertama, ia tidak dapat menjelaskan mengapa gen dengan pra-AUG A yang panjangN mempunyai kadar sintesis protein yang berkurangan serta ketumpatan ribosom yang berkurangan yang ditunjukkan dalam artikel ini. Kedua, ia tidak dapat menjelaskan mengapa, dengan ketiadaan PABP sepenuhnya, pra-AUG AN masih boleh meningkatkan permulaan terjemahan untuk kedua-dua mRNA berhad dan tidak bertutup (Shirokikh dan Spirin 2008). Ketiga, ia tidak dapat menjelaskan mengapa menambah faktor permulaan terjemahan eIF-4B dan eIF-4F (termasuk eIF-4A) secara gabungan turut menghapuskan kesan perencatan RNA poli(A) eksogen pada permulaan terjemahan (Gallie dan Tanguay 1994). Hipotesis baharu kami ialah pra-AUG AN mengikat kepada faktor permulaan terjemahan seperti eIF-4B dan eIF-4F untuk memudahkan permulaan terjemahan. RNA poli(A) eksogen atau intrinsik boleh menghalang permulaan terjemahan bukan sahaja kerana mereka bersaing untuk PABP tetapi juga kerana mereka akan mengasingkan faktor permulaan terjemahan eIF-4B dan eIF-4F. Menambah PABP boleh menghapuskan kesan perencatan RNA poli(A) eksogen kerana PABP akan mengikat pada poli(A) dan membebaskan faktor permulaan terjemahan yang diasingkan oleh RNA poli(A) ini. Hipotesis baru ini, yang dicadangkan secara tersirat dalam kajian terdahulu (Gallie dan Tanguay 1994) yang menunjukkan pengikatan RNA poli(A) kepada eIF-4B dan eIF-4F, menghapuskan ketiga-tiga kesukaran yang melanda hipotesis lain.

Kehadiran pra-AUG AN nampaknya merupakan ciri utama dalam satu set tapak kemasukan ribosom dalaman (IRES) yang disahkan secara empirikal dalam kajian terbaru mengenai terjemahan yis (Gilbert et al. 2007). Semua saluran poli(A) itu lebih pendek daripada 12 A berturut-turut. Ini termasuk bukan sahaja gen yang terlibat dalam pertumbuhan invasif dalam yis, tetapi juga transkrip yang secara rutin ditranskripsi dan diterjemahkan, seperti eIF-4G dan Pab1 transkrip. Aktiviti IRES yang dimediasi oleh pra-AUG AN nampaknya memerlukan Pab1p (Gilbert et al. 2007). Kajian terbaru menggunakan mRNA tanpa ekor poli(A) (Kahvejian et al. 2005) mencadangkan bahawa PABP boleh berfungsi sebagai faktor permulaan terjemahan bebas daripada pengikatannya pada ekor poli(A). Ada kemungkinan bahawa pelbagai fungsi PABP mungkin bergantung pada seberapa kuat ia mengikat kepada pra-AUG AN, dengan terjemahan menghalang pengikatan kuat dan terjemahan mempertingkatkan pengikatan lemah. Ia juga mungkin bahawa perkaitan antara aktiviti IRES dan pra-AUG AN adalah kebetulan. Kajian terbaru mengenai IRES daripada kedua-dua yis dan Drosophila melanogaster menunjukkan bahawa aktiviti IRES meningkat secara konsisten dengan penurunan kestabilan struktur sekunder (Xia dan Holcik 2009). Poli(A) pra-AUG akan menyumbang kepada struktur sekunder RNA yang lemah apabila penggunaan U nukleotida dikurangkan secara mendadak (Rajah 1–3).

Walaupun terdapat bukti empirikal bahawa ekspresi PABP mamalia mungkin dikawal oleh PABP yang mengikat kepada pra-AUG AN mRNAnya sendiri (Wu and Bag 1998 Bag 2001 Ma et al. 2003a,b, 2006 Patel et al. 2005 Patel and Bag 2006 Bag and Bhattacharjee 2010), tiada bukti bahawa kelimpahan Pab1p dalam yis dikawal secara automatik. Kelimpahan Pab1p adalah tinggi, menjadi ke-39 teratas dalam kalangan 3841 gen yis dengan kelimpahan protein yang dicirikan (Ghaemmaghami et al. 2003). MRNAnya menduduki tempat ke-114 teratas dalam ketumpatan ribosom antara 5164 gen yis dengan ketumpatan ribosom yang dicirikan oleh Ingolia et al. (2009). Kelimpahan protein yang tinggi dan ketumpatan ribosom yang tinggi adalah bukti kukuh bahawa kelimpahan protein yang tinggi dalam Pab1p tidak mengganggu terjemahan mRNAnya. Jika autoregulasi memerlukan pra-AUG A12, kemudian Pab1 mRNA akan terlepas dari autoregulasi kerana ia hanya mempunyai pra-AUG A11. PAPB mamalia nampaknya kurang ketat pada keterkaitan poli(A), terutamanya motif pengecaman RNA (RRM) 3+4 (Khanam). et al. 2006).

Perkaitan dengan terjemahan gen awal dan akhir dalam virus vaccinia

Dapatan bahawa panjang pra-AUG AN sangat dikaitkan dengan pemuatan ribosom dan sintesis protein memberi penerangan tentang kepentingan evolusi perbezaan dalam panjang pra-AUG AN antara gen awal dan akhir dalam virus vaccinia. Gen virus vaccinia awal mempunyai pra-AUG AN dengan sisa 4–14 A (Ahn et al. 1990 Ink and Pickup 1990), tetapi saluran poli(A) dalam gen lewat selalunya sekitar 35 A residu (Bertholet et al. 1987 Schwer et al. 1987 Schwer dan Stunnenberg 1988). The early viral genes are translated in the presence of abundant PABP, which would repress the translation of mRNAs with a long pre-AUG AN. This implies that the transcripts of the viral early genes should have only short poly(A) to avoid repression. In contrast, late viral genes are translated when the cellular protein production has been much reduced, i.e., when PABP is expected to be less abundant. So mRNAs from late viral genes can have long pre-AUG AN without suffering from translation repression mediated by PABP. It has been experimentally demonstrated that, in the absence of PABP, the translation enhancing effect of pre-AUG AN increases with its length (Shirokikh and Spirin 2008).

There is some controversy concerning whether the PABP level is reduced during the infection cycle of vaccinia virus. The degradation of host mRNA appears nearly complete 6 hr after the viral infection as no host poly(A) mRNA is detectable at/after this time (Katsafanas and Moss 2007). Furthermore, a large-scale characterization of mRNA of HeLa cells infected with vaccinia virus (Yang et al. 2010) showed that PABP mRNA was reduced to 50% by 4 hr. Although no mRNA characterization is done after this time, intuition would suggest continued reduction, and such a suggestion is consistent with the finding that no host mRNA is detectable after 6 hr after the viral infection (Katsafanas and Moss 2007).

The study by Katsafanas and Moss (2007) also showed that the viral mRNAs are located in the cavities of viral factories (VFs), where they are transcribed and translated. A number of translation initiation factors such as eIF4E and eIF4G are also localized in these cavities (Katsafanas and Moss 2007 Walsh et al. 2008). In contrast, PABP is localized on the periphery of a VF (Walsh et al. 2008), which suggests that PABP does not participate in translation of the viral genes. It is known that vaccinia virus produces poly(A) nontranslated small RNA sequences that selectively inhibit cap-dependent translation of host messages (Bablanian and Banerjee 1986 Bablanian et al. 1986, 1987, 1993 Lu and Bablanian 1996), presumably by binding to PABP and preventing it from interacting with other translation initiation factors. Both Rubella virus and Bunyamwera virus inhibit translation of host genes by producing a capsid protein that binds to PABP and prevents it from binding to other translation initiation factors (Ilkow et al. 2008 Blakqori et al. 2009).

Walsh et al. (2008) found a persistent level of PABP during the infection cycle of vaccinia virus, but did not provide any evidence that PABP is in fact produced during the viral infection cycle. However, a subsequent paper (Perez et al. 2011) from the same laboratory found that PABP is continuously synthesized in cytomegalovirus-infected cells. They suggested that this selective translation of PABP is through the mTOR+4E-BP pathway. However, this suggestion does not seem coherent. Preventing 4E-BP from binding to eIF-4E would lead to a general increase of cap-dependent translation, not selective translation of the PABP mRNA.

In summary, multiple lines of empirical evidence suggest that a pre-AUG AN shorter than 12 may enhance translation in the yeast. However, yeast genes with a pre-AUG A≥12 tend to be translated inefficiently with a low ribosomal density and output a reduced amount of protein, consistent with the interpretation that such long poly(A) tracts may bind to Pab1p, resulting in repression of translation.


Tonton videonya: TRIK CEPAT!!! Menentukan sense, antisense, kodon, antikodon (November 2022).