Difuzare (biologie)

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 14 februarie 2022; verificările necesită 3 modificări .

Traducere (din latină  translatio  - „transfer, mișcare”) - procesul de sinteză a proteinelor desfășurat de ribozom din aminoacizi pe matricea ARN- ului informațional (matricei) (ARNm, ARNm), care are loc la nivel celular; implementarea informației genetice .

Mecanism

Sinteza proteinelor este baza vieții celulare . Pentru a efectua acest proces, celulele au organele speciale non-membranare - ribozomi . Acestea sunt complexe ribonucleoproteice construite din 2 subunități: mari și mici. Funcția lor este de a recunoaște codonii de ARNm de trei litere (trei nucleotide ) , de a potrivi anticodonii de ARNt corespunzători care poartă aminoacizi și de a atașa acești aminoacizi la un lanț proteic în creștere. Deplasându-se de-a lungul moleculei de ARNm, ribozomul sintetizează o proteină în conformitate cu informațiile conținute în molecula de ARNm. [unu]

Pentru a recunoaște aminoacizii din celulă, există „adaptori” speciali, molecule de ARN de transfer (ARNt). Aceste molecule în formă de trifoi au un situs (anticodon) complementar unui codon ARNm, precum și un alt situs la care este atașat aminoacidul corespunzător acelui codon. Atașarea aminoacizilor la ARNt se realizează într-o reacție dependentă de energie de către enzimele aminoacil-ARNt sintetaze , iar molecula rezultată se numește aminoacil-ARNt . Astfel, specificitatea translației este determinată de interacțiunea dintre codonul ARNm și anticodonul ARNt, precum și specificitatea sintetazelor aminoacil-ARNt care atașează aminoacizii strict la ARNt-urile lor corespondente (de exemplu, codonul GGU va corespunde unui ARNt care conține anticodonul CCA și numai aminoacid glicină ).

Mecanismele de translație a procariotelor și eucariotelor diferă semnificativ, prin urmare, multe substanțe care suprimă translația procariotelor au un efect mai puțin asupra translației eucariotelor, ceea ce le permite să fie utilizate în medicină ca agenți antibacterieni care sunt siguri pentru mamifere.

Procesul de traducere este împărțit în

Cadrul de citire

Deoarece fiecare codon conține trei nucleotide , un text genetic poate fi citit în trei moduri (începând de la prima, a doua și a treia nucleotide), adică în trei cadre de citire diferite. De obicei, informațiile care sunt codificate într-un singur cadru de citire sunt semnificative. Prin urmare, inițierea corectă a traducerii (poziționarea la începutul codonului AUG) este extrem de importantă pentru sinteza proteinelor de către ribozom.

Inițiere

Sinteza proteinelor în cele mai multe cazuri începe cu codonul AUG care codifică metionina . Acest codon este denumit în mod obișnuit codonul de început sau inițiator. Inițierea translației implică recunoașterea acestui codon de către ribozom și recrutarea inițiatorului aminoacil-ARNt. Inițierea translației necesită, de asemenea, prezența anumitor secvențe de nucleotide în regiunea codonului de start ( secvența Shine-Dalgarno la procariote și secvența Kozak la eucariote). Un rol important în protejarea capătului 5’ al ARNm îi aparține capacului 5’ . Existența unei secvențe care să distingă startul AUG de cele interne este absolut necesară, deoarece altfel inițierea sintezei proteinelor s-ar produce haotic la toți codonii AUG.

Procesul de inițiere este asigurat de proteine ​​speciale - factori de inițiere ( factorii de inițiere în engleză  , IF ; factorii de inițiere eucarioți denotă eIF, din engleză  eucariote ).

Mecanismele de inițiere a translației la pro- și eucariote diferă semnificativ: ribozomii procarioți sunt potențial capabili să găsească începutul AUG și să inițieze sinteza în orice parte a ARNm, în timp ce ribozomii eucarioți se atașează de obicei la ARNm în regiunea capacului și îl scanează în căutare. a codonului de start.

La procariote

Subunitatea ribozomală mică (30S) a procariotelor, dacă nu este implicată în prezent în translație, există în complex cu factorii inițiatori IF1, IF3 și, în unele cazuri, IF2. Luați în considerare principalele funcții ale acestor proteine:

Complexul subunității 30S cu factori inițiatori este capabil să recunoască secvențe speciale de ARNm, așa-numitele situsuri de legare a ribozomului ( RBS, situs de legare a ribozomului ) .  Aceste situsuri conțin, în primul rând, inițiatorul AUG și, în al doilea rând, o secvență specială Shine-Dalgarno , la care ARN-ul 16S ribozomal se leagă complementar . Secvența Shine-Dalgarno servește la distingerea inițiatorului AUG de codonii interni care codifică metionina. După ce subunitatea 30S s-a legat de ARNm, inițiatorul aminoacil-ARNt și IF2 sunt atrase de aceasta, dacă nu au fost deja incluse în complex. Apoi subparticula 50S este atașată, are loc hidroliza GTP și disocierea factorilor inițiatori. Ribozomul asamblat începe să sintetizeze lanțul polipeptidic.

La eucariote

La eucariote, există două mecanisme principale pentru găsirea AUG de pornire de către ribozom: dependent de capac (scanare) și independent de capac (inițiere internă).

În plus față de principalele mecanisme de inițiere, dacă există un lider poli(A) înainte de codonul de pornire (de exemplu, în ARNm al virusurilor din familia variolei), se realizează un mecanism de inițiere non-standard. În acest caz, complexul inițiator nu conține factorii IF3 și eIF4F, iar după asamblarea pe regiunea 5’-netradusă, nu scanează secvenţial ARNm, ci așa-numitul. „Rătăcire fără fază” independent de ATP. În acest caz, inițierea decurge mult mai rapid decât în ​​cazul lucrului conform mecanismului clasic de scanare . [3]

De asemenea, la eucariote este posibilă reinițializarea translației atunci când, după terminarea translației, ribozomul cu factori proteici nu se disociază de ARNm, ci sare de la capătul 3’ la capătul 5’ al ARNm și începe din nou inițierea. Acest lucru este posibil datorită așa-numitului. ciclizarea ARNm în citoplasmă, adică convergența fizică a codonilor de start și stop cu ajutorul proteinelor speciale.

Mecanism dependent de capac

Spre deosebire de procariote, în care inițierea translației este asigurată de doar trei factori proteici, translația marii majorități a ARNm eucariote care conțin capacul 5'-[m7G(5')ppp(5')N] și 3'- coada poli(A), necesită participarea a cel puțin 13 factori de inițiere eucarioți comuni (eIF) reprezentați de 31 de polipeptide. Inițierea translației implică evenimentele dintre disociarea ribozomului în timpul terminării în ciclul de translație anterior și asamblarea ribozomului gata de alungire la codonul de început al ARNm . În timpul inițierii, aparatul de traducere îndeplinește următoarele sarcini:

  1. disocierea și antiasociarea subunităților ribozomale;
  2. selecția inițiatorului metionil-ARNt (Met-tRNAiMet);
  3. legarea capacului 5', legarea poli(A), scanare;
  4. selectarea codonului de pornire corect ;
  5. combinație de subunități ribozomale la codonul de început [4] [5] [L 1] [L 2] [6]
Disocierea și anti-asociarea subunităților ribozomului

Disocierea subunităților ribozomale la sfârșitul terminației este un proces activ care implică eIF-urile, precum și factorii de alungire și terminare. Anti-asociarea subunităților deja disociate este asigurată de eIF și servește la prevenirea asocierii premature a subunităților ribozomale. [4] [5] [K 2] [6] Rolul principal în această sarcină îi revine eIF3, un factor multisubunități format din 13 subunități diferite (greutate moleculară totală de 800 kDa) la mamifere, 11 subunități la plante și șase subunități în drojdia Saccharomyces cerevisiae . [7] [8] eIF3 se leagă de subunitatea 40S a ribozomului (40S) prin intermediul subunității sale j, care la rândul său interacționează cu subunitatea b de schelă și previne asocierea 40S cu subunitatea ribozomală 60S (60S). [9] [10] Aceste activități eIF3 depind de interacțiunea sa cu eIF1 și complexul ternar eIF2/GTP/Met-tRNAiMet. [11] Legarea eIF1 la 40S este cooperantă cu eIF3 [12] [13] , la fel ca legarea eIF1 la eIF1A (un omolog al IF1 bacterian) [14] . Astfel, eIF1A este probabil implicat și în anti-asociere, cel puțin indirect.

Selectarea inițiatorului metionil-ARNt (Met-tRNAiMet)

Această etapă include următoarele procese:

  1. recunoașterea și metionilarea tRNAiMet de către metionil-ARNt sintetază specifică;
  2. discriminarea Met-tRNAiMet de către factorii de alungire eucarioți;
  3. discriminarea împotriva tRNAiMet eIF nemetionilat sau aminoacilat incorect;
  4. discriminarea împotriva ARNt-urilor alungitorului eIF.

În timpul procesului (a), metionil-ARNt sintetaza interacționează atât cu capătul acceptor al ARNt, cât și cu anticodonul.

Procesul (b) în plante și drojdie este realizat prin modificarea post-transcripțională a tRNAiMet, ceea ce îl face diferit de ARNt-ul specific metioninei alungitor prin adăugarea de 2'- O - fosforibozil la riboza nucleotidei A64. La vertebrate, procesul (b) este realizat prin discriminarea între caracteristicile specifice ale secvențelor de nucleotide tRNAiMet și ARNt-ul metioninului alungitor.

Alungire

În procesul de construire a lanțului polipeptidic, iau parte doi factori de alungire a proteinei . Primul (EF1a la eucariote, EF-Tu la procariote) transferă un ARNt aminoacilat („încărcat” cu un aminoacid) la situsul A (aminoacil) al ribozomului. Ribozomul catalizează transferul peptidei legate de ARNt la situsul P la situsul A și formarea unei legături peptidice cu restul de aminoacid situat acolo. Astfel, peptida în creștere este extinsă cu un rest de aminoacid . Apoi a doua proteină (EF2 la eucariote, EF-G la procariote) catalizează așa-numita translocare. Translocarea este mișcarea ribozomului de-a lungul ARNm cu un triplet (aproximativ 20 de angstromi ), ca urmare a căreia peptidil-ARNt se află din nou în situsul P, iar ARNt-ul „gol” din situsul P merge la E-site (din cuvântul exit). ARNt din situl E se disociază spontan, după care ribozomul este pregătit pentru un nou ciclu de alungire [15] .

Încetarea

Terminarea - sfârșitul sintezei proteinelor, apare atunci când unul dintre codonii stop - UAG, UAA, UGA - apare în situsul A al ribozomului. Datorită absenței ARNt corespunzător acestor codoni, peptidil-ARNt rămâne asociat cu situsul P al ribozomului. Aici intră în joc proteinele specifice RF1 sau RF2, care catalizează desprinderea lanțului polipeptidic de ARNm, precum și RF3, care determină disocierea ARNm de ribozom. RF1 recunoaște UAA sau UAG în site-ul A; RF-2 - UAA sau UGA. Cu UAA, terminarea este mai eficientă decât cu alți codoni stop.

Compartimentarea la eucariote

Spre deosebire de procariote, în care biosinteza proteinelor are loc direct în timpul transcripției ARNm-urilor corespondente, eucariotele se caracterizează prin compartimentarea strictă a tuturor proceselor care au loc în timpul biosintezei proteinelor, inclusiv compartimentarea translației.

Translația proteinelor secretoare și membranare de ARNm (de obicei reprezintă 3-15% din toate proteinele sintetizate de celulă) are loc pe ribozomii asociați cu reticulul endoplasmatic granular . [16] Conform conceptelor clasice, încă 35-45% dintre ribozomi sunt asociați cu citoscheletul , iar restul de 20-40% dintre ribozomi sunt în stare nelegată în citosol . [17] Cu toate acestea, s-a sugerat că ribozomii liberi sunt un artefact, iar în celulă sunt asociați cu așa-numita rețea microtrabeculară formată dintr-un tip special de filament. [18] Cu toate acestea, conform altor date, însăși existența rețelei microtrabeculare este pusă sub semnul întrebării, [19] astfel încât întrebarea existenței ribozomilor activi nelegați rămâne deschisă.

În prezent, se emite ipoteza că translația în eucariote nu are loc în întreaga citoplasmă a celulei, ci în anumite zone ale citoplasmei, numite condiționat „compartimente de translație”. [20] Probabil, compartimentul de translație include următoarele structuri:

  • ribozomi cu factori proteici atașați, matrice și ARN de transport;
  • așa-numiții codozomi sunt complexe proteice complexe, care includ 7-9 aminoacil-ARNt sintetaza, pirofosfataza, nucleotide ciclice, ioni de magneziu și lipide; [21]
  • eEF1H este forma grea sau plină a factorului de alungire 1. Conține 4 factori de alungire (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ, eEF1Bγ). [22]

Compartimentarea traducerii oferă o rată ridicată de biosinteză a proteinelor și posibilități largi de reglare a acestui proces. [douăzeci]

Vezi și

Note

Literatură
  1. ↑ Kapp, Lorsch, 2004 .
  2. ↑ 12 Marintchev , Wagner, 2004 .
Alte surse
  1. ↑ Spirin AS Ribozomi. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York. 1999.
  2. ↑ Hellen CU, Sarnow P. Situri interne de intrare a ribozomului în molecule de ARNm eucariote  // Genes Dev  .  : jurnal. - 2001. - Vol. 15 , nr. 13 . - P. 1593-1612 . - doi : 10.1101/gad.891101 . — PMID 11445534 .
  3. ↑ Shirokikh NE, Spirin AS Poly(A) liderul ARNm eucariotic ocolește dependența traducerii de factorii de inițiere.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2008. - Vol. 105 , nr. 31 . - P. 10738-10743 . - doi : 10.1073/pnas.0804940105 . — PMID 18658239 .
  4. ↑ 1 2 Gallie DR Controlul translațional în plante și cloroplaste // Control, 2007 , pp. 747-774
  5. ↑ 1 2 Hinnebusch AG, Dever TE, Asano K. Mecanism of translation initiation in the yeast Saccharomyces cerevisiae // Control, 2007 , pp. 225-268
  6. ↑ 1 2 Pestova TV, Hellen CU, Shatsky IN Mecanismul de inițiere a translației la eucariote // Control, 2007 , pp. 87-128
  7. ↑ Hinnebusch AG (2006) „eIF3: A versatile scaffold for translation initiation complexes”, Trends in Biochemical Science 31, 553-562
  8. ↑ Wei Z., Zhang P., Zhou Z., Cheng Z., Wan M. și Gong W. (2004) „Crystal structure of human eIF3k, the first structure of eIF3 subunits”, Journal of Biological Chemistry 279, 34983- 34990
  9. ^ ElAntak L., Tzakos AG, Locker N. și Lukavsky PJ (2007) „Structura motivului de recunoaștere a ARN eIF3b și interacțiunea sa cu eIF3j: perspective structurale în recrutarea eIF3b la subunitatea ribozomală 40S”, Journal of Biological Chemistry, 8165-8174
  10. ↑ Fraser CS, Lee JY, Mayeur GL, Bushell M., Doudna JA și Hershey JW (2004) „Subunitatea j a factorului de inițiere a translației umane eIF3 este necesară pentru legarea stabilă a eIF3 și a subcomplexelor sale la subunitățile ribozomale 40S in vitro , Journal of Biological Chemistry 279, 8946-8956
  11. ↑ Kolupaeva VG, Unbehaun A., Lomakin IB, Hellen CUT și Pestova TV (2005) „Legarea factorului de inițiere eucariotic 3 la subunitățile 40S ribozomale și rolul său în disocierea și antiasociarea ribozomale”, ARN 11, 470-486
  12. ↑ Lomakin IB, Kolupaeva VG, Marintchev A., Wagner G. și Pestova TV (2003) „Poziția factorului de inițiere eucariotic eIF1 pe subunitatea ribozomală 40S determinată prin sondarea radicalului hidroxil direcționat”, Genes and Development 17, 2786-2797
  13. ↑ Pestova TV și Kolupaeva VG (2002) „Rolurile factorilor de inițiere a translației eucariote individuale în scanarea ribozomală și selecția codonilor de inițiere”, Genes and Development 16, 181-186
  14. ↑ Maag D. și Lorsch JR (2003) „Comunicarea între factorii de inițiere a translației eucariote 1 și 1A pe subunitatea ribozomală mică de drojdie”, Journal of Molecular Biology 330, 917-924
  15. ↑ Chen J., Tsai A., O'Leary SE, Petrov A., Puglisi JD Unraveling the dynamics of ribosome translocation // Curr Opin Struct Biol. - 2012. - T. 22 , nr. 6 . - S. 804-814 . - doi : 10.1016/j.sbi.2012.09.004 . — PMID 23142574 .
  16. ↑ Adesnik M., Mashio F. Segregarea claselor specifice de ARN mesager în polizomi liberi și legați de membrană // Eur. J Biochim. - 1981. - V.114. — P.271-284)
  17. ↑ Hesketh J. Translational cytoskeleton mechanism for targeted protein synthesis // Mol. Biol. Reprezentant. - 1994. - 19, N.3. - P.233-244)
  18. ↑ Wolosewick JJ, Porter KR Microtrabecular lattice of the cytoplasmic ground substance // J. Cell Biol. - 1979. - V.82. — P.114-139
  19. ↑ Heuser J. Ce sa întâmplat cu „conceptul microtrabecular”? (engleză)  // Biol Cell : jurnal. - 2002. - Vol. 94 , nr. 9 . - P. 561-596 . - doi : 10.1016/S0248-4900(02)00013-8 . — PMID 12732437 .
  20. ↑ 1 2 Negrutsky B. S. Organizarea sintezei proteinelor la eucariote vii. Kiev, Amulete, 2001, 165p.
  21. ↑ Filonenko VV, Deutscher MP Dovezi pentru organizarea structurală similară a complexului multienzima aminoacil-ARNt sintetază in vivo și in vitro // J. Biol. Chim. - 1994. - 269, N.26. — P.17375-17378
  22. ↑ Janssen GMC, van Damme HTF, Kriek J. și colab. Structura subunității factorului de alungire 1 din Artemia. De ce două lanțuri alfa în acest complex? // J. Biol. Chim. - 1994. - 269, N.50. — P.31410-31417

Literatură

  • Acker MG, Lorsch JR Mecanismul de unire a subunității ribozomale în timpul inițierii translației eucariote // Tranzacții ale Societății Biochimice. - 2008. - Nr. 36 . - P. 653-657.
  • Benelli D., Londei P. Begin at the begins: evolution of translational initiation // Cercetare în Microbiologie. - 2009. - Nr. 160 . - P. 493-501.
  • Jackson RJ, Hellen CUT, Pestova TV Mecanismul inițierii translației eucariote și principiile reglementării acesteia // Nature Reviews Molecular Cell Biology. - 2010. - Nr. 10 . - P. 113-127.
  • Kapp LD, Lorsch JR Mecanica moleculară a traducerii eucariote  // Revizuirea anuală a biochimiei. - 2004. - Nr. 73 . - P. 657-704.
  • Marintchev A., Wagner G. Inițierea traducerii: structuri, mecanisme și evoluție // Quarterly Review of Biophysics. - 2004. - Nr. 37 . - P. 197-284.
  • Mitchell SF, Lorsch JR Ar trebui să rămân sau ar trebui să plec? Factorii de inițiere a translației eucariote 1 și controlul 1A încep recunoașterea codonului // Journal of Biological Chemistry. - 2008. - Nr 283 . — P. 27345-27349.
  • Schmitt E., Naveau M., Mechulam Y. Eukaryotic and archaeal translation initiation factor 2: A heterotrimeric tRNA carrier // FEBS Letters. - 2010. - Nr 584 . - P. 405-412.
  • Sonenberg N., Hinnebusch AG Reglementarea inițierii translației la eucariote: mecanisme și ținte biologice  (engleză)  // Cell . - Cell Press , 2009. - Nr. 136 . - P. 731-745.
  • Controlul translațional în biologie și medicină / Ed. de N. Sonenberg, JWB Hershey și MB Mathews. - Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press, 2007. - 934 p.
  • Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D., De Veylder L. Controlul translațional al expresiei genelor eucariote // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. - 2009. - Nr. 44 . - P. 143-168.
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii