Трансляция и синтез белка
Трансляция — это процесс, посредством которого генетическая информация, содержащаяся в матричной РНК, декодируется рибосомами для построения белков, функциональных макромолекул клетки. Это второй основной этап экспрессии генов после транскрипции, завершающий поток информации от гена к функциональному продукту, описанный центральной догмой молекулярной биологии.
Definition
Трансляция — это катализируемый рибосомами синтез полипептида, аминокислотная последовательность которого определяется, кодон за кодоном, матрицей матричной РНК, при этом транспортные РНК служат адаптерами, сопоставляющими каждый кодон с его аминокислотой.
Scope
Эта область ориентирует читателя на то, как нуклеотидная последовательность считывается триплетами и преобразуется в упорядоченную последовательность аминокислот. Она охватывает генетический код и узнавание кодонов, фазы инициации, элонгации и терминации синтеза полипептидов, а также структуру и каталитическую функцию рибосомы. Она рассматривает трансляцию как фундаментальную молекулярную тему, а не как клиническое руководство.
Sub-topics
Core questions
- Как линейная нуклеотидная последовательность мРНК преобразуется в аминокислотную последовательность белка?
- Какой молекулярный аппарат считывает кодоны и образует пептидные связи?
- Как определяются и контролируются начало и конец синтеза?
- Как трансляция становится быстрой и точной?
Key concepts
- Матрица матричной РНК
- Адаптеры транспортной РНК
- Триплетный кодон
- Рамка считывания
- Фазы инициации, элонгации и терминации
- Рибосома как рибозим
- Точность трансляции
Key theories
- Центральная догма молекулярной биологии
- Последовательная информация течет от нуклеиновой кислоты к белку и не возвращается из белка; трансляция является конечным этапом передачи информации, который преобразует последовательность мРНК в последовательность полипептида.
- Гипотеза адаптера
- Крик предположил, что небольшие молекулы-адаптеры, позже идентифицированные как транспортные РНК, опосредуют связь между кодонами и аминокислотами, поскольку нуклеотидные основания не могут напрямую распознавать боковые цепи аминокислот.
Mechanisms
мРНК считывается неперекрывающимися триплетами, называемыми кодонами, каждый из которых кодирует одну аминокислоту или стоп-сигнал. Аминоацил-транспортные РНК доставляют аминокислоты, антикодоны которых комплементарно связываются с последовательными кодонами внутри рибосомы, которая катализирует образование пептидной связи и продвигается вдоль сообщения. Синтез протекает в три фазы: инициация, которая собирает рибосому на стартовом кодоне; элонгация, которая многократно добавляет аминокислоты; и терминация, которая высвобождает завершенную цепь на стоп-кодоне. Бесклеточные системы Ниренберга и его коллег впервые продемонстрировали, что определенные последовательности РНК направляют включение специфических аминокислот, а структурные исследования с тех пор показали, что сама рибосома, машина из РНК и белка, осуществляет химические реакции.
Clinical relevance
Многие антибиотики действуют путем селективного ингибирования бактериальной трансляции, а наследственные дефекты компонентов трансляционного аппарата лежат в основе ряда расстройств, что делает эту область актуальной для понимания фармакологии и механизмов заболеваний. Она описывает молекулярные процессы, объясняющие, как лекарства и мутации влияют на производство белка, и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.
Evidence & guidelines
Обобщенные здесь механизмы основаны на десятилетиях биохимических и структурных данных, включая эксперименты по генетическому коду 1960-х годов и структуры рибосом с атомным разрешением, и консолидированы в стандартных учебниках по молекулярной биологии и основной обзорной литературе.
History
Концептуальная основа трансляции сформировалась в 1950-х и 1960-х годах: Крик сформулировал центральную догму и гипотезу адаптера, в то время как Ниренберг, Корана и другие расшифровали генетический код, используя синтетические РНК-матрицы в бесклеточных системах. Молекулярная машина, ответственная за это, рибосома, позже была изучена с атомной детализацией, показав, что ее каталитическое ядро состоит из РНК.
Key figures
- Francis Crick
- Marshall Nirenberg
- Thomas Steitz
- Rachel Green
Related topics
Seminal works
- crick-1970
- nirenberg-1961
- steitz-2008
Frequently asked questions
- Чем трансляция отличается от транскрипции?
- Транскрипция копирует ДНК гена в матричную РНК, тогда как трансляция считывает эту матричную РНК на рибосоме для сборки белка; транскрипция работает в рамках одного химического алфавита (нуклеотиды), в то время как трансляция преобразует между двумя алфавитами (нуклеотиды и аминокислоты).
- Почему рибосому называют рибозимом?
- Структурные исследования показали, что пептидная связь образуется рибосомной РНК, а не белком, поэтому рибосома катализирует синтез как РНК-фермент, или рибозим.