Трансляция и генетический код

Как рибосома считывает матричную РНК по три основания за раз и синтезирует соответствующий белок, а также как генетический код сопоставляет кодоны с аминокислотами.

Definition

Трансляция — это катализируемый рибосомой синтез полипептида из кодонной последовательности матричной РНК; генетический код — это набор правил, согласно которым нуклеотидные триплеты (кодоны) определяют аминокислоты и стоп-сигналы, задающие структуру белка.

Scope

Эта область охватывает декодирование мРНК в белок и лежащий в его основе код. Она включает генетический код и его свойства, структуру и каталитическую роль рибосомы, транспортные РНК и аминоацил-тРНК-синтетазы, которые их заряжают, а также фазы инициации, элонгации и терминации трансляции. Посттрансляционная модификация и фолдинг упоминаются как смежные темы, но не рассматриваются здесь подробно.

Sub-topics

• Ribosome Structure and Function
• The Genetic Code
• Stages of Translation
• Transfer RNA and Aminoacylation

Core questions

• Как нуклеотидные триплеты сопоставляются с конкретными аминокислотами?
• Какова структура рибосомы и как она катализирует образование пептидной связи?
• Как транспортные РНК доставляют нужную аминокислоту к нужному кодону?
• Как трансляция точно начинается, удлиняется и останавливается?

Key theories

Триплетный, почти универсальный генетический код

Каждая аминокислота определяется одним или несколькими трехнуклеотидными кодонами, код является вырожденным и в значительной степени общим для всей жизни, что было установлено экспериментами по бесклеточному синтезу, которые расшифровали первые кодоны.

Центральная догма — от РНК к белку

Трансляция реализует этап центральной догмы, направляющий синтез белка, преобразуя информацию о последовательности, переносимую мРНК, в аминокислотную последовательность белка.

Mechanisms

Аминоацил-тРНК-синтетазы присоединяют каждую аминокислоту к ее когнатной тРНК, антикодон которой соответствует соответствующему кодону мРНК. Малая субъединица рибосомы с факторами инициации находит стартовый кодон; затем присоединяется большая субъединица, и рибосома движется кодон за кодоном, катализируя образование пептидной связи между растущей цепью и каждой входящей аминоацил-тРНК в своем каталитическом центре. Факторы элонгации доставляют тРНК и обеспечивают транслокацию, а факторы высвобождения распознают стоп-кодоны для освобождения завершенного белка.

Clinical relevance

Аппарат трансляции является мишенью многих антибиотиков, которые используют различия между бактериальными и человеческими рибосомами, а ошибки считывания кода и дефекты тРНК способствуют развитию заболеваний; приводится как значимость, а не как клиническое руководство.

History

Генетический код был расшифрован в начале-середине 1960-х годов с помощью бесклеточного синтеза с синтетическими РНК Ниренбергом и Маттеи и работы по присвоению кодонов Хораной и другими; последующие структурные исследования рибосомы показали, что она является рибозимом, завершив современное представление о трансляции.

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Francis Crick
• Har Gobind Khorana
• Ada Yonath

Seminal works

• nirenberg1961
• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

Почему генетический код называют вырожденным?

Потому что большинство аминокислот кодируются более чем одним кодоном, поэтому несколько разных триплетов могут кодировать одну и ту же аминокислоту.

Одинаков ли генетический код у всех организмов?

Он почти универсален, с одинаковыми назначениями кодонов для большинства форм жизни, хотя некоторые органеллы и организмы используют незначительные вариации.