Translasyon Doğruluğu ve Hata Oranı
Translasyon doğruluğu, ribozomun bir haberci RNA (mRNA) dizisini doğru amino asit dizisine dönüştürme hassasiyetidir. Ortalama hata oranının her birkaç bin kodon başına bir hata düzeyinde olmasına rağmen, doğruluk çoklu seçilim ve düzeltme okuma (proofreading) adımları aracılığıyla sağlanmaktadır ve bu doğruluğun sınırları protein kalitesini ve kodlama dizilerinin evrimini şekillendirmektedir.
Tanım
Translasyon doğruluğu, protein sentezinin mRNA kodon dizisi tarafından belirtilen amino asitleri ne derecede dahil ettiğidir; hata oranı ise çevrilen her kodon başına yanlış amino asit dahil etme (veya diğer yanlış kodlama olayları) sıklığıdır.
Kapsam
Bu madde, ribozom ve aminoaçil-tRNA sentetazların doğru substratları nasıl seçtiğini, kinetik düzeltme okumanın hataları nasıl azalttığını, translasyonel hatanın tipik büyüklüğünü ve türlerini ve yanlış translasyonun biyolojik sonuçlarını kapsamaktadır. Translasyonel doğruluğu moleküler bir konu olarak ele almakta olup, klinik karar verme süreçlerini ele almamaktadır.
Temel sorular
- Translasyonun hangi adımları doğruluğu belirler ve hatalar nerede ortaya çıkar?
- Ribozom, ilişkili (cognate) aminoaçil-tRNA'ları yakın-ilişkili (near-cognate) olanlardan nasıl ayırt eder?
- Tipik hata oranı nedir ve nasıl ayarlanır?
- Yanlış translasyonun hücresel ve evrimsel sonuçları nelerdir?
Anahtar kavramlar
- Kodon-antikodon kod çözme
- İlişkili (cognate) ve yakın-ilişkili (near-cognate) tRNA
- Başlangıç seçimi ve düzeltme okuma
- EF-Tu ve GTP hidrolizi
- Aminoaçil-tRNA sentetaz düzenlemesi (editing)
- Yanlış okuma (misreading) ve çerçeve kayması (frameshifting)
- Kodon kullanımı ve optimalitesi
Temel kuramlar
- Kinetik düzeltme okuma
- Doğruluk, iki seçilim noktası arasına yerleştirilmiş geri döndürülemez bir adım (EF-Tu üzerindeki GTP hidrolizi) ile basit denge ayrımının ötesinde artırılmakta, bu da ribozoma yakın-ilişkili bir tRNA'yı reddetmek için birden fazla fırsat sunmaktadır.
- Kodlama dizisi evrimi üzerinde bir kısıtlayıcı olarak yanlış translasyon
- Translasyonel hatalar, uygunluk maliyetleri olan yanlış katlanmış proteinler ürettiği için, seçilim yanlış translasyona dayanıklı kodonları ve dizileri tercih etmekte, böylece translasyonel doğruluğu genom çapındaki kodon kullanım desenlerine bağlamaktadır.
Mekanizmalar
Doğruluk iki ana aşamada sağlanmaktadır. Aminoaçil-tRNA sentetazlar, her bir tRNA'yı doğru amino asidi ile yüklemekte ve birçoğu yanlış yüklenmiş ürünleri düzenleme (editing) alanları aracılığıyla düzeltme okuması yapmaktadır. Kod çözme (decoding) sırasında, ribozomal küçük alt birim kod çözme merkezi, kodon-antikodon sarmalının geometrisini izlemektedir; doğru baz eşleşmesi, EF-Tu tarafından GTP hidrolizini ve tRNA'nın yerleşmesini (accommodation) teşvik eden konformasyonel değişiklikleri tetiklemekte, yakın-ilişkili (near-cognate) substratlar ise daha sık reddedilmektedir. GTP hidrolizinin başlangıç seçimi ve düzeltme okuma arasına yerleştirilmesi, ayrımı (discrimination) artırarak kinetik düzeltme okumayı sağlamaktadır. Bu kontrollerden kaçan hatalar arasında amino asit yanlış dahil edilmesi (misincorporation), çerçeve kayması (frameshifting) ve okuma devamlılığı (readthrough) bulunmaktadır. Kodon kullanımı ve optimalitesi, uzama hızını ve doğruluğunu ayrıca etkilemektedir.
Klinik önem
Aminoglikozit antibiyotikler, kısmen kod çözme merkezine bağlanarak bakterilerde doğruluğu azaltmak suretiyle etki etmektedir. Değişmiş translasyonel doğruluk, stres, yaşlanma ve belirli hastalık modelleri bağlamında incelenmiştir. Bu materyal, arka plan biyokimyası olarak sunulmakta olup, tanı veya tedavi için bir rehber niteliği taşımamaktadır.
Kanıt ve kılavuzlar
Buradaki mekanistik anlayış, klinik kılavuzlardan ziyade, ribozomun yapısal ve biyokimyasal çalışmaları ile hata oranları ve kodon kullanımının nicel analizlerine dayanmaktadır.
Tarihçe
Translasyonun yüksek doğrulukta ancak hataya açık olduğunun anlaşılması, yanlış dahil etme ölçümlerinin ve düzeltme okuma kavramının (Hopfield; Ninio) tanıtıldığı 1960'lar-1970'lere dayanmaktadır. 2000 yılı civarında bakteriyel ribozomun yapısal çalışmaları, 30S alt birim yapısı da dahil olmak üzere, kod çözme merkezini atomik çözünürlükte ortaya koymuş ve ribozomun doğru baz eşleşmesini nasıl algıladığını açıklamıştır; bu çalışmalar, ribozom yapısı üzerine 2009 Nobel Kimya Ödülü'ne katkıda bulunmuştur.
Tartışmalar
- Translasyonel doğruluğun optimal seviyesini ne belirler?
- Daha yüksek doğruluk zaman ve enerjiye mal olmakta, bu nedenle hücreler doğruluğu maksimize etmek yerine ayarlama eğiliminde görünmektedir; yanlış translasyonun dizi evrimini diğer kuvvetlere karşı ne kadar güçlü kısıtladığı, aktif modelleme ve ölçüm alanı olmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Venki Ramakrishnan
- Rachel Green
- Hani Zaher
- Marina Rodnina
- D. Allan Drummond
İlgili konular
Temel eserler
- zaher2009
- ramakrishnan2002
- carter2000
- drummond2008
Sıkça sorulan sorular
- Translasyon ne kadar doğrudur?
- Amino asit yanlış dahil edilmesi, tipik olarak her birkaç bin kodon başına bir hata düzeyinde meydana gelmekle birlikte, kesin değer kodona, tRNA bolluğuna ve koşullara göre değişmektedir. Ribozom bunu substrat seçimi ve kinetik düzeltme okuma yoluyla başarmaktadır.
- Yanlış translasyon neden önemlidir?
- Hatalar, kalite kontrol sistemini yükleyen yanlış katlanmış proteinler üretebilmekte ve yanlış katlanmanın uygunluk maliyetinin kodon kullanımını şekillendirdiği düşünülmektedir. Bazı antibiyotikler, bakteriyel translasyonel doğruluğu kasıtlı olarak azaltmaktadır.