معلومة

4.7: ترجمة الحمض النووي الريبي إلى البروتين - علم الأحياء

4.7: ترجمة الحمض النووي الريبي إلى البروتين - علم الأحياء


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.

RNA للبروتينات. كيف؟

يجب أن تترجم. للانتقال من لغة إلى أخرى. من الإسبانية إلى الإنجليزية ، أو من الفرنسية إلى الألمانية ، أو من النيوكليوتيدات إلى الأحماض الأمينية. ما هو نوع ترجمة البيولوجيا الجزيئية؟ من الواضح أن نوع الترجمة الذي تمت مناقشته هنا يترجم من لغة النيوكليوتيدات إلى لغة الأحماض الأمينية.

ترجمة

ترجمة هو الجزء الثاني من العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية: RNA → بروتين. إنها العملية التي تدخل فيها الشفرة الجينية مرنا يقرأ واحد كودون في وقت واحد لصنع بروتين. شكل يوضح أدناه كيف يحدث هذا. بعد أن يترك mRNA النواة ، ينتقل إلى a الريبوسومالذي يتكون من الرنا الريباسي والبروتينات. يقرأ الريبوسوم تسلسل الكودونات في الرنا المرسال. جزيئات الحمض الريبي النووي النقال إحضار الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم بالتسلسل الصحيح.

تحدث ترجمة الكودونات في mRNA إلى سلسلة من الأحماض الأمينية في الريبوسوم. لاحظ سلسلة الأحماض الأمينية المتنامية المرتبطة بـ tRNAs والريبوسوم. أوجد الأنواع المختلفة من الحمض النووي الريبي في الرسم التخطيطي. ما هي أدوارهم في الترجمة؟

لفهم دور الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) ، تحتاج إلى معرفة المزيد عن هيكلها. كل جزيء tRNA له أنتيكودون للحمض الأميني الذي يحمله. إن anticodon هو سلسلة من 3 قواعد ، وهو مكمل لكودون حمض أميني. على سبيل المثال ، يحتوي الحمض الأميني ليسين على الكودون AAG ، لذلك فإن anticodon هو UUC. لذلك ، سيتم نقل اللايسين بواسطة جزيء الحمض النووي الريبي (tRNA) مع مضاد الكودون UUC. أينما يظهر الكودون AAG في mRNA ، يرتبط مضاد كودون UUC على الحمض النووي الريبي (tRNA) مؤقتًا بالكودون. أثناء ارتباطه بالـ mRNA ، يتخلى الـ tRNA عن حمضه الأميني. تتشكل الروابط بين الأحماض الأمينية المجاورة حيث يتم إحضارها واحدة تلو الأخرى إلى الريبوسوم ، وتشكل أ بولي ببتيد سلسلة. تستمر سلسلة الأحماض الأمينية في النمو حتى يتم الوصول إلى وقف كودون. لمعرفة كيفية حدوث ذلك ، انتقل إلى الرابط أدناه. http://www.youtube.com/watch؟ v = B6O6uRb1D38 (1:29)

تعتبر بنية الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) جانبًا مهمًا جدًا في دورها. على الرغم من أن الجزيء يطوى إلى أ 3 أوراق البرسيم هيكل ، لاحظ الذراع المضاد في الجزء السفلي من الجزيء ، مع إرفاق الحمض الأميني في الطرف المقابل للجزيء (جذع المستقبل). إن anticodon هو الذي يحدد أي كودون في mRNA سيرتبط به الحمض الريبي النووي النقال.

بعد تصنيع سلسلة البولي ببتيد ، قد تخضع لعمليات إضافية. على سبيل المثال ، قد يتخذ شكلًا مطويًا بسبب التفاعلات بين أحماضه الأمينية. قد يرتبط أيضًا بعديد ببتيدات أخرى أو مع أنواع مختلفة من الجزيئات ، مثل الدهون أو الكربوهيدرات. تنتقل العديد من البروتينات إلى جهاز Golgi ليتم تعديلها من أجل الوظيفة المحددة التي ستقوم بها. يمكنك معرفة كيفية حدوث ذلك من خلال مشاهدة الرسوم المتحركة على هذا الرابط: http: //vcell.ndsu.edu/animations/proteinmodification/movie-flash.htm.

ملخص

  • الترجمة هي RNA → بروتين جزء من العقيدة المركزية.
  • الترجمة تحدث في الريبوسوم.
  • أثناء الترجمة ، يتم تصنيع البروتين باستخدام الكودونات الموجودة في الرنا المرسال كدليل.
  • تلعب الأنواع الثلاثة من الحمض النووي الريبي دورًا في الترجمة.

استكشاف المزيد

اكتشف المزيد I

استخدم هذا المورد للإجابة على الأسئلة التالية.

  • http://www.hippocampus.org/Biology → علم الأحياء غير المتخصص → بحث: ترجمة
  1. بالإضافة إلى mRNA ، ما هي المكونات الثلاثة للترجمة؟
  2. صف بنية الريبوسوم.
  3. وصف هيكل ودور جزيء الحمض الريبي النووي النقال.
  4. تحديد الكودون و anticodon.
  5. كيف يحدث الإنهاء؟

إعادة النظر

  1. حدد خطوات الترجمة.
  2. ناقش تركيب جزيء الحمض الريبي النووي النقال ودوره في الترجمة.
  3. كيف ترتبط النسخ والترجمة بالعقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية؟

4.7: ترجمة الحمض النووي الريبي إلى البروتين - علم الأحياء

لقد قمنا بتكييف برامجنا لتلائم المدارس ، ومجموعات التعليم المنزلي ، وأقسام التعليم ، والجمهور الذين يبحثون عن خيارات افتراضية وفي الموقع.

مع كلاس

للمدارس ، مجموعات التعليم المنزلي ، قرون التعليم

في البيت

الأفراد والعائلات والجماعات العامة

في DNALC

الأفراد والعائلات والجماعات العامة

المعسكرات الشخصية [الذهاب إلى موقع ويب مخيم DNALC التسجيل الصيفي مفتوح]


الترجمة (متقدم)

الجزيء الأصفر هو messanger RNA (mRNA) ، يترك النواة في الريبوسوم ، يرتبط RNA (rRNA) بنقل mRNA RNA أو tRNA (باللون الأخضر) يمكنه قراءة الكود المكون من ثلاثة أحرف على mRNA أو الكودون لكل كودون لحمض animo واحد (جزيء أحمر مرتبط بـ tRNA) يحدد تسلسل الكودونات على mRNA تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين ، والذي بدوره يحدد بنية ووظيفة البروتين.

المدة: 3 دقائق ، 3 ثوان

وظيفة هذا الرنا المرسال هي نقل رسالة الجينات من الحمض النووي خارج النواة إلى الريبوسوم لإنتاج البروتين المعين الذي يرمز إليه هذا الجين. يمكن أن يكون هناك عدة ملايين من الريبوسومات في خلية حقيقية النواة نموذجية ، تستخدم هذه الآلات التحفيزية المعقدة نسخة mrna من المعلومات الجينية لتجميع كتل بناء الأحماض الأمينية في البروتينات ثلاثية الأبعاد الضرورية للحياة. لنرى كيف يعمل. يتكون الريبوسوم من وحدة فرعية كبيرة وواحدة صغيرة تتجمع حول الحمض النووي الريبي المرسال ، والذي يمر بعد ذلك عبر الريبوسوم مثل شريط الكمبيوتر. يتم نقل كتل بناء الأحماض الأمينية (وهي الجزيئات الحمراء المتوهجة الصغيرة) إلى الريبوسوم المرتبط بـ RNAs محدد النقل. هذه هي الجزيئات الخضراء الأكبر التي يشار إليها أيضًا باسم tRNA. تضع الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم الرنا المرسال بحيث يمكن قراءتها في مجموعات من ثلاثة أحرف تُعرف باسم كودون. يتطابق كل كودون على الرنا المرسال مع كودون مضاد مماثل على قاعدة جزيء RNA الناقل. تزيل الوحدة الفرعية الأكبر من الريبوسوم كل حمض أميني وتنضم إليه في سلسلة البروتين النامية. عندما يتم تصعيد الرنا المرسال من خلال الريبوسوم ، يتم ترجمة تسلسل الرنا المرسال إلى تسلسل الأحماض الأمينية. توجد ثلاثة مواقع داخل الريبوسوم ، وهي الموقع A والموقع P والموقع الإلكتروني. إضافة كل حمض أميني عبارة عن دورة من ثلاث خطوات: أولاً ، يدخل الحمض الريبي النووي النقال الريبوسوم في الموقع A ويتم اختباره لمطابقة الكودون / الكودون المضاد مع الرنا المرسال. بعد ذلك ، بشرط وجود تطابق صحيح ، يتم نقل الحمض النووي الريبي إلى موقع P ويضاف الحمض الأميني الذي يحمله إلى نهاية سلسلة الأحماض الأمينية. يتم تصعيد mRNA أيضًا على ثلاثة نيوكليوتيدات أو كودون واحد. ثالثًا ، يتم نقل الحمض النووي الريبي المستنفد إلى الموقع الإلكتروني ثم يتم إخراجه من الريبوسوم لإعادة تدويره. مع استمرار تخليق البروتين ، تظهر السلسلة النهائية من الريبوسوم. يتم طيها في شكل دقيق ، يتم تحديده بالترتيب الدقيق للأحماض الأمينية. وهكذا تشرح العقيدة المركزية كيف تحول رمز الحمض النووي المكون من أربعة أحرف - بكل معنى الكلمة - إلى لحم ودم.

messanger rna ، ترجمة البروتين ، rna الريبوسوم ، تسلسل الأحماض الأمينية ، الكودونات ، trna ، rrna ، التركيب والوظيفة ، الجزيء


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف إلى Varsity Tutor.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يُرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع الإلكتروني أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


نظرة عامة على المؤتمر

يعد التحكم التحويلي محورًا رئيسيًا للاهتمام يمتد إلى العديد من المجالات ، بما في ذلك علم الأحياء التطوري ، وعلم الأعصاب ، وعلم وظائف الأعضاء ، والمرض ، وعلم الأحياء التركيبي والأنظمة ، من بين مجالات أخرى. بالإضافة إلى ترجمة messenger RNA ، سيقدم المؤتمر تطورات في مجالات النسخ الشفوية و RNAs غير المشفرة التي تؤثر على عملية الترجمة. ستكون التقنيات عالية الإنتاجية الغنية بالبيانات والتطورات الهيكلية أساسية أيضًا ، لأنها تدفع المجال إلى الأمام بأسلوب لم يكن من الممكن تصوره قبل بضع سنوات فقط ، وتساعد في إنشاء & ldquosystems & rdquo وجهة نظر للترجمة.

مع التقدير المتزايد للتكامل بين الخطوات المختلفة للتعبير الجيني ، سيستكشف المؤتمر الروابط بين الترجمة ، ودوران الرنا المرسال ، والانحلال غير المعقول ، وتوطين الحمض النووي الريبي ، والربط ، وما إلى ذلك. يتم الكشف عن المفهوم الذي يزيد من إمكانية التنظيم. سيتم عرض هذه البدائل ، بالإضافة إلى دور التنظيم الانتقالي في أمراض متنوعة مثل السرطان والاضطرابات العصبية أو الأمراض المعدية.


دور الحمض النووي الريبي في تخليق البروتين

في جميع الخلايا الحية ، تتم عملية ترجمة المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى البروتينات التي تقوم بمعظم العمل في الخلية بواسطة آلات جزيئية مكونة من مزيج من الحمض النووي الريبي والبروتين. والمثير للدهشة أن الحمض النووي الريبي ، وليس البروتين ، هو الذي يقوم بالعمل الحاسم في آلة صنع البروتين هذه ، والتي تسمى الريبوسوم. يتكون الشكل الأساسي والجوهر الوظيفي للريبوسوم بواسطة الحمض النووي الريبي. تم الحفاظ على الحمض النووي الريبي خلال أكثر من مليار سنة من التطور: الحمض النووي الريبي في البكتيريا والبشر متشابه بشكل ملحوظ. النوع الثاني من الحمض النووي الريبي ، يسمى messenger RNA أو mRNA ، ينقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الريبوسوم. يوفر Messenger RNA للريبوسوم مخططات لبناء البروتينات. الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات. يتم تسليم كل حمض أميني في البروتين إلى الريبوسوم عن طريق نوع آخر من الحمض النووي الريبي: نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي). يستخدم الريبوسوم المعلومات الموجودة في الرنا المرسال لربط الأحماض الأمينية المرتبطة بالـ RNA بالترتيب الصحيح لصنع كل نوع مختلف من البروتين في الخلية: تصنع الخلايا البشرية ما يقرب من 100000 نوع مختلف من البروتينات ، ولكل منها مرسالها الفريد RNA تسلسل.

يتضح الدور المركزي للحمض النووي الريبي في تخليق البروتين من خلال حقيقة أن العديد من المضادات الحيوية المستخدمة لمكافحة الالتهابات ترتبط بالرنا الريباسي للبكتيريا وتمنع إنتاج البروتين الخلوي. هذا يمنع البكتيريا من النمو. يمكن أن تسبب الأخطاء في إنتاج أو تسلسل مكونات RNA لآلية تخليق البروتين أيضًا مرضًا لدى البشر ، بما في ذلك ، فقر الدم الماسي Blackfan ، الناجم عن خلل في إنتاج الريبوسوم ، خلل التقرن الخلقي ، الناجم عن خلل في بنية الحمض النووي الريبي الريبوزومي ، وبعض أشكال مرض السكري والاعتلال العضلي والدماغ بسبب الطفرات في نقل الحمض النووي الريبي.

هذه الصفحة الرسمية لكلية الطب بجامعة ماساتشوستس

معهد RNA Therapeutics Institute (RTI) & bull 368 Plantation St Worcester ، ماساتشوستس 01605


الطرق التي تركز على الحمض النووي الريبي

تعد الطرق التي تركز على البروتين ذات فائدة محدودة لتحديد RBPs الجديدة التي تتفاعل مع RNA معين أو لتوصيف فئات جديدة من ncRNAs التي لا تزال هويات البروتينات المرتبطة بـ RNA غير معروفة. نهج بديل هو استخدام استراتيجية تحديد البروتين المتمحورة حول الحمض النووي الريبي. الفكرة العامة بسيطة: بدلاً من استخدام جسم مضاد لالتقاط بروتين مهم وتسلسل الحمض النووي الريبي المرتبط به ، فإن هذه الطرق تنقي الحمض النووي الريبي ذي الأهمية وتحدد مجمعات البروتين المرتبطة به ، باستخدام طرق مثل مرض التصلب العصبي المتعدد. سوف نستكشف المتغيرات المختلفة لهذه الطرق أدناه ، مع التركيز على تلك المصممة لتحديد تفاعلات بروتين RNA الجديدة بشكل شامل.

طرق التقاط تقارب الحمض النووي الريبي

تتمثل إحدى الطرق العامة لالتقاط الحمض النووي الريبي في استغلال التفاعلات التي تحدث بشكل طبيعي بين الحمض النووي الريبي والبروتين - مثل بروتين الغلاف الفيروسي للعاثية MS2 ، والذي يرتبط بإحكام ببنية حلقة جذعية الحمض النووي الريبي [83]. في هذا النهج ، يتم إلحاق تكرار حلقة جذعية RNA المرتبطة بـ MS2 بـ RNA ذي الأهمية ويتم تنقية مركب RNA الموسوم عن طريق اقتران بروتين MS2 بدعم صلب أو راتينج [84-86]. يمكن تحسين تفاعلات المكونات المزدوجة هذه لتمكين زيادة التقارب والاستقرار [44 ، 87]. على سبيل المثال ، يستخدم نهج حديث لبروتين Csy4 المُعدّل هندسيًا ، وهو أحد مكونات النظام البكتيري المتكرر المتناوب قصير المدى (CRISPR) بشكل منتظم ، لإنشاء علامة ذات تقارب أعلى مما يمكن تحقيقه لعلامات RNA التقليدية ، بما في ذلك MS2 و PP7 [87]. وبدلاً من ذلك ، يمكن تطوير أبتامرات الحمض النووي الريبي المصممة صناعياً واختيارها للارتباط بالبروتينات المترافقة بالراتنج شائعة الاستخدام [43 ، 88]. مثال على ذلك هو S1 aptamer الذي يرتبط بالستربتافيدين [89 ، 90].

يمكن استغلال الاختلافات بين هذه الطرق عند محاولة إزالة مجمعات بروتين RNA الخاصة بها. بشكل عام ، تُستخلص معقدات البروتين من الراتنج الداعم عن طريق الغليان في SDS [87]. سيؤدي هذا النهج إلى فصل المواد المرتبطة بالراتنج ، بما في ذلك المجمعات المرتبطة على وجه التحديد من خلال العلامة وتلك المرتبطة بشكل غير مباشر بالراتنج. بالنسبة للعديد من علامات التقارب هذه ، يمكن التخلص من المجمعات بشكل أكثر تحديدًا. على سبيل المثال ، في حالة S1 aptamer ، يمكن استغلال التقارب الأضعف لتفاعل S1-streptavidin مقارنةً بتفاعل البيوتين-الستربتافيدين لتمكين شطف محدد من الحمض النووي الريبي من خلال نهج تنافسي باستخدام تركيزات عالية من البيوتين [91]. في نظام CRISPR ، نظرًا لطبيعة متحولة Csy4 المستخدمة ، يمكن للمرء أن يشق المركب على وجه التحديد من خلال إضافة إيميدازول. في الواقع ، فإن خصوصية الشطف تزيد بشكل كبير من خصوصية المجمعات المنقاة ويمكن أن تحسن حساسية الكشف [87].

تنقية الحمض النووي الريبي ومجمعات البروتين المرتبطة به

يمكن تجميع المناهج التي تركز على الحمض النووي الريبي في واحدة من فئتين رئيسيتين: في المختبر و في الجسم الحي طرق التنقية (الشكل 2 أ). ال في المختبر تستخدم المقاربات عمومًا طُعمًا من الحمض النووي الريبي الاصطناعي لالتقاط وتحديد البروتينات من المستخلصات الخلوية [43 ، 88 ، 90]. في المقابل ، فإن في الجسم الحي نهج التقاط معقدات بروتين RNA الموجودة في الخلية [45 ، 46 ، 85 ، 92]. بينما ال في الجسم الحي تحافظ الطرق على سياق تفاعلات بروتين RNA الحقيقية ، فهي أكثر تحديًا تقنيًا ، خاصةً إذا كان الحمض النووي الريبي المستهدف منخفض الوفرة في الخلية.

الطرق التي تركز على الحمض النووي الريبي لتنقية وتحديد بروتينات ربط الحمض النووي الريبي. (أ) أمثلة على مخططات تنقية باستخدام بروتينات ربط الحمض النووي الريبي في المختبر و في الجسم الحي اقتراب. ل في المختبر ، يتم إنشاء بنية RNA ذات علامات وربطها بدعم قوي. في هذا المثال ، يتم عرض طريقة تمييز تفاعل البروتين - الحمض النووي الريبي MS2 مع الحمض النووي الريبي المستهدف (الأحمر) ، وعزر ربط MS2 (الأرجواني) وبروتين MS2 (الرمادي). يتم تحضير محلول الخلية ويتم التقاط البروتينات من المحللة باستخدام الحمض النووي الريبي الموسوم في المختبر. ل في الجسم الحي النهج ، يتم ربط الحمض النووي الريبي المستهدف ببروتينات محددة مرتبطة بالـ RNA في الخلايا الحية باستخدام الأشعة فوق البنفسجية أو الفورمالديهايد أو غيرها من الروابط المتقاطعة. يتم تحليل الخلايا ويتم التقاط مجمعات بروتين RNA من المحلول. في كلا السيناريوهين ، يتم غسل المعقد لإزالة التفاعلات غير المحددة (البروتينات الخضراء). أخيرًا يتم التصفية من البروتينات المرتبطة. (ب) يستخدم مرض التصلب العصبي المتعدد بشكل شائع لتحديد RBPs في عينة نقية. في مناهج MS غير الكمية ، يتم تنقية RBPs من مادة الخلية غير المسماة باستخدام إما RNA ذي الأهمية أو بنية تحكم. بعد الفصل بواسطة الرحلان الكهربائي للهلام أحادي البعد ، يتم اختيار نطاقات بروتينية معينة من العينة ، واستئصالها وتحديدها عن طريق تحليل MS. في مناهج التصلب المتعدد الكمي ، يتم تمييز البروتينات بشكل تفاضلي بناءً على مجموعات الخلايا الأولية. يتم إجراء عمليات التنقية التجريبية والتحكمية على هذه المجموعات المسمى ويتم تجميع RBPs المنقى لإنشاء عينة واحدة. يسمح تحليل MS بإجراء مقارنة مباشرة بين الببتيدات المسمى ، والتي يمكن قياسها كميًا لتحديد بروتينات معينة في العينة مقارنةً بمجموعة التحكم. SILAC ، وضع العلامات على النظائر المستقرة بواسطة الأحماض الأمينية في ثقافة الخلية.

على غرار الطرق التي تتمحور حول البروتين ، يمكن أن يؤدي تنقية الحمض النووي الريبي في ظل الظروف الأصلية إلى إعادة الارتباط أو تكوين تفاعلات بروتين RNA غير محددة في المحلول. تستخدم الدراسات في المختبر طرق أو إجراء عمليات التنقية في الظروف الأصلية بشكل عام وجدت ارتباطًا بين RNA ذي الأهمية والبروتينات الوفيرة للغاية في الخلية ، مثل hnRNPs [85 ، 91 ، 92]. ما إذا كانت هذه تمثل تفاعلات بيولوجية حقيقية أو ارتباطات غير محددة غير واضح لأنه تم تنقية عدد قليل فقط من الحمض النووي الريبي حتى الآن. لمعالجة هذا الأمر ، استخدمت دراسة حديثة التشابك للأشعة فوق البنفسجية ومجمعات الحمض النووي الريبي المنقى في ظل ظروف تغيير طبيعة كاملة (باستخدام 8 ميغا يوريا) ، والتي ستلتقط فقط في الجسم الحي مجمعات متشابكة [85]. باستخدام هذا النهج ، كانت هناك اختلافات واضحة في البروتينات التي تم تحديدها بعد عمليات التنقية التي أجريت في الظروف الأصلية والتشويه. كانت البروتينات المرتبطة بالحمض النووي وغيرها من البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الوفيرة موجودة فقط في التنقية الأصلية ، ولكن ليس في تنقية تغيير الطبيعة ، مما يشير إلى أن بعض هذه البروتينات المنقاة على الأقل قد تكون بسبب ارتباط غير محدد في المحلول. تستخدم المناهج الأخرى ظروف غسيل صارمة عالية الملح لتقليل التفاعلات غير المحددة أثناء تنقية مركب بروتين الحمض النووي الريبي [45 ، 93 ، 94].

يتمثل التحدي في مناهج تغيير الطبيعة في أنها تتطلب وجود مجمعات متشابكة في الخلية ، وهو أمر غير فعال. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون للعديد من استراتيجيات التشابك ، مثل التشابك الفورمالديهايد ، تحديات تقنية إضافية مرتبطة بتحديد الببتيدات المتشابكة بواسطة MS [95].

تحديد البروتينات التي ترتبط بـ RNA

سنركز على طرق MS لتحديد البروتينات المرتبطة بـ RNA. هناك طريقتان رئيسيتان تم استخدامهما لتحديد مجمعات البروتين هذه بشكل شامل بواسطة MS: MS غير الكمي والكمي (الشكل 2 ب).

في الطرق غير الكمية ، يتم فصل البروتينات المنقاة من عينة الحمض النووي الريبي ذات الأهمية وعنصر تحكم بواسطة الرحلان الكهربائي للهلام وملطخة بالبروتين الكلي. يتم استخلاص العصابات البروتينية الموجودة فقط في العينة محل الاهتمام ولكن ليس عنصر التحكم ويتم تحديد البروتينات بواسطة مرض التصلب العصبي المتعدد [84]. بدلاً من ذلك ، يمكن تحليل البروتين الكلي بواسطة MS للكشف عن جميع البروتينات المنقية في عينة [87 ، 96]. ميزة النهج الأخير هي أنه يمكن تحديد جميع البروتينات في العينة ، بما في ذلك تلك غير المرئية على الجل. في هذا النهج ، يمكن أيضًا تحليل عنصر التحكم لتحديد البروتينات غير المحددة للاستبعاد. ومع ذلك ، من الصعب إجراء مقارنة مباشرة بين كميات البروتينات المحددة في العينة والتحكم ، بسبب الاختلافات في الكثافة النسبية للببتيدات المحددة في عمليات التشغيل المستقلة [53].

للتغلب على هذا القيد ، يمكن للمرء استخدام MS الكمي لمقارنة البروتينات في العينة والتحكم في وقت واحد. هناك عدة طرق للقيام بذلك (تمت المراجعة في [53]). في إحدى الطرق الشائعة المستخدمة لتحليل بروتين الحمض النووي الريبي (RNA) ، يتم تمييز الخلايا بشكل استقلابي لتوليد تجمعات بروتين ذات علامات تفاضلية لتحليل التصلب المتعدد ، حيث تتم مقارنة نظائر البروتينات لتوفير تقدير كمي مباشر [97]. تتمثل ميزة هذا النهج في أنه يمكن مقارنة نسب الببتيدات من العينات التجريبية والعينات الضابطة بشكل مباشر للسماح بالتمييز بين شركاء الربط الحقيقيين من المتفاعلات غير المحددة. يمكن أن تفسر هذه الطريقة بعض المشكلات المرتبطة بوفرة البروتين. على سبيل المثال ، في تجارب التصلب العصبي المتعدد الكمية ، تُظهر معظم البروتينات الوفيرة ، مثل hnRNPs ، وفرة متساوية في كل من العينات التجريبية والعينات الضابطة ، مما يشير إلى أن هذه التفاعلات ليست خاصة بـ RNA محل الاهتمام [91].

يعتمد اختيار نهج MS لاستخدامه في تحديد RBPs على طبيعة تنقية المنبع. عند استخدام بروتوكول حيث ينتج عن تنقية البروتين خلفية قليلة في عينة التحكم ، قد يعمل النهج غير الكمي بشكل جيد. على سبيل المثال ، تم عرض نظام CRISPR-Csy4 مسبقًا على أنه يتيح صرامة عالية جدًا وشطف محدد ، وبسبب هذا النهج غير الكمي قدم نتائج موثوقة [87]. وبالمثل ، عند استخدام الربط المتشابك متبوعًا باستراتيجية تنقية لتغيير الطبيعة ، قد يوفر MS غير الكمي نهجًا جيدًا. في المقابل ، عند استخدام نظام ذي خلفية أعلى ، يمكن أن يوفر نهج MS الكمي قدرة متزايدة على التمييز بين المجلدات المحددة وغير المحددة.

التحديات التحليلية مع تحليل RBP MS

هناك العديد من التحديات التحليلية لتحديد البروتينات المرتبطة بـ RNA بواسطة MS. على غرار الأساليب التي تتمحور حول البروتين ، يجب توخي الحذر الشديد لاختيار عناصر تحكم سلبية مفيدة للطرق التي تتمحور حول الحمض النووي الريبي. تتضمن عناصر التحكم التي يتم استخدامها غالبًا رنا خلويًا مختلفًا [92] ، أو تسلسلات تفتقر إلى هياكل ارتباط بروتينية معروفة [85-91] ، أو عناصر تحكم العلامات فقط [44] ، أو الحمض النووي الريبي المضاد للتحسس [71 ، 98] أو تسلسل الحمض النووي الريبي غير المحدد [99] ]. في هذه الحالات ، يجب أن تكون أي تفاعلات بروتينية غير محددة بسبب الوفرة أو ارتباط الحمض النووي أو العلامة نفسها متطابقة مع الحمض النووي الريبي المستهدف والضوابط. ومع ذلك ، فإن التحكم السلبي المثالي لم يتم تحديده بوضوح لأنه قد تكون هناك بعض السمات المحددة للحمض النووي الريبي (RNA) ذات الأهمية والتي ترتبط بشكل غير محدد ببروتينات معينة. في الحالات التي يتم فيها استخدام التشابك المتشابك بين البروتين والحمض النووي الريبي ، سيكون عنصر التحكم المثالي عبارة عن عينة غير متشابكة لأنها تمثل تنقية متطابقة لنفس الحمض النووي الريبي ولكن بدون أي في الجسم الحي مجمعات متشابكة [96]. ومع ذلك ، فإن هذا النهج يتطلب استخدام في الجسم الحي تشابك متبوع بتنقية تغيير طبيعة وبالتالي لا ينطبق على جميع طرق التنقية. في حالة عدم وجود ذلك ، ينبغي إدراج العديد من الضوابط السلبية المختلفة لضمان متانة النتائج المحددة.

يتمثل التحدي الكبير في تحديد RBPs غير المعروفة في توليد مادة كافية لمرض التصلب العصبي المتعدد ، خاصةً لمجمعات بروتين الحمض النووي الريبي منخفضة الوفرة. على عكس طرق التسلسل التي تتيح تضخيم الحمض النووي ، لا يمكن تضخيم كمية البروتين المنقى في هذه التجارب. لهذا السبب ، تم تطبيق الطرق التي تركز على الحمض النووي الريبي (RNA) في الغالب على الحمض النووي الريبي عالي الوفرة ، مثل 7SK [44] و snRNPs [100] و Let-7 [99] و IRES [85]. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام هذه الأساليب لتحديد البروتينات المرتبطة بجميع الرنا المرسال عن طريق معقدات بروتين الحمض النووي الريبي المتشابكة مع الأشعة فوق البنفسجية ، والتقاط نسخ متعددة الأدينيلات باستخدام خرز مغناطيسي أوليغو دي تي ، واكتشاف البروتينات المرتبطة بواسطة التصلب المتعدد الكمي [45 ، 46 ، 94]. ومع ذلك ، فإن تطبيق هذا النهج لتحديد الشركاء الملزمين من mRNAs الفردية أو lncRNAs أو غيرها من الرناوات منخفضة الوفرة لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا.


الترجمة / تخليق البروتين

تخليق البروتين هو العملية التي تقوم فيها الخلايا بتكوين البروتينات.

تفسير:

هناك خطوتان في تخليق البروتين. هم النسخ والترجمة.

أثناء النسخ ، تتشكل mRNA (Messenger RNA) في نواة الخلية. بعد صنع الرنا المرسال ، يترك النواة ويذهب إلى الريبوسومات في السيتوبلازم ، حيث تحدث الترجمة. (الحمض النووي لا يترك النواة أبدًا).

أثناء الترجمة ، يعلق mRNA نفسه بالريبوسوم. بعد ذلك ، يقرأ الحمض الريبي النووي النقال (نقل الحمض النووي الريبي) أكواد الرنا المرسال (الكودون عبارة عن سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات ترمز للبروتين) ويربط الأحماض الأمينية وفقًا لذلك. يستمر هذا حتى تصل الحمض النووي الريبي (tRNA) إلى كودون التوقف.

إجابة:

الكودونات عبارة عن كلمات جينية من ثلاث أحرف: وتستخدم لغة الجينات 4 أحرف (= القواعد النيتروجينية). ومن ثم هناك 64 كلمة في القاموس الجيني ، لتمثيل 20 من الأحماض الأمينية التي تستخدمها الكائنات البيولوجية.

تفسير:

ويجب أن تلاحظ ذلك قد يرمز أكثر من كودون لنفس الحمض الأميني. يشار إلى هذا باسم انحطاط من الكود.

على سبيل المثال ، يتم ترميز ثلاثة أحماض أمينية بواسطة أي من ستة أكواد مختلفة ، وهذا وحده يستخدم ما يصل إلى 18 مجموعة من 64 مجموعة.

ثلاثة من الكودونات وقف الكودونات.

هم لا يرمزون لأي حمض أميني.

وبدلاً من ذلك ، فإنها تعمل كإشارات لإنهاء الرسالة الجينية التي يحملها الرنا المرسال.

عدد الأحماض الأمينية المشفرة بواسطة الكودونات هو

# 1 "codon" × color (white) (l) 2 "amino acids" = color (white) (ll) 2 "codons" #
# 2 "كودونات" × 9 "أحماض أمينية" = 18 "كودونات" #
# 3 "codons" × 1 "amino acid" = color (white) (X) 3 "codons" #
# 4 "codons" × 5 "amino acids" = 20 "codons" #
# 6 "كودونات" × 3 "أحماض أمينية" = 18 "كودونات" #
#color (أبيض) (XXXXXXXXXXXXXXXX) 3 "رموز التوقف" #
#stackrel (——————————————————————————) (اللون (أبيض) (XXXXXXXXXl) "TOTAL" = 64 "codons") #

إليك مخطط يوضح تعيينات الكودون للأحماض الأمينية.

إجابة:

تحدث الترجمة عندما تستخدم الريبوسومات معلومات من الحمض النووي الريبي لبناء البروتينات.

تفسير:

الترجمة هي المرحلة الثانية من تخليق البروتين. يتبع النسخ ، حيث يتم "إعادة كتابة" المعلومات الموجودة في الحمض النووي في mRNA. أثناء الترجمة ، يرتبط الرنا المرسال بالريبوسوم. انقل جزيئات RNA (tRNA) ثم "اقرأ" شفرة mRNA وترجم الرسالة إلى سلسلة من الأحماض الأمينية. كل ثلاثة نيوكليوتيدات في الرنا المرسال تشكل كودون واحد ، والذي يتوافق مع حمض أميني واحد في البروتين الناتج. يتتبع الريبوسوم على طول الرنا المرسال حتى يصل إلى كودون التوقف ، مما يشير إلى تجميع الرنا المرسال والريبوسوم للانفصال.

يوجد أدناه مقطع فيديو Vine بإيقاف الحركة يلخص خطوات الترجمة.

يقدم الفيديو أدناه ملخصًا لكيفية حدوث عمليات النسخ والترجمة باستخدام برنامج Shockwave التعليمي ورشة عمل DNA من PBS.


4.7: ترجمة الحمض النووي الريبي إلى البروتين - علم الأحياء

ترجمة RNA: RNA يصنع البروتين

مبدئيا:
ترجمة رسول RNA ( مرنا ) في الريبوسومات ,
التي تشمل RNA الريبوسوم ( الرنا الريباسي ) ,
بمساعدة نقل الحمض النووي الريبي ( الحمض الريبي النووي النقال )

هيكل الرنا الريباسي و الحمض الريبي النووي النقال أمبير

الريبوسوم الحمض النووي الريبي (الرنا الريباسي)
الرنا الريباسي + بروتين الريبوسوم الريبوسومات [iG1 6.09.0]
هيكل الرنا الريباسي: ينبع وحلقات أمبير [iG1 6.05.0]
السيقان: المزدوج تقطعت بهم السبل (دسرنا)
الحلقات : مفرد الذين تقطعت بهم السبل (سرنا)

هيكل الريبوسومات حقيقية النواة [iGen3 06-13] [iG1 6.04.0] [iG1 6.14b ]
وحدة فرعية كبيرة (LSU) = 60س = 28س الرنا الريباسي + 5س الرنا الريباسي + 50 بروتين
وحدة فرعية صغيرة (SSU) = 40س = 18س الرنا الريباسي + 33 بروتين
= 80س أحادي

أ موقع (أمينوسيل), موقع P. (ببتيدل) و أمبير الموقع الإلكتروني (مخرج) [iGen3 06-14]

نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي)
ال مشترك كهربائي مركب:

30 الحمض الريبي النووي النقال أنواع
2-الأبعاد نموذج "البرسيم" [iG1 6.10 ]
صغير: 75

90 نو
السيقان & أمبير الحلقات
D- حلقة وأمبير TC- حلقة ( = حمض اليوريديليك الزائف)
الحمض الريبي النووي النقال تتميز 2 س قواعد معدلة [iG1 6.19.1 ]
جذع متقبل أميني
3' النهاية كاكا - 3 '
5' النهاية G - 5 '
حلقة anticodon
خصوصية الحمض الريبي النووي النقال حدد بواسطة 3 تسلسل ريبونوكليوتيد

3- بنية الأبعاد "إل" [iG1 6.12.0 ]
د- & أمبير تي حلقات C أضعاف مرة أخرى على بعضها البعض

مشحون tRNA: أمينوسيل سينثيتاز(خ) أشكال الارتباط بين استر
3'-أ من جذع متقبل أميني الحمض الريبي النووي النقال(خ) & أمبير COOH من الأحماض الأمينية(خ) [iGen3 06-10، -11]

20 نوعًا من التوليف "تتعرف" على حلقة مضاد الكودون الصحيحة
قبول متساوي :
مراسلة شخص لشخص بين التركيبات والأحماض الأمينية
"الشفرة الجينية الثانية"؟

ترجمة الحمض النووي الريبي: تخليق البروتين

عملية من ثلاث خطوات (مراجعة)
الريبوسومات "قراءة" مرنا وأمبير تجميع البولي ببتيد وفقا للكود الجيني
(رسوم متحركة MGA2 عبر الإنترنت)

(1) المبادرة في ابدأ الكودون ( أغسطس ) [iGen3 06-15]
SSU يربط في تألق- تسلسل Delgarno [-6 نوات) [iGen3 06-16]
مجمع البدء يتكون من مرنا, الريبوسوم، & أمبير الحمض الريبي النووي النقال
تتشكل مجمعات متعددة على ملف واحد مرنا: متعدد الروح ( بوليبوزوم )

الحمض الريبي النووي النقال fmet يُضاف دائمًا أولاً [N -formyl-methionine في بدائيات النوى]

في شكل مبسط ،

5'-أغسطس -3 ' كودون في مرنا
|||
3'-UAC-5 ' anticodon في الحمض الريبي النووي النقال

5'-CAU-3 ' إذا كتب anticodon 5 '3'

(2) استطالة : إضافة الأحماض الأمينية [iGen3 06-17 ، مبسطة] حسب الكود الجيني

يتم ربط الأحماض الأمينية عبر السندات الببتيد (انظر القسم التالي)
افكر في مرنا كما تم إصلاحه: الريبوسوم يتحرك على طوله 5 '3'
ببتيدل (ص) موقع على 5' نهاية،
أمينوسيل (أ) موقع على 3' نهاية

أول أغسطس codon [لـ التقى ] في داخل موقع P.
ثانيا جامعة كاليفورنيا يدخل كودون موقع
المقابلة الحمض الريبي النووي النقالphe يدخل أ موقع

ببتيدل ناقل تشكل رابطة الببتيد بين fmet & أمبير phe
حمض أميني موقع P المنقول إلى حمض أميني موقع [iGen3 06-18]
الحمض الريبي النووي النقالfmet رابطة استر مكسورة ، رابطة الببتيد إلى الحمض الريبي النووي النقالphe شكلت
غير مشحون الحمض الريبي النووي النقال صدر من ص الموقع (يمر إلى ه موقع)
نهاية amino fmet تبقى دون تغيير

وما إلى ذلك وهلم جرا . [رسوم متحركة MGA عبر الإنترنت] [iGen3 06-19]
ينضم عديد الببتيد المتزايد في موقع P إلى حمض أميني واحد في موقع A.
يبقى fmet الأولي دائمًا دون تغيير

"تمايل" : اقتران الكودون / أنتيكودون يذهب 5 '3' على الكودون
يمكن آخر موقف يخطئ الزوج
أقل الحمض الريبي النووي النقال الأنواع المطلوبة:
السابق.: ثلاثة الحمض الريبي النووي النقالسر الأنواع ل ستة الكودونات

الحمض الريبي النووي النقال
مكافحة الكودون
سيرين بديل
أكواد mRNA
3'- AG G -5' 5'- UC C / U -3'
3'- AG U -5' 5'- UC A / G -3'
3'- جامعة كاليفورنيا G -5' 5'- AG C / U -3'

(3) نهاية : إطلاق بولي ببتيد [iGen3 06-20]

هنا: mRNA + الحمض الريبي النووي النقال (lys-pro-gly-phe-fmet )

قف كودون (UAG أو UAA أو UGA) يدخل أ موقع
لا المقابلة الحمض الريبي النووي النقال:
عامل الافراج يشق بولي ببتيد من المحطة الحمض الريبي النووي النقالن
منتج عديد الببتيد هو: ليز - pro - gly - phe - fmet

5'- ز يو أ يو نسخة يو ج - 3 'مرنا

هذا ال منطقي، وليس أ البيوكيميائية، صلة:
لأن مرنا يتم نسخها من خيط القالب ،
هو - هي "يشبه"خصلة الإحساس (باستثناء"يو').
محتوى المعلومات من خيط إحساس الحمض النووي و mRNA متطابقان

يمكن قراءة تسلسل البروتين مباشرة من DNA:
إقرأ ال يشعر حبلا في 5'3' اتجاه،
استبدل 'تي' ل 'يوفي جدول الكود [أو في رأسك]
تقوم برامج الكمبيوتر (Chromas و Sequencher وما إلى ذلك) بعمل ذلك تلقائيًا

يوجد ست طرق ممكنة من قراءة قطعة من dsDNA
اثنين 5 '3' خيوط X ثلاثة قراءة الإطارات في كل حبلا
تقترح إطارات القراءة المفتوحة تسلسلات البروتين

يعد استنتاج تسلسل البروتين من تسلسل الحمض النووي العشوائي نشاطًا بحثيًا رئيسيًا
المعلوماتية الحيوية: استخراج المعلومات من مجموعات البيانات الجزيئية الكبيرة

القرائن التالية مفيدة:
تذكر أن جميع تسلسلات التشفير بدائية النواة:
تتم قراءتها فقط في 5'3' اتجاه
تبدأ ب "بداية" (أغسطس) كودون
تنتهي بـ "قف" (UAG ، UAA ، أو UGA) كودون.
على سبيل المثال: تتمثل إحدى مشكلات الاختبار النموذجية في تحديد عديد ببتيد من ستة أحماض أمينية من جزيء dsDNA

ولكن: في الحياة الواقعية ، جزء الحمض النووي المستنسخ الخاص بك حقيقية النواة
قد لا يكون قد بدأ أو كودون توقف للحصول على بروتين كامل ،
[وليست كل أكواد AUG هي أكواد "البداية"]
وقد يكون intron جزئيًا أو كليًا مع واحد أو أكثر من متواليات "stop".

استخراج معلومة من عشوائي الحمض النووي التسلسل هو نشاط رئيسي ل علم الجينوم

لا تفترض انه dsDNA يُقرأ الجزيء من اليسار إلى اليمين ، على الشريط العلوي

اقترح مشاكل للمراجعة


MGA2 ، ص 86-87
مشكلة محلولة 1
المشكلة ## 1 ، 2 ، 3


4.7: ترجمة الحمض النووي الريبي إلى البروتين - علم الأحياء

الشكل 1: صورة بالمجهر الإلكتروني للنسخ والترجمة المتزامنين. تُظهر الصورة الحمض النووي البكتيري ونصوص الرنا المرسال المرتبطة به ، وكل منها يشغلها الريبوسومات. (مقتبس من O.L Miller et al.، Science 169: 392، 1970.)

النسخ ، تخليق الرنا المرسال من الحمض النووي ، والترجمة ، تخليق البروتين من الرنا المرسال ، هي الركائز الأساسية للعقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية. كيف تقارن سرعات هاتين العمليتين؟ أصبح هذا السؤال أكثر إثارة للاهتمام نتيجة لملاحظات مثل تلك الموضحة في الشكل 1 ، أي وجود هياكل "شجرة عيد الميلاد" الجميلة التي لوحظت في الإشريكية القولونية باستخدام المجهر الإلكتروني. تعكس هذه الهياكل النمطية النسخ والترجمة المتزامنة لنفس الجين وتثير التساؤل حول كيفية مقارنة المعدلات النسبية للعمليتين مما يجعل مثل هذا التزامن لهاتين العمليتين المتباينتين ممكنًا.

الشكل 2: الجزء الخلفي من حساب المغلف الذي يقارن بين معدلات النسخ والترجمة يظهر أنهما متشابهان للغاية. nt تشير إلى النيوكليوتيدات ، أي القواعد.

يتم إجراء نسخ الحمض النووي الريبي في E. coli لكل من mRNA و rRNA المستقر و tRNA بواسطة ≈1000-10000 جزيء بوليميريز RNA (BNID 101440) بسرعة قصوى تبلغ حوالي 40-80 nt / sec كما هو موضح في الجدول 1 (BNID 104900 ، 104902 ، 108488). يتم تنفيذ ترجمة البروتينات في E. coli بواسطة ≈10.000-100.000 ريبوسوم (BNID 101441) وتستمر بسرعة قصوى تبلغ حوالي 20 aa / sec كما هو موضح في الجدول 2 (BNID 100059 ، 105067 ، 108490). ومن المثير للاهتمام ، نظرًا لأن كل رمز 3 أزواج أساسية لحمض أميني واحد ، فإن معدلات العمليتين متطابقة تقريبًا كما هو موضح بشكل تخطيطي في الشكل 2 (انظر أيضًا BNID 108487). إذا كانت الترجمة أسرع من النسخ ، فقد يتسبب ذلك في "تصادم" الريبوسوم مع بوليميريز الحمض النووي الريبي في بدائيات النوى حيث يمكن أن تحدث العمليتان بشكل متزامن. أصبحت هذه الترجمة النسخية المشتركة مادة كتابية من خلال الصور مثل الشكل 1. لكن الفحص المجهري لجزيء واحد حديثًا يظهر أن هذا نادر الحدوث نسبيًا وأن معظم الترجمة لا تقترن بالنسخ في E. coli (S. Bakshi et al.، Mol Microbiol. 85:21 ، 2012). بدلاً من ذلك ، تحدث معظم الترجمة على الرنا المرسال الذي انتشر بالفعل بعيدًا عن المنطقة النووية الغنية بالحمض النووي إلى المناطق السيتوبلازمية الغنية بالريبوسوم. The distribution of ribosomes in the cells is further shown in the vignette on “How many ribosomes are in a cell?”. In another twist and turn of the central dogma, it was shown that ribosomes can be important for fast transcription in bacteria (S. Proshkin et al., Science 328:504, 2010). The ribosomes seem to keep RNA polymerase from backtracking and pauses, which can otherwise be quite common for these machines, thus creating a striking reverse coupling between translation and transcription.

Table 1. Transcription rate measured across organisms and conditions. All values measured at 37°C except D. melanogaster measured at 22°C.

Table 2: Translation rate measured across organisms and conditions. All values measured at 37°C except for S. cerevisiae and N. crassa measured at 30°C.

What do the relative rates of transcription and translation mean for the overall time taken from transcription initiation to synthesized protein for a given gene? In bacteria, a one kb gene should take at maximal transcription rate about 1000 nt/80 nt/s ≈ 10s and translation elongation at maximal speed roughly the same. We note that the total time scale is the sum of an elongation time as above and the initiation time, which can be longer in some cases. Recently it was observed that increasing the translation rate, by replacing wobble codons with perfect matching codons, results in errors in folding (P. S. Spencer et al, J. Mol. Biol., 422:328, 2012). This suggests a tradeoff where translation rate is limited by the time needed to allow proper folding of domains in the nascent protein.

Figure 3: Effect of rifampin on transcription initiation. Electron micrographs of E. coli rRNA operons: (A) before adding rifampin, (B) 40 s after addition of rifampin, and (C) 70 s after exposure. After drug treatment, no new transcripts are initiated, but those already initiated are carrying on elongation. In parts (A) and (B) the arrow indicates the site where RNaseIII cleaves the nascent RNA molecule producing 16S and 23S ribosomal subunits. RNA polymerase molecules that have not been affected by the antibiotic are marked by the arrows in part (C). (Adapted from L. S. Gotta et al., J. Bacteriol. 20:6647, 1991.)

How are the rates of these key processes of the central dogma measured? This is an interesting challenge even with today’s advanced technologies. Let’s consider how we might attack this problem. One vague idea might be: “let’s express a GFP and measure the time until it appears”. To see the flaws in such an approach, check out the vignette on “What is the maturation time for fluorescent proteins?” (short answer – minutes to an hour), which demonstrates a mismatch of time scales between the processes of interest and those of the putative readout. The experimental arsenal available in the 1970’s when the answers were first convincingly obtained was much more limited. Yet, in a series of clever experiments, using electron microscopy and radioactive labeling these rates were precisely determined (Miller et al., Science 169:392, 1970 R. Y. Young & H. Bremer, Biochem. J., 152:243, 1975). As will be shown below, they relied on a subtle quantitative analysis in order to tease out the rates.

Measurements on transcription rates were based upon a trick in which transcription initiation was shut down by using the drug rifampin. Though no new transcription events can begin, those that are already under way continue unabated, i.e. rifampin inhibits the initiation of transcription, but not the elongation of RNA transcripts. As a result, this drug treatment effectively begins the running of a stopwatch which times how long since the last transcription process began. By fixing the cells and stopping the transcription process at different times after the drug treatment and then performing electron microscopy, resulting in images like that shown in Figure 3, it was possible to measure the length of RNA polymerase-free DNA. By taking into account the elapsed time since drug treatment the rate at which these polymerases are moving is inferred.

Figure 4: Dynamics of transcription in the fly embryo. (A) Schematic of the experiment showing how a loop in the nascent RNA molecule serves as a binding site for a viral protein that has been fused to GFP. (B) Depending upon whether the RNA loops are placed on the 5’ or 3’ end of the mRNA molecule, the time it takes to begin seeing GFP puncta will be different. The delay time is equal to the length of the transcribed region divided by the speed of the polymerase. (C) Microscopy images showing the appearance of puncta associated with the transcription process for both constructs shown in (B). (D) Distribution of times of first appearance for the two constructs yielding a delay time of 2.2 minutes, from which a transcription rate of 25 nt/s is inferred. Measurements performed at room temperature of 22OC. (adapted from H. G. Garcia, et al., Current Biology, 23, 2140–2145, 2013.)

The measurement of translation rates similarly depended upon finding an appropriate stopwatch, but this time for the protein synthesis process. The crux of the method is the following: start adding labeled amino acid at time zero and follow (“chase” as it is often called) the fraction of labeled protein of mass m as defined by looking at a specific band on a gel. Immediately after the pulse of labeled amino acids one starts to see proteins of mass m with radioactive labeled amino acids on their ends. With time, the fraction of a given protein mass that is labeled will increase as the chains have a larger proportion of their length labeled. After a time τm, depending on the transcript length, the whole chain will be labeled, as these are proteins that began their translation at time zero when the label was added. At this time one observes a change in the accumulation dynamics (when appropriately normalized to the overall labeling in the cell). From the time that elapsed, τm, and by knowing how many amino acids are in a polypeptide chain of mass m it is possible to derive an estimate for the translation rate. There are uncertainties associated with doing this that are minimized by performing this for different protein masses, m, and calculating a regression line over all the values obtained. For a full understanding of the method, the reader will benefit from the original study by Young & Bremer, Biochem. J., 160:185, 1976. It remains as a reliable value for E. coli translation rate to this day. We are not aware of newer methods that give better results.

Figure 5: Distribution of measured transcription elongation rates inferred from relieving transcription inhibition and sequencing all transcripts at later time points. (Adapted from G. Fuchs et al., Genome Bio., 15:5, 2014.)

What are the corresponding rates in eukaryotes? As shown in Tables 1 and 2, transcription in mammalian cells consists of elongation at rates similar to those measured in E. coli (50-100 nt/sec, BNID 105566, 105113, 100662). It is suggested that these stretches of rapid transcription are interspersed with pauses leading to an average rate that is about an order of magnitude slower (≈6 nt/sec, 100661), but some reports do not observe such slowing down (BNID 105565). Recent in-vivo measurements in fly embryos have provided a beautiful real-time picture of the transcription process by using fluorescence to watch the first appearance of mRNA as shown in Figure 4. Recently another approach utilizing the power of sequencing inferred the distribution of transcription elongation rates in a HeLa cell line as shown in Figure 5, showing a range of 30-100 nts/s with a median rate of 60 nts/s (BNID 111027). Remember that in eukaryotes, transcription and translation are spatially segregated, with transcription taking place in the nucleus and translation in the cytoplasm. Introns are excised from transcripts prior to translation taking about 5-10 minutes on average for this process of mRNA splicing (BNID 105568). Though our focus here was on transcript elongation, in some cases the rate limiting process seems to be the initiation of transcription. This is the process in which the RNA polymerase complex is assembled, and the two DNA strands are separated to form a bubble that enables transcription.

Figure 6: Inferring the rate of translation by the ribosome in mouse embryonic stem cells using ribosome profiling. (A) Inhibiting translation initiation followed by inhibition of elongation creates a pattern of ribosome stalling dependent on the time differences and rates of translation. Using modern sequencing techniques this can be quantified genome wide and the translation rate accurately measured for each transcript. (B) Measurement of the translation rate using the methodology indicated schematically in part (A). (Adapted from N. Ingolia et al., Cell, 146:789, 2011.

What about the rates of translation in eukaryotes? In budding yeast the rate is about 2 fold slower than that in bacteria (3-10 aa/s, BNID 107871), but one should note that the “physiological” temperature at which it is measured is 30ºC whereas for E. coli, measurements are at 37ºC. As discussed in the vignette on “How does temperature affect rates and affinities?”, the slower rate is what one would expect based on the general dependence of a factor of 2-3 per 10ºC (Q10 value, BNID 100919). Using the method of ribosome profiling based on high-throughput sequencing and schematically depicted in Figure 6, the translation rate in mouse embryonic stem cells was surveyed for many different transcripts. It was found that the rate is quite constant across proteins and is about 6 amino acids per second (BNID 107952). After several decades of intense investigation and ever more elaborate techniques at our disposal we seem to have arrived at the point where the quantitative description of the different steps of the central dogma can be integrated to reveal its intricate temporal dependencies.


شاهد الفيديو: علم الأحياء تحت المجهر: ما الحمض النووي والحمض النووي الريبي (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Howland

    إنه لأمر مؤسف أنه لا يمكنني التعبير عن نفسي الآن - لقد تأخرت عن الاجتماع. سأعود - سأعرب تمامًا عن الرأي في هذه المسألة.

  2. Nasir Al Din

    بيننا نتحدث ، أود أن أتناول المساعدة في محركات البحث.

  3. Dalen

    برافو ، إجابة ممتازة.

  4. Bazilkree

    أنا أؤيد نظيفًا ، لكن لا يوجد شيء آخر لأقوله.

  5. Nazuru

    Zhzhot الصغيرة)))) yyyyyyyyyyyyy



اكتب رسالة