terjemahan dari DNA adalah proses dimana informasi yang terdapat dalam messenger RNA yang dihasilkan selama transkripsi (menyalin informasi dalam urutan DNA sebagai RNA) adalah “diterjemahkan” dalam urutan asam amino oleh sintesis protein.
Dari perspektif seluler, ekspresi gen adalah urusan yang relatif kompleks yang terjadi dalam dua langkah: transkripsi dan translasi.
Ribosome- terjemahan dimediasi RNA (Sumber: LadyofHats / domain publik, melalui Wikimedia Commons)
Semua gen yang diekspresikan (apakah mereka mengkode urutan peptida, yaitu protein) awalnya melakukannya dengan mentransfer informasi yang terkandung dalam urutan DNA mereka ke molekul messenger RNA (mRNA) melalui proses yang disebut transkripsi.
Transkripsi dicapai oleh enzim khusus yang dikenal sebagai RNA polimerase, yang menggunakan salah satu untai komplementer DNA gen sebagai cetakan untuk sintesis molekul “pra-mRNA”, yang selanjutnya diproses untuk membentuk mRNA matang.
Untuk gen yang mengkode protein, informasi yang terkandung dalam mRNA matang “dibaca” dan diterjemahkan ke dalam asam amino sesuai dengan kode genetik, yang menentukan kodon atau triplet nukleotida mana yang sesuai dengan asam amino tertentu.
Spesifikasi urutan asam amino protein, oleh karena itu, tergantung pada urutan awal basa nitrogen dalam DNA yang sesuai dengan gen dan kemudian di mRNA yang membawa informasi ini dari nukleus ke sitosol (dalam sel eukariotik); proses yang juga didefinisikan sebagai sintesis protein yang dipandu mRNA.
Mengingat bahwa ada 64 kemungkinan kombinasi dari 4 basa nitrogen yang membentuk DNA dan RNA dan hanya 20 asam amino, asam amino dapat dikodekan oleh triplet (kodon) yang berbeda, itulah sebabnya dikatakan bahwa kode genetik “merosot”. ” (kecuali untuk asam amino metionin, yang dikodekan oleh kodon AUG yang unik).
Indeks artikel
Terjemahan eukariotik (langkah-proses)
Diagram sel eukariotik hewan dan bagian-bagiannya (Sumber: Alejandro Porto [CC0] via Wikimedia Commons)
Pada sel eukariotik, transkripsi berlangsung di nukleus dan translasi di sitosol, sehingga mRNA yang terbentuk pada proses pertama juga berperan dalam pengangkutan informasi dari nukleus ke sitosol, tempat sel ditemukan. ( ribosom ).
Penting untuk disebutkan bahwa kompartementalisasi transkripsi dan translasi pada eukariota berlaku untuk nukleus, tetapi tidak sama untuk organel dengan genomnya sendiri seperti kloroplas dan mitokondria, yang memiliki sistem yang lebih mirip dengan organisme prokariotik.
Sel eukariotik juga memiliki ribosom sitosol yang melekat pada membran retikulum endoplasma (retikulum endoplasma kasar), di mana terjadi translasi protein yang ditakdirkan untuk dimasukkan ke dalam membran sel atau yang memerlukan pemrosesan pasca translasi yang terjadi di kompartemen tersebut. .
– Pemrosesan mRNA sebelum diterjemahkan
mRNA dimodifikasi pada ujungnya saat ditranskripsikan:
– Ketika ujung 5 ‘mRNA muncul dari permukaan RNA polimerase II selama transkripsi, ia segera “diserang” oleh sekelompok enzim yang mensintesis “tudung” yang terdiri dari 7-metil guanilat dan yang terhubung ke nukleotida terminal mRNA melalui hubungan trifosfat 5 ‘, 5’.
– Ujung 3 ‘mRNA mengalami “pembelahan” oleh endonuklease, yang menghasilkan gugus hidroksil bebas 3’ yang dilekatkan “string” atau “ekor” residu adenin (dari 100 hingga 250). waktu oleh enzim poli (A) polimerase.
“5 ‘hood” dan ” poly A tail ” memenuhi fungsi dalam perlindungan molekul mRNA terhadap degradasi dan, di samping itu, berfungsi dalam pengangkutan transkrip matang menuju sitosol dan dalam inisiasi dan penghentian terjemahan, masing-masing.
Pemotongan dan penyambungan
Setelah transkripsi, mRNA “primer” dengan kedua ujungnya yang dimodifikasi, masih ada di dalam nukleus, menjalani proses “penyambungan” di mana sekuens intronik umumnya dihilangkan dan ekson yang dihasilkan bergabung (pemrosesan pasca-transkripsi). , dengan transkripsi yang matang. diperoleh yang meninggalkan nukleus dan mencapai sitosol.
Penyambungan dilakukan oleh kompleks yang disebut riboproteico spliceosome (anglicismo of spliceosome ), lima , ribonucleoprotein kecil dan molekul RNA, yang mampu “mengenali” daerah yang akan dihapus dari transkrip utama.
Pada banyak eukariota terdapat fenomena yang dikenal sebagai “penyambungan alternatif”, yang berarti bahwa berbagai jenis modifikasi pasca-transkripsi dapat menghasilkan protein atau isozim yang berbeda satu sama lain dalam beberapa aspek urutannya.
– Ribosom
Ketika transkrip matang meninggalkan nukleus dan diangkut untuk translasi di sitosol, transkrip tersebut diproses oleh kompleks translasi yang dikenal sebagai ribosom, yang terdiri dari kompleks protein yang terkait dengan molekul RNA.
Ribosom terdiri dari dua subunit, satu “besar” dan satu “kecil”, yang bebas terdisosiasi dalam sitosol dan mengikat atau mengasosiasikan pada molekul mRNA yang diterjemahkan.
Pengikatan antara ribosom dan mRNA tergantung pada molekul RNA khusus yang berasosiasi dengan protein ribosom (RNA ribosom atau rRNA dan RNA transfer atau tRNA), yang masing-masing memiliki fungsi spesifik.
TRNA adalah “adaptor” molekuler, karena melalui salah satu ujungnya mereka dapat “membaca” setiap kodon atau triplet dalam mRNA matang (dengan komplementaritas basa) dan melalui ujung lainnya mereka dapat mengikat asam amino yang dikodekan oleh kodon “baca”.
Molekul rRNA, di sisi lain, bertanggung jawab untuk mempercepat (mengkatalisis) proses pengikatan setiap asam amino dalam rantai peptida yang baru lahir.
Sebuah mRNA eukariotik matang dapat “dibaca” oleh banyak ribosom, sebanyak sel menunjukkan. Dengan kata lain, mRNA yang sama dapat menghasilkan banyak salinan dari protein yang sama.
Kodon awal dan bingkai baca
Ketika mRNA matang didekati oleh subunit ribosom, kompleks riboprotein “memindai” urutan molekul tersebut sampai menemukan kodon awal, yang selalu AUG dan melibatkan pengenalan residu metionin.
Kodon AUG mendefinisikan kerangka pembacaan untuk setiap gen dan, sebagai tambahan, mendefinisikan asam amino pertama dari semua protein yang diterjemahkan di alam (asam amino ini berkali-kali dieliminasi setelah translasi).
Hentikan kodon
Tiga kodon lain telah diidentifikasi sebagai kodon yang menginduksi terminasi translasi: UAA, UAG, dan UGA.
Mutasi yang melibatkan perubahan basa nitrogen dalam triplet yang mengkode asam amino dan menghasilkan kodon stop dikenal sebagai mutasi nonsense, karena menyebabkan penghentian prematur dari proses sintesis, yang membentuk protein yang lebih pendek.
Daerah yang belum diterjemahkan
Di dekat ujung 5′ molekul mRNA yang matang ada daerah yang tidak diterjemahkan (UTR, dari Wilayah yang Tidak Diterjemahkan Bahasa Inggris ), juga dikenal sebagai urutan “pemimpin”, yang terletak di antara nukleotida pertama dan kodon awal terjemahan ( AUG) .
Daerah UTR yang tidak diterjemahkan ini memiliki situs khusus untuk pengikatan dengan ribosom dan pada manusia, misalnya, panjangnya sekitar 170 nukleotida, di antaranya ada daerah pengatur, tempat pengikatan protein yang berfungsi dalam pengaturan translasi, dll.
– Mulai terjemahan
Translasi, serta transkripsi, terdiri dari 3 fase: fase inisiasi, fase elongasi, dan akhirnya fase terminasi.
Inisiasi
Ini terdiri dari perakitan kompleks translasi pada mRNA, yang menjamin penyatuan tiga protein yang dikenal sebagai faktor inisiasi (IF, dari English Initiation Factor ) IF1, IF2 dan IF3 ke subunit kecil ribosom.
Kompleks “pra-inisiasi” yang dibentuk oleh faktor inisiasi dan subunit ribosom kecil, pada gilirannya, berikatan dengan tRNA yang “membawa” residu metionin dan kumpulan molekul ini berikatan dengan mRNA, di dekat kodon awal.
Peristiwa ini menyebabkan pengikatan mRNA ke subunit ribosom besar, yang mengarah pada pelepasan faktor inisiasi. Subunit ribosom besar memiliki 3 situs pengikatan untuk molekul tRNA: situs A (asam amino), situs P (polipeptida), dan situs E (keluar).
Situs A berikatan dengan antikodon aminoasil-tRNA yang komplementer dengan mRNA yang sedang diterjemahkan; situs P adalah tempat asam amino ditransfer dari tRNA ke peptida yang baru lahir dan situs E adalah tempat asam amino ditemukan dalam tRNA “kosong” sebelum dilepaskan ke sitosol setelah asam amino dikirim.
Representasi grafis dari fase inisiasi dan perpanjangan terjemahan (Sumber: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)
Pemanjangan
Fase ini terdiri dari “pergerakan” ribosom sepanjang molekul mRNA dan translasi setiap kodon yaitu “membaca”, yang menyiratkan pertumbuhan atau pemanjangan rantai polipeptida saat lahir.
Proses ini membutuhkan faktor yang dikenal sebagai faktor pemanjangan G dan energi dalam bentuk GTP, yang mendorong translokasi faktor pemanjangan di sepanjang molekul mRNA saat sedang diterjemahkan.
Aktivitas transferase peptidil RNA ribosom memungkinkan pembentukan ikatan peptida antara asam amino berurutan yang ditambahkan ke rantai.
Penghentian
Translasi berakhir ketika ribosom memenuhi salah satu kodon terminasi, karena tRNA tidak mengenali kodon ini (mereka tidak mengkode asam amino). Protein yang dikenal sebagai faktor pelepas juga mengikat, yang memfasilitasi pelepasan mRNA dari ribosom dan disosiasi subunitnya.
Translasi prokariotik (langkah-proses)
Pada prokariota, seperti pada sel eukariotik, ribosom yang bertanggung jawab untuk sintesis protein ditemukan di sitosol (yang juga berlaku untuk mesin transkripsi), fakta yang memungkinkan peningkatan cepat dalam konsentrasi sitosolik protein ketika ekspresi gen yang mengkodekannya meningkat.
Meskipun bukan proses yang sangat umum dalam organisme ini, mRNA primer yang dihasilkan selama transkripsi dapat mengalami pematangan pasca-transkripsi melalui “penyambungan”. Namun, yang paling umum adalah mengamati ribosom yang melekat pada transkrip primer yang menerjemahkannya pada saat yang sama dengan transkripsi dari urutan DNA yang sesuai.
Mengingat hal di atas, translasi pada banyak prokariota dimulai pada ujung 5 ‘, karena ujung 3’ mRNA tetap melekat pada DNA cetakan (dan terjadi bersamaan dengan transkripsi).
Daerah yang belum diterjemahkan
Sel prokariotik juga menghasilkan mRNA dengan daerah yang tidak diterjemahkan yang dikenal sebagai “kotak Shine-Dalgarno” dan urutan konsensusnya adalah AGGAGG. Seperti terbukti, daerah UTR bakteri jauh lebih pendek daripada sel eukariotik, meskipun mereka menjalankan fungsi yang sama selama translasi.
Proses
Pada bakteri dan organisme prokariotik lainnya, proses translasi sangat mirip dengan yang terjadi pada sel eukariotik. Ini juga terdiri dari tiga fase: inisiasi, elongasi dan terminasi, yang bergantung pada faktor prokariotik tertentu, berbeda dari yang digunakan oleh eukariota.
Pemanjangan, misalnya, bergantung pada faktor pemanjangan yang dikenal sebagai EF-Tu dan EF-Ts, daripada faktor G eukariota.
Referensi
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologi molekuler sel. Ilmu Garland. New York, 1392.
- Clancy, S. & Brown, W. (2008) Terjemahan: DNA ke mRNA ke Protein. Pendidikan Alam 1 (1): 101.
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengantar analisis genetik. Macmillan.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A., … & Matsudaira, P. (2008). biologi sel molekuler. Macmillan.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
- Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Gen dan Genom Manusia: Sains. Kesehatan, Masyarakat, 317-338.
