Διαφορά μεταξύ προκαρυωτικής και ευκαρυωτικής μετάφρασης
Κύρια διαφορά – Προκαρυωτική εναντίον Ευκαρυωτική Μετάφραση
Η προκαρυωτική και η ευκαρυωτική μετάφραση εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών αποκωδικοποιώντας τις γενετικές οδηγίες που μεταφέρονται από τα mRNA. Κατά τη μετάφραση, οι τριπλέτες νουκλεοτιδίων, γνωστές ως κωδικόνια, στο mRNA μεταφράζονται σε μια αλληλουχία αμινοξέων. Τόσο η προκαρυωτική όσο και η ευκαρυωτική μετάφραση μοιράζονται ένα παρόμοιο βασικό σχέδιο σε όλες τις διαδικασίες. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετές διαφορές που μπορούν να παρατηρηθούν σε αυτές τις διαδικασίες μετάφρασης. Η κύρια διαφορά μεταξύ προκαρυωτικής και ευκαρυωτικής μετάφρασης είναι ότι η προκαρυωτική μετάφραση λαμβάνει χώρα συγχρονισμένα με τη μεταγραφή της, ενώ η ευκαρυωτική μετάφραση συμβαίνει ασύγχρονα με τη μεταγραφή της.
Αυτό το άρθρο εξηγεί,
1. Τι είναι η Προκαρυωτική Μετάφραση
– Ορισμός, Διαδικασία, Χαρακτηριστικά
2. Τι είναι η Προκαρυωτική Μετάφραση
– Ορισμός, Διαδικασία, Χαρακτηριστικά
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της Προκαρυωτικής και της Ευκαρυωτικής Μετάφρασης
Τι είναι η Προκαρυωτική Μετάφραση
Στα προκαρυωτικά, η μετάφραση είναι η διαδικασία ταυτόχρονης σύνθεσης πρωτεϊνών με μεταγραφή. Η μετάφραση ξεκινά αμέσως μετά τη μεταγραφή του 5' άκρου του γονιδίου σε mRNA. Η προκαρυωτική μετάφραση γίνεται βασικά σε τρία στάδια:έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός. Για να ξεκινήσει η μετάφραση, συναρμολογούνται οι δύο υπομονάδες 50S και 30S. Οι τρεις παράγοντες έναρξης, IF1, IF2 και IF3 βοηθούν στη συναρμολόγηση του συμπλέγματος έναρξης. Η Ν-φορμυλομεθειονίνη είναι το πρώτο αμινοξύ που προστέθηκε στη μετάφραση. Το GTP χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας για το σχηματισμό πεπτιδικού δεσμού μεταξύ των υπόλοιπων και των εισερχόμενων νουκλεοτιδίων. Ο παράγοντας έναρξης μετάφρασης είναι EF-P.
Η επιλογή του κωδικονίου έναρξης διευκολύνεται από τη δέσμευση του ριβοσώματος με την ακολουθία Shine-Dalgarno. Η αλληλουχία Shine-Dalgarno είναι μια περιοχή πλούσια σε πουρίνες που βρίσκεται ανάντη του κωδικονίου έναρξης AUG. Αυτή η αλληλουχία είναι συμπληρωματική προς την πλούσια σε πυριμιδίνη περιοχή στο 16S rRNA. Το 16S rRNA είναι συστατικό της υπομονάδας 30S. Αυτά τα δύο συμπληρωματικά νουκλεοτίδια ζευγαρώνουν μεταξύ τους, σχηματίζοντας μια δομή δίκλωνου RNA. Αυτή η σύζευξη φέρνει το κωδικόνιο έναρξης στη θέση P του ριβοσώματος. Το πρώτο αμινοξύ συνδέεται με τη θέση P. Ένα ριβόσωμα αποτελείται από τρεις ενεργές θέσεις:Μια θέση, θέση P και θέση Ε. Τα εισερχόμενα αμινοακυλο tRNA, εκτός από το πρώτο αμινοακυλο tRNA, συνδέονται με τη θέση Α. Ο σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού συμβαίνει στη θέση Ρ. Η θέση εξόδου για το μη φορτισμένο tRNA είναι η θέση Ε.
Εικόνα 1:Έναρξη μεταγραφής στο ριβόσωμα 70S των προκαρυωτών
Οι δύο παράγοντες επιμήκυνσης είναι οι EF-G και EF-Tu. Η μετάφραση επιμηκύνεται έως ότου το ριβόσωμα φτάσει σε ένα από τα τρία κωδικόνια τερματισμού:UAA, UGA, UAG. Παράγοντες απελευθέρωσης εκτός από τα tRNA, αναγνωρίζουν το κωδικόνιο λήξης. Το mRNA με το κωδικόνιο τερματισμού στη θέση Α αναφέρεται ως σύμπλοκο τερματισμού. Μπορούν να αναγνωριστούν τρεις παράγοντες απελευθέρωσης:RF1, RF2 και RF3. Τα RF1 και RF2 αναγνωρίζουν τα UAA/UAG και UAA/UGA και υδρολύουν τον εστερικό δεσμό στο πεπτιδυλ-tRNA για να απελευθερώσουν την εκκολαπτόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα. Το RF3 καταλύει την απελευθέρωση των RF1 και RF2. Μόλις απελευθερωθεί η νέα πρωτεΐνη, το ριβόσωμα υφίσταται ανακύκλωση. Ο Παράγοντας Ανακύκλωσης Ριβοσώματος και το EF-G, εμπλέκονται στην απελευθέρωση mRNA και tRNA από το ριβόσωμα και στη διάσπαση του ριβοσώματος 70S σε υπομονάδες 30S και 50S. Το IF3 απελευθερώνει το mRNA αντικαθιστώντας το αποακυλιωμένο tRNA.
Όταν τα βακτήρια εισέρχονται στη στατική φάση, η μετάφραση ρυθμίζεται προς τα κάτω από τον διμερισμό των ριβοσωμάτων. Ο διμερισμός του ριβοσώματος διευκολύνεται από RMF, HPF και YfiA. Οι παράγοντες διάστασης ριβοσώματος είναι οι RsfA και HflX.
Τι είναι η Ευκαρυωτική Μετάφραση
Η μετάφραση είναι το δεύτερο βήμα της έκφρασης του ευκαρυωτικού γονιδίου, ένα ξεχωριστό γεγονός από την ευκαρυωτική μεταγραφή. Η μεταγραφή και η μετάφραση συμβαίνουν σε δύο διαφορετικά διαμερίσματα στους ευκαρυώτες. Επομένως, οι δύο διαδικασίες δεν μπορούν να συμβούν ταυτόχρονα. Τα ευκαρυωτικά mRNA είναι μονοκιστρονικά και υποβάλλονται σε επεξεργασία στον πυρήνα προσθέτοντας ένα κάλυμμα 5′, ουρά πολυ Α και μάτισμα από ιντρόνια πριν απελευθερωθούν στο κυτταρόπλασμα. Η ριβοσωμική παύση επηρεάζει επίσης τη μετάφραση με συν-μεταφραστική αναδίπλωση της νεοσυντιθέμενης πολυπεπτιδικής αλυσίδας στο ριβόσωμα. Αυτή η διαδικασία καθυστερεί τη μετάφραση, δίνοντας χρόνο για τη μετάφραση.
Τα ευκαρυωτικά mRNA αποτελούνται από ένα κάλυμμα 5′ και ουρά πολυ Α. Επομένως, η έναρξη της μετάφρασης γίνεται με δύο διαφορετικούς τρόπους:έναρξη εξαρτώμενη από το κεφαλαίο και έναρξη ανεξάρτητη από το κεφαλαίο. Κατά την έναρξη που εξαρτάται από το καπάκι, οι παράγοντες έναρξης συνδέονται στο 5' άκρο του mRNA. Αυτοί οι παράγοντες έναρξης συγκρατούν το mRNA στη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος. Κατά την έναρξη ανεξάρτητη από το κάλυμμα, οι εσωτερικές θέσεις εισόδου ριβοσώματος επιτρέπουν τη διακίνηση ριβοσώματος στην τοποθεσία έναρξης με άμεση δέσμευση. Στους ευκαρυώτες, το πρώτο δεσμευτικό αμινοξύ είναι η μεθειονίνη. Η υπομονάδα 40S συνδέεται με την υπομονάδα 60S για να σχηματίσει το ριβόσωμα 80S.
Δύο παράγοντες επιμήκυνσης εμπλέκονται στην ευκαρυωτική μετάφραση:eEF-1 και eEF-2. Η επιμήκυνση συμβαίνει με παρόμοιο τρόπο με αυτόν των προκαρυωτικών. Ο τερματισμός της μετάφρασης είναι επίσης ο ίδιος όπως στο προκαρυωτικό σύστημα. Αλλά ο παράγοντας γενικής απελευθέρωσης eRF1 είναι ικανός να αναγνωρίζει και τα τρία κωδικόνια τερματισμού. Ο παράγοντας απελευθέρωσης, eRF3 βοηθά το eRF1 να απελευθερώσει την πολυπεπτιδική αλυσίδα. Τα βασικά βήματα της μετάφρασης φαίνονται στην εικόνα 2.
Εικόνα 2:Γενικευμένη μετάφραση
Διαφορά μεταξύ προκαρυωτικής και ευκαρυωτικής μετάφρασης
Χρόνος
Προκαρυωτική μετάφραση: Η προκαρυωτική μεταγραφή και η μετάφραση είναι ταυτόχρονες διαδικασίες.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Η ευκαρυωτική μεταγραφή και μετάφραση είναι ασυνεχείς διαδικασίες.
Ριβοσώματα
Προκαρυωτική μετάφραση: 30S και 50S =70S ριβοσώματα
Ευκαρυωτική Μετάφραση: 40S και 60S =ριβοσώματα 80S
Πηγή RNA Messenger
Προκαρυωτική μετάφραση: Τα πορκαρυωτικά mRNA εμφανίζονται στο κυτταρόπλασμα. Το mRNA είναι πολυκιστρονικό.
Ευκαρυωτική μετάφραση: Τα ευκαρυωτικά mRNA εμφανίζονται στον πυρήνα. Μετά τις μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις απελευθερώνονται στο κυτταρόπλασμα μέσω πυρηνικών πόρων. Το mRNA είναι μονοκιστρανικό.
Διάρκεια ζωής του mRNA
Προκαρυωτική μετάφραση: Τα mRNA είναι ασταθή και ζουν για λίγα δευτερόλεπτα έως δύο λεπτά.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Τα mRNA είναι αρκετά σταθερά και ζουν για περίπου λίγες ώρες έως μέρες.
Τοποθεσία
Προκαρυωτική μετάφραση: Αυτό εκτελείται από ριβοσώματα 70S στο κυτταρόπλασμα.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Αυτό εκτελείται από τα ριβοσώματα 80S που συνδέονται με το ER.
Εντοπισμός στον κυτταρικό κύκλο
Προκαρυωτική μετάφραση: Δεν υπάρχει συγκεκριμένη φάση για την εμφάνιση.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Αυτό συμβαίνει στις φάσεις G1 και G2 στον κυτταρικό κύκλο.
Ακολουθίες στη Μη μεταφρασμένη περιοχή
Προκαρυωτική μετάφραση: Η αλληλουχία Shine-Dalgarno βρίσκεται στο 5′ UTR, ~10 νουκλεοτίδια ανάντη προς το κωδικόνιο έναρξης.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Η αλληλουχία Kozak βρίσκεται στο 5′ UTR, μερικά νουκλεοτίδια ανάντη προς το κωδικόνιο stat.
Έναρξη μετάφρασης
Προκαρυωτική μετάφραση: Καπάκι-ανεξάρτητη έναρξη.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Τόσο εξαρτώμενη από το όριο όσο και ανεξάρτητο από το όριο.
Παράγοντες έναρξης
Προκαρυωτική μετάφραση: Εμπλέκονται τρεις παράγοντες έναρξης:IF1, IF2 και IF3.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Εμπλέκονται εννέα παράγοντες έναρξης:elF 1, 2, 3, 4A, 4B, 4C, 4D, 5 και 6.
Πρώτο αμινοξύ
Προκαρυωτική μετάφραση: Η Ν-φορμυλομεθειονίνη είναι το πρώτο αμινοξύ που προστίθεται στην πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Η μεθειονίνη είναι το πρώτο αμινοξύ που προστίθεται στην πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Συντελεστής επιμήκυνσης
Προκαρυωτική μετάφραση: Εμπλέκονται δύο παράγοντες επιμήκυνσης:EF-G και EF-Tu.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Εμπλέκονται δύο παράγοντες επιμήκυνσης:eEF-1 και eEF-2.
Ταχύτητα
Προκαρυωτική μετάφραση: Η προκαρυωτική μετάφραση είναι μια ταχύτερη διαδικασία που προσθέτει είκοσι αμινοξέα ανά δευτερόλεπτο.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Η ευκαρυωτική μετάφραση είναι μια πιο αργή διαδικασία που προσθέτει ένα μόνο αμινοξύ ανά δευτερόλεπτο.
Τύχη του πρώτου αμινοξέος
Προκαρυωτική μετάφραση: Η ομάδα φορμυλίου αφαιρείται από το πρώτο αμινοξύ, διατηρώντας τη μεθειονίνη στην πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Ολόκληρη η μεθειονίνη αφαιρείται από την πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Συντελεστής απελευθέρωσης
Προκαρυωτική μετάφραση: Εμπλέκονται δύο παράγοντες που απελευθερώνονται:RF1 (για UAG και UAA) και RF2 (για UAA και UGA).
Ευκαρυωτική Μετάφραση: Εμπλέκεται ένας μεμονωμένος παράγοντας απελευθέρωσης:eRF1.
Συμπέρασμα
Η μετάφραση είναι η καθολική διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών ως το δεύτερο βήμα στη γονιδιακή έκφραση. Τόσο τα προκαρυωτικά όσο και τα ευκαρυωτικά ριβοσώματα αποκωδικοποιούν τα mRNAs με βασικά παρόμοιες μεθόδους. Τα ριβοσώματα είναι ο μηχανισμός της πρωτεϊνοσύνθεσης. Και τα είκοσι απαραίτητα αμινοξέα μοιράζονται τόσο στις προκαρυωτικές όσο και στις ευκαρυωτικές διαδικασίες μετάφρασης. Και οι δύο διαδικασίες συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα, ολοκληρώνοντας τις τέσσερις διαδικασίες:έναρξη, επιμήκυνση, μετατόπιση και τερματισμό. Το tRNA, φέρνει το σωστό αμινοξύ, επιτρέποντας τη δημιουργία πεπτιδικών δεσμών μεταξύ δύο αμινοξέων. Η κύρια διαφορά μεταξύ της προκαρυωτικής και της ευκαρυωτικής μετάφρασης είναι ότι η προκαρυωτική μετάφραση είναι μια ταυτόχρονη διαδικασία με τη μεταγραφή, ενώ η ευκαρυωτική μετάφραση είναι μια ξεχωριστή διαδικασία από τη μεταγραφή της.
Αναφορά:
1. «Προκαρυωτική μετάφραση». Wikipedia, η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια, 2016. Πρόσβαση στις 26 Φεβ 2017
2. “Eukaryotic translation”. Wikipedia, η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια, 2016. Πρόσβαση στις 26 Φεβρουαρίου 2017
3. “Difference Between Prokaryotic and Eukaryotic Translation”. EASY BIOLOGY CLASS, 2017. Πρόσβαση στις 26 Φεβρουαρίου 2017
4. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L “Eukaryotic protein synthesis Differs from Prokaryotic protein synthesis Primaly in Translation Initiation”. Βιοχημεία. 5η έκδοση. Ενότητα 29.5, 2002 Νέα Υόρκη:W H Freeman, Νέα Υόρκη. Ράφι NCBI. Πρόσβαση στις 26 Φεβρουαρίου 2017
Εικόνα Ευγενική προσφορά:
1. “121-70SRibosomes initiation”By David Goodsell – RCSB PDB Molecule of the Month (CC BY 3.0) μέσω Commons Wikimedia
2. "TRNA ribosomes diagram en" By LadyofHats – Δική εργασία (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia
