Διαφορά μεταξύ μεταγραφής και μετάφρασης
Κύρια διαφορά – Μεταγραφή έναντι μετάφρασης
Η μεταγραφή και η μετάφραση εμπλέκονται και οι δύο στη διαδικασία της γονιδιακής έκφρασης που απαιτείται για τη λειτουργία των κυττάρων. Η μεταγραφή είναι η αντιγραφή γονιδίων στο γονιδίωμα σε κομμάτια RNA. Η μετάφραση είναι η αποκωδικοποίηση του mRNA σε πρωτεΐνες. Η μεταγραφή του DNA σε RNA και η μετάφραση του RNA σε πρωτεΐνες θεωρούνται ως το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας. Η κύρια διαφορά μεταξύ μεταγραφής και μετάφρασης είναι ότι η μεταγραφή περιλαμβάνει την παραγωγή RNA από DNA ενώ η μετάφραση περιλαμβάνει τη σύνθεση πρωτεϊνών με την αποκωδικοποίηση του mRNA.
Αυτό το άρθρο εξετάζει,
1. Τι είναι η Μεταγραφή
– Ορισμός, Διαδικασία, Χαρακτηριστικά
2. Τι είναι η Μετάφραση
– Ορισμός, Διαδικασία, Χαρακτηριστικά
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Nucleolus και Nucleus
Τι είναι η Μεταγραφή
Η μεταγραφή είναι το πρώτο βήμα της διαδικασίας γονιδιακής έκφρασης. Ένα γονίδιο αντιγράφεται σε ένα κομμάτι RNA με τη βοήθεια του ενζύμου, RNA πολυμεράσης. Αυτό το κομμάτι RNA ονομάζεται πρωτεύον μεταγραφή. Είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο με την αλληλουχία DNA από την οποία αντιγράφεται. Η μεταγραφή μπορεί να παράγει διάφορους τύπους RNA:αγγελιοφόρο RNA (mRNA), RNA μεταφοράς (tRNA), ριβοσωμικό RNA (rRNA) και μη κωδικοποιητικό RNA όπως το microRNA (miRNA). Τα γονίδια που κωδικοποιούνται για τις πρωτεΐνες παράγουν mRNA. Τα mRNA αποτελούνται από αμετάφραστες περιοχές που ονομάζονται 5' UTR και 3' UTR για τη ρύθμιση της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Άλλοι τύποι RNA θεωρείται ότι βοηθούν στη σύνθεση, ρύθμιση και επεξεργασία πρωτεϊνών.
Στους ιούς, το mRNA συντίθεται από το γονιδίωμά του RNA. Το γονιδίωμά τους αποτελείται από αρνητικής λογικής, μονόκλωνο RNA. Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής του RNA, παράγεται ένα θετικής λογικής, μονόκλωνο RNA που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μετάφραση πρόσφατα. Ορισμένοι ιοί όπως ο HIV μεταγράφουν γονιδιώματα RNA σε DNA με τη βοήθεια του ενζύμου, της αντίστροφης μεταγραφάσης. Έτσι, η σύνθεση συμπληρωματικού DNA από RNA αναφέρεται ως αντίστροφη μεταγραφή.
Στην προκαρυωτική και ευκαρυωτική μεταγραφή, ο αντιπληροφοριακός κλώνος μεταγράφεται στο mRNA στην κατεύθυνση 5' προς 3'. Αυτό αποκλείει τον σχηματισμό θραυσμάτων Okazaki όπως στην αντιγραφή του DNA. Επιπλέον, η RNA πολυμεράση δεν χρειάζεται εκκινητές RNA για την έναρξη της μεταγραφής. Η διαδικασία της μεταγραφής λαμβάνει χώρα σε τέσσερα στάδια:έναρξη, διαφυγή προαγωγέα, επιμήκυνση και τερματισμός. Η μεταγραφή ξεκινά με τη δέσμευση της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα, με τη βοήθεια σχετικών πρωτεϊνών που ονομάζονται παράγοντες μεταγραφής. Έξι μεταγραφικοί παράγοντες που σχετίζονται με την RNA πολυμεράση II μπορούν να αναγνωριστούν σε ευκαρυώτες:TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF και TFIIH. Η έναρξη της μεταγραφής ρυθμίζεται από ενεργοποιητές και καταστολείς.
Μετά τον σχηματισμό του συμπλέγματος έναρξης μεταγραφής, προστίθενται μερικά νουκλεοτίδια και η RNA πολυμεράση διαφεύγει από τον προαγωγέα. Στη συνέχεια σχηματίζεται σύμπλοκο επιμήκυνσης μεταγραφής. Η RNA πολυμεράση διασχίζει τον αντιπληροφοριακό κλώνο DNA και προσθέτει νουκλεοτίδια συμπληρωματικά στο εκμαγείο προκειμένου να παραχθεί ο νέος κλώνος RNA. Οι πρόδρομοι νουκλεοτιδίου που χρησιμοποιούνται είναι η αδενίνη, η ουρακίλη, η κυτοσίνη και η γουανίνη. Η κύρια μεταγραφή αποκόπτεται από το πρότυπο στον τερματισμό της διαδικασίας. Στους ευκαρυώτες, η διάσπαση ακολουθείται από μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις, όπως πολυαδενυλίωση, κάλυψη άκρου 5' και μάτισμα από ιντρόνια. Ένα απλό διάγραμμα που απεικονίζει τη μεταγραφή και την επεξεργασία φαίνεται στην εικόνα 1 .
Εικόνα 1:Μεταγραφή και επεξεργασία RNA
Τα αντιβιοτικά λειτουργούν ως αναστολείς μεταγραφής. Ως εκ τούτου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία βακτηριακών και μυκητιασικών λοιμώξεων στον άνθρωπο. Η ριφαμπικίνη και η 8-υδροξυκινολίνη είναι δύο αντιβιοτικά που αναστέλλουν τη μεταγραφή σε βακτήρια και μύκητες αντίστοιχα. Από την άλλη πλευρά, η μεταγραφή μπορεί να μετρηθεί με RT-PCR, μικροσυστοιχίες DNA, in situ υβριδισμό, στύπωμα Northern και μοριακές βιολογικές τεχνικές όπως RNA-seq.
Τι είναι η μετάφραση
Η μετάφραση είναι το δεύτερο βήμα στη διαδικασία της γονιδιακής έκφρασης. Τα mRNA που παράγονται με μεταγραφή μεταφράζονται σε πρωτεΐνες στο κυτταρόπλασμα από τα ριβοσώματα. Κατά τη μετάφραση, το mRNA αποκωδικοποιείται από τα ριβοσώματα προκειμένου να παραχθεί μια αλυσίδα αμινοξέων ή μια πολυπεπτιδική αλυσίδα. Συμπληρωματικές αλληλουχίες αντικωδικονίων tRNA, που φέρουν ένα συγκεκριμένο αμινοξύ δεσμεύονται στο mRNA. Αυτός ο τύπος tRNA ονομάζεται αμινοακυλο tRNA. Η δέσμευση διευκολύνεται από τα ριβοσώματα. Τα αμινοξέα που μεταφέρονται από το tRNA από την πολυπεπτιδική αλυσίδα με σχηματισμό πεπτιδικού δεσμού μεταξύ δύο αμινοξέων. Αυτή η αλυσίδα αμινοξέων υφίσταται μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις και στη συνέχεια διπλώνεται σε τρισδιάστατη δομή προκειμένου να γίνει ενεργή πρωτεΐνη.
Η μετάφραση πραγματοποιείται σε τρία βήματα:έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός. Για να ξεκινήσει η μετάφραση, τα ριβοσώματα συναρμολογούνται γύρω από το mRNA στόχο. Το πρώτο tRNA που προστέθηκε είναι το tRNA που φέρει μεθειονίνη που ταιριάζει με το κωδικόνιο έναρξης, AUG στο 5' άκρο του mRNA. Ένα κωδικόνιο είναι μια αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων στο mRNA, τα οποία κωδικοποιούν ένα συγκεκριμένο αμινοξύ. Αφού το πρώτο tRNA προσκολληθεί στο κωδικόνιο έναρξης, το tRNA που αντιστοιχεί στο δεύτερο κωδικόνιο συνδέεται με το mRNA. Στη συνέχεια το ριβόσωμα μετατοπίζεται στο δεύτερο tRNA. Το πρώτο και το δεύτερο αμινοξέα, τα οποία μεταφέρονται από το tRNA, σχηματίζουν έναν πεπτιδικό δεσμό μεταξύ τους. Ομοίως, η αποκωδικοποίηση προχωρά καθώς το ριβόσωμα μετατοπίζεται σε κατεύθυνση 5' προς 3' στο mRNA. Το αμινοξύ προστίθεται στο C-άκρο της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Επομένως, η μετάφραση θεωρείται ως κατευθυνόμενη προς αμινο-καρβοξυλ. Όταν το ριβόσωμα φτάσει στο κωδικόνιο λήξης (UAG, UAA, UGA), απελευθερώνει την πολυπεπτιδική αλυσίδα. Ένα απλό διάγραμμα μετάφρασης φαίνεται στην εικόνα 2.
Εικόνα 2:Μετάφραση mRNA ριβοσώματος
Τα προκαρυωτικά περιέχουν μικρά ριβοσώματα που ονομάζονται ριβοσώματα 70S, ενώ τα ευκαρυωτικά ριβοσώματα είναι συγκριτικά μεγάλα και ονομάζονται ριβοσώματα 80S. Ένα ριβόσωμα αποτελείται από δύο υπομονάδες που ονομάζονται μεγάλη υπομονάδα και μικρή υπομονάδα. Στους ευκαρυώτες, μια μικρή υπομονάδα ριβοσώματος 80S συνδέεται στο 5' άκρο του mRNA. Όμως, στους προκαρυώτες, μια μικρή υπομονάδα ριβοσώματος 70S συνδέεται με τις αλληλουχίες Shine-Dalgarno στο mRNA. Μια ακολουθία Shine-Dalgarno σηματοδοτεί την έναρξη κάθε κωδικοποιητικής αλληλουχίας του προκαρυωτικού οπερονίου.
Πολλά αντιβιοτικά ικανά να αναστέλλουν τη μετάφραση είναι η χλωραμφενικόλη, η τετρακυκλίνη, η ανισομυκίνη, η κυκλοεξιμίδη, η στρεπτομυκίνη κ.λπ. Η μετάφραση μπορεί να μετρηθεί με μεθόδους φασματομετρίας, βιοχημικές δοκιμασίες και μεθόδους που βασίζονται σε αντισώματα όπως το ELISA και Western blot.
Διαφορά μεταξύ μεταγραφής και μετάφρασης
Σκοπός
Μεταγραφή: Η σύνθεση αντιγράφων RNA των γενετικών οδηγιών που είναι γραμμένες στο γονιδίωμα είναι ο κύριος σκοπός.
Μετάφραση: Ο κύριος σκοπός είναι η σύνθεση πρωτεϊνών από RNA που αντιγράφονται από γονίδια.
Πρότυπο
Μεταγραφή: Πρότυπο είναι τα γονίδια στο γονιδίωμα.
Μετάφραση: Το πρότυπο είναι το mRNA.
Τοποθεσία
Μεταγραφή: Αυτό συμβαίνει στον πυρήνα.
Μετάφραση: Αυτό συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα.
Ένζυμα
Μεταγραφή: Η RNA πολυμεράση είναι τα ένζυμα.
Μετάφραση: Τα ριβοσώματα είναι ένζυμα.
Έναρξη
Μεταγραφή: Η δέσμευση της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα του γονιδίου ξεκινά τον σχηματισμό συμπλόκου έναρξης μεταγραφής. Η RNA πολυμεράση κατευθύνεται από τον προαγωγέα στη θέση έναρξης της μεταγραφής.
Μετάφραση: Η δεσμευτική μεθειονίνη που φέρει tRNA στο κωδικόνιο έναρξης AUG ξεκινά τη μετάφραση.
Πρόδρομοι
Μεταγραφή: Οι τέσσερις αζωτούχες βάσεις:αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και ουρακίλη είναι οι πρόδρομοι.
Μετάφραση: Τα 20 διαφορετικά αμινοξέα που μεταφέρονται από τα tRNA είναι οι πρόδρομοι.
Επιμήκυνση
Μεταγραφή: Η RNA πολυμεράση επιμηκύνεται από την κατεύθυνση 5' σε 3'.
Μετάφραση: Το εισερχόμενο αμινοακυλο tRNA συνδέεται με το κωδικόνιο στη θέση Α. Το νέο αμινοξύ συνδέεται με την αναπτυσσόμενη αλυσίδα. Το ριβόσωμα μετακινείται στην επόμενη θέση κωδικονίου από την κατεύθυνση 5′ προς 3′.
Τύπος εντύπων ομολόγων
Μεταγραφή: Μπορεί να παρατηρηθεί ένας φωσφοδιεστερικός δεσμός μεταξύ δύο νουκλεοτιδίων.
Μετάφραση: Μπορεί να παρατηρηθεί ένας πεπτιδικός δεσμός μεταξύ δύο αμινοξέων.
Τερματισμός
Μεταγραφή: Το αντίγραφο απελευθερώνεται, το ένζυμο αποσπάται και το DNA τυλίγει προς τα πίσω.
Μετάφραση: Το ριβόσωμα αποσυντίθεται συναντώντας ένα από τα τρία κωδικόνια τερματισμού και η πολυπεπτιδική αλυσίδα αποσπάται.
Προϊόν
Μεταγραφή: Διάφορες λειτουργικές μορφές RNA παράγονται στη μεταγραφή:mRNA, tRNA, rRNA και μη κωδικοποιητικό RNA.
Μετάφραση: Οι πρωτεΐνες είναι τα προϊόντα.
Επεξεργασία προϊόντος
Μεταγραφή: Συμβαίνουν μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις, όπως η προσθήκη 5' καλύμματος, η ουρά 3' poly A και μάτισμα εσωνίων.
Μετάφραση: Εμφανίζονται πολυάριθμες μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, όπως ο σχηματισμός δισουλφιδικών γεφυρών, η φωσπορυλίωση, η φαρνεσυλίωση κ.λπ..
Αναστολή από αντιβιοτικά
Μεταγραφή: Αναστέλλονται από τη ριφαμπικίνη και την 8-υδροξυκινολίνη.
Μετάφραση: Αναστέλλονται από τετρακυκλίνη, χλωραμφενικόλη, στρεπτομυκίνη, ερυθρομυκίνη, ανισομυκίνη, κυκλοεξαμίδιο κ.λπ.
Τοποποίηση
Μεταγραφή: Εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών και στον πυρήνα των ευκαρυωτικών.
Μετάφραση: Εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών και στα ριβοσώματα των ευκαρυωτικών στο ενδοπλασματικό δίκτυο.
Συμπέρασμα
Η μεταγραφή και η μετάφραση ονομάζονται συλλογικά έκφραση γονιδίου. Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, τα νουκλεοτίδια χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενός νέου κλώνου RNA από την RNA πολυμεράση και άλλες σχετικές πρωτεΐνες. Από την άλλη πλευρά, τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας στη μετάφραση. Στους ευκαρυώτες, η μεταγραφή και η μετάφραση προσθέτουν τροποποιήσεις στα τελικά προϊόντα τους που αναφέρονται ως μετα-μεταγραφικές και μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, αντίστοιχα. Οι μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις περιλαμβάνουν την προσθήκη 5' καπακιού, 3' πολυ Α ουράς και μάτισμα εσωνίων. Κατά τις μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, η ωρίμανση πρωτεΐνης αποκτάται μέσω φωσφορυλίωσης, σχηματισμού δισουλφιδικών γεφυρών και αντιδράσεων που μοιάζουν με καρβοξυλίωση. Επομένως, η βασική διαφορά μεταξύ μεταγραφής και μετάφρασης έγκειται στον ρόλο τους στη διαδικασία της γονιδιακής έκφρασης.
