Translation

1. Translation

2. Translation • การแปลรหัสพันธุกรรมในการสังเคราะห์ proteins (polypeptides) ซึ่งเป็นผลผลิตของ genes และเป็นขั้นตอนสุดท้ายของการไหลของข้อมูลพันธุกรรม (Central Dogma) หรือ • การแสดงออกของพันธุกรรม (Gene expression) อีกระดับหนึ่ง

3. Transcription & Translation หรือGene Expression ใน Prokaryote และ Eukaryote

4. คำสั่ง หรือ ข้อมูล (Information/code) ของ gene จาก DNA ถูกถอด (Transcription) ให้ไปอยู่ใน RNAs (mRNA, tRNA, rRNA) • mRNA มี information ทีเป็นคำสั่งซึ่งเป็นรหัส (codons) ที่จะถูก แปลให้เป็น polypeptide (protein) • tRNAมี anticodonแปลรหัส โดยนำ amino acids ต่อกันให้เป็น polypeptide ตามรหัสของ mRNA • rRNA ร่วมกับ protein เป็นโรงงาน Ribosome / สถานที่สังเคราะห์ proteins ของเซลล์

5. ความเชื่อมต่อของ Gene Expression ทั้ง 2 ระดับ

6. 1. Messenger RNA (mRNA) • บริเวณและวิธีที่ใช้ในการเริ่มต้น translation แตกต่างกันระหว่าง • Porkaryote ใช้บริเวณ Leader ในการเริ่มต้น • Eukaryote ใช้ 5’ cap ในการเริ่มต้น • Coding region เป็นรหัสคำสั่งจาก DNA ในรูปของ Codons เหมือนกัน • Start และ Stop codons เหมือน แต่ต่างกันที่ factors ทีเกี่ยวข้อง

7. mRNA ของ Eukaryote

8. Initiator ของ mRNA ใน Prokaryotic cells • ลำดับเฉพาะที่ปลาย 5’ เรียกว่า Shine-Dalgarno sequenceเป็น ribosomal binding site สำหรับ 30S ribosome

9. Initiator ของ mRNA ใน Eukaryotic cells • มี Cap เป็น binding site ของ 40S subunit แล้วจะ scan เพื่อให้ 18S rRNA ไปจับที่ Start codon • โดยต้องมี Cap-binding protein หรือ eIF3 และ eIF4C จับกับ ribosome ก่อน

10. Genetic CodeCodons • Code บน mRNA เรียกว่า Codon • 1 codon ประกอบด้วย 3 base แปลเป็น 1 amino acid • 1 Code มี 3 bases (triplet code) จาก 4 bases • codes ทั้งหมด = (4)3 = 64 codons

11. การถอดและการแปล Codons

12. Condon ตลอด structural gene ที่ code ให้ polypeptide เรียกว่า Reading frame • ใน 64 codons • 1 start codon สำหรับการเริ่มต้น translation คือ AUG และ AUG ยังเป็น code ปกติของ Methionine ใน polypeptide • 3 top codons สำหรับหยุด translation คือ (1) UAA = Ochre codon (2) UAG = Amber codon (3) UGA = Opal codon • 60 codons สำหรับ amino acids อีก 19 ตัว

14. 2. Transfer RNA (tRNA) • tRNA เป็นเส้นเดี่ยว • มี secondary structure • เป็นรูป boot / cloverleaf หรือ 3 stem loops • D arm, Anticodon arm และ T arm • Anticodon arm มี Anticodon สำหรับจับกับ Codon ของ mRNA • ปลาย 3’ เป็นที่ยึดของ amino acid

15. Secondary structure ของ tRNA

16. tRNA เป็น translator หรือ adaptor จับ amino acid เข้าไปสังเคราะห์เป็น protein ตามคำสั่งของ mRNA ใน ribosome • tRNA จับกับ amino acid ด้วย 2 ขั้นตอน

17. tRNA ตัวเริ่มต้น ของ Prokaryote คือ methionyl-tRNAfMetหรือย่อ tRNAfMet • การมี formyl group เป็นการป้องกันไม่เกิด peptide bond ระหว่าง amino group กับ carboxyl group ที่ปลาย 2 ปลายของ polypeptide

18. tRNA ตัวเริ่มต้น ของ Eukaryote คือ methionyl-tRNAiMetหรือย่อ tRNAiMet tRNA ที่นำ methionine ทั่วไปใน polypeptide ใช้สัญญลักษณ์ tRNAmMetเป็น methionyl-tRNAmMetนำ methionine เข้าใน polypeptide ที่ใดก็ได้ ที่ไม่ใช่ ตัวเริ่มต้นของสาย polypeptide

19. การจับกันระหว่าง Codon กับ Anticodon • tRNAs decode คำสั่งใน mRNA โดยการจับคู่ของ base ระหว่าง complementary bases ระหว่าง tRNA และ mRNA • Francis Crick (1966) พบว่า • 2 bases แรกของ anticodon ทำ complement ปกติกับ codon • base ตัวที่ 3 ของ anticodon อาจจับ non-complementary base กับ codon

20. ทำให้ tRNA 1 ตัว ซึ่งนำ amino acid ชนิดเดียวสามารถ จับกับ หลาย codons ได้ เรียกว่า Wobble Effect • 60 codons จึงพอดีกับ อีก 19 amino acids

21. 3. Ribosome

22. rRNAs ใน Ribosomes Prokaryote: 70S ribosome 30S subunit : 16S rRNA 50S subunit : 23S & 5S rRNAs S = Swedberg unit หน่วยการตก ตะกอน Eukaryote: 80S ribosome 40S subunit : 18S rRNA 60S subunit : 28S, 5.8S, & 5S rRNAs

23. Ribosome ทั้ง 2 subunit มีขนาดความกว้างครอบคลุม 3 codons หรือ 3 sites • A site หรือ Aminoacyl site สำหรับ aminoacyl-tRNA • P site หรือ Peptidyl site สำหรับ tRNA ทีมี peptide • E site หรือ Exit site สำหรับ free tRNA ที่ว่างเปล่า พร้อมที่จะออกจาก ribosome

25. Mechanism of Translation 1. Initiation 2. Elongation 3. Termination

26. 1. Initiation of Translation ขั้นตอนหลัก 1. Initiation factor (IF) จับกับ small subunit ของribosome 2. Small subunit ribosome-IF จับกับ mRNA 3. First aminoacyl-tRNA เข้ามาใน ribosome ที่ Psite ซึ่งตรงกับ AUG 4. Large subunit ribosome, IF, และ GTP จับกับ small subunit ribosome complex 5. GTP --> GDP และ IF หลุดออก --> initiation สมบูรณ์

27. Initiation processProakryote • 30S subunit ribosome จับกับ IF-3 และ mRNA • methionyl-tRNAfMet จับกับ IF-2 แล้วเข้าไปใน ribosome ที่ P site

28. 2. Elongation of Translation • ขั้นตอนพื้นฐานใน prokaryote และ eukaryote เหมือนกัน 1. Aminoacyl-tRNA หน่วยต่อมาเข้าจับที่ A site ของ ribosome 2. tRNA ที่ P site ย้าย (transfer) polypeptide chain มาต่อกับ amino acid ของ tRNA ที่ A site ด้วย peptide bond

29. การต่อ amino acids Amino acid Dipeptide Polypeptide

30. 3. Ribosome เคลื่อนที่ (translocate)1 codon บน mRNA ซึ่งเป็น A site ใหม่ 4. A site เก่าเปลี่ยนเป็น P site ใหม่ และ P site เก่าเปลี่ยนเป็น E site 5. Free tRNA ว่าง (ไม่มี amino acid) ที่ E site เคลื่อนออกจาก ribosome

31. Elongation of translation • Elongation factors คือ EF-Ts, EF-Tu (eEF1), GTP และ EF-G (eEF2)

32. 3. Termination of Translation • ต้องการ Stop codon 1 ใน 3 ตัวใดตัวหนึ่ง • Release factors (RFs) ซึ่งจำและจับกับ stop codons ได้ • ไม่มี tRNA ใดจำ stop codons ได้

33. เมื่อ elongation ไปถึง stop codon ใด ๆ ของ 1ใน 3 stop codons เข้ามาใน A site • Release factors (RFs) เข้าไปจับกับ stop codon • RFs ไปเปลี่ยน peptidyl transferase ให้ใส่ H2O เข้าที่ carboxyl end ของ polypeptide • Polypeptide หลุดออกจาก tRNA ซึ่งอยู่ที่ P site • free tRNA เคลื่อนมาที่ E site ออกจาก ribosome --> หยุด translation

34. Termination in Prokaryote มี 2 RFs คือ RF-1 จับ UAA และ UAG RF-2 จับ UAA และ UGA Eukaryote มี RF เดียว

35. Polyrisome:ใน prokaryotic cells ใน prokaryotic cells • Translation โดย หลาย ribosome พร้อมกันบน mRNAเดียว • ไม่มีinitiation บนmRNAสำหรับ ribosome ที่เข้ามาใหม่ • Translation รอบต่อไป โดย ribosome ชุดใหม่ เกิดขึ้นได้เลย • ภายหลังหลาย cycles ของ Translation จะเห็น ribosomes หลายหน่วย polyribosomeอยู่บน mRNA และแต่ละหน่วยมีสาย polypeptide

36. Polyribosome