200.docx

The process during which the genetic information (which is stored in the sequence of nucleotides in an Translation mRNA molecule) is translated following the dictations of the genetic code, into the sequence of amino acids in the polypeptide gene product is complex requiring the functions of a large number of macro molecules. These include (1) over 50 polypeptides and from 3 to 5 RNA molecules present in each ribosome (the exact composition varies from species to species), (2) at least 20 amino acid-activating enzymes (aminoacyl-tRNA molecules, and (4) at least 9 soluble proteins involved in polypeptide chain initiation, elongation, and termination. Since many of these macromolecules particularly the components of the ribosome, are present in large quantities in each cell, the translation system makes up a major portion of the metabolic machinery of each cell. Proses di mana informasi genetik (yang disimpan dalam urutan nukleotida dalam molekul mRNA Terjemahan) diterjemahkan mengikuti dikte kode genetik, ke dalam urutan asam amino dalam produk gen polipeptida kompleks yang membutuhkan fungsi dari suatu sejumlah besar molekul makro. Ini termasuk (1) lebih dari 50 polipeptida dan dari 3 hingga 5 molekul RNA yang ada di setiap ribosom (komposisi yang tepat bervariasi dari spesies ke spesies), (2) setidaknya 20 enzim pengaktif asam asam amino (molekul aminoasil-tRNA, dan (4) ) setidaknya 9 protein terlarut yang terlibat dalam inisiasi, perpanjangan, dan pemutusan rantai polipeptida. Karena banyak dari makromolekul ini terutama komponen ribosom, terdapat dalam jumlah besar di setiap sel, sistem terjemahan membentuk bagian utama dari mesin metabolisme dari setiap sel. An overview of protein synthesis, illustrating its on ribosomes, complexity and the major macromolecules involved, is presented in fig 11. The translation process occurs on ribosomes, complex macromolecular structures located in the cytoplasm. Translation involves three types of RNA, all of which are transcribed from DNA templates (chromosomal genes). In addition to mRNA (see the preceding section entitled Transcription),3 to 5RNA molecules (rRNA molecules) are present as part of the structure of each ribosome, and 40-60 small 70-80 nucleotides) RNA molecules tRNA molecules) function as adaptors mediating the incorporation of the proper amino acids in response to specific codons in mRNA. The ribosomes may be thought of as work benches, complete with machines and tools needed to make a polypeptide. They are nonspecific in the sense that they can synthesize any polypeptide (any amino acid sequence) specified by a particular mRNA molecule. Given this superficial overview of protein synthesis, we will now examine more closely some of the more important components and steps involved in the translation process. Tinjauan umum sintesis protein, menggambarkannya pada ribosom, kompleksitas dan makromolekul utama yang terlibat, disajikan dalam gambar 11. Proses penerjemahan terjadi pada ribosom, struktur makromolekul kompleks yang terletak di sitoplasma. Terjemahan melibatkan tiga jenis RNA, yang semuanya ditranskripsi dari templat DNA (gen kromosom). Selain mRNA (lihat bagian sebelumnya berjudul Transkripsi), molekul 3 sampai 5RNA (molekul rRNA) hadir sebagai bagian dari struktur setiap ribosom, dan 40-60 nukleotida 70-80 kecil) Molekul RNA molekul Molekul tRNA) berfungsi sebagai adaptor memediasi penggabungan asam amino yang tepat dalam menanggapi kodon spesifik dalam mRNA. Ribosom dapat dianggap sebagai bangku kerja, lengkap dengan mesin dan peralatan yang diperlukan untuk membuat polipeptida. Mereka tidak spesifik dalam arti bahwa mereka dapat mensintesis polipeptida (urutan asam amino) yang ditentukan oleh molekul mRNA tertentu. Dengan gambaran sintesis protein yang dangkal ini, kami sekarang akan memeriksa

lebih dekat beberapa komponen dan langkah yang lebih penting yang terlibat dalam proses penerjemahan. Early studies using pulse-labeling (with radioactive amino acids) and autoradiography showed that proteins are synthesized largely in the cytoplasm on small, but complex, macromolecular structures called ribosomes. In prokaryotes, the ribosomes are distributed throughout the cells; in eukaryotes, they are located in the cytoplasm, frequently on an extensive intracellular membrane network called the endoplasmic reticulum (Fig. 10.12). Studi awal menggunakan pelabelan nadi (dengan asam amino radioaktif) dan autoradiografi menunjukkan bahwa protein sebagian besar disintesis dalam sitoplasma pada struktur makromolekul kecil namun kompleks yang disebut ribosom. Pada prokariota, ribosom didistribusikan ke seluruh sel; pada eukariota, mereka terletak di sitoplasma, seringkali pada jaringan membran intraseluler yang luas yang disebut retikulum endoplasma (Gambar 10.12). Ribosomes are approximately half protein and half RNA (Fig. 10.13). They are composed of two subunits, one large and one small, which dissociate when the translation of an mRNA molecule is completed; they reassociate during the initiation of translation. Ribosome sizes are most frequently expressed in terms of their rates of sedimentation during centrifugation, in units called S or Svedberg units. The E coli ribosome, like those of most prokaryotes, has a molecular weight of 2.7 X 106 and a "size" of "70S." The ribosomes of eukaryotes are larger (usually about 80S); however, size varies from species to species. The ribosomes present in organelles (mitochondria and chloroplasts) of eukaryotic cells are smaller (usually about 60S). Ribosom adalah sekitar setengah protein dan setengah RNA (Gbr. 10.13). Mereka terdiri dari dua subunit, satu besar dan satu kecil, yang berdisosiasi ketika terjemahan molekul mRNA selesai; mereka bergabung kembali selama inisiasi terjemahan. Ukuran ribosom paling sering dinyatakan dalam hal laju sedimentasi selama sentrifugasi, dalam satuan yang disebut satuan S atau Svedberg. E coli ribosom, seperti prokariota kebanyakan, memiliki berat molekul 2,7 X 106 dan "ukuran" 70 ". Ribosom eukariota lebih besar (biasanya sekitar 80-an); Namun, ukuran bervariasi dari satu spesies ke spesies lainnya. Ribosom hadir dalam organel (mitokondria dan kloroplas) sel eukariotik lebih kecil (biasanya sekitar 60S). In all cases, each ribosome consists of two subunits. In the case of E. coli, the small (30S) ribosomal subunit contains a 16S (mol. wt. about 6 x 105) RNA molecule plus 21 different polypeptides, and the large (50S) subunit contains two RNA molecules (5S, mol wt. about 4 x 104, and 23S, mol. wt. about 1.2 x 106) plus 31 polypeptides. In eukaryotic ribosomes, the small subunit contains an 18S (average size) RNA molecule and the large subunit contains a 5S, a 5.8S and a 28S (average size) RNA molecule. Drosophila ribosomes, but not those of several other eukaryotes examined, also appear to contain a small 2S RNA molecule. In organelles, the corresponding rRNA sizes are 5S, 13S, and 21s. Dalam semua kasus, setiap ribosom terdiri dari dua subunit. Dalam kasus E. coli, subunit ribosom kecil (30S) mengandung 16S (mol. Wt. Sekitar 6 x 105) molekul RNA ditambah 21 polipeptida yang berbeda, dan subunit besar (50S) berisi dua molekul RNA (5S,

mol sekitar 4 x 104, dan 23S, mol sekitar 1,2 x 106) ditambah 31 polipeptida. Dalam ribosom eukariotik, subunit kecil mengandung molekul RNA 18S (ukuran rata-rata) dan subunit besar mengandung molekul RNA 5S, 5,8S, dan 28S (ukuran rata-rata). Drosophila ribosom, tetapi bukan yang dari beberapa eukariota lain yang diperiksa, juga tampaknya mengandung molekul 2S RNA kecil. Dalam organel, ukuran rRNA yang sesuai adalah 5S, 13S, dan 21s. In the case of E coli, M. Nomura and his colleagues have been able to completely dissociate the 30S ribosomal subunit into the individual macromolecules and then reconstitute functional 30S subunits from the components. This has allowed them to study the function(s) of individual RNA and protein molecules . Dalam kasus E coli, M. Nomura dan rekan-rekannya telah mampu sepenuhnya memisahkan subunit ribosom 30S ke dalam makromolekul individu dan kemudian menyusun kembali subunit 30S fungsional dari komponen. Ini memungkinkan mereka untuk mempelajari fungsi molekul RNA dan protein individu. The ribosomal RNA molecules are transcribed from a DNA template, just like mRNA molecules. In eukaryotes, however, rRNA synthesis occurs in the nucleolus and is catalyzed by a special RNA polymerase present only in the nucleolus. Moreover, transcription f the rRNA genes produces rRNA precursors that are larger than the RNA molecules found in ribosomes These rRNA precursors undergo posttranscriptional processing to produce the rRNA molecules involved in translation. In E coli, the rRNA gene transcript is a 30S precursor, which undergoes cleavage by endoribonucleases to produce the 5S, 16S, and 23S rRNAs plus a 4S transfer RNA molecule (Fig. 10.14). In eukaryotes, the 2S (when present), 5.8S, 18S, and 28S rRNAs are cut from a 40S to 45S (depending on the species) precursor, whereas the 5S rRNA is produced by posttranscriptional processing of a separate gene transcript. Molekul RNA ribosom ditranskripsi dari cetakan DNA, seperti molekul mRNA. Namun, pada eukariota, sintesis rRNA terjadi pada nukleolus dan dikatalisis oleh RNA polimerase khusus yang hanya ada dalam nukleolus. Selain itu, transkripsi gen rRNA menghasilkan prekursor rRNA yang lebih besar dari molekul RNA yang ditemukan dalam ribosom. Prekursor rRNA ini menjalani pemrosesan pasca transkripsional untuk menghasilkan molekul rRNA yang terlibat dalam terjemahan. Dalam E coli, transkrip gen rRNA adalah prekursor 30S, yang mengalami pembelahan oleh endoribonukleas untuk menghasilkan rRNA 5S, 16S, dan 23S ditambah molekul RNA transfer 4S (Gbr. 10.14). Dalam eukariota, rRNA 2S (saat ini), 5.8S, 18S, dan 28S dipotong dari prekursor 40S menjadi 45S (tergantung pada spesies), sedangkan rRNA 5S dihasilkan oleh pemrosesan pasca transkripsi dari transkrip gen terpisah. In addition to the posttranscriptional cleavages of rRNA precursors, posttranscriptional methylation of many of the nucleotides in rRNA occurs. Presumably the methylation protects the rRNA molecules from intracellular ribonucleases that are involved in mRNA degradation, its exact function is not yet clear, however. Selain pembelahan pasca transkripsi dari prekursor rRNA, metilasi pasca transkripsional banyak nukleotida dalam rRNA terjadi. Agaknya metilasi melindungi molekul rRNA dari ribonucleases intraseluler yang terlibat dalam degradasi mRNA, namun fungsi pastinya belum jelas.

Multiple copies of the genes for rRNA are present in the genomes of all organisms studied to date. This is not surprising considering the large number of ribosomes present per cell. In E. coli, there are estimated to be 5-10 copies of the rRNA (rrn) gene, with at least one copy at each of three distinct sites on the chromome. In eukaryotes, the rRNA genes are present in hundreds to thousands of copies. The 5.8S-18S-28S rRNA genes of eukaryotes are present in tandem duplication in the nucleolar organizer regions of the chromosomes. In some eukaryotes, such as maize, there is a single pair of nucleolar organizers (on chromosome pair 6 in maize). In Drosophila and the extensively studied South African clawed toad, Xenopus laevis, the sex chromosomes carry the nucleolar organizers. Humans, on the other hand, have five pairs of nucleolar organizers, located on the short arms of chromosomes 13, 14, 15, 21, and 22. Careful studies indicate that there are about 500 copies of the 5.8S- 18S-28S rRNA gene per nucleolar organizer in Xenopus laevis. Similar levels of redundancy have been estimated to occur in several other animals. Plants exhibit a greater variation in rRNA gene redundancy, with several thousand copies present in some genomes. Intraspecies variation in the amount of rRNA gene redundancy has also been documented in several species. Beberapa salinan gen untuk rRNA hadir dalam genom semua organisme yang diteliti hingga saat ini. Ini tidak mengejutkan mengingat sejumlah besar ribosom hadir per sel. Dalam E. coli, diperkirakan ada 5-10 salinan gen rRNA (rrn), dengan setidaknya satu salinan di masing-masing dari tiga situs berbeda pada kromom. Pada eukariota, gen rRNA hadir dalam ratusan hingga ribuan salinan. Gen 5,8S-18S-28S rRNA dari eukariota hadir dalam duplikasi tandem di daerah pengorganisasian nukleolus kromosom. Pada beberapa eukariota, seperti jagung, ada satu pasang pengatur nukleolar (pada pasangan kromosom 6 pada jagung). Di Drosophila dan kodok bercakar Afrika Selatan yang dipelajari secara luas, Xenopus laevis, kromosom seks membawa organisator nukleolar. Manusia, di sisi lain, memiliki lima pasang pengatur nukleolar, yang terletak di lengan pendek kromosom 13, 14, 15, 21, dan 22. Penelitian yang cermat menunjukkan bahwa ada sekitar 500 salinan dari rRNA 5.8S-18S-28S gen per organ nukleolar di Xenopus laevis. Tingkat redundansi yang serupa telah diperkirakan terjadi pada beberapa hewan lain. Tumbuhan menunjukkan variasi yang lebih besar dalam redundansi gen rRNA, dengan beberapa ribu salinan hadir di beberapa genom. Variasi intraspesies dalam jumlah redundansi gen rRNA juga telah didokumentasikan dalam beberapa spesies. The 5S rRNA genes in eukaryotes are not located in the nucleolar organizer regions. Instead, they are usually distributed over several chromosomes. They are, however, highly redundant, like the 5.8S-18s-28s rRNA genes. Gen 5S rRNA dalam eukariota tidak terletak di daerah pengatur nukleol. Sebaliknya, mereka biasanya didistribusikan melalui beberapa kromosom. Namun, mereka sangat berlebihan, seperti gen rRNA 5.8S-18s-28s. Although the ribosomes provide the workbenches and much of the machinery required for protein synthesis, and the specifications for each polypeptide are encoded in an mRNA molecule, the translation of a coded mRNA message into a sequence of amino acids in a polypeptide requires one additional class of RNA molecules, the transfer RNA (tRNA) molecules. Chemical considerations suggest that a direct interaction between the amino acids and the nucleotide sequences or codons in mRNA is unlikely. (A codon is a nucleotide sequence in mRNA that specifies the incorporation of one amino acid.) In 1958, Crick there-

fore proposed that some kind of an "adapter" molecule mediates amino acid codon recognition during protein synthesis. The "adapter" molecules were soon identified and found to be small (4S, 70-80 nucleotides long) RNA molecules. These molecules, first called "soluble RNA" (sRNA) molecules and subsequently transfer RNA (tRNA) molecules, contain a triplet base sequence, called the anticodon sequence which is complementary to and recognizes the codon sequence in mRNA during translation. There are from one to four known tRNAs for each amino acid. Meskipun ribosom menyediakan meja kerja dan banyak mesin yang diperlukan untuk sintesis protein, dan spesifikasi untuk setiap polipeptida dikodekan dalam molekul mRNA, terjemahan pesan mRNA yang dikodekan ke dalam urutan asam amino dalam polipeptida membutuhkan satu kelas tambahan dari Molekul RNA, molekul transfer RNA (tRNA). Pertimbangan kimia menunjukkan bahwa interaksi langsung antara asam amino dan sekuens nukleotida atau kodon dalam mRNA tidak mungkin. (Sebuah kodon adalah urutan nukleotida dalam mRNA yang menentukan penggabungan satu asam amino.) Pada tahun 1958, Crick karenanya mengusulkan bahwa beberapa jenis molekul "adaptor" memediasi pengenalan kodon asam amino selama sintesis protein. Molekul "adaptor" segera diidentifikasi dan ditemukan sebagai molekul RNA kecil (4S, 70-80 nukleotida). Molekul-molekul ini, mulamula disebut "molekul RNA" (sRNA) dan kemudian mentransfer molekul RNA (tRNA), mengandung urutan basa triplet, yang disebut urutan antikodon yang saling melengkapi dan mengenali urutan kodon dalam mRNA selama penerjemahan. Ada satu hingga empat tRNA yang diketahui untuk setiap asam amino. The amino acids are attached to the tRNAs by high-energy (very reactive) bonds between the carboxyl groups of the amino acids and the 3'-hydroxyl termini of the tRNAs. These reactive aminoacyl tRNAs are formed in a two-step process, both steps being catalyzed by a specific "activating enzyme” or aminoacyl-tRNA synthetase There is at least one aminoacyl-tRNA synthetase for each of the 20 amino acids The first step in aminoacyl-tRNA synthesis involves the activation of the amino acid using energy from adenosine triphosphate (ATP) : Asam amino melekat pada tRNA oleh ikatan berenergi tinggi (sangat reaktif) antara gugus karboksil dari asam amino dan 3'-hidroksil termini dari tRNA. TRNA aminoasil amino reaktif ini dibentuk dalam proses dua langkah, kedua langkah dikatalisis oleh "enzim pengaktif" atau sintetase aminoasil-tRNA spesifik. Setidaknya ada satu ami-noacyl-tRNA synthetase untuk masing-masing dari 20 asam amino. Langkah pertama dalam sintesis aminoasil-tRNA melibatkan aktivasi asam amino menggunakan energi dari adenosin trifosfat (ATP): The amino acid AMP intermediate is not normally released from the enzyme before undergoing the second step in aminoacyl-tRNA synthesis, namely, the reaction with the appropriate tRNA: Asam amino AMP intermediate biasanya tidak dilepaskan dari enzim sebelum menjalani langkah kedua dalam sintesis aminoacyl-tRNA, yaitu reaksi dengan tRNA yang sesuai: The aminoacyl tRNAS (amino acid~ tRNAS) are the recursors of polypeptide synthesis on ribosomes, with each activated tRNA recognizing the correct mRNA codon and

presenting the amino acid in steric configuration (three dimensional structure) that facilities peptides bond formation. The aminoacyl tRNAS (asam amino ~ tRNAS) adalah reseptor dari sintesis polipeptida pada ribosom, dengan masing-masing tRNA teraktivasi mengenali kodon mRNA yang benar dan menyajikan asam amino dalam konfigurasi sterik (struktur tiga dimensi) yang memfasilitasi pembentukan ikatan peptida. The tRNAs are transcribed from chromosomal genes. As in the case of rRNAs, the tRNAs are transcribed in the form of larger precursor molecules that undergo posttranscriptional processing (cleavage, trimming, methylation, etc.) The mature tRNA molecules contain several nucleosides not present in mRNA or in the primary tRNA gene transcripts. These are transcribed from chromosomal unusual nucleosides, such as inosine, pseudouridine, dihydrouridine, 1-methylguanosine, and several others, are produced by posttranscriptional, enzyme-catalyzed modifications of the four nucleosides incorporated inco RNA during transcription. TRNA ditranskripsi dari gen kromosom. Seperti dalam kasus rRNA, tRNA ditranskripsikan dalam bentuk molekul prekursor yang lebih besar yang menjalani pemrosesan pasca transkripsional (pembelahan, pemangkasan, metilasi, dll.) Molekul tRNA yang matang mengandung beberapa nukleosida yang tidak ada dalam mRNA atau dalam transkrip gen tRNA primer . Ini ditranskrip dari nukleosida kromosom yang tidak biasa, seperti inosin, pseudouridine, dihydrouridine, 1-methylguanosine, dan beberapa lainnya, diproduksi oleh modifikasi pasca-transkripsi, modifikasi enzim dari empat nukleosida yang dimasukkan RNA selama transkripsi. Because of their small size (70-80 nucleotides long), tRNAs have been more amenable to structural analysis than the other, larger molecules of RNA in volved in protein synthesis. The complete nucleotide sequence and proposed "cloverleaf" structure of the alanine tRNA of yeast (Fig. 10.15) was published by R W. Holley and colleagues in 1965; Holley shared the 1968 Nobel Prize in physiology and medicine for this work. Since then, many tRNAs have been sequenced, and the yeast alanine tRNA gene has even been synthesized in vitro from mononucleotides by H. G. Khorana (another 1968 Nobel Prize winner; in Khorana's case, for work on the nature of the genetic code) and coworkers. The three-dimensional structure of the phenylalanine tRNA of yeast has been determined by Xray diffraction studies (Fig. 10.16). The anticodons of the alanine (Fig. 10.15) and phenylalanine (Fig, 10.16) tRNAs of yeast occur within a loop (nonhydrogen- bonded region) near the center of the molecule. In fact, the anticodons of all the tRNAs sequenced to date (over 70 from all organisms) have been found within comparably located anticodon loops. Karena ukurannya yang kecil (panjang 70-80 nukleotida), tRNA lebih cocok untuk analisis struktural daripada yang lain, molekul RNA yang lebih besar terlibat dalam sintesis protein. Urutan nukleotida lengkap dan struktur "cloverleaf" yang diusulkan dari alanine tRNA ragi (Gambar 10.15) diterbitkan oleh R W. Holley dan rekan pada tahun 1965; Holley berbagi Hadiah Nobel 1968 dalam bidang fisiologi dan kedokteran untuk pekerjaan ini. Sejak itu, banyak tRNA telah diurutkan, dan gen tRNA alanin ragi bahkan telah disintesis secara in vitro dari mononukleotida oleh H. G. Khorana (pemenang Hadiah Nobel 1968 lainnya; dalam kasus Khorana, untuk pekerjaan pada sifat kode genetik) dan rekan kerja. Struktur tiga dimensi dari tRNA fenilalanin ragi telah ditentukan oleh studi difraksi sinar-X (Gambar

10.16). Antikodon alanin (Gbr. 10.15) dan fenilalanin (Gbr, 10.16) tRNA ragi terjadi dalam satu lingkaran (daerah yang tidak terikat hidrogen) di dekat pusat molekul. Faktanya, antikodon dari semua tRNA yang diurutkan sampai saat ini (lebih dari 70 dari semua organisme) telah ditemukan dalam loop anticodon yang terletak sebanding. Each ribosome has two tRNA binding sites (Fig 10.17). The A or aminoacyl site binds the incoming aminoacyl-tRNA, the tRNA carrying the amino acid that is next to be added to the growing polypeptide chain. The P or peptidyl site binds the tRNA to which the growing polypeptide is attached. The specificity for uenced,aminoacyl-tRNA binding in these sites is provided by (or as the mRNA is shuttled across the ribosome), the P sites changes as different mRNA codons move into the mRNA codons that make up part of the A and P binding sites. As the ribosome moves along an mRNA specificity for the aminoacyl-tRNA binding in the A and P sites change mRNA codons move into register in the binding sites. The ribosomal binding sites by themselves (minus mRNA) are thus capable binding any aminoacyl-tRNA. Setiap ribosom memiliki dua situs pengikatan tRNA (Gambar 10.17). Situs A atau aminoasil mengikat aminoasil-tRNA yang masuk, tRNA yang membawa asam amino yang selanjutnya ditambahkan ke rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Situs P atau peptidyl mengikat tRNA yang melekat polipeptida tumbuh. Spesifisitas untuk pengikatan, pengikatan aminoasil-tRNA di situs-situs ini disediakan oleh (atau karena mRNA dipindah-pindahkan melintasi ribosom), situs P berubah ketika kodon mRNA yang berbeda pindah ke kodon mRNA yang membentuk bagian dari pengikatan A dan P situs. Ketika ribosom bergerak sepanjang kekhususan mRNA untuk ikatan aminoasil-tRNA di situs A dan P mengubah kodon mRNA pindah ke register di situs pengikatan. Situs pengikatan ribosom dengan sendirinya (minus mRNA) dengan demikian mampu mengikat setiap aminoasil-tRNA. It should be quite apparent that the tRNA molecules contain a great deal of specificity despite their small size. Not only must they (1) have the correct anticodon sequences, so as to respond to the right codons, but they must also (2) be recognized by the correct aminoacyl tRNA synthetases, so that they are activated with the right amino acids, and (3) bind to the A and P sites on the ribosomes. F. Chapeville and G. vor Ehrenstein and colleagues have proven, by means of a simple and direct experiment (Fig. 10.18), that the specificicy for codon recognition resides in the tRNA portion of an aminoacyl-tRNA, rather than in the amino acid. They treated cysteyl-tRNAcys (the cystein tRNA activated with cysteine) with a strongly reducing nickel powder (Raney nickel), which converted (reduced) the cyscine to alanine- attached, however, to the cystine tRNA. When this "hybrid” aminoacyl-tRNA, alanyl-tRNAcys was used in in vitro protein-synthesizing systems, alanine was found to be incorporated into positions in polypeptides normally occupied by cysteine. Seharusnya cukup jelas bahwa molekul tRNA mengandung banyak spesifisitas walaupun ukurannya kecil. Mereka tidak hanya harus (1) memiliki urutan antikodon yang benar, sehingga untuk menanggapi kodon yang tepat, tetapi mereka juga harus (2) dikenali oleh sintetase tRNA aminoasil yang benar, sehingga mereka diaktifkan dengan asam amino yang tepat, dan (3) ikat ke situs A dan P pada ribosom. F. Chapeville dan G. vor Ehrenstein dan rekannya telah membuktikan, melalui eksperimen sederhana dan langsung (Gbr. 10.18), bahwa spesifisitas untuk pengenalan kodon berada di bagian tRNA dari aminoasil-tRNA, daripada di asam amino . Mereka memperlakukan cysteyl-tRNAcys (tRNA sistein yang

diaktifkan dengan sistein) dengan bubuk nikel yang sangat berkurang (Raney nickel), yang mengubah (mengurangi) sisin menjadi alanin yang menempel, namun, menjadi sistin tRNA. Ketika aminoacyl-tRNA "hibrid" ini, alanyl-tRNAcys digunakan dalam sistem sintesis protein in vitro, alanin ditemukan dimasukkan ke dalam posisi dalam polipeptida yang biasanya ditempati oleh sistein. Protein synthesis is initiated by a special initiator tRNA, designated tRNAmet. This means that all polypeptides begin with methionine during synthesis. The amino-terminal methionine is subsequently cleaved from many polypeptides. Thus, functional proteins need not have an amino-terminal methionine. In prokaryotes and in eukaryote organelles, the methionine on the initiator tRNAfmet has the amino group blocked with a formyl (…) group. In eukaryotic cytoplasmic systems, a special initiator tRNAimet also exists, but the amino group is not formylated. A distinct methionine tRNA, tRNAmet, which responds to internal methionine codons, exists in both prokaryotic and eukaryotic systems. Both methionine tRNAs have the same anticodon and both respond to the same codon (AUG) for methionine. In prokaryotes, the formylated amino group on methionyl-tRNAfmet prevents the formation of a peptide bond between the amino group and the carboxyl group of the amino acid at the end of the growing polypeptide chain. In eukaryotes, however, the amino group the methionyl-tRNAimet is not blocked. What, then, prevents methionyl-tRNAimet (I for initiator) from responding to internal AUG codons and methionyl-tRNAmet from responding to initiator AUG codons in eukaryotic mRNAs? Apparently, only methionyl-tRNAimet will react with the protein initiator factors, IF-1, IF-2, and IF-3, and only gation factors, Ef-T, and Ef-T. In any case, only methionyl-tRNAmet responds to AUG initiation codons and only methionyl-tRNAMet responds to AUG internal codons. Methionyl-tRNAMet also responds to an alternate initiator codon, GUG (a valine codon when present at internal positions), known to be present in certain natural mRNAs. Sintesis protein diprakarsai oleh inisiator khusus tRNA, yang ditunjuk sebagai tRNAmet. Ini berarti bahwa semua polipeptida dimulai dengan metionin selama sintesis. Metionin amino-terminal kemudian dibelah dari banyak polipeptida. Dengan demikian, protein fungsional tidak perlu memiliki metionin amino-terminal. Pada prokariota dan organel eukariota, metionin pada inisiator tRNAfmet memiliki gugus amino yang tersumbat dengan gugus formil (…). Dalam sistem sitoplasma eukariotik, inisiator khusus tRNAimet juga ada, tetapi gugus amino tidak diformulasikan. Metionin tRNA yang berbeda, tRNAmet, yang merespons kodon metionin internal, ada dalam sistem prokariotik dan eukariotik. Kedua tRNA metionin memiliki antikodon yang sama dan keduanya merespons kodon yang sama (AUG) untuk metionin. Pada prokariota, gugus amino yang diformilasi pada metioniltRNAmetri mencegah pembentukan ikatan peptida antara gugus amino dan gugus karboksil dari asam amino pada akhir rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Namun, pada eukariota, gugus amino metionil-tRNAimet tidak tersumbat. Lalu, apa yang mencegah metioniltRNAimet (I untuk inisiator) merespons kodon AUG internal dan metionil-tRNAmet dari merespons kodon AUG inisiator dalam mRNA eukariotik? Tampaknya, hanya metioniltRNAimet yang akan bereaksi dengan faktor inisiator protein, IF-1, IF-2, dan IF-3, dan hanya faktor gation, Ef-T, dan Ef-T. Dalam setiap kasus, hanya metionil-tRNAmet yang merespons kodon inisiasi AUG dan hanya metionil-tRNAMet yang merespons kodon internal AUG. Methionyl-tRNAMet juga merespons kodon inisiator alternatif, GUG (kodon valin bila ada pada posisi internal), yang diketahui ada pada mRNA alami tertentu.

In prokaryotes, polypeptide chain initiation occurs with the formation of a complex between mRNA, methionyl-tRNAMet, and the 30S ribosomal subunit (Figs. 10.19a and b). The formation of this initiation complex requires the activity of three protein initiation factors, designated IF. 1, IF-2, and IF.3, plus guanosine triphosphate (GTP). It may be facilitated by a base-pairing interaction between a base sequence near the 3' end of the 16S rRNA and a base sequence in the "leader sequence" of the mRNA. (Leader sequences of mRNA molecules are the nontranslated sequences from the 5' end to the first AUG or GUG initiation codon. These nontranslated leader sequences vary in length from a certain natural mRNAs few nucleotides to several hundred nucleotides. Little is known about their biological significance.) Pada prokariota, inisiasi rantai polipeptida terjadi dengan pembentukan kompleks antara mRNA, metionil-tRNAMet, dan subunit ribosom 30S (Gambar 10.19a dan b). Pembentukan kompleks inisiasi ini membutuhkan aktivitas tiga faktor inisiasi protein, yang ditunjuk IF. 1, IF-2, dan IF.3, ditambah guanosine triphosphate (GTP). Ini dapat difasilitasi oleh interaksi pasangan-basa antara urutan basa di dekat ujung 3 'rRNA 16S dan urutan basa dalam "urutan pemimpin" mRNA. (Urutan pemimpin molekul mRNA adalah urutan nontranslated dari ujung 5 'ke kod inisiasi AUG atau GUG pertama. Urutan pemimpin nontranslated ini bervariasi panjangnya dari nukleotida mRNA alami tertentu hingga beberapa ratus nukleotida. Sedikit yang diketahui tentang signifikansi biologisnya. .) The initiation complex then combines with the 50S ribosomal subunit, and the methionyl-tRNA/Met becomes bound to the peptidyl site (Figs. 10.19b and c). This requires the hydrolysis of one molecule of GTP. The alignment of the AUG initiation codon with the anticodon of tRNAMet (in the P site) fixes the codon present at the A site, thus establishing the specificity for aminoacyl-tRNA binding at the A site (for alanyl-tRNAala in the example diagrammed in Fig. 10.19d). The binding of alanyl-tRNAala in the A site (and all subsequent aminoacyl-tRNA binding) requires the hydrolysis of one molecule of GTP and the protein elongation factors designated Ef-T, and Ef-T, (Figs. 10.19c and d). Peptide bond formation between the carboxyl group of f-methionine bound to the tRNAfmet in the P site and the amino group of the alanine molecule bound to tRNAala in the A site is then catalyzed by peptidyl transferase, an enzyme bound to the 50S ribosomal subunit (Figs. 10.19d and e). This reaction leaves the f-met-ala dipeptide attached to tRNAala bound to the A site of the ribosome (Fig. 10.19e). Kompleks inisiasi kemudian bergabung dengan subunit ribosom 50S, dan metioniltRNA / Met menjadi terikat ke situs peptidil (Gambar 10.19b dan c). Ini membutuhkan hidrolisis satu molekul GTP. Penjajaran kodon inisiasi AUG dengan antikodon tRNAMet (di situs P) memperbaiki kodon yang ada di situs A, sehingga menetapkan kekhususan untuk pengikatan aminoasil-tRNA di situs A (untuk alanyl-tRNAala pada contoh yang digambarkan pada diagram di Gambar 10.19d). Pengikatan alanyl-tRNAala di situs A (dan semua ikatan aminoasil-tRNA berikutnya) membutuhkan hidrolisis satu molekul GTP dan faktor pemanjangan protein yang ditunjuk Ef-T, dan Ef-T, (Gambar 10.19c dan d) . Pembentukan ikatan peptida antara gugus karboksil f-metionin yang terikat pada metoda tRNA di situs P dan gugus amino dari molekul alanin yang terikat pada tRNAala di situs A kemudian dikatalisis oleh peptidil transferase, suatu enzim yang terikat pada subunit ribosomal 50S ( Gambar 10.19d dan e). Reaksi ini membuat f-met-ala dipeptide melekat pada tRNAala yang terikat pada situs A dari ribosom (Gambar 10.19e).

The next step in translation, called translocation, involves (1) movement of f-metala-tRNAla from the A site to the P site and (2) movement of the mRNA molecule exactly three nucleotides, relative to the position of the ribosome, so that the codon previously in register with the A site moves into register with the P site (Figs. 10.19e and f). In Figs. 10.19e and f, the alanine codon GCC moves from its position at the A site into register with the P site, and the subsequent codon, the serine codon UCC, moves into register with the A site. Translocation requires the activity of the elongation factor designated Ef G and the hydrolysis of one molecule of CTP. Langkah selanjutnya dalam penerjemahan, yang disebut translokasi, melibatkan (1) pergerakan f-met-ala-tRNAla dari situs A ke situs P dan (2) pergerakan molekul mRNA persis tiga nukleotida, relatif terhadap posisi ribosom , sehingga kodon yang sebelumnya dalam register dengan situs A pindah ke register dengan situs P (Gambar 10.19e dan f). Dalam Gambar. 10.19e dan f, kodon alanin GCC bergerak dari posisinya di situs A ke register dengan situs P, dan kodon berikutnya, UCC serine codon, pindah ke register dengan situs A. Translokasi membutuhkan aktivitas faktor perpanjangan yang ditunjuk Ef G dan hidrolisis satu molekul CTP. The next aminoacyl-tRNA specified by the mRNA codon at the A site (seryltRNAser in Figs. 10.19fand g) then binds at the A site, and the peptide bond formation and translocation steps are repeated. The just described sequence is repeated for each codon of the mRNA (about 300 codons on average) until a chain- termination codon is reached (Figs. 10.19g and b). The formyl group on the amino-terminal methionine is usually removed by a deformylase (Figs. 10.19g and b) before synthesis of the polypeptide is completed. When one of the three polypeptide chain-termination codons (UAG, UAA, or UGA; see pp. 280-281) comes into register with the A site ( Fig . 10.1 % ) , the nascent polypepcide, the tRNA in the P site, and the mRNA are the ribosomal subunits dissociate (Figs. 10.19h and 1). Termination requires the activity of one of two protein release factors, designated RF-1 and RF-2. The dissociated ribosomal subunits are then free to initiate the translation of another mRNA molecule (Fig. 10.11). Asam amino-tRNA berikutnya yang ditentukan oleh kodon mRNA di situs A (seryltRNAser dalam Gambar 10.19 dan g) kemudian mengikat di situs A, dan pembentukan ikatan peptida dan langkah-langkah translokasi diulang. Urutan yang baru saja dijelaskan diulang untuk setiap kodon mRNA (rata-rata sekitar 300 kodon) sampai tercapai kodon pemutusan rantai (Gambar 10.19g dan b). Gugus formil pada terminal amino metionin biasanya dihilangkan dengan deformilase (Gambar 10.19g dan b) sebelum sintesis polipeptida selesai. Ketika salah satu dari tiga kodon pemutusan rantai polipeptida (UAG, UAA, atau UGA; lihat hal. 280-281) masuk ke dalam register dengan situs A (Gbr. 10.1%), polipeptida yang baru lahir, tRNA di situs P, dan mRNA adalah sub-unit ribosom yang berdisosiasi (Gambar 10.19h dan 1). Pengakhiran membutuhkan aktivitas salah satu dari dua faktor pelepasan protein, yang ditunjuk RF-1 dan RF-2. Subunit ribosom yang terdisosiasi kemudian bebas untuk memulai penerjemahan molekul mRNA lain (Gbr. 10.11). Rather than each mRNA molecule being translated by a single ribosome, most mRNAs are simultaneously translated by several ribosomes, spaced about 90 nucleotides apart along the mRNA molecule. The size of these translation complexes, called polyribosomes or polysomes, is highly variable but is correlated with the size of the

polypeptide being synthesized. Hemoglobin chains (about 150 amino acids), for example, are synthesized on pentaribosome (average size) complexes. Daripada setiap molekul mRNA yang diterjemahkan oleh ribosom tunggal, kebanyakan mRNA secara simultan diterjemahkan oleh beberapa ribosom, berjarak sekitar 90 nukleotida di sepanjang molekul mRNA. Ukuran kompleks terjemahan ini, yang disebut polyribosom atau polisom, sangat bervariasi tetapi berkorelasi dengan ukuran polipeptida yang disintesis. Rantai hemoglobin (sekitar 150 asam amino), misalnya, disintesis pada kompleks pentaribosome (ukuran rata-rata). Coupled Transcription and Translation in Prokaryotes In prokaryotes, The translation of an mRNA molecule frequently begins before its synthesis (transcription) is complete. This is possible because mRNA molecules are both synthesized and translated in the 5' to 3 eptidydirection, and because there is no nuclear membrane separating transcription from translation as in eukaryotes. This coupling between transcription and translation facilitates the very rapld and efficient "turn-on and "turn-off" of gene expression that is observed in prokaryotes (see Chapter 14) O. L Miller, B. A. Hamkalo, and colleagues have developed techniques by which transcription and translation can be visualized directly using electron microscopy. Figure 10.20, for example, shows the cou- pled transcription and translation of a gene in E. coll Transkripsi dan Terjemahan Digabungkan dalam Prokariota Dalam prokariota,Terjemahan molekul mRNA sering dimulai sebelum sintesis (transkripsi) selesai. Ini dimungkinkan karena molekul mRNA disintesis dan diterjemahkan dalam eptidydirection 5 'sampai 3, dan karena tidak ada membran nuklir yang memisahkan transkripsi dari terjemahan seperti pada eukariota. Penggandengan antara transkripsi dan translasi ini memfasilitasi ekspresi gen yang sangat cepat dan efisien "turn-on dan" turn-off "yang diamati pada prokariota (lihat Bab 14) O. L Miller, BA Hamkalo, dan rekannya telah mengembangkan teknik yang dengannya transkripsi dan terjemahan dapat divisualisasikan secara langsung menggunakan mikroskop elektron. Gambar 10.20, misalnya, menunjukkan transkripsi yang dibuat dan terjemahan gen dalam E. coll Transcription, RNA Processing and Transport, and Translation in Eukaryotes In eukaryotes, transcription and translation cannot be coupled, transcription occurs in the nucleus and translation occurs in the cytoplasm. This poses the questions of how gene transcripts are transported from the nucleus to the cytoplasm and what determines the time and place of mRNA translation. Unfortunately, we do have these questions We do know that the transcription and translation processes in eukaryotes are more complex than those in prokaryotes, involving several intermediate mRNA processing steps, as well as trasport from nucleus to cytoplasm. Transkripsi, Pemrosesan dan Transportasi RNA, dan Terjemahan dalam Eukaryotes Pada eukariota, transkripsi dan translasi tidak dapat digabungkan, transkripsi terjadi dalam nukleus dan translasi terjadi dalam sitoplasma. Ini menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana transkrip gen diangkut dari nukleus ke sitoplasma dan apa yang menentukan waktu dan tempat terjemahan mRNA. Sayangnya, kami memiliki pertanyaan-pertanyaan ini. Kami tahu bahwa proses transkripsi dan terjemahan dalam eukariota lebih kompleks daripada

prokariota, yang melibatkan beberapa langkah pemrosesan mRNA menengah, serta trasport dari nukleus ke sitoplasma. The mRNAs of eukaryotes are derived from the primary gene turanscript by several ypes of processing codon, and noncoding sequences (called "inter.(1) veming sequences" or "introns") that are located between coding sequences (see the following sectiontra and Chapter 13, pp. 356-359). Individual gene transcripts may undergo some or all of these four types of processing. Not all mRNAs contain the 5' cap, nor do all of them have poly-A tails. This has made it difficult to part determine the functions of these posttranscriptional of modifications. MRNA eukariota diturunkan dari turanscript gen primer oleh beberapa ypes kodon pemrosesan, dan sekuens nonkode (disebut "inter. (1) sekuen veming" atau "intron") yang terletak menjadi sekuen pengkodean rween (lihat bagian berikut dan Bab 13, hlm. 356-359). Transkrip gen individu dapat menjalani beberapa atau semua dari empat jenis pemrosesan ini. Tidak semua mRNA mengandung tutup 5 ', juga tidak semuanya memiliki ekor poli-A. Hal ini membuat sulit untuk menentukan fungsi posttranskripsi modifikasi. Most of the nonribosomal RNAs synthesized in the th nuclei of eukaryotic cells consist of very large molecules that are highly variable in size (10S-200s, or ma about 100050,000 nucleotides in length). This RNA 120 has been called heterogeneous nuclear RNA abbreviated bnRNA. It now seems clear that much, if not most, of this hnRNA is really premRNA, Rapid processing of ing these giant hnRNA or pre-mRNA molecules in the nucleus soon after transcription apparently results in (1) the bulk of the nonribosomal RNA synthesized in the nucleus (probably segments of each prima y ranscript) being rapidly degraded (average half-life of about 30 minutes) and (2) the formation of the smaller mFNA nolecules that are transported to the cytoplasm However, It is not yet clear whether all, most, or only pan of the hnRNA molecules synthesized in the nuclei of eukaryotic cells are, in fact, pre-mRNA. Sebagian besar RNA nonribosom yang disintesis dalam nuklei sel eukariotik terdiri dari molekul yang sangat besar yang sangat bervariasi ukurannya (10S-200s, atau ma sekitar 1000-50.000 nukleotida panjangnya). RNA 120 ini disebut RNA nuklir heterogen yang disingkat bnRNA. Sekarang tampak jelas bahwa banyak, jika tidak sebagian besar, dari hnRNA ini benar-benar pra-mRNA, Pemrosesan cepat molekul hnRNA raksasa ini atau molekul pra-mRNA dalam nukleus segera setelah transkripsi tampaknya menghasilkan (1) sebagian besar RNA nonribosomal disintesis dalam nukleus (mungkin segmen dari masingmasing naskah primer) dengan cepat terdegradasi (waktu paruh rata-rata sekitar 30 menit) dan (2) pembentukan nolecules mFNA yang lebih kecil yang diangkut ke sitoplasma. Namun, belum jelas apakah seluruh, sebagian, atau hanya bagian dari molekul hnRNA yang disintesis dalam inti sel eukariotik, pada kenyataannya, pra-mRNA. Definitive evidence for pre-mRNA processing in the formátion of eukaryotic mRNAs has been obtained in the lcase of the B-globin gene transcript of the or mouse. In this case, a 15S hnRNA (or pre-mRNA 1200-1500 nucleotides long) is processed to a 9s (about 600 nucleotides long) B-globin mRNA Bukti definitif untuk pemrosesan pra-mRNA dalam bentuk mRNA eukariotik telah diperoleh dalam kotak transkrip gen B-globin pada tikus atau. Dalam hal ini, 15S hnRNA

(atau pra-mRNA 1200-1500 nukleotida panjang) diproses menjadi 9s (sekitar 600 nukleotida panjang) B-globin mRNA Similar evidence for hnRNA or pre-mRNA process ing in the formation of mature mRNA molecules is arailable for many other eukaryotic gene transcripts This processing often involves the excision of noncoding sequences or introns located between coding sequences (called exons for expression). Bukti serupa untuk proses hnRNA atau pra-mRNA dalam pembentukan molekul mRNA dewasa adalah mudah untuk banyak transkrip gen eukariotik lainnya. Pemrosesan ini sering melibatkan eksisi urutan nonkode atau intron yang terletak di antara sekuens pengkodean (disebut ekson untuk ekspresi). In addition, the MRNA of some eukaryotic viruses are known to contain leader sequences (the sequence from the 5’ ends to the translation-initiation codons of mRNAs that are transcribed from DNA that are not contiguous with the structural genes. Several different mRNAs may, in fact, contain identical leader sequences. These leader sequences are apparently processing. It is believed that these leader sequences must be involved in the regulation of translation. However, their exact function(s) is not yet known. Selain itu, MRNA dari beberapa virus eukariotik diketahui mengandung urutan pemimpin (urutan dari ujung 5 'ke kodon translasi-inisiasi mRNA yang ditranskripsi dari DNA yang tidak bersebelahan dengan gen struktural. Beberapa mRNA yang berbeda mungkin, sebenarnya, mengandung urutan pemimpin yang identik. Urutan pemimpin ini tampaknya sedang diproses. Dipercayai bahwa urutan pemimpin ini harus dilibatkan dalam regulasi penerjemahan. Namun, fungsi tepatnya belum diketahui. Translation in eukaryotes appears to be analogose to translation in prokaryotes except that (1) the amino group of metyhionyl TRNA (the initiation RNA ) is not formylated and (2) most eukaryoric mRNAs studied to date appear to be monogenic, such that only one polypeptide species is translated from each mRNA In prokaryores, prokaryotes, many mRNAs are polygenic that is, two or more different polypeptides synthesized from nonoverlapping segments of a single mrna (see chapter 14, pp 393-397) Terjemahan dalam eukariota tampaknya analog dengan terjemahan dalam prokariota kecuali bahwa (1) gugus amino dari metyhionyl TRNA (RNA inisiasi) tidak diformat dan (2) mRNA eukarior yang dipelajari sampai saat ini tampaknya bersifat monogenik, sehingga hanya satu polipeptida Spesies diterjemahkan dari masing-masing mRNA. Dalam prokaryores, prokaryotes, banyak mRNA bersifat poligenik, yaitu dua atau lebih polipeptida berbeda yang disintesis dari segmen yang tidak bertumpang tindih dari mrna tunggal (lihat bab 14, hlm 393-397) The synthesis of one eukaryotic protein, the silk protein fibroin can bevualized by electron microscopy using the techniques developed by O. L Miller) 269 B. A. Hamkalo, and colleagues. Fibroin does not fold up on the surface of the ribosome as other polypeptides do under the conditions used. As a result, nascent polypeptide chains of increasing length can be seen atached to the ribosomes as one scans from one end (the mRNA 5' end) of the giant polysomes (containing ribosomes; fibroin has molecular weight of over 200,000) to the oher end (Fig 10.22)

Sintesis dari satu protein eukariotik, protein sutra fibroin dapat dinormalisasi dengan mikroskop elektron menggunakan teknik yang dikembangkan oleh O. L Miller) 269 B. A. Hamkalo, dan rekannya. Fibroin tidak terlipat di permukaan ribosom seperti halnya polipeptida lain dalam kondisi yang digunakan. Akibatnya, rantai polipeptida yang baru tumbuh dengan panjang yang meningkat dapat dilihat menempel pada ribosom sebagai satu pemindaian dari satu ujung (ujung mRNA 5 ') dari polisom raksasa (mengandung ribosom; fibroin memiliki berat molekul lebih dari 200.000) ke ujung lain (Gbr 10.22)