kodonin käyttö ja solun sytoplasman organisointi
koska geneettinen koodi on tarpeeton, koodaussekvensseissä esiintyy hyvin vaihtelevia kodonin käyttötapoja. Jos bias ei ole, kaikkia tietyn aminohapon kodoneja tulisi käyttää enemmän tai vähemmän tasapuolisesti. B. subtilisin geenit on jaettu kolmeen luokkaan niiden kodonin käyttöharhaisuuden perusteella. Yksi luokka käsittää pääosan proteiineista, toinen koostuu geeneistä, jotka ilmentyvät korkealla tasolla eksponentiaalisen kasvun aikana, ja kolmas luokka, jossa on a+T-rikas kodoni, vastaa perimän osia, jotka on vaihdettu vaakasuoraan. Mistä tällaiset ennakkoluulot johtuvat? Satunnaisten mutaatioiden oletettaisiin tasoittaneen eroja, mutta näin ei ole. On myös systemaattisia vaikutuksia konteksti, jossa joitakin DNA sekvenssejä suositaan tai valitaan vastaan.
solun sytoplasma ei ole pieni koeputki. Yksi sytoplasman järjestymisen hämmentävimmistä piirteistä on se, että siihen mahtuu hyvin pitkä rihmamainen molekyyli, DNA, joka litteroidaan tuottamaan lukuisia RNA-säikeitä, jotka yleensä ovat yhtä pitkiä kuin koko solun pituus. Jos mRNA-molekyylit jätettäisiin vapaiksi sytoplasmaan, syntyisi kaikenlaisia solurakenteita. Siksi täytyy olla olemassa joitakin organisatorisia periaatteita, jotka estävät mRNA-molekyylejä ja DNA: ta sotkeutumasta toisiinsa. Useat kokeiden tukemat mallit postuloivat järjestelyn, jossa kromoidin pinnalla on transkriboituja alueita siten, että RNA-polymeraasin ei tarvitse rajata kaksoiskierrettä transkription aikana. Lokeroituminen on tärkeää pienillekin molekyyleille, vaikka ne voivat diffusoitua nopeasti. Rikkaassa väliaineessa eksponentiaalisesti kasvavassa B. subtilis-solussa ribosomit vievät yli 15% solun tilavuudesta. Sytoplasma on siis ribosomien hila, jossa pienten molekyylien sekä makromolekyylien paikalliset diffuusionopeudet ovat suhteellisen hitaita. Samansuuntaisesti solun laskennallinen proteiinipitoisuus on n. 100-200 mg ml−1, erittäin korkea pitoisuus.
translaatiokoneisto vaatii sopivan venymäkertoimen, aminoasyyli-tRNA-syntetaasit ja trnat. Kun lasketaan tietyn ribosomin vieressä olevien Trna-molekyylien lukumäärä, käsitteellistetään pieni, äärellinen määrä molekyylejä. Tämän seurauksena kääntyvä ribosomi on attraktori, joka vaikuttaa rajalliseen Trna-molekyylien pooliin. Tämä tilanne tarjoaa eräänlaisen selektiivisen paineen, jonka tulos olisi muunnos kodonin käyttö bias käännetyn viestin funktiona sen sijainti sytoplasmassa. Jos kodonin käyttöharha muuttuisi mRNA: sta mRNA: ksi, nämä eri molekyylit eivät näkisi elinkaaren aikana samoja ribosomeja. Erityisesti jos kahdella geenillä olisi hyvin erilaiset kodonin käyttötavat, tämä ennustaisi, että vastaavat mrnat eivät muodostu samalla sytoplasman sektorilla.
kun mRNA-säikeitä syntyy DNA: sta, ne kietoutuvat ribosomien hilasta toiseen kuin Lanka langanvedossa (huomaa, että tämä on täysin päinvastainen kuin oppikirjoissa esitetty käännös, jossa ribosomien oletetaan kulkevan kiinteitä mRNA-molekyylejä pitkin). Tässä prosessissa kuhunkin ribosomiin syntetisoidaan orastavia proteiineja, jotka leviävät koko sytoplasmaan mRNA-molekyylin lineaarisella diffuusiolla ribosomista toiseen. Kun mRNA kuitenkin irtautuu DNA: sta, transkriptiokompleksi joutuu joskus hajoamaan. Rikkoutunut mRNA on todennäköisesti vaarallinen molekyyli, koska käännettynä se tuottaisi typistettyä proteiinia. Tällaiset proteiinifragmentit ovat usein myrkyllisiä, koska ne voivat häiritä multisubunit-kompleksien arkkitehtuuria (tämä selittää, miksi monet nonsense-mutantit ovat negatiivisia dominoivia eivätkä resessiivisiä). On olemassa prosessi, joka selviytyy tällaisen onnettomuuden B. subtilis. Kun ennenaikaisesti lopetettu mRNA-molekyyli saavuttaa loppunsa, ribosomi lakkaa kääntymästä, ei dissosioidu ja odottaa. Erikoistunut RNA, tmRNA, joka on taitettu ja käsitelty sen 3′ päässä kuin tRNA ja latautunut alaniini, tulee sisään, lisää sen alaniinin orastavan polypeptidin C-terminukseen ja korvaa sitten mRNA: n ribosomissa, jossa se käännetään ASFNQNVALAA. Pyrstö on proteiinilappu, jonka avulla se ohjataan proteolyyttiseen kompleksiin (ClpA, ClpX), jossa se hajoaa.
ribosomin hilan järjestäytyminen yhdistettynä kromoidin transkriptiopinnan järjestämiseen varmistaa, että mRNA-molekyylit transloituvat toistensa suuntaisiksi siten, etteivät ne tee solmuja. Polysistronioperonit varmistavat, että proteiineja, joilla on toisiinsa liittyviä toimintoja, koekspressoidaan paikallisesti, mikä mahdollistaa vastaavien reittiväliaineiden kanavoinnin. Näin mRNA-molekyylien rakenne kytkeytyy niiden kohtaloon solussa ja niiden toimintaan lokeroitumisessa. Peräkkäin operoneissa transloituneet geenit ovat fysiologisesti ja rakenteellisesti yhteydessä toisiinsa. Tämä pätee myös mrnoihin, jotka on käännetty rinnakkain toisiinsa, mikä viittaa siihen, että useat RNA-polymeraasit osallistuvat transkriptioprosessiin samanaikaisesti, iedottuina vetojuhtina. Itse asiassa, jos on korrelaatio funktio ja/tai lokalisointi yhdessä ulottuvuudessa, on olemassa samanlainen rajoite ortogonaalisissa suunnissa. Koska ribosomit vetävät puoleensa tRNA-molekyylejä, ne saavat aikaan paikallisen kytkennän näiden molekyylien ja transloituvien kodonien välille. Tämä ennustaa, että tietty ribosomi kääntäisi mieluiten mrnat, joilla on samanlaiset kodonin käyttötavat. Tämän seurauksena, kun siirrytään pois vahvasti puolueellisesta ribosomista, kaikkein puolueellisimpien tRNAs: ien saatavuus vähenee. Tämä luo valintapaineen kodonin käytön gradientille, kun mennään pois kaikkein puolueellisimmista viesteistä ja ribosomeista, jotka pesivät transkriptejä keskusytimen(t) ympärillä, jotka muodostuvat erittäin puolueellisten geenien transkripteistä. Lopuksi ribosomisynteesi luo vastenmielisen voiman, joka työntää DNA-juosteita pois toisistaan, erityisesti alueilta, jotka ovat lähellä replikaation alkuperää. Yhdessä nämä prosessit johtavat geenin gradienttiin kromosomia pitkin, mikä on tärkeä osa solun arkkitehtuuria.