Kodonhasználat és a sejt citoplazmájának szervezése
mivel a genetikai kód redundáns, a kódoló szekvenciák nagyon változó kodonhasználati mintákat mutatnak. Ha nem volt elfogultság, akkor egy adott aminosav összes kodonját többé-kevésbé egyenlően kell használni. A B. subtilis génjeit kodonhasználati elfogultságuk alapján három osztályra osztották. Az egyik osztály a fehérjék nagy részét tartalmazza, a másik olyan génekből áll, amelyek az exponenciális növekedés során magas szinten expresszálódnak, a harmadik osztály pedig a+T-ben gazdag kodonokkal a genom vízszintesen kicserélt részeinek felel meg. Mi az ilyen elfogultságok forrása? A véletlenszerű mutációk várhatóan kiegyenlítették a különbségeket, de ez nem így van. A kontextusnak szisztematikus hatásai is vannak, néhány DNS-szekvenciát előnyben részesítenek vagy kiválasztanak.
a sejt citoplazmája nem egy apró kémcső. A citoplazma szerveződésének egyik legrejtélyesebb jellemzője, hogy befogadja egy nagyon hosszú szálszerű molekula, a DNS jelenlétét, amelyet átírnak, hogy RNS-szálak sokaságát generálják, amelyek általában olyan hosszúak, mint az egész sejt hossza. Ha az mRNS molekulákat szabadon hagynák a citoplazmában, mindenféle csomózott szerkezet keletkezne. Ezért léteznie kell néhány szervezeti alapelvnek, amelyek megakadályozzák az mRNS molekulák és a DNS összefonódását. Számos modell, kísérletekkel alátámasztva, olyan elrendezést feltételez, ahol átírt régiók vannak jelen a kromoid felületén, oly módon, hogy az RNS-polimeráznak nem kell körülírnia a kettős hélixet a transzkripció során. A kompartmentalizáció még a kis molekulák számára is fontos, annak ellenére, hogy gyorsan diffundálhatnak. A gazdag táptalajban exponenciálisan növekvő B. subtilis sejtben a riboszómák a sejt térfogatának több mint 15% – át foglalják el. A citoplazma tehát riboszóma rács, amelyben a kis molekulák, valamint a makromolekulák helyi diffúziós sebessége viszonylag lassú. Ugyanezen vonalak mentén a sejt számított fehérjekoncentrációja kb. 100-200 mg ml-1, Nagyon magas koncentráció.
a transzlációs géphez megfelelő nyúlási faktorok, aminoacil-tRNS szintetázok és tRNS-ek összessége szükséges. Az adott riboszómával szomszédos tRNS-molekulák számát számítva egy kis, véges számú molekulát fogalmaz meg. Ennek következtében a transzláló riboszóma egy attraktor, amely korlátozott mennyiségű tRNS molekulára hat. Ez a helyzet a szelektív nyomás egyik formáját biztosítja, amelynek eredménye a lefordított üzenet kodonhasználati elfogultságának adaptálása a citoplazmában elfoglalt helyzetének függvényében. Ha a kodonhasználat torzítása mRNS-ről mRNS-re változik, ezek a különböző molekulák nem látnák ugyanazokat a riboszómákat az életciklus során. Különösen, ha két gén nagyon eltérő kodonhasználati mintázattal rendelkezik, ez azt jósolja, hogy a megfelelő mRNS-ek nem a citoplazma ugyanazon szektorában képződnek.
amikor az mRNS-szálak a DNS-ből kilépnek, a riboszómák rácsával összekapcsolódnak, és az egyik riboszómából a másikba racsniznak, mint egy szál egy drótrajzolóban (vegye figyelembe, hogy ez pontosan ellentétes a tankönyvekben bemutatott fordítási nézettel, ahol a riboszómáknak rögzített mRNS-molekulák mentén kell haladniuk). Ebben a folyamatban az egyes riboszómákon kialakuló fehérjék szintetizálódnak, és az mRNS molekula lineáris diffúziójával terjednek a citoplazmában az egyik riboszómáról a másikra. Amikor azonban az mRNS leválik a DNS-ről, a transzkripciós komplexnek néha fel kell szakadnia. A törött mRNS valószínűleg veszélyes molekula, mert ha lefordítják, csonka fehérjét termel. Az ilyen fehérjefragmensek gyakran mérgezőek, mert megzavarhatják a multisubunit komplexek architektúráját (ez magyarázza, hogy sok nonszensz mutáns negatív domináns, nem pedig recesszív). Létezik egy folyamat, amely megbirkózik az ilyen balesetekkel a B. subtilis – ban. Amikor egy idő előtt végződő mRNS molekula eléri a végét, a riboszóma abbahagyja a transzlációt, nem disszociál, és vár. Egy speciális RNS, a tmrns, amelyet 3′ végén hajtogatnak és feldolgoznak, mint egy tRNS-t, és alaninnal töltik fel, bejön, beilleszti alaninját a kialakuló polipeptid C-terminálisába, majd helyettesíti az mRNS-t egy riboszómában, ahol ASFNQNVALAA-ként fordítják le. Ez a farok egy fehérjetag, amelyet ezután egy proteolitikus komplexre (ClpA, ClpX) irányítanak, ahol lebomlik.
a riboszómarács szervezése, amely a kromoid átírófelületének megszervezéséhez kapcsolódik, biztosítja, hogy az mRNS-molekulák egymással párhuzamosan transzlálódjanak oly módon, hogy ne készítsenek csomókat. A policisztonikus operonok biztosítják, hogy a kapcsolódó funkciójú fehérjék lokálisan együtt expresszálódjanak, lehetővé téve a megfelelő útvonal köztitermékeinek csatornázását. Ily módon az mRNS molekulák szerkezete összekapcsolódik a sejtben lévő sorsukkal, valamint a kompartmentalizációban betöltött funkciójukkal. Az operonokban egymás után lefordított gének fiziológiailag és szerkezetileg kapcsolódnak egymáshoz. Ez igaz az mRNS-ekre is, amelyek egymással párhuzamosan transzlálódnak, ami arra utal, hogy több RNS polimeráz vesz részt a transzkripciós folyamatban egyszerre, igás mint huzat állatok. Valóban, ha van összefüggés a funkció és / vagy lokalizáció egy dimenzióban, létezik egy hasonló kényszer az ortogonális irányban. Mivel a riboszómák vonzzák a tRNS molekulákat, helyi kapcsolatot hoznak létre e molekulák és a transzlált kodonok között. Ez azt jósolja, hogy egy adott riboszóma előnyösen lefordítja az mRNS-eket, amelyek hasonló kodonhasználati mintákkal rendelkeznek. Ennek következtében, ahogy az ember eltávolodik egy erősen elfogult riboszómától, egyre kevésbé lenne elérhető a leginkább elfogult tRNS-ek. Ez szelekciós nyomást hoz létre a kodonhasználat gradiensére, amikor az ember elhagyja a leginkább elfogult üzeneteket és riboszómákat, fészkelő transzkriptumokat a központi mag(ok) körül, amelyek az erősen elfogult gének transzkriptumaiból állnak. Végül a riboszóma szintézis olyan visszataszító erőt hoz létre, amely a DNS-szálakat egymástól távolítja el, különösen a replikáció eredetéhez közeli régiókból. Ezek a folyamatok együttesen géngradienst eredményeznek a kromoszóma mentén, amely a sejt architektúrájának fontos eleme.