Codon Bruk Og Organisering Av Cellens Cytoplasma
fordi den genetiske koden er overflødig, viser kodingssekvenser svært variable mønstre av kodonbruk. Hvis det ikke var noen bias, bør alle kodoner for en gitt aminosyre brukes mer eller mindre like. Genene Til b. subtilis har blitt delt inn i tre klasser på grunnlag av deres codon usage bias. En klasse består av hoveddelen av proteinene, en annen består av gener som uttrykkes på høyt nivå under eksponentiell vekst, og en tredje klasse, Med a+T-rike kodoner, tilsvarer deler av genomet som har blitt horisontalt utvekslet. Hva er kilden til slike forstyrrelser? Tilfeldige mutasjoner forventes å ha utjevnet eventuelle forskjeller, men dette er ikke tilfelle. Det er også systematiske effekter av kontekst, med NOEN DNA-sekvenser som blir favorisert eller valgt mot.
cytoplasma av en celle er ikke et lite reagensrør. En av de mest underlige funksjonene i organisasjonen av cytoplasma er at den plasserer tilstedeværelsen AV et veldig langt trådlignende molekyl, DNA, som transkriberes for å generere en rekke RNA-tråder som vanligvis er så lange som hele cellens lengde. Hvis mRNA-molekyler ble igjen fri i cytoplasma, ville alle slags knutte strukturer oppstå. Det må derfor eksistere noen organisatoriske prinsipper som hindrer mRNA-molekyler og DNA fra å bli viklet inn. Flere modeller, støttet av eksperimenter, postulerer et arrangement der transkriberte regioner er tilstede på overflaten av en kromoid, på en slik måte AT RNA-polymerase ikke trenger å omskrive dobbeltspiralen under transkripsjon. Compartmentalization er viktig selv for små molekyler, til tross for at de kan diffundere raskt. I en b. subtilis-celle som vokser eksponentielt i rikt medium, opptar ribosomene mer enn 15% av cellens volum. Cytoplasma er derfor et ribosomgitter, hvor de lokale diffusjonshastighetene for små molekyler, så vel som makromolekyler, er relativt sakte. Langs de samme linjene er den beregnede proteinkonsentrasjonen av cellen ca. 100-200 mg ml-1, en meget høy konsentrasjon.
translasjonsmaskineriet krever et passende utvalg av forlengelsesfaktorer, aminoacyl-tRNA-syntetaser og trna. Ved å telle antall trna-molekyler ved siden av et gitt ribosom, konseptualiserer man et lite, begrenset antall molekyler. Som en konsekvens, en oversette ribosom er en attractor som virker på en begrenset pool av tRNA molekyler. Denne situasjonen gir en form for selektivt trykk, hvis utfall ville være tilpasning av kodonbruks bias av den oversatte meldingen som en funksjon av sin posisjon i cytoplasma. Hvis codon usage bias skulle endres fra mRNA til mRNA, ville disse forskjellige molekylene ikke se de samme ribosomene i løpet av livssyklusen. Spesielt, hvis to gener hadde svært forskjellige kodonbruksmønstre, ville dette forutsi at de tilsvarende mrna ikke dannes innenfor samme sektor av cytoplasma.
når mRNA-tråder kommer fra DNA, blir de engasjert av gitteret av ribosomer, og de skraller fra en ribosom til den neste, som en tråd i en wiredrawing maskin (merk at dette er nøyaktig motsatt visningen av oversettelse presentert i lærebøker, hvor ribosomer skal reise langs faste mRNA-molekyler). I denne prosessen syntetiseres naserende proteiner på hvert ribosom og spres gjennom cytoplasma ved lineær diffusjon av mRNA-molekylet fra ett ribosom til det neste. Men når mRNA løsner FRA DNA, må transkripsjonskomplekset noen ganger bryte opp. Brutt mRNA er sannsynligvis et farlig molekyl fordi det, hvis det oversettes, ville produsere et avkortet protein. Slike proteinfragmenter er ofte giftige, fordi de kan forstyrre arkitekturen til multisubunitkomplekser (dette forklarer hvorfor mange nonsensmutanter er negative dominerende, snarere enn recessive). Det eksisterer en prosess som handterer denne typen ulykke I B. subtilis. Når et for tidlig avsluttet mRNA-molekyl når sin ende, stopper ribosomet å oversette, dissocierer ikke og venter. Et spesialisert rna, tmRNA, som foldes og behandles i sin 3′ ende som en tRNA og ladet med alanin, kommer inn, setter inn sin alanin ved C-enden av det nasende polypeptidet, erstatter deretter mRNA i et ribosom, hvor det oversettes SOM ASFNQNVALAA. Denne halen er et proteinmerke som deretter brukes til å lede det til et proteolytisk kompleks (ClpA, ClpX), hvor det nedbrytes.
organiseringen av ribosomgitteret, koblet til organisasjonen av kromoidens transkriberende overflate, sikrer at mRNA-molekyler oversettes parallelt med hverandre, på en slik måte at de ikke lager knuter. Polycistroniske operoner sikrer at proteiner med relaterte funksjoner samekspresseres lokalt, slik at kanalisering av de tilsvarende banemellemediene. På denne måten er strukturen av mRNA-molekyler koblet til deres skjebne i cellen, og til deres funksjon i compartmentalization. Gener oversatt sekvensielt i operoner er fysiologisk og strukturelt forbundet. Dette gjelder også for mrna som er oversatt parallelt med hverandre, noe som tyder på at flere RNA-polymeraser er engasjert i transkripsjonsprosessen samtidig, fremmed åk som trekkdyr. Faktisk, hvis det er korrelasjon av funksjon og/eller lokalisering i en dimensjon, eksisterer det en lignende begrensning i ortogonale retninger. Fordi ribosomer tiltrekker seg trna-molekyler, gir de en lokal kobling mellom disse molekylene og kodonene som blir oversatt. Dette forutser at et gitt ribosom fortrinnsvis vil oversette mrnaer som har lignende mønstre av kodonbruk. Som en konsekvens, når man beveger seg bort fra et sterkt partisk ribosom, vil det være mindre og mindre tilgjengelighet av de mest partiske trnaene. Dette skaper et seleksjonstrykk for en gradient av kodonbruk som man går bort fra de mest partiske meldinger og ribosomer, nesting transkripsjoner rundt sentrale kjerne(er), dannet av transkripsjoner for svært partisk gener. Endelig skaper ribosomsyntese en repulsiv kraft som skyver DNA-tråder vekk fra hverandre, spesielt fra regioner nær replikasjonens opprinnelse. Sammen resulterer disse prosessene i en gengradient langs kromosomet, som er et viktig element i cellens arkitektur.