codon use and Organization of the Cell ‘ s cytoplasma
omdat de genetische code overbodig is, vertonen codeersequenties zeer variabele patronen van codongebruik. Als er geen bias was, zouden alle codons voor een bepaald aminozuur min of meer gelijk moeten worden gebruikt. De genen van B. subtilis zijn verdeeld in drie klassen op basis van hun vooroordeel van het codongebruik. Een klasse bestaat uit het grootste deel van de proteã nen, een andere is samengesteld uit genen die op een hoog niveau tijdens exponentiële groei worden uitgedrukt, en een derde klasse, Met A+T-rijke codons, correspondeert met delen van het genoom die horizontaal zijn uitgewisseld. Wat is de bron van dergelijke vooroordelen? Willekeurige mutaties zouden naar verwachting eventuele verschillen gladgestreken hebben, maar dit is niet het geval. Er zijn ook systematische gevolgen van context, met sommige opeenvolgingen van DNA worden begunstigd of tegen geselecteerd.
het cytoplasma van een cel is geen kleine reageerbuis. Een van de meest raadselachtige eigenschappen van de organisatie van het cytoplasma is dat het de aanwezigheid van een zeer lange draad-achtig molecuul, DNA herbergt, dat wordt getranscribeerd om een veelheid van RNA-draden te produceren die gewoonlijk zo lang zijn als de lengte van de hele cel. Als mRNA molecules vrij in het cytoplasma werden gelaten, zouden allerlei Geknoopte structuren zich voordoen. Er moeten daarom bestaan, sommige organisatorische principes die mRNA molecules en DNA verhinderen verstrikt te raken. Verscheidene modellen, die door experimenten worden gesteund, postuleren een regeling waar getranscribeerde gebieden aan de oppervlakte van een chromoid aanwezig zijn, op zodanige wijze dat de polymerase van RNA niet de dubbele helix tijdens transcriptie hoeft te beschrijven. Compartmentalisatie is belangrijk, zelfs voor kleine moleculen, ondanks het feit dat ze snel kunnen verspreiden. In een cel van B. subtilis die exponentieel in rijk medium groeit, bezetten de ribosomen meer dan 15% van het volume van de cel. Het cytoplasma is daarom een ribosoomrooster, waarin de lokale verspreidingstarieven van kleine molecules, evenals macromoleculen, vrij langzaam zijn. Langs dezelfde lijnen, is de berekende eiwitconcentratie van de cel ca. 100-200 mg ml-1, een zeer hoge concentratie.
de translationele machines vereisen een geschikte pool van elongatiefactoren, aminoacyl-tRNA synthetases en tRNAs. Het tellen van het aantal tRNA molecules grenzend aan een bepaald ribosoom, conceptualiseert men een klein, eindig aantal molecules. Dientengevolge, is een vertalend ribosoom een Aantrekker die op een beperkte pool van tRNA molecules handelt. Deze situatie verstrekt een vorm van selectieve druk, waarvan de uitkomst aanpassing van de vooringenomenheid van het codongebruik van het vertaalde bericht als functie van zijn positie binnen het cytoplasma zou zijn. Als de vooringenomenheid van het codongebruik van mRNA in mRNA zou veranderen, zouden deze verschillende molecules niet dezelfde ribosomen tijdens de levenscyclus zien. In het bijzonder, als twee genen zeer verschillende patronen van het codongebruik hadden, zou dit voorspellen dat de overeenkomstige mRNAs niet binnen dezelfde sector van het cytoplasma worden gevormd.
wanneer mRNA-draden uit het DNA komen, raken ze betrokken door het rooster van ribosomen en ratelen ze van het ene ribosoom naar het andere, als een draad in een draadtrekmachine (merk op dat dit precies het tegenovergestelde is van de weergave van vertaling die in leerboeken wordt gepresenteerd, waar ribosomen geacht worden langs vaste mRNA-moleculen te reizen). In dit proces, worden de ontluikende proteã nen samengesteld op elk ribosoom, en verspreid door het cytoplasma door de lineaire verspreiding van de mRNA molecule van één ribosoom aan volgende. Nochtans, wanneer mRNA van DNA ontkoppelt, moet de complexe transcriptie soms opsplitsen. Gebroken mRNA is waarschijnlijk een gevaarlijke molecule omdat, indien vertaald, het een afgekapt eiwit zou produceren. Dergelijke eiwitfragmenten zijn vaak giftig, omdat ze de architectuur van multisubunitcomplexen kunnen verstoren (dit verklaart waarom veel nonsens mutanten negatief dominant zijn in plaats van recessief). Er bestaat een proces dat omgaat met dit soort ongevallen in B. subtilis. Wanneer een voortijdig beëindigde mRNA-molecule zijn einde bereikt, houdt het ribosoom het vertalen op, scheidt niet, en wacht. Een gespecialiseerd RNA, tmRNA, dat bij zijn 3′ eind als tRNA wordt gevouwen en verwerkt en met alanine wordt geladen, komt binnen, voegt zijn alanine bij het C-eind van het ontluikende polypeptide toe, dan vervangt mRNA binnen een ribosoom, waar het als ASFNQNVALAA wordt vertaald. Deze staart is een eiwitmarkering die dan wordt gebruikt om het naar een proteolytisch complex (ClpA, ClpX) te leiden, waar het wordt afgebroken.
de organisatie van het ribosoomrooster, gekoppeld aan de organisatie van het transcriberende oppervlak van het chromoïd, zorgt ervoor dat mRNA-moleculen parallel aan elkaar worden vertaald, zodat ze geen knopen maken. Polycistronische operons zorgen ervoor dat proteã nen die verwante functies hebben lokaal coexpressed zijn, die het kanaliseren van de overeenkomstige weg tussenpersonen toestaan. Op deze manier, wordt de structuur van mRNA molecules gekoppeld aan hun lot in de cel, en aan hun functie in compartmentalisatie. Genen die sequentieel in operons worden vertaald zijn fysiologisch en structureel verbonden. Dit is ook waar voor mRNAs die parallel aan elkaar worden vertaald, Die voorstellen dat verscheidene polymerases van RNA gelijktijdig in het transcriptieproces worden betrokken, als ontwerpdieren verbonden. Inderdaad, als er correlatie van functie en / of lokalisatie in één dimensie is, bestaat er een soortgelijke beperking in de orthogonale richtingen. Omdat ribosomen tRNA-moleculen aantrekken, brengen ze een lokale koppeling tot stand tussen deze moleculen en de codons die worden vertaald. Dit voorspelt dat een bepaald ribosoom bij voorkeur mRNAs zou vertalen die gelijkaardige patronen van codongebruik hebben. Als gevolg daarvan, als men zich verwijdert van een sterk bevooroordeeld ribosoom, zou er steeds minder beschikbaarheid van de meest bevooroordeelde tRNAs zijn. Dit leidt tot een selectiedruk voor een gradiënt van codongebruik aangezien men van de meest bevooroordeelde berichten en ribosomen, die transcripten rond centrale kern(s) nestelen, van transcripten voor hoogst bevooroordeelde genen wordt gevormd. Tenslotte leidt de ribosoomsynthese tot een afstotende kracht die de bundels van DNA van elkaar, in het bijzonder van gebieden dichtbij de oorsprong van replicatie duwt. Samen resulteren deze processen in een gengradiënt langs het chromosoom, dat een belangrijk element van de architectuur van de cel is.