Uso de codons e Organização da Célula, do Citoplasma
Porque o código genético é redundante, seqüências de codificação exposição altamente variável padrões de uso de codons. Se não houver viés, todos os codões para um determinado aminoácido devem ser utilizados mais ou menos igualmente. Os genes de B. subtilis foram divididos em três classes com base no seu viés de codon. Uma classe compreende o grosso das proteínas, outra é composto de genes que são expressos em um nível alto durante o crescimento exponencial, e uma terceira classe, com Um+T-rich códons, corresponde a porções do genoma que foram horizontalmente trocados. Qual é a fonte de tais preconceitos? Espera-se que mutações aleatórias tenham suavizado quaisquer diferenças, mas este não é o caso. Há também efeitos sistemáticos do contexto, com algumas sequências de DNA sendo favorecido ou selecionado contra.O citoplasma de uma célula não é um pequeno tubo de ensaio. Um dos mais intrigantes características da organização do citoplasma é que ele acomoda a presença de um muito longo thread-como a molécula, o DNA, que é transcrita para gerar uma infinidade de segmentos de RNA que, normalmente, são tão longas quanto o comprimento de toda a célula. Se as moléculas de ARNm fossem deixadas livres no citoplasma, todos os tipos de estruturas pontilhadas surgiriam. Deve haver, portanto, alguns princípios organizacionais que impedem as moléculas de ARNm e DNA de se enredarem. Vários modelos, apoiados por experimentos, postulam um arranjo onde regiões transcritas estão presentes na superfície de um cromóide, de tal forma que a ARN polimerase não tem que circunscrever a dupla hélice durante a transcrição. A compartimentalização é importante mesmo para moléculas pequenas, apesar do fato de que elas podem se difundir rapidamente. Em uma célula B. subtilis crescendo exponencialmente em meio rico, os ribossomas ocupam mais de 15% do volume da célula. O citoplasma é, portanto, uma estrutura ribossómica, na qual as taxas de difusão local de pequenas moléculas, bem como macromoléculas, são relativamente lentas. De acordo com as mesmas linhas, a concentração de proteína calculada da célula é ca. 100-200 mg ml-1, uma concentração muito elevada.A máquina translacional requer um conjunto apropriado de fatores de alongamento, sintetases aminoacil-tRNA e tRNAs. Contando o número de moléculas de tRNA adjacentes a um dado ribossomo, conceitualiza-se um pequeno número finito de moléculas. Como consequência, um ribossomo traduzindo é um atrator que atua sobre um conjunto limitado de moléculas de tRNA. Esta situação fornece uma forma de pressão seletiva, cujo resultado seria a adaptação do viés de uso de codon da mensagem traduzida como uma função de sua posição dentro do citoplasma. Se o viés do uso do codon mudasse de mRNA para mRNA, essas moléculas diferentes não veriam os mesmos ribossomas durante o ciclo de vida. Em particular, se dois genes tivessem padrões de uso de codon muito diferentes, isso iria prever que os mRNAs correspondentes não são formados dentro do mesmo setor do citoplasma.
quando os fios de ARNm estão a emergir do ADN, tornam-se envolvidos pela estrutura dos ribossomas, e eles roçam de um ribossoma para o outro, como um fio numa máquina de desenho de fios (note-se que isto é exactamente oposto à visão da tradução apresentada nos livros de texto, onde os ribossomas devem viajar ao longo de moléculas fixas de ARNm). Neste processo, as proteínas nascentes são sintetizadas em cada ribossomo, e se espalham ao longo do citoplasma pela difusão linear da molécula de ARNm de um ribossomo para o outro. No entanto, quando o mRNA se desengata do ADN, o complexo de transcrição deve, por vezes, romper-se. O ARNm partido é provável que seja uma molécula perigosa porque, se traduzido, produziria uma proteína truncada. Tais fragmentos de proteínas são frequentemente tóxicos, porque podem perturbar a arquitetura dos complexos multisubunit (isso explica porque muitos mutantes sem sentido são negativos dominantes, ao invés de recessivos). Existe um processo que lida com este tipo de acidente em B. subtilis. Quando uma molécula de ARNm terminada prematuramente atinge o seu fim, o ribossoma pára de traduzir, Não dissocia, e espera. Um RNA especializado, tmRNA, que é dobrado e processado em sua extremidade 3′ como um tRNA e carregado com alanina, entra, insere sua alanina no C-terminus do polipeptídeo nascente, em seguida, substitui o ARNm dentro de um ribossomo, onde é traduzido como ASFNQNVALAA. Esta cauda é uma etiqueta proteica que é então usada para direcioná-la para um complexo proteolítico (ClpA, ClpX), onde é degradada.
a organização da estrutura ribossómica, associada à organização da superfície transcritora do cromóide, garante que as moléculas de mRNA são traduzidas paralelamente umas às outras, de tal forma que não fazem nós. Os operões policistrónicos asseguram que as proteínas com funções relacionadas são coexpressas localmente, permitindo a canalização dos correspondentes intermediários de Via. Desta forma, a estrutura das moléculas de ARNm está ligada ao seu destino na célula, e à sua função na compartimentalização. Genes traduzidos sequencialmente em operando são fisiologicamente e estruturalmente conectados. Isto também é verdade para o mRNAs que são traduzidos paralelamente um ao outro, sugerindo que várias polimerases de RNA estão envolvidas no processo de transcrição simultaneamente, yoked as rascunhos de animais. De fato, se existe correlação de função e / ou localização em uma dimensão, existe uma restrição similar nas direções ortogonais. Como os ribossomas atraem moléculas de tRNA, eles trazem um acoplamento local entre essas moléculas e os codões que estão sendo traduzidos. Isto prevê que um determinado ribossomo traduziria preferencialmente mRNAs com padrões semelhantes de uso de codões. Como consequência, à medida que nos afastamos de um ribossoma fortemente tendencioso, haveria cada vez menos disponibilidade das tRNAs mais tendenciosas. Isto cria uma pressão de seleção para um gradiente de Uso do codão à medida que se vai longe das mensagens mais tendenciosas e ribossomas, nidificando transcrições em torno do núcleo central, formado de transcrições para genes altamente tendenciosos. Finalmente, a síntese ribossómica cria uma força repulsiva que afasta as cadeias de ADN umas das outras, em particular das regiões próximas da origem da replicação. Juntos, estes processos resultam em um gradiente genético ao longo do cromossomo, que é um elemento importante da arquitetura da célula.