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gene expression...

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

Le c t ur e20:Ge neExpr e s s i on–Tr a ns l at i on Tr ans l a t i o n •

Tr a ns l a t i o nr e f e r st ot hes yn t h e s i sofap ol ype pt i deus i n gt hei nf o r ma t i oni nt hemRNAt r a n s c r i p t •

Oc c u r sont h er i bo s o mes t r uc t u r e

•

Pe pt i debo ndf or ma t i onb e t we e na mi noa c i d s

•

**b o t ht r a ns c r i p t i ona n dt r a ns l a t i o na r es i mi l a ri nba c t e r i aa n de uk a r y o t e s • • •

Pr oc e s si na r c h a e ai sno twe l lun de r s t ood Non uc l e a rme mb r a nei np r ok a r y o t e sàt r a ns c r i pt i ona n dt r a ns l a t i ono c c u ri nt hes a me e n vi r on me nt t r a n s l a t i o nma ybe g i nb e f or et r a n s c r i pt i o nfin i s h e s I ne uk a r y o t e st r a ns c r i p t i o noc c ur si nt hen uc l e u s • mRNAi smod i fie da ndt he ne xp or t e di n t ot hec y t op l a s m •

•

Tr a ns l a t i ono c c u r si nt h ec y t opl a s m

Theg e ne t i cc ode •

4nu c l e ot i deb a s e si nDNAa r eu s e dt os p e c i f y20a mi noa c i ds

•

Co d onsa r enu c l e o t i det r i p l e t s • Sma l l e s tu ni to fu ni f or ml e n g t ht h a tc a ne n c o dea l l2 0a mi n oa c i d s • 3nu c l e ot i des e q ue n c e si nDNA t r a ns c r i b e di nt o3n uc l e o t i d es e que nc e si nmRNA t r a ns l a t e di nt oas i n g l ea mi noa c i di nt hep r o t e i n Onl y1o f2DNAs t r a nd swi l ls e r v ea st heDNAt e mpl a t ef o rt r a ns c r i pt i on

•

•

Ot h e rg e ne sont hes a meDNAs t r a ndwi l lus et heo ppo s i t es t r a nda sat e mp l a t e

•

mRNAp r od uc e dwi l lb ec omp l e me n t a r yt ot heDNAt e mp l a t e •

As s e mb l e da c c or di n gt ob a s epa i r i n gr ul e s

•

Te mp l a t ea n dmRNAa r ea nt i p a r a l l e lt oo nea no t h e r •

•

• Co do nsa r ea r r a n g e d5’ 3’ Co di n gs t r a n dofDNAi st heno nt e mp l a t es t r a nd •

•

Re a dst hes a mea st hemRNAt r a ns c r i p tbutwi t hTr a t he rt ha nU

61/ 6 4c od onswi l le n c od ea na mi noa c i d •

•

Te mp l a t e3 ’ 5 ’ , t r a ns c r i p t5 ’ 3’

3/ 64c odo nswi l lbes t opc o don s

AUGi st h euni v e r s a ls t a r tc odo n •

Enc o de same t hi o ni ne( me t )a mi n oa c i d

•

Mor et ha no nec o donwi l ls pe c i f yt hes a mea mi noa c i d • Us ua l l yd i ffe ri nt h el a s tn uc l e o t i deo ft hec odo n

•

Onec od onwi l lne v e rp r o du c eadi ffe r e nta mi n oa c i d

•

Ther e a d i n gf r a mei sv e r yi mpo r t a ntf ort hea mi noa c i ds e q ue n c ea ndp r ot e i nf un c t i o n

•

**g e n e t i cc od ei sun i v e r s a l •

•

Sh a r e db ya l lor g a ni s ms

Co d onsofmRNAa r et r a n s l a t e db yt RNA •

t RNAt r a ns f e r sa mi n oa c i dsf r o mc y t op l a s mi cs u ppl yt ot heg r o wi n g pol y pe p t i d ei nt h er i bo s o me



• •

Ri b os ome sa d da mi n oa c i dsde l i v e r e db yt het RNAmo l e c u l e s

Cy t opl a s mh a sapl e nt i f uls upp l yoft h e20a mi noa c i d s •

Synt h e s i z e di nt hec e l lo rt a k e nupf r om t hee x t r a c e l l ul a re n vi r onme nt

•

No ta l lt RNAmo l e c u l e sa r ei de nt i c a lt oo nea n ot he r

•

Thet RNAc a r r i e si t sc o r r e s pon di n ga mi n oa c i da tt he3 ’e n doft hemol e c u l e • Ana nt i c od onnu c l e ot i des e q ue n c ei sa l s opr e s e n ti nt hea nt i c od onl oo poft h et RNA

•

1t RNAt r a ns l a t e s1mRNAc od oni nt oap a r t i c u l a ra mi noa c i d

•

Ba s epa i r swi t ht h ea pp r opr i a t emRNAc o d on

•

Se qu e nc e sa r ec omp l i me n t a r yt oo nea n ot he r

t RNA • t RNAmo l e c ul e sa r et r a ns c r i be di nt hee u ka r y o t i cnu c l e u s a c c o r di n gt ot h eDNAt e mp l a t e • •

Re c y c l a bl e •

•

Ma dei nt h ec yt op l a s mo fp r o ka r y o t i cc e l l s Onc et het RNAl os e si t sa mi n oa c i di twi l l c ol l e c ta n ot he rf r om t hec y t o pl a s mi cp ool

Si n g l es t r a ndo fRNA~80n uc l e o t i d e sl o n g • Co mpl i me n t a r ys e qu e nc e sa l l o wt h emol e c u l et o f ol dba c koni t s e l ff o r mi n ga3Dc l o v e r l e a f s t r u c t ur e •

•

St r uc t u r ea ndf un c t i ona r et i gh t l y c o r r e l a t e dt oo nea n ot he r

t RNA/ a mi noa c i dp a i r i n goc c u r st oma t c ht hea nt i c od on •

Enz y me sc a l l e da mi noa c y lt RNAs yn t h e t a s e sa r er e s pon s i b l ef orc h a r gi n gt het RNAwi t ht he a pp r opr i a t ea mi n oa c i d

•

Thet RNAs y nt he t a s ea c t i v es i t ei so nl ya bl et or e c o g ni z eonet RNA/ a mi noa c i dc omb o •

20d i ffe r e ntt RNAs yn t he t a s e se x i s t1pe ra mi noa c i d • 1t RNAs y nt he t a s ec a nb i n dt oa l lt RNAst ha tc o def oras pe c i fica mi n oa c i d

•

Ca t a l yz et hec o v a l e nta t t a c h me ntoft hea mi n oa c i dt ot het RNAmo l e c u l ec ons u mi n g1 ATP •

Thec h a r g e dt RNAmo l e c u l e( a mi n oa c y lt RNA)i sr e l e a s e df r om t het RNA s y nt he t a s es ot ha ti tc a nbeu s e di nt r a ns l a t i on

TheWobbl eEffe c t •

The r ea r eon l y45t RNAmo l e c u l e s •

61wou l dber e qu i r e di ft he r ewa sa ni n di vi du a lt RNAf ore a c ho ft he6 1c od on s

•

Po s i t i on# 3oft hea n t i c odo nha sr e l a x e dba s ep a i r i n gr u l e sdu r i n gi nt e r a c t i o nwi t ht hec odo noft he mRNAs e q ue nc e •

Al l o wsas i n g l et RNAt or e c o gni z emo r et ha no nec o do nwh e ndi ffe r e nc e se x i s to nl yi n t het hi r dnu c l e ot i dep os i t i o n •

Ex :Ua tt he5 ’e ndoft h ea n t i c odo ni sa b l et ob a s epa i rwi t ha nA( u s u a l )o raG ( un us ua l )i nt h e3’pos i t i o noft h emRNAc odo n



• •

Ca l l e dt h ewob bl ee ffe c t

Ex :t RNAa nt i c od on:3’UCU5 ’i sa bl et oba s epa i rwi t h5’AGA3’or5 ’AGG 3’

Ri bo s o me s • Ri b os ome sc on s i s to fp r o t e i nsa nd: • 3r RNAi npr ok a r y ot e s ,4r RNAi ne u ka r y o t e s •

r RNAi st r a ns c r i b e d, pr oc e s s e da nda s s e mb l e di nt oun i t swi t hp r ot e i n t ha ti si mp or t e di nt ot h en uc l e u sf r om t hec y t o pl a s m • Co mpl e t er i b os oma ls ub uni t sa r ee x por t e dt ot hec y t op l a s mv i a nu c l e a rpor e s •

•

As s e mb l yo fl a r g ea n ds ma l lr i bo s o ma ls ubu ni t s oc c u r son l yon c emRNAi sb oun dt ot hes ma l l r i bos oma ls u bun i t

The r ea r e1 000 sofr i bo s ome si nt hec e l l r RNAi smo s ta b und a nt c e l l ul a rRNA

Ri bo s o ma l s t r uc t u r e : 1. mRNAb i ndi n gs i t e 2. 3t RNAbi nd i n gs i t e s • Ps i t e :ho l d st RNAc a r r yi n gt h egr o wi n gpo l ype pt i dec h a i n •

As i t e :h ol dst RNAc a r r yi n gt hen e x ta mi noa c i dt ob ea dd e dt ot hec h a i n

•

Es i t e :h ol dst hen a k e dt RNAe x i t i n gf r o mt her i b os ome

Tr ans l a t i on • Thr e es t a g e soft r a n s l a t i on : 1 .I ni t i a t i o n: •

Br i n gst o g e t h e r :mRNA,t RNAc a r r yi n gt hefir s ta mi no a c i da nd2r i b os oma ls ub uni t s •

•

Thes ma l ls ubu ni tb i ndst ot hemRNAa nd i ni t i a t ort RNA( c a r r yi n gme t h i oni n e )

Ac ompl i me n t a r ys e que nc ei nb a c t e r i a lmRNAa nd r RNAoft h es ma l lr i bo s o ma ls ubu ni t • Se qu e nc e sa dhe r et oo nea n ot he r r e a di n g f r a mea l i gn sp r o pe r l yo nr i bo s o me

•

I ne uka r y o t e st h es ma l lr i b os o ma ls ubu ni ti sa l r e a d yc h a r ge dwi t ht RNA

•

Sma l ls ub uni tbi nd st o5’c a pofmRNAs c a nn i n gmRNAun t i lt heAUGi sl o c a t e d 1 . Ant i c o donl o opo ft RNAh ydr o g e nb ond st oAUGi nt hemRNAs e que nc e 2 . Thet r a ns l a t i oni ni t i a t i onc omp l e xi sno wc o mpl e t e • I ni t i a t i o nf a c t o rp r o t e i nsa s s i s t GTPi sc ons ume d 3 .I ni t i a t o rt RNAi sl oc a t e di nt h ePs i t e ,As i t ei sv a c a n t 4 . Po l ype pt i dea s s e mb l yo c c u r sf r om Nt e r mi n ust oC t e r mi nu s • Ami n oa c i dn umb e r2i sa dd e dt ot heC t e r mi nu sofme t h i oni n e



2. El o n g a t i o n: •

Ami noa c i dsa r ea dde do neb yon ea tt h eCt e r mi nu s

•

Pr o t e i ne l o n g a t i o nf a c t o r sa r ene e de df ort hi ss t e p

•

3r e pe t i t i v es t e psoc c ur

•

•

•

St e ps1a nd3r e q ui r ee ne r gy

•

St e p1:c od onr e c o g ni t i onc o ns ume s1GTPa ndi n c r e a s e sa c c ur a c y

• St e p3:t r a ns l o c a t i onc on s u me s1GTP mRNAmo v e st hr o ug ht her i b os o meun i di r e c t i on a l l y •

5’e ndfir s t

•

mRNAa ndr i bos o memo v er e l a t i v et oonea not he r

The s es t e psr e pe a tu nt i ls ynt h e s i soft h ep o l y pe p t i d ei sc o mpl e t e

3. Te r mi na t i on : •

As t opc od oni nmRNAr e a c he st he As i t eoft h er i bos o me •

St o pc o don sdono t e n c od ea mi noa c i dsa nd s i g na lt r a ns l a t i o nt os t o p •

•

UAA, UAG, UGA

Re qu i r e sar e l e a s ef a c t o rs ha pe dl i k ea na mi noa c y lt RNA •

Bi n dst ot h es t o pc o doni nt heAs i t ewh e r ei tc a u s e st hea ddi t i onofwa t e r •

Br e a kst hec o v a l e n tb onda t t a c hi n gt hec omp l e t e dpol ype pt i det ot het RNAi n t hePs i t ea n dt hepo l y pe pt i dei sr e l e a s e d

•

Thet r a n s l a t i ona s s e mbl yi sn o wt a ke na pa r tpi e c eb yp i e c e 1. Ma k e sus eofpr ot e i nf a c t or sa ndu s e s2GTP

Po l yr i bos ome s • Ma ki n gu s eo fo ner i b os omet h ea v e r a g ep ol yp e pt i det a k e sl e s st h a no nemi nu t et oa s s e mbl e •

Mul t i pl er i bo s o me ss p e e dt h epr oc e s sa l on g

•

Al l o wst hes ynt he s i sofah i ghq ua n t i t yofp r o t e i nv e r yqui c kl y

•

Thes e c o ndr i bos o mebe gi n son c et h efir s tha sma d epr o gr e s s

•

Ca nbes e e nwi t ha ne l e c t r o nmi c r o gr a p h

•

Re f e r r e dt oa sp ol y s o me s

Compl e t i ngSynt he s i z e dPr o t e i n •

Tr a ns l a t i o npr od uc e sapr i ma r ya mi n oa c i ds e q ue n c e( non f un c t i ona l ) •

Fo rf un c t i o npr o t e i nmu s tf ol da n dund e r g opo s t t r a ns l a t i o na lmo di fic a t i on 1 . Ast r a ns l a t i oni so c c u r r i n gt h epr ot e i nf o l d sa c c or di n gt oi t spr i ma r ys e q ue n c e •

For msa3Dmol e c u l ewi t hs e c on da r ya n dt e r t i a r ys t r u c t ur e

• •

Ge nes e qu e nc edi c t a t e spr i ma r yp r o t e i ns t r u c t ur e di c t a t e spr ot e i ns ha p e Cha p e r on epr o t e i n so f t e na s s i s ti np r o t e i nf o l di n g

2 . Pos tt r a n s l a t i on a lmo d i fic a t i o nsi nc l u de :



•

Ad di t i o nofs ug a r s ,l i pi dsa ndpho s p h a t eg r o up st oc e r t a i na mi n oa c i ds

• •

Enz y mec l e a v a g eo fa na mi noa c i df r o m Nt e r mi n uso rCt e r mi nu sofpr ot e i n Enz y mec l e a v a g eo ft hep r o t e i ni nt o2p i e c e s •

•

Ma yf o r mbo ndswi t hon ea no t h e rr e a s s e mbl i n g

• Ma k e st hep r o t e i na c t i v e e x :i ns ul i n As s e mb l yo ft woo rmor epo l ype pt i deun i t swi t hon ea no t h e rf or mi n gapr ot e i n •

Qu a t e r n a r ys t r uc t ur e e x:he mog l obi n

Ta r g e t i ngSy nt he s i z e dPr o t e i ns • Fr e er i bos ome ss ynt h e s i z ep r o t e i nd e s t i n e d t os t a yi nt h ec y t opl a s ma n dbo und r i b os ome ss y nt he s i z ep r ot e i nde s t i ne dt obe e x por t e df r om t hec e l lord e s t i n e dt oe n t e r i n t ot hee n do me mb r a nes y s t e m •

Twor i b os omev a r i e t i e sc a nmo v e be t we e ne a c ho ft h et wof o r ms •

•

St r uc t u r a l l yi nd i s t i n gui s ha bl ef r om on ea n ot he r

Cy t opl a s mi cr i b os ome sbe g i nt h es ynt h e s i sofapol yp e pt i d e •

I fac uei sr e c e i v e dt h er i b o s omewi l la t t a c hi t s e l ft oar e c e pt oront her o u g hER •

•

•

~20a mi noa c i ds e que nc el o c a t e da tt h eNt e r mi nu so ft hepo l ype pt i de

•

Th es i gn a lp e pt i det a r g e t st h epr ot e i nt ot h ee nd opl a s mi cr e t i c ul um

Thes i g na lpe p t i dei sr e c o g ni z e da si te me r g e sf r om t h er i bo s o meb yt hes i g na lr e c o gn i t i o npe p t i d e( SRP) •

Apr ot e i nRNAc omp l e xt ha ta c t sa sa ne s c or t •

•

Pol yp e pt i de sde s t i n e df o rt hee ndo me mbr a nes y s t e m orf o rs e c r e t i onwi l lc o nt a i n as i g na lpe pt i de

Br i n gst her i b os omea ndgr o wi n gp ol ype pt i det ot her ou g hERwh e r et her i bo s omed oc ks •

Gr o wi n gpr ot e i ni sf e di nt ot hel ume noft heERvi aapr ot e i npor e

•

Thes i gna lp e pt i dei sc l e a v e df r o mt h epol y pe p t i d e

•

Re ma i nde ro ft h epr ot e i ni sr e l e a s e di n t ot heERl u me ni fde s t i ne df ors e c r e t i on f r omt hec e l l

Ot he rs i g na lpe pt i de se x i s t •

Tr a fficp r o t e i nt ot h emi t oc hon dr i a / c h l o r opl a s t

•

Pr o t e i nwi l lbes y nt he s i z e donc y t o pl a s mi cr i b os ome s

Mut at i on •

Ch a n g e si ng e ne t i cs e q u e nc e sf or mt hes ou r c eo fne wg e ne s

•

La r g es c a l emut a t i on soc c urduet oc h r omos o ma lr e a r r a n g e me n t

•

Po i ntmu t a t i on: • •

Ac ha n g ei nas i n gl enu c l e ot i depa i ro fag e ne I ft hemut a t i onoc c ur si nag a me t ei twi l lbepa s s e da l o n gt of u t u r eg e n e r a t i on s

•

So me t i me st hemu t a t i o nc r e a t e sa d v e r s ee ffe c t s •

Ge ne t i cdi s or d e r s e x :s i c kl e c e l ldi s e a s e



•

Typ e so fmut a t i oni nc l ud e : 1 . Sub s t i t ut i on s : •

Re p l a c e san uc l e o t i dea ndi t sb a s epa i rwi t had i ffe r e n tn uc l e ot i dep a i r

•

Ge ne t i cc o dei sr e d und a nts os o mes ub s t i t ut i on swi l lno tc ha n g et hea mi noa c i d •

Ex :3 ’CCG5 ’  3’CCA5 ’l e a d st omRNA5’GGC3’ 5 ’GGU3 ’ •

•

Somes ub s t i t ut i on sc ha n g eon ea mi n oa c i dt oa n ot he rami s s e n s emu t a t i on •

•

Bo t hc o don sc a l lf orgl y c i nea mi n oa c i d as i l e n tmut a t i on

Ma yno th a v ea ne ffe c t : •

Sub s t i t u t e sa na mi noa c i dt ha ti sc h e mi c a l l ys i mi l a rt ot heo r i gi n a l

•

Ma yoc c uri nar e gi o noft hep r o t e i nt h a ti sn oti mp or t a ntf orf ol di n go r f un c t i on

Mut a t i on st ha ta ffe c tpr o t e i nf u nc t i o n: 1 . Ca no c c uri fmu t a t i onoc c ur si nt h ea c t i v es i t eoft h ee nz y me 2 . Ma ye nh a nc ep r ot e i nf un c t i o n 3 . Ma yc r e a t eno nf unc t i o na lorl e s sa c t i v ep r o t e i ns 4 . Ma yc a us et h ei n s e r t i ono fap r e ma t u r es t opc o don • Tr a ns l a t i ons t o psbe f or et hepr o t e i ni sc ompl e t e •

Cr e a t e sat r un c a t e dpr o t e i n •

Al mo s ta l wa y swi l lben onf un c t i ona l

2. I n s e r t i on / d e l e t i o nmut a t i o ns : •

Anuc l e ot i d ep a i ri se i t h e ra dd e dorl os tf r omag e ne

•

• Mos tl i k e l yt os i gn i fic a nt l ya ffe c tt h ep r ot e i n Al t e r st her e a d i n gf r a meoft h eg e ne •

Fr a me s hi f tmut a t i on •

•

•

Al lc od onsdo wn s t r e a moft hemut a t i o nwi l lb ea ffe c t e d

Mut a t i onc a noc c urs po nt a ne o us l ya sar e s ul tofDNApo l y me r a s ee r r ord ur i n gr e p l i c a t i on •

Us ua l l yc or r e c t e db yp r oof r e a di n g/ r e p a i rs y s t e ms

•

I fmu t a t i o npe r s i s t si twi l lbepa s s e da l o n gt oda ught e rc e l l sd ur i n gc e l ldi vi s i o n

•

1: 1010mut a t i on s

Mut a t i onc a na l s ooc c urb e c a us eofmut a g e ns : •

Ph y s i c a la ndc h e mi c a la g e n t st ha ti nt e r a c twi t hDNAa ndc a us emut a t i o n •

Xr a y s / UVl i gh t •

• •

Hi ghe ne r gyr a d i a t i o n

Che mi c a lmut a g e n sbi n dt oDNAa n ddi s t o r tt hes t r uc t ur e

• Nu c l e o t i dea na l o g sf or mr e s u l t i n gi ni nc o r r e c tb a s epa i r i n g Ca r c i no g e n sa r emo s tof t e nmu t a g e ni c

•

Mo s tmut a g e nsa r ec a r c i no g e n i c...