Hauptunterschied – Prokaryotische vs. eukaryotische Übersetzung

Prokaryontische und eukaryontische Translation sind an der Synthese von Proteinen beteiligt, indem sie die genetischen Anweisungen entschlüsseln, die von den mRNAs getragen werden. Während der Translation werden Nukleotidtripletts, sogenannte Codons, auf der mRNA in eine Sequenz von Aminosäuren übersetzt. Sowohl die prokaryontische als auch die eukaryontische Übersetzung haben während der gesamten Prozesse einen ähnlichen Grundplan. Es gibt jedoch einige Unterschiede, die bei diesen Übersetzungsprozessen beobachtet werden können. Die Hauptunterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer Übersetzung ist das Die prokaryontische Translation erfolgt synchron mit ihrer Transkription, während die eukaryontische Translation asynchron mit ihrer Transkription erfolgt.

Dieser Artikel erklärt,

1. Was ist eine prokaryontische Übersetzung? – Definition, Prozess, Funktionen 2. Was ist eine prokaryontische Übersetzung? – Definition, Prozess, Funktionen 3. Was ist der Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer Übersetzung?

Was ist prokaryontische Übersetzung?

Bei Prokaryoten ist Translation der Prozess der gleichzeitigen Synthese von Proteinen mit Transkription. Die Translation beginnt unmittelbar nach der Transkription des 5'-Endes des Gens in mRNA. Die prokaryontische Translation erfolgt grundsätzlich in drei Schritten: Initiation, Elongation und Termination. Um die Translation einzuleiten, werden die beiden Untereinheiten 50S und 30S zusammengesetzt. Die drei Initiationsfaktoren IF1, IF2 und IF3 helfen beim Aufbau des Initiationskomplexes. N-Formylmethionin ist die erste hinzugefügte Aminosäure bei der Translation. GTP wird als Energiequelle für die Peptidbindungsbildung zwischen den verbleibenden und ankommenden Nukleotiden verwendet. Der Translationsinitiationsfaktor ist EF-P.

Die Selektion des Startcodons wird durch die Bindung des Ribosoms an die Shine-Dalgarno-Sequenz erleichtert. Die Shine-Dalgarno-Sequenz ist eine purinreiche Region, die sich stromaufwärts des AUG-Startcodons befindet. Diese Sequenz ist komplementär zur pyrimidinreichen Region auf 16S rRNA. Die 16S-rRNA ist ein Bestandteil der 30S-Untereinheit. Diese beiden komplementären Nukleotide paaren sich zusammen und bilden eine doppelsträngige RNA-Struktur. Diese Paarung bringt das Initiationscodon in die P-Stelle des Ribosoms. Die erste Aminosäure bindet an die P-Stelle. Ein Ribosom besteht aus drei aktiven Zentren: A-Stelle, P-Stelle und E-Stelle. Eingehende Aminoacyl-tRNAs, anders als die erste Aminoacyl-tRNA, binden an die A-Stelle. Die Bildung der Peptidbindung erfolgt an der P-Stelle. Die Austrittsstelle für die ungeladene tRNA ist die E-Stelle.

Abbildung 1: Transkriptionsinitiation im 70S-Ribosom von Prokaryoten

Die beiden Dehnungsfaktoren sind EF-G und EF-Tu. Die Translation verlängert sich, bis das Ribosom eines der drei Stoppcodons erreicht: UAA, UGA, UAG. Andere Freisetzungsfaktoren als die tRNAs erkennen das Stoppcodon. Die mRNA mit dem Terminationscodon an der A-Stelle wird als Terminationskomplex bezeichnet. Drei Freisetzungsfaktoren können identifiziert werden: RF1, RF2 und RF3. RF1 und RF2 erkennen die UAA/UAG und UAA/UGA und hydrolysieren die Esterbindung in der Peptidyl-tRNA, um die entstehende Polypeptidkette freizusetzen. RF3 katalysiert die Freisetzung von RF1 und RF2. Sobald das neue Protein freigesetzt wird, wird das Ribosom recycelt. Der Ribosomen-Recycling-Faktor und EF-G sind an der Freisetzung von mRNA und tRNAs aus dem Ribosom und der Dissoziation des 70S-Ribosoms in 30S- und 50S-Untereinheiten beteiligt. IF3 setzt die mRNA frei, indem es die deacylierte tRNA ersetzt.

Beim Eintritt von Bakterien in die stationäre Phase wird die Translation durch die Dimerisierung von Ribosomen herunterreguliert. Die Ribosomendimerisierung wird durch RMF, HPF und YfiA erleichtert. Die Ribosomen-Dissoziationsfaktoren sind RsfA und HflX.

Was ist eukaryotische Übersetzung?

Die Translation ist der zweite Schritt der eukaryotischen Genexpression, ein von der eukaryotischen Transkription getrennter Vorgang. Transkription und Translation erfolgen bei Eukaryoten in zwei verschiedenen Kompartimenten. Daher können die beiden Prozesse nicht gleichzeitig ablaufen. Eukaryontische mRNAs sind monocistronisch und werden im Zellkern prozessiert, indem eine 5'-Kappe, ein Poly-A-Schwanz hinzugefügt und die Introns gespleißt werden, bevor sie an das Zytoplasma abgegeben werden. Das ribosomale Pausieren beeinflusst auch die Translation durch cotranslationale Faltung der neu synthetisierenden Polypeptidkette am Ribosom. Dieser Prozess verzögert die Übersetzung und gibt Zeit für die Übersetzung.

Eukaryontische mRNAs bestehen aus einer 5'-Kappe und einem Poly-A-Schwanz. Daher erfolgt die Initiation der Translation auf zwei verschiedene Arten: cap-abhängige Initiation und cap-unabhängige Initiation. Während der cap-abhängigen Initiation binden die Initiationsfaktoren an das 5'-Ende der mRNA. Diese Initiationsfaktoren halten die mRNA in der kleinen Untereinheit des Ribosoms. Während der cap-unabhängigen Initiation ermöglichen interne Ribosomeneintrittsstellen den Ribosomentransport zur Startstelle durch direkte Bindung. In Eukaryoten ist Methionin die erste bindende Aminosäure. Die 40S-Untereinheit verbindet sich mit der 60S-Untereinheit, um ein 80S-Ribosom zu bilden.

An der eukaryotischen Translation sind zwei Elongationsfaktoren beteiligt: ​​eEF-1 und eEF-2. Die Elongation erfolgt in ähnlicher Weise wie bei Prokaryonten. Auch die Terminierung der Übersetzung ist die gleiche wie beim prokaryotischen System. Der universelle Freisetzungsfaktor eRF1 ist jedoch in der Lage, alle drei Stoppcodons zu erkennen. Der Freisetzungsfaktor eRF3 hilft eRF1 die Polypeptidkette freizusetzen. Grundlegende Schritte der Übersetzung sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Generalisierte Übersetzung

Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer Übersetzung

Zeitliche Koordinierung

Prokaryotische Übersetzung: Prokaryontische Transkription und Translation sind simultane Prozesse.

Eukaryontische Übersetzung: Die eukaryotische Transkription und Translation sind diskontinuierliche Prozesse.

Ribosomen

Prokaryontische Übersetzung: 30S und 50S = 70S Ribosomen

Eukaryontische Übersetzung: 40S und 60S = 80S Ribosomen

Messenger-RNA-Quelle

Prokaryotische Übersetzung: Porkaryotische mRNAs kommen im Zytoplasma vor. Die mRNA ist polycistronisch.

Eukaryontische Übersetzung: Eukaryotische mRNAs kommen im Zellkern vor. Nach den posttranskriptionellen Modifikationen werden sie über Kernporen an das Zytoplasma abgegeben. Die mRNA ist monozistranisch.

Lebensdauer von mRNA

Prokaryotische Übersetzung: Die mRNAs sind instabil und leben wenige Sekunden bis zwei Minuten.

Eukaryontische Übersetzung: Die mRNAs sind ziemlich stabil und leben etwa einige Stunden bis Tage.

Standort

Prokaryontische Übersetzung: Dies wird von 70S-Ribosomen im Zytoplasma durchgeführt.

Eukaryontische Übersetzung: Dies wird von den 80S-Ribosomen durchgeführt, die mit dem ER verbunden sind.

Lokalisierung im Zellzyklus

Prokaryotische Übersetzung: Es gibt keine eindeutige Phase für das Auftreten.

Eukaryontische Übersetzung: Dies geschieht in den Phasen G1 und G2 im Zellzyklus.

Sequenzen in der untranslatierten Region

Prokaryotische Übersetzung: Die Shine-Dalgarno-Sequenz wird in der 5'-UTR gefunden, ~10 Nukleotide stromaufwärts vom Startcodon.

Eukaryontische Übersetzung: Die Kozak-Sequenz befindet sich in der 5'-UTR, einige Nukleotide stromaufwärts des Stat-Codons.

Übersetzungsinitiierung

Prokaryontische Übersetzung: Kappenunabhängige Initiierung.

Eukaryontische Übersetzung: Sowohl cap-abhängige als auch cap-unabhängige Initiierung.

Initiierungsfaktoren

Prokaryotische Übersetzung: Drei Initiationsfaktoren sind beteiligt: ​​IF1, IF2 und IF3.

Eukaryontische Übersetzung: Neun Initiationsfaktoren sind beteiligt: ​​eLF 1, 2, 3, 4A, 4B, 4C, 4D, 5 und 6.

Erste Aminosäure

Prokaryotische Übersetzung: N-Formylmethionin ist die erste Aminosäure, die der Polypeptidkette hinzugefügt wird.

Eukaryontische Übersetzung: Methionin ist die erste Aminosäure, die der Polypeptidkette hinzugefügt wird.

Dehnungsfaktor

Prokaryontische Übersetzung: Zwei Dehnungsfaktoren sind beteiligt: ​​EF-G und EF-Tu.

Eukaryontische Übersetzung: Zwei Dehnungsfaktoren sind beteiligt: ​​eEF-1 und eEF-2.

Geschwindigkeit

Prokaryotische Übersetzung: Die prokaryontische Translation ist ein schnellerer Prozess, der zwanzig Aminosäuren pro Sekunde hinzufügt.

Eukaryontische Übersetzung: Die eukaryotische Translation ist ein langsamerer Prozess, bei dem pro Sekunde eine einzelne Aminosäure hinzugefügt wird.

Schicksal der ersten Aminosäure

Prokaryontische Übersetzung: Die Formylgruppe wird von der ersten Aminosäure entfernt, Methionin bleibt in der Polypeptidkette erhalten.

Eukaryontische Übersetzung: Das gesamte Methionin wird aus der Polypeptidkette entfernt.

Freisetzungsfaktor

Prokaryotische Übersetzung: Zwei freigesetzte Faktoren sind beteiligt: ​​RF1 (für UAG und UAA) und RF2 (für UAA und UGA).

Eukaryontische Übersetzung: Ein einzelner Freisetzungsfaktor ist beteiligt: ​​eRF1.

Abschluss

Translation ist der universelle Prozess der Proteinsynthese als zweiten Schritt der Genexpression. Sowohl prokaryontische als auch eukaryontische Ribosomen entschlüsseln mRNAs in grundsätzlich ähnlichen Verfahren. Ribosomen sind die Maschinerie der Proteinsynthese. Alle zwanzig essentiellen Aminosäuren werden sowohl in prokaryotischen als auch in eukaryotischen Translationsprozessen verwendet. Beide Prozesse finden im Zytoplasma statt und vervollständigen die vier Prozesse: Initiation, Elongation, Translokation und Termination. Die tRNA bringt die richtige Aminosäure und ermöglicht so die Bildung von Peptidbindungen zwischen zwei Aminosäuren. Der Hauptunterschied zwischen prokaryontischer und eukaryontischer Translation besteht darin, dass die prokaryontische Translation ein gleichzeitiger Prozess mit der Transkription ist, während die eukaryontische Translation ein von ihrer Transkription getrennter Prozess ist.

Referenz: 1. „Prokaryontische Übersetzung“. Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2016. Abgerufen am 26. Februar 2017 2. „Eukaryotische Übersetzung“. Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2016. Zugriff am 26. Februar 2017 3. „Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer Übersetzung“. EASY BIOLOGY CLASS, 2017. Aufgerufen am 26. Februar 2017 4. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L „Eukaryotische Proteinsynthese unterscheidet sich von prokaryotischer Proteinsynthese primär bei der Translationsinitiation“. Biochemie. 5. Auflage. Abschnitt 29.5, 2002 New York: W. H. Freeman, New York. NCBI-Bücherregal. Abgerufen am 26. Februar 2017

Bildhöflichkeit: 1. „121-70SRibosomen-Initiation“ Von David Goodsell – RCSB PDB-Molekül des Monats (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia 2. „TRNA-Ribosomen-Diagramm de“ Von LadyofHats – Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia