Почему трансляция выработала специфический кодон для инициации?

Трансляция мРНК инициируется специфической метионин-акцепторной тРНК в специфическом инициирующем кодоне, обычно AUG (комплементарном антикодону тРНК). Однако трансляция в подходящих ( хотя и нефизиологических ) условиях in vitro не требует специфического кодона инициации или специфической аминокислоты, поэтому нетрудно представить более раннюю стадию эволюции аппарата трансляции, на которой эта специфическая система инициации отсутствовала. Вместо этого могла иметь место случайная инициация или инициация с 5'-конца мРНК.

Специфический инициирующий кодон накладывает ограничения на последовательность мРНК и добавляет к N -концу ненужную аминокислоту, которая иногда является нежелательной и требует удаления.

Какие преимущества можно предусмотреть для инициации в конкретном внутреннем сайте, а не, скажем, на 5'-конце мРНК?

Я понимаю, что невозможно доказать, какой фактор на самом деле был ответственным за эволюцию, но, требуя конкретных объяснений, я верю, что этот вопрос так же актуален, как и оригинал, из которого он получен (см. сноску ) .

СНОСКА

Этот вопрос был расширен из одной части вопроса из трех частей, опубликованного некоторое время назад: «Почему AUG является кодоном инициации?» . Это недавно всплыло на поверхность, и, поскольку никто не ответил на эту конкретную часть, и, поскольку политика сайта задает один вопрос за раз, я решил удалить его из оригинала и разместить здесь, чтобы его можно было рассмотреть по существу, без отвлечение на другие вопросы, такие как выбор кодона или метионина по сравнению с другими аминокислотами. Я внесу свой ответ с некоторыми собственными мыслями, но, конечно, любой может присоединиться.

Это может быть просто предотвращение транскрипции случайных фрагментов РНК, в конце концов, они довольно распространены в клетке.
@Джон — Спасибо за ваш комментарий. Я могу включить это в свой ответ, если вы не собираетесь отвечать сами. Во-первых, есть ли у вас ссылка, подтверждающая ваше заявление о том, что случайные фрагменты РНК довольно распространены?
Есть много вещей, таких как рибосомы, состоящие из РНК, рибонуклеазы (которые также состоят из РНК) — одни из многих рибозимов, которые можно транскрибировать. Это также один из нескольких механизмов, которые разрезают РНК на более мелкие части. sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867409000671
@Джон — Спасибо. Я включил вашу точку зрения в свой ответ.

Ответы (1)

Мне не ясно, где произошла инициация трансляции искусственных полинуклеотидов, таких как (UC) n , которые Хорана использовал в экспериментах, которые, следуя работе Ниренберга и Маттаи , помогли расшифровать генетический код. Вполне возможно, что это произошло в случайных положениях, а не на 5'-конце. Очевидно, что такой способ трансляции был бы расточительным, если бы он происходил на ранней стадии эволюции, поскольку образовалась бы смесь продуктов, многие из которых были бы неактивными и могли бы даже конкурировать с активными видами. Если бы это была первоначальная ситуация, то легко понять, насколько полезным было бы изменение посвящения в определенный момент.

Но почему бы не начать с 5' конца? Современные эукариотические комплексы инициации распознают 5'-конец мРНК , даже если они затем сканируют дальше, чтобы найти специфический кодон инициации, который будет реагировать на инициаторную тРНК. Поскольку в хромосоме нет физического разделения генов, очевидно, почему транскрипция должна начинаться в определенной точке ДНК, но не обязательно для трансляции отдельных транскриптов мРНК.

Я вижу два подхода к этому вопросу.

Первый — с точки зрения современного «Мира ДНК» . Аргументы, которые можно привести, включают:

  • В общем смысле инициация 5'-конца может рассматриваться как ограничительная, поскольку она не позволяет 5'-концу мРНК выполнять другие функции, такие как формирование вторичной структуры, регулирующей легкость трансляции.
  • Инициация 5'-конца исключает появление полицистронных мРНК, которые мы наблюдаем у современных бактерий.
  • При инициации 5'-конца могло быть трудно отличить концы мРНК от других РНК до того, как развилась модификация оснований, которую мы наблюдаем в современных эукариотических мРНК.
  • Точно так же, как предположил @John в комментарии к вопросу, инициация 5'-конца могла вызвать трансляцию фрагментов РНК по мере их деградации .
  • Выбор специфического кодона был вторичен по отношению к потребности в единственной инициаторной тРНК, которая обсуждалась в связи с другим вопросом SE , хотя аргументы там относятся к более поздним стадиям эволюции.

Однако есть и другой подход, рассматривающий ситуацию в предполагаемом «Мире РНК» .

Разница здесь в том, что, как и у некоторых современных РНК-вирусов и бактериофагов , геном тоже мог быть мРНК, но без системы, производящей множество копий «плюсовой» цепи для трансляции. Трансляция могла происходить на геномной РНК.

  • Для трансляции нескольких белков было бы выгодно иметь несколько сайтов инициации на том, что могло бы быть полицистронным мессенджером (скорее синтезировать полипротеин, такой как полиовирус ).
  • В любом случае 5'-конец РНК мог быть недоступен для кодирования белка, поскольку он мог выполнять другую (например, репликативную) функцию, и также возможно, что часть того, что в современных системах является отдельной частью аппарат трансляции был физически встроен в геном.
Почему трансляция выработала специфический кодон для инициации?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v