How does the cell convert DNA into

How does the cell convert DNA into working proteins? The process of translation can be seen as the decoding of instructions for making proteins, involving mRNA in transcription as well as tRNA.
Aa Aa Aa
The genes in DNA encode protein molecules, which are the "workhorses" of the cell, carrying out all the functions necessary for life. For example, enzymes, including those that metabolize nutrients and synthesize new cellular constituents, as well as DNA polymerases and other enzymes that make copies of DNA during cell division, are all proteins.

In the simplest sense, expressing a gene means manufacturing its corresponding protein, and this multilayered process has two major steps. In the first step, the information in DNA is transferred to a messenger RNA (mRNA) molecule by way of a process called transcription. During transcription, the DNA of a gene serves as a template for complementary base-pairing, and an enzyme called RNA polymerase II catalyzes the formation of a pre-mRNA molecule, which is then processed to form mature mRNA (Figure 1). The resulting mRNA is a single-stranded copy of the gene, which next must be translated into a protein molecule.


A schematic diagram shows the transcription and translation processes in three basic steps. First, DNA is transcribed into RNA, and then the new mRNA is processed to form a mature mRNA transcript. Finally, the mature mRNA is translated into a protein.
Figure 1: A gene is expressed through the processes of transcription and translation.
During transcription, the enzyme RNA polymerase (green) uses DNA as a template to produce a pre-mRNA transcript (pink). The pre-mRNA is processed to form a mature mRNA molecule that can be translated to build the protein molecule (polypeptide) encoded by the original gene.
© 2013 Nature Education All rights reserved. View Terms of Use
Figure Detail
During translation, which is the second major step in gene expression, the mRNA is "read" according to the genetic code, which relates the DNA sequence to the amino acid sequence in proteins (Figure 2). Each group of three base pairs in mRNA constitutes a codon, and each codon specifies a particular amino acid (hence, it is a triplet code). The mRNA sequence is thus used as a template to assemble—in order—the chain of amino acids that form a protein.

A table lists 64 different combinations of the nucleotides uracil (U), cytosine (C), adenine (A), and guanine (G) when they are arranged in three-nucleotide-long codons. The four possible identities of the first nucleotide in the codon are listed in a column on the left side of the table. The same four possible identities of the second nucleotide in the codon are listed in a row along the top of the table. The four possible identities of the third nucleotide in the codon are listed in a column on the right side of the table. The inside of the table is divided into a four by four grid. Each box in the grid contains all the codons that may result when combining the corresponding 1st, 2nd, and 3rd position nucleotides listed in the left column, top row, and right column, respectively. Colored spheres representing amino acids appear in the table beside the three-nucleotide codons that code for them.
Figure 2: The amino acids specified by each mRNA codon. Multiple codons can code for the same amino acid.
The codons are written 5' to 3', as they appear in the mRNA. AUG is an initiation codon; UAA, UAG, and UGA are termination (stop) codons.
© 2014 Nature Education All rights reserved. View Terms of Use
Figure Detail
But where does translation take place within a cell? What individual substeps are a part of this process? And does translation differ between prokaryotes and eukaryotes? The answers to questions such as these reveal a great deal about the essential similarities between all species.
Where Translation Occurs
Within all cells, the translation machinery resides within a specialized organelle called the ribosome. In eukaryotes, mature mRNA molecules must leave the nucleus and travel to the cytoplasm, where the ribosomes are located. On the other hand, in prokaryotic organisms, ribosomes can attach to mRNA while it is still being transcribed. In this situation, translation begins at the 5' end of the mRNA while the 3' end is still attached to DNA.

In all types of cells, the ribosome is composed of two subunits: the large (50S) subunit and the small (30S) subunit (S, for svedberg unit, is a measure of sedimentation velocity and, therefore, mass). Each subunit exists separately in the cytoplasm, but the two join together on the mRNA molecule. The ribosomal subunits contain proteins and specialized RNA molecules—specifically, ribosomal RNA (rRNA) and transfer RNA (tRNA). The tRNA molecules are adaptor molecules—they have one end that can read the triplet code in the mRNA through complementary base-pairing, and another end that attaches to a specific amino acid (Chapeville et al., 1962; Grunberger et al., 1969). The idea that tRNA was an adaptor molecule was first proposed by Francis Crick, co-discoverer of DNA structure, who did much of the key work in deciphering the genetic code (Crick, 1958).

Within the ribosome, the mRNA and aminoacyl-tRNA complexes are held together closely, which facilitates base-pairing. The rRNA catalyzes the attachment of each new amino acid to the growing chain.

The Beginning of mRNA Is Not Translated
Interestingly, not all regions of an mRNA molecule correspond to particular amino acids. In particular, there is an area near the 5' end of the molecule that is known as the untranslated region (UTR) or leader sequence. This portion of mRNA is located between the first nucleotide that is transcribed and the start codon (AUG) of the coding region, and it does not affect the sequence of amino acids in a protein (Figure 3).

So, what is the purpose of the UTR? It turns out that the leader sequence is important because it contains a ribosome-binding site. In bacteria, this site is known as the Shine-Dalgarno box (AGGAGG), after scientists John Shine and Lynn Dalgarno, who first characterized it. A similar site in vertebrates was characterized by Marilyn Kozak and is thus known as the Kozak box. In bacterial mRNA, the 5' UTR is normally short; in human mRNA, the median length of the 5' UTR is about 170 nucleotides. If the leader is long, it may contain regulatory sequences, including binding sites for proteins, that can affect the stability of the mRNA or the efficiency of its translation.

A schematic illustration shows a region of DNA that contains a discrete transcription unit. The DNA is represented as a thin horizontal rectangle, and the transcription unit and its regulatory regions are represented by different colored rectangular regions clustered together along the DNA. The promoter region is represented as a green rectangular region near the left (three-prime) end of the DNA strand. The terminator region is represented as a black rectangular region near the right (five-prime) end of the DNA strand. The RNA-coding region, represented as a pink rectangular region, is between the promoter and the terminator. Arrows indicate transcription proceeds in a rightward direction from the transcription start site, where the promoter meets the RNA-coding region, to the transcription termination site, at the right-hand terminus of the terminator. The product of transcription is a five-prime to three prime (from left to right) MRNA transcript.
Figure 3: A DNA transcription unit.
A DNA transcription unit is composed, from its 3' to 5' end, of an RNA-coding region (pink rectangle) flanked by a promoter region (green rectangle) and a terminator region (black rectangle). Regions to the left, or moving towards the 3' end, of the transcription start site are considered "upstream;" regions to the right, or moving towards the 5' end, of the transcription start site are considered "downstream."
© 2014 Nature Education Adapted from Pierce, Benjamin. Genetics: A Conceptual Approach, 2nd ed. All rights reserved. View Terms of Use

Translation Begins After the Assembly of a Complex Structure

The translation of mRNA begins with the formation of a complex on the mRNA (Figure 4). First, three initiation factor proteins (known as IF1, IF2, and IF3) bind to the small subunit of the ribosome. This preinitiation complex and a methionine-carrying tRNA then bind to the mRNA, near the AUG start codon, forming the initiation complex.

A schematic shows the formation of an initiation complex on an mRNA molecule in two stages. A summary diagram above the schematic shows the transcription and translation processes as two basic steps. The transcription step in the summary diagram is greyed out; the translation step is contained in a box to show it has been represented in more detail in the schematic below it. The schematic shows a segment of an mRNA molecule made up of 24 nucleotides. Each nucleotide is represented as a colored rectangle and is designated with the letter A, U, G, or C. The first stage shows the binding of the small ribosomal subunit, and the second stage shows the binding of an initiator tRNA carrying a methionine residue.
Figure 4: The translation initiation complex.
When translation begins, the small subunit of the ribosome and an initiator tRNA molecule assemble on the mRNA transcript. The small subunit of the ribosome has three binding sites: an amino acid site (A), a polypeptide site (P), and an exit site (E). The initiator tRNA molecule carrying the amino acid methionine binds to the AUG start codon of the mRNA transcript at the ribosome’s P site where it will become the first amino acid incorporated into the growing polypeptide chain. Here, the initiator tRNA molecule is shown binding after the small ribosomal subunit has assembled on the mRNA; the order in which this occurs is unique to prokaryotic cells. In eukaryotes, the free initiator tRNA first binds the small ribosomal subunit to form a complex. The comp

Kết quả (Việt) 1:

Các tế bào chuyển đổi DNA sang protein làm việc như thế nào? Quá trình dịch thuật có thể được xem như là giải mã các hướng dẫn cho việc thực hiện protein, liên quan đến mRNA trong phiên mã và về.AA Aa AaCác gen trong DNA mã hóa phân tử protein, có những "workhorses" của tế bào, thực hiện tất cả các chức năng cần thiết cho cuộc sống. Ví dụ, enzyme, bao gồm cả những người có chuyển hóa chất dinh dưỡng và tổng hợp thành phần di động mới, cũng như các ADN polymerase và các enzym mà làm cho bản sao của DNA trong phân chia tế bào, là tất cả protein.Trong ý nghĩa đơn giản nhất, thể hiện một gen có nghĩa là sản xuất protein tương ứng, và quá trình multilayered này có hai bước lớn. Trong bước đầu tiên, các thông tin trong DNA được chuyển giao cho một phân tử ARN thông tin (mRNA) bằng cách một quá trình được gọi là sao chép. Trong quá trình phiên mã, DNA của một gen phục vụ như một khuôn mẫu để bổ sung cơ sở ghép nối, và một enzym gọi là RNA-polymerase II catalyzes sự hình thành của một phân tử pre-mRNA, sau đó được xử lý để hình thức trưởng thành mRNA (hình 1). MRNA kết quả là một bản sao đơn-stranded của gen tiếp theo phải được dịch thành một phân tử protein.Một sơ đồ sơ cho thấy các quá trình phiên mã và dịch bằng ba bước cơ bản. Trước tiên, DNA phiên âm thành RNA, và sau đó mRNA mới được xử lý để tạo thành một bảng điểm mRNA trưởng thành. Cuối cùng, mRNA trưởng thành được dịch sang một protein.Hình 1: Một gen được thể hiện thông qua các quá trình phiên mã và dịch.Trong quá trình phiên mã, enzyme RNA-polymerase (màu xanh lá cây) sử dụng ADN như một mẫu để sản xuất một pre-mRNA bảng điểm (màu hồng). Pre-mRNA được xử lý để tạo thành một phân tử mRNA trưởng thành có thể được dịch để xây dựng các phân tử protein (polypeptide) mã hóa bởi gen ban đầu.© 2013 bản chất giáo dục bảo lưu mọi quyền. Xem điều khoản sử dụngCon số chi tiếtTrong bản dịch, đó là bước quan trọng thứ hai trong biểu hiện gen, mRNA "đọc" theo mã di truyền, liên quan đến trình tự ADN để trình tự axit amin trong protein (hình 2). Mỗi nhóm ba cặp cơ sở trong mRNA cấu thành một codon, và mỗi codon chỉ định một acid amin cụ thể (do đó, nó là một bộ ba mã). Dãy mRNA do đó được sử dụng như một mẫu để lắp ráp — để — chuỗi axit amin tạo thành một protein.Một bảng liệt kê 64 kết hợp khác nhau của các nucleotide uracil (U), cytosine (C), adenine (A), và guanine (G) khi họ được bố trí trong ba nucleotide dài codons. Danh tính có thể bốn của các nucleotide đầu tiên trong codon được liệt kê ở cột bên trái của bảng. Cùng một danh tính có thể bốn của các nucleotide thứ hai trong codon được liệt kê trong một hàng dọc theo phía trên bảng. Danh tính có thể bốn của các nucleotide thứ ba trong codon được liệt kê trong cột bên phải của bảng. Bên trong của bảng này được chia thành một bốn bởi bốn lưới. Mỗi hộp trong lưới điện có chứa tất cả các codons có thể dẫn đến khi kết hợp các nucleotide 1, 2, và 3 vị trí tương ứng được liệt kê ở cột bên trái, đầu hàng và cột bên phải, tương ứng. Lĩnh vực màu đại diện cho axit amin xuất hiện trong bảng bên cạnh codons ba-nucleotide mã đó cho họ.Hình 2: Các axit amin được chỉ định bởi mỗi codon mRNA. Nhiều codons có thể mã cho cùng một axit amin.Các codons được ghi vào 5' 3', như chúng xuất hiện trong mRNA. AUG là một codon khởi xướng; UAA, UAG, và UGA là chấm dứt (dừng) codons.© 2014 bản chất giáo dục bảo lưu mọi quyền. Xem điều khoản sử dụngCon số chi tiếtNhưng nơi dịch diễn ra trong vòng một tế bào? Những gì substeps cá nhân là một phần của quá trình này? Và nào dịch khác biệt giữa sinh và sinh vật nhân chuẩn? Câu trả lời cho câu hỏi như những tiết lộ một hợp đồng lớn về những điểm tương đồng cần thiết giữa tất cả các loài.Nơi dịch xảy raTrong tất cả các ô, Máy móc dịch cư trú trong một organelle đặc biệt gọi là ribosome. Trong sinh vật nhân chuẩn, trưởng thành mRNA phân tử phải rời khỏi hạt nhân và đi du lịch đến tế bào chất, nơi các ribosome được đặt. Mặt khác, trong các sinh vật so, ribosome có thể đính kèm để mRNA trong khi nó vẫn đang được phiên âm. Trong tình huống này, bản dịch bắt đầu vào giữa 5' mRNA trong khi 3' cuối cùng vẫn còn gắn liền với DNA.Trong tất cả các loại tế bào, ribosome bao gồm hai subunits: tiểu đơn vị lớn (50) và tiểu đơn vị nhỏ (30) (S, đơn vị svedberg, là một thước đo vận tốc lắng và, do đó, khối lượng). Mỗi tiểu đơn vị tồn tại một cách riêng biệt trong tế bào chất, nhưng cả hai tham gia cùng nhau trên các phân tử mRNA. Subunits ribosome chứa protein và chuyên ngành RNA phân tử — cụ thể, RNA ribosome (rARN) và chuyển RNA (những). Các phân tử về là các phân tử adaptor-họ có một đầu mà có thể đọc mã bộ ba mRNA thông qua bổ sung cơ sở ghép nối, và một kết thúc mà gắn vào một acid amin cụ thể (Chapeville et al., năm 1962; Grunberger et al., 1969). Ý tưởng rằng những là một phân tử tử lần đầu tiên được đề xuất bởi Francis Crick, đồng khám phá ra cấu trúc ADN, người đã làm hầu hết phím làm việc trong giải mã mã di truyền (Crick, 1958).Trong ribosome, mRNA và chuyển về đài được tổ chức với nhau chặt chẽ, mà tạo điều kiện kết nối cơ sở. RRNA catalyzes phần đính kèm của mỗi axít amin mới vào chuỗi ngày càng tăng.Sự khởi đầu của mRNA không được dịchĐiều thú vị, không phải tất cả các vùng của một phân tử mRNA tương ứng với axit amin cụ thể. Đặc biệt, đó là một khu vực gần 5' cuối của các phân tử được gọi là phải vùng (Maldegem) hay lãnh đạo chuỗi. Phần này của mRNA nằm giữa nucleotide đầu tiên phiên âm và bắt đầu codon (AUG) của vùng mã hóa, và nó không ảnh hưởng đến trình tự axit amin trong protein (hình 3).Vì vậy, những gì là mục đích của Maldegem? Nó chỉ ra rằng trình tự lãnh đạo là quan trọng bởi vì nó có một trang web ribosome-ràng buộc. Ở vi khuẩn, trang web này được gọi là hộp bóng-Dalgarno (AGGAGG), sau khi các nhà khoa học John bóng và Lynn Dalgarno, người đầu tiên đặc trưng nó. Một trang web tương tự trong động vật có được đặc trưng bởi Marilyn Kozak và do đó được gọi là hộp Kozak. Ở vi khuẩn mRNA, các 5' Maldegem là bình thường ngắn; trong con người mRNA, chiều dài trung bình của các 5' Maldegem là khoảng 170 nucleotide. Nếu các nhà lãnh đạo là dài, nó có thể chứa trình tự quy định, bao gồm cả các trang web liên kết cho protein, mà có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của mRNA hoặc hiệu quả của bản dịch của nó.Một minh hoạ sơ cho thấy một khu vực của ADN có chứa một đơn vị rời rạc phiên mã. DNA được thể hiện như một hình chữ nhật ngang mỏng, và các đơn vị phiên mã và các khu vực pháp lý được đại diện bởi khác nhau khu vực hình chữ nhật màu nhóm với nhau dọc theo các DNA. Vùng promoter được thể hiện như một khu vực hình chữ nhật màu xanh lá cây gần cuối (ba-thủ tướng) bên trái của chuỗi ADN. Vùng kẻ hủy diệt được thể hiện như một khu vực hình chữ nhật màu đen gần phía bên phải (5-thủ tướng) của chuỗi ADN. Vùng mã hóa RNA, đại diện cho một khu vực hình chữ nhật màu hồng, nằm giữa promoter và kẻ hủy diệt. Mũi tên cho biết phiên mã tiền thu được trong một hướng về từ phiên bắt đầu trang web, nơi promoter đáp ứng RNA mã hóa vùng, chấm dứt phiên mã trang, tại ga cuối bên phải của kẻ hủy diệt. Sản phẩm phiên mã là một thủ tướng năm ba nguyên tố (từ trái sang phải) MRNA bảng điểm.Hình 3: Một đơn vị sao chép DNA.Một đơn vị sao chép DNA là bao gồm, từ của nó 3' 5' kết thúc, một vùng mã hóa RNA (hình chữ nhật màu hồng) bao quanh bởi một vùng promoter (màu xanh lá cây hình chữ nhật) và một khu vực kẻ hủy diệt (hình chữ nhật màu đen). Các khu vực bên trái, hoặc di chuyển đến 3' cuối, các trang web bắt đầu sao chép được coi là "thượng nguồn;" khu vực bên phải, hoặc di chuyển đến 5' cuối, các trang web bắt đầu sao chép được coi là "hạ lưu."© 2014 Nature Education Adapted from Pierce, Benjamin. Genetics: A Conceptual Approach, 2nd ed. All rights reserved. View Terms of UseTranslation Begins After the Assembly of a Complex StructureThe translation of mRNA begins with the formation of a complex on the mRNA (Figure 4). First, three initiation factor proteins (known as IF1, IF2, and IF3) bind to the small subunit of the ribosome. This preinitiation complex and a methionine-carrying tRNA then bind to the mRNA, near the AUG start codon, forming the initiation complex.A schematic shows the formation of an initiation complex on an mRNA molecule in two stages. A summary diagram above the schematic shows the transcription and translation processes as two basic steps. The transcription step in the summary diagram is greyed out; the translation step is contained in a box to show it has been represented in more detail in the schematic below it. The schematic shows a segment of an mRNA molecule made up of 24 nucleotides. Each nucleotide is represented as a colored rectangle and is designated with the letter A, U, G, or C. The first stage shows the binding of the small ribosomal subunit, and the second stage shows the binding of an initiator tRNA carrying a methionine residue.Figure 4: The translation initiation complex.When translation begins, the small subunit of the ribosome and an initiator tRNA molecule assemble on the mRNA transcript. The small subunit of the ribosome has three binding sites: an amino acid site (A), a polypeptide site (P), and an exit site (E). The initiator tRNA molecule carrying the amino acid methionine binds to the AUG start codon of the mRNA transcript at the ribosome’s P site where it will become the first amino acid incorporated into the growing polypeptide chain. Here, the initiator tRNA molecule is shown binding after the small ribosomal subunit has assembled on the mRNA; the order in which this occurs is unique to prokaryotic cells. In eukaryotes, the free initiator tRNA first binds the small ribosomal subunit to form a complex. The comp