Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer Translation

Hauptunterschied - prokaryotische vs. eukaryotische Übersetzung

Prokaryotische und eukaryotische Translation sind an der Proteinsynthese beteiligt, indem sie die genetischen Anweisungen der mRNAs entschlüsseln. Während der Translation werden Nucleotid-Triplets (sogenannte Codons) auf der mRNA in eine Aminosäuresequenz übersetzt. Sowohl die prokaryotische als auch die eukaryotische Übersetzung haben in allen Prozessen einen ähnlichen Grundplan. Es gibt jedoch einige Unterschiede, die bei diesen Übersetzungsprozessen beobachtet werden können. Das Hauptunterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer Übersetzung ist das Die prokaryotische Translation erfolgt synchron zu ihrer Transkription, während die eukaryotische Translation asynchron zu ihrer Transkription erfolgt.              

Dieser Artikel erklärt,

1. Was ist prokaryotische Übersetzung?
      - Definition, Prozess, Funktionen
2. Was ist prokaryotische Übersetzung?
      - Definition, Prozess, Funktionen
3. Was ist der Unterschied zwischen der prokaryotischen und der eukaryotischen Übersetzung?

Was ist prokaryotische Übersetzung?

In Prokaryoten ist die Translation der Prozess der gleichzeitigen Synthese von Proteinen mit Transkription. Die Translation beginnt unmittelbar nach dem Transkribieren des 5'-Endes des Gens in mRNA. Die prokaryotische Translation erfolgt grundsätzlich in drei Schritten: Initiierung, Verlängerung und Beendigung. Um die Übersetzung einzuleiten, werden die zwei Untereinheiten 50S und 30S zusammengebaut. Die drei Initiierungsfaktoren IF1, IF2 und IF3 helfen beim Aufbau des Initiationskomplexes. N-Formylmethionin ist die erste zugesetzte Aminosäure. GTP wird als Energiequelle für die Bildung der Peptidbindung zwischen den verbleibenden und ankommenden Nukleotiden verwendet. Der Translationsinitiationsfaktor ist EF-P. 

Die Auswahl des Startcodons wird durch die Bindung des Ribosoms mit der Shine-Dalgarno-Sequenz erleichtert. Die Shine-Dalgarno-Sequenz ist eine Purin-reiche Region, die sich stromaufwärts des AUG-Startcodons befindet. Diese Sequenz ist komplementär zu der Pyrimidin-reichen Region von 16S-rRNA. Die 16S-rRNA ist eine Komponente der 30S-Untereinheit. Diese beiden komplementären Nukleotide paaren sich miteinander 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 Stellen: einer Stelle, einer P-Stelle und einer E-Stelle. Ankommende Aminoacyl-tRNAs, mit Ausnahme der ersten Aminoacyl-tRNA, binden an die A-Stelle. Die Bildung der Peptidbindung erfolgt an der P-Stelle. Austrittsstelle für die ungeladene tRNA ist die E-Stelle.

Abbildung 1: Einleitung der Transkription in den 70S-Ribosomen von Prokaryoten

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

Wenn Bakterien in die stationäre Phase eintreten, wird die Translation durch die Dimerisierung der Ribosomen herunterreguliert. Die Ribosomen-Dimerisierung wird durch RMF, HPF und YfiA erleichtert. Die Ribosomendissoziationsfaktoren sind RsfA und HflX.

Was ist eukaryotische Übersetzung?

Die Translation ist der zweite Schritt der eukaryotischen Genexpression, ein von der eukaryontischen Transkription getrenntes Ereignis. Transkription und Übersetzung erfolgen in zwei verschiedenen Kompartimenten bei Eukaryoten. Daher können die beiden Prozesse nicht gleichzeitig ablaufen. Eukaryontische mRNAs sind monocistronisch und werden im Kern durch Hinzufügen einer 5'-Kappe, einem Poly-A-Schwanz und Herausspleißen von Introns verarbeitet, bevor sie an das Zytoplasma abgegeben werden. Das Ribosom-Pausing beeinflusst auch die Translation durch co-translatorische Faltung der neu synthetisierenden Polypeptidkette am Ribosom. Dieser Prozess verzögert die Übersetzung und gibt Zeit für die Übersetzung.  

Eukaryotische mRNAs bestehen aus einer 5'-Kappe und einem Poly-A-Schwanz. Daher erfolgt die Einleitung der Translation auf zwei verschiedene Arten: die kappenabhängige und die kappenunabhängige Einleitung. Während der kappenabhängigen Initiierung binden die Initiierungsfaktoren an das 5'-Ende der mRNA. Diese Initiationsfaktoren halten die mRNA in der kleinen Untereinheit des Ribosoms. Während der kappenunabhängigen Initiierung ermöglichen interne Ribosomeneintrittsstellen den Ribosomentransport durch direkte Bindung an die Startstelle. In Eukaryonten ist die erste bindende Aminosäure Methionin. Die 40S-Untereinheit verbindet sich mit der 60S-Untereinheit, um ein 80S-Ribosom zu bilden.

An der eukaryotischen Übersetzung sind zwei Dehnungsfaktoren beteiligt: ​​eEF-1 und eEF-2. Die Dehnung erfolgt ähnlich wie bei Prokaryoten. Die Terminierung der Übersetzung ist auch dieselbe wie im prokaryotischen System. Der universelle Freisetzungsfaktor eRF1 kann jedoch alle drei Stop-Codons erkennen. Der Freisetzungsfaktor eRF3 hilft eRF1 dabei, die Polypeptidkette freizusetzen. Die grundlegenden Schritte der Übersetzung sind in dargestellt Figur 2.

Abbildung 2: Generalisierte Übersetzung   

Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer Translation

Zeitliche Koordinierung

Prokaryotische Übersetzung: Prokaryotische Transkription und Translation sind simultane Prozesse.

Eukaryotische Übersetzung: Eukaryotische Transkription und Translation sind diskontinuierliche Prozesse.

Ribosomen

Prokaryotische Übersetzung: 30S und 50S = 70S-Ribosomen

Eukaryotische Übersetzung: 40S und 60S = 80S-Ribosomen

Messenger-RNA-Quelle

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

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

Lebensdauer von mRNA

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

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

Ort

Prokaryotische Übersetzung: Dies erfolgt durch 70S-Ribosomen im Zytoplasma.

Eukaryotische Übersetzung: Dies wird durch die mit dem ER verbundenen 80S-Ribosomen durchgeführt.

Lokalisierung im Zellzyklus

Prokaryotische Übersetzung: Es gibt keine bestimmte Phase für das Vorkommen.

Eukaryotische Übersetzung: Dies tritt in den G1- und G2-Phasen im Zellzyklus auf.

Sequenzen im nicht übersetzten Bereich 

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

Eukaryotische Übersetzung: Die Kozak-Sequenz wird in der 5'-UTR gefunden, einige Nukleotide stromaufwärts des stat-Codons.

Initiation der Übersetzung

Prokaryotische Übersetzung: Cap-unabhängige Initiierung.

Eukaryotische Übersetzung: Sowohl kappenabhängige als auch kappenunabhängige Initiierung.

Initiationsfaktoren

Prokaryotische Übersetzung: Es sind drei Initiierungsfaktoren beteiligt: ​​IF1, IF2 und IF3.

Eukaryotische Übersetzung: Es sind neun Initiierungsfaktoren 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.

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

Dehnungsfaktor

Prokaryotische Übersetzung: Es sind zwei Verlängerungsfaktoren beteiligt: ​​EF-G und EF-Tu.

Eukaryotische Übersetzung: Es sind zwei Dehnungsfaktoren beteiligt: ​​eEF-1 und eEF-2.

Geschwindigkeit

Prokaryotische Übersetzung: Die prokaryotische Translation ist ein schneller Prozess, bei dem 20 Aminosäuren pro Sekunde hinzugefügt werden.

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

Schicksal der ersten Aminosäure

Prokaryotische Übersetzung: Die Formylgruppe wird von der ersten Aminosäure entfernt, wobei Methionin in der Polypeptidkette verbleibt.

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

Veröffentlichungsfaktor

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

Eukaryotische Übersetzung: Ein einzelner Release-Faktor ist beteiligt: ​​eRF1.

Fazit

Translation ist der universelle Prozess der Synthese von Proteinen als zweiter Schritt der Genexpression. Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische Ribosomen entschlüsseln mRNAs in grundsätzlich ähnlichen Verfahren. Ribosomen sind die Maschinerie der Proteinsynthese. Alle zwanzig essentiellen Aminosäuren sind sowohl in prokaryotischen als auch in eukaryotischen Translationsprozessen enthalten. Beide Prozesse treten im Zytoplasma auf und schließen die vier Prozesse ab: Initiierung, Verlängerung, Translokation und Terminierung. Die tRNA bringt die richtige Aminosäure mit, so dass sich Peptidbindungen zwischen zwei Aminosäuren bilden können. Der Hauptunterschied zwischen der prokaryotischen und der eukaryotischen Translation besteht darin, dass die prokaryotische Translation ein simultaner Prozess mit der Transkription ist, während die eukaryotische Translation ein separater Prozess von der Transkription ist.

Referenz:
1. "Prokaryotische Übersetzung". Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2016. Abgerufen am 26. Februar 2017
2. "Eukaryotische Übersetzung". Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2016. Abgerufen am 26. Februar 2017
3. "Unterschied zwischen der prokaryotischen und der eukaryotischen Übersetzung". EASY BIOLOGY CLASS, 2017. Zugang zum 26. Februar 2017
4. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L "Eukaryontische Proteinsynthese unterscheidet sich von der Prokaryontischen Proteinsynthese hauptsächlich in der Translationsinitiierung". Biochemie. 5. Auflage. Abschnitt 29.5, 2002 in New York: WH Freeman, New York. NCBI-Bücherregal. Abgerufen am 26. Februar 2017

Bildhöflichkeit:
1. "121-70SRibosomes Initiation" Von David Goodsell - RCSB PDB-Molekül des Monats (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia
2. "TRNA ribosomes diagram de" Von LadyofHats - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia