معلومة

ترجمة - تخليق البروتين * # - علم الأحياء

ترجمة - تخليق البروتين * # - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تخليق البروتين

مقدمة

عملية ترجمة في علم الأحياء هو فك تشفير رسالة mRNA إلى منتج متعدد الببتيد. بعبارة أخرى ، يتم "ترجمة" الرسالة المكتوبة باللغة الكيميائية للنيوكليوتيدات إلى اللغة الكيميائية للأحماض الأمينية. يتم تحفيز عملية فك التشفير و "الربط" بواسطة مركب بروتين نووي بروتيني يسمى الريبوسومات ويمكن أن ينتج عنه سلاسل من الأحماض الأمينية بأطوال تتراوح من عشرات إلى أكثر من 1000.

البروتينات الناتجة مهمة جدًا للخلية لدرجة أن تركيبها يستهلك طاقة الخلية أكثر من أي عملية استقلابية أخرى. مثل استنساخ الحمض النووي ونسخه ، فإن الترجمة هي عملية جزيئية معقدة يمكننا التعامل معها باستخدام نموذجي قصة الطاقة وتحدي التصميم. يتطلب وصف العملية الإجمالية ، أو خطوات العملية ، حساب المادة والطاقة قبل العملية وبعد العملية ووصف كيفية تحويل هذه المادة ونقل الطاقة أثناء العملية. من وجهة نظر تحدي التصميم ، يمكننا - حتى قبل التعمق في معرفة ما هو مفهوم أو غير مفهوم عن الترجمة - محاولة استنتاج بعض الأسئلة الأساسية التي سنحتاج إلى الإجابة عليها فيما يتعلق بهذه العملية.

دعونا نبدأ بالنظر في المشكلة الأساسية. لدينا خيط من الحمض النووي الريبي (يسمى mRNA) ومجموعة من الأحماض الأمينية ونحتاج بطريقة ما إلى تصميم آلة من شأنها:

(أ) فك شفرة اللغة الكيميائية للنيوكليوتيدات إلى لغة الأحماض الأمينية ،
(ب) الانضمام إلى الأحماض الأمينية بطريقة محددة للغاية ،
(ج) إكمال هذه العملية بدقة معقولة
(د) قم بذلك بسرعة معقولة. المعقول ، بالطبع يعرف بالانتقاء الطبيعي.

كما كان من قبل ، يمكننا تحديد المشاكل الفرعية

(أ) كيف تحدد آلتنا الجزيئية مكان وزمان بدء العمل؟
(ب) كيف تنسق الآلة الجزيئية فك التشفير وتشكيلات الرابطة؟
(ج) من أين تأتي الطاقة اللازمة لهذه العملية وكميتها؟
(د) كيف تعرف الآلة أين تتوقف؟

ستظهر بالتأكيد أسئلة ومشاكل / تحديات وظيفية أخرى ونحن نتعمق أكثر.

النقطة المهمة ، كما هو الحال دائمًا ، هي أنه حتى بدون معرفة أي تفاصيل عن الترجمة ، يمكننا استخدام خيالنا وفضولنا وحسنا لتخيل بعض متطلبات العملية التي سنحتاج إلى معرفة المزيد عنها. يعتبر فهم هذه الأسئلة على أنها سياق لما يلي أمرًا أساسيًا.

شكل 1: تربط رابطة الببتيد نهاية الكربوكسيل لأحد الأحماض الأمينية بالنهاية الأمينية للآخر ، مما يؤدي إلى طرد جزيء ماء واحد. يقع R1 و ر2 يشير التعيين إلى السلسلة الجانبية للحمض الأميني وهما الأحماض الأمينية.
الإسناد: مارك ت. فاكيوتي (عمل أصلي).

ماكينات تصنيع البروتين

المكونات التي تدخل في العملية

تساهم العديد من الجزيئات والجزيئات الكبيرة في عملية الترجمة. في حين أن التكوين الدقيق لـ "اللاعبين" في العملية قد يختلف من نوع إلى نوع - على سبيل المثال ، قد تتكون الريبوسومات من أعداد مختلفة من الرنا الريباسي (RNAs الريبوسوم) وعديد الببتيدات اعتمادًا على الكائن الحي - الوظائف العامة لآلية تخليق البروتين قابلة للمقارنة من البكتيريا إلى الخلايا البشرية. نحن نركز على هذه التشابهات. كحد أدنى ، تتطلب الترجمة نموذج مرنا, أحماض أمينية, الريبوسومات, الحمض الريبي النووي النقال، مصدر للطاقة ، والعديد من الإنزيمات الإضافية الإضافية والجزيئات الصغيرة.

تذكير: أحماض أمينية

دعونا نتذكر ببساطة أن الهيكل الأساسي للأحماض الأمينية يتكون من عمود فقري يتكون من مجموعة أمينية ، وكربون مركزي (يسمى الكربون ألفا) ، ومجموعة كربوكسيل. ترتبط بـ α-carbon مجموعة متغيرة تساعد في تحديد بعض الخواص الكيميائية وتفاعلية الأحماض الأمينية.

الشكل 2: حمض أميني أساسي.
الإسناد: مارك ت.فاكيوتي (عمل خاص)

الريبوسومات

أ الريبوسوم عبارة عن جزيء ضخم معقد يتكون من جزيئات الحمض النووي الريبي الهيكلية والحفازة ، والعديد من عديد الببتيدات المتميزة. عندما نبدأ في محاولة التفكير في حساب الطاقة في الخلية ، تجدر الإشارة إلى أن الريبوسومات لا تأتي "مجانًا". حتى قبل ترجمة mRNA ، يجب على الخلية أن تستثمر الطاقة لبناء كل من الريبوسومات الخاصة بها. في بكتريا قولونية، هناك ما بين 10000 و 70000 ريبوسوم موجودة في كل خلية في أي وقت.

توجد الريبوسومات في السيتوبلازم في البكتيريا والعتائق وفي السيتوبلازم وعلى الشبكة الإندوبلازمية الخشنة في حقيقيات النوى. تمتلك الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء أيضًا ريبوسومات خاصة بها في المصفوفة والسدى ، والتي تبدو أكثر تشابهًا مع الريبوسومات البكتيرية (ولديها حساسيات دوائية مماثلة) ، من الريبوسومات الموجودة خارج أغشيتها الخارجية في السيتوبلازم. تنفصل الريبوسومات إلى وحدات فرعية كبيرة وصغيرة عندما لا تقوم بتركيب البروتينات وإعادة الارتباط أثناء بدء الترجمة. القولونية، يتم وصف الوحدة الفرعية الصغيرة على أنها 30S ، والوحدة الفرعية الكبيرة هي 50S. تحتوي ريبوسومات الثدييات على وحدة فرعية صغيرة 40 ثانية ووحدة فرعية كبيرة 60 ثانية. الوحدة الفرعية الصغيرة مسؤولة عن ربط قالب mRNA ، في حين أن الوحدة الفرعية الكبيرة تربط بالتسلسل الحمض الريبي النووي النقال. يتم ترجمة كل جزيء mRNA في نفس الوقت بواسطة العديد من الريبوسومات ، وجميعها تقوم بتوليف البروتين في نفس الاتجاه: قراءة mRNA من 5 'إلى 3' وتوليف polypeptide من الطرف N إلى الطرف C. يسمى هيكل mRNA / poly-ribosome الكامل a متعدد الروح.

الشكل 4: تشتمل آلية تصنيع البروتين على الوحدات الفرعية الكبيرة والصغيرة من الريبوسوم ، و mRNA ، و tRNA.
المصدر: http://bio1151.nicerweb.com/Locked/m.../ribosome.html

الحمض الريبي النووي النقال

الحمض الريبي النووي النقال هي جزيئات الحمض النووي الريبي الهيكلية التي تم نسخها من الجينات. اعتمادًا على الأنواع ، يوجد 40 إلى 60 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال في السيتوبلازم. تعمل كمحولات ، ترتبط tRNAs محددة بالتسلسلات الموجودة في قالب mRNA وتضيف الحمض الأميني المقابل إلى سلسلة polypeptide. لذلك ، فإن الحمض النووي الريبي هو الجزيئات التي "تترجم" لغة RNA إلى لغة البروتينات.

من 64 ممكن mRNA الكودونات—أو مجموعات ثلاثية من A و U و G و C ، تحدد ثلاثة منها إنهاء تخليق البروتين و 61 تحدد إضافة الأحماض الأمينية إلى سلسلة البولي ببتيد. من بين هؤلاء الـ 61 ، يشفر كودون واحد (AUG) أيضًا بدء الترجمة. كل tRNA أنتيكودون يمكن أن يقترن بأحد أكواد mRNA وإضافة حمض أميني أو إنهاء الترجمة ، وفقًا للشفرة الجينية. على سبيل المثال ، إذا حدث التسلسل CUA على قالب mRNA في إطار القراءة المناسب ، فسيؤدي ذلك إلى ربط الحمض الريبي النووي النقال الذي يعبر عن التسلسل التكميلي ، GAU ، والذي سيتم ربطه مع ليسين الأحماض الأمينية.

الشكل 5: الهيكل الثانوي المطوي للـ tRNA. يشار إلى حلقة anticodon وجذع متقبل الأحماض الأمينية.
المصدر: http: //mol-biol4masters.masters.grkr...ansfer_RNA.htm

Aminoacyl tRNA Synthetases

عملية التوليف قبل tRNA بواسطة RNA polymerase III تخلق فقط جزء RNA من جزيء المحول. يجب إضافة الحمض الأميني المقابل لاحقًا ، بمجرد معالجة الحمض النووي الريبي (tRNA) وتصديره إلى السيتوبلازم. من خلال عملية "شحن" tRNA ، يتم ربط كل جزيء tRNA بالحمض الأميني الصحيح من خلال مجموعة من الإنزيمات تسمى مواد تركيبية aminoacyl tRNA. يوجد نوع واحد على الأقل من مركب aminoacyl tRNA لكل من الأحماض الأمينية العشرين ؛ يختلف العدد الدقيق لمركبات aminoacyl tRNA باختلاف الأنواع. ترتبط هذه الإنزيمات أولاً وتتحلل ATP لتحفيز رابطة عالية الطاقة بين الأحماض الأمينية والأدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) ؛ يتم طرد جزيء بيروفوسفات في هذا التفاعل. ثم يتم نقل الحمض الأميني المنشط إلى الحمض النووي الريبي ، ويتم تحرير AMP.

آلية تخليق البروتين

تمامًا كما هو الحال مع تخليق الرنا المرسال ، يمكن تقسيم تخليق البروتين إلى ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء. تتشابه عملية الترجمة في البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى.

بدء الترجمة

بشكل عام ، يبدأ تخليق البروتين بتكوين مركب البدء. سوف ترتبط الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة بـ mRNA في موقع الربط الريبوسومي. بعد فترة وجيزة ، سوف يرتبط الميثيونين-الحمض الريبي النووي النقال بكودون بداية AUG (من خلال الارتباط التكميلي مع anticodon الخاص به). ثم يتم ربط هذا المركب بوحدة فرعية ريبوسومية كبيرة. ثم يقوم مجمع البدء هذا بتجنيد الحمض الريبي النووي النقال الثاني وبالتالي تبدأ الترجمة.

الشكل 6: تبدأ الترجمة عندما يتعرف مضاد كودون الحمض الريبي النووي النقال على كودون على الرنا المرسال. تنضم الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة إلى الوحدة الفرعية الصغيرة ، ويتم تجنيد الحمض الريبي النووي النقال الثاني. عندما يتحرك mRNA بالنسبة إلى الريبوسوم ، تتشكل سلسلة البولي ببتيد. يؤدي إدخال عامل التحرير إلى الموقع أ إلى إنهاء الترجمة وتنفصل المكونات.

بدء البكتيريا مقابل حقيقيات النوى

في بكتريا قولونية mRNA ، وهو تسلسل في اتجاه المنبع من أول كودون AUG ، يسمى تسلسل Shine-Dalgarno (AGGAGG) ، يتفاعل مع جزيء الرنا الريباسي. يعمل هذا التفاعل على تثبيت الوحدة الفرعية الريبوسومية 30S في الموقع الصحيح على قالب الرنا المرسال. توقف للحظة لتقدير تكرار إحدى الآليات التي واجهتها من قبل. في هذه الحالة ، يتم الحصول على مركب بروتيني لربطه - في السجل المناسب - ببوليمر الحمض النووي عن طريق محاذاة خيطين متوازين من النيوكليوتيدات التكميلية مع بعضهما البعض. لقد رأينا هذا أيضًا في وظيفة التيلوميراز.

بدلاً من الارتباط في تسلسل Shine-Dalgarno ، يتعرف مجمع البدء حقيقية النواة على غطاء 7-methylguanosine في نهاية 5 'من الرنا المرسال. يساعد بروتين ربط الغطاء (CBP) في حركة الريبوسوم إلى الغطاء 5 '. بمجرد الوصول إلى الغطاء ، يتتبع مجمع البدء على طول mRNA في اتجاه 5 إلى 3 ، ويبحث عن كودون AUG. يتم ترجمة العديد من mRNAs حقيقية النواة من أول أغسطس ، ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا. وفق قواعد كوزاك، تشير النيوكليوتيدات حول AUG إلى ما إذا كان كودون البدء الصحيح. تنص قواعد Kozak على أن تسلسل الإجماع التالي يجب أن يظهر حول AUG لجينات الفقاريات: 5'-gccRccAUGG-3 '. تشير R (للبيورين) إلى موقع يمكن أن يكون إما A أو G ، ولكن لا يمكن أن يكون C أو U. بشكل أساسي ، كلما اقترب التسلسل من هذا الإجماع ، زادت كفاءة الترجمة.

استطالة الترجمة

أثناء استطالة الترجمة ، يوفر قالب mRNA خصوصية. عندما يتحرك الريبوسوم على طول الرنا المرسال ، يأتي كل كودون مرنا في "عرض" ، ويتم ضمان الارتباط المحدد مع مضاد الكودون المشحون المقابل له. إذا لم يكن الرنا المرسال موجودًا في مجمع الاستطالة ، فإن الريبوسوم سيربط الحمض النووي الريبي بشكل غير محدد. لاحظ مرة أخرى استخدام الاقتران الأساسي بين خيطين متوازيين من النيوكليوتيدات التكميلية لإحضار الآلة الجزيئية الخاصة بنا والحفاظ عليها ، وفي هذه الحالة أيضًا لإنجاز مهمة "الترجمة" بين لغة النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية.

تتكون الوحدة الفرعية الريبوزومية الكبيرة من ثلاث حجرات: الموقع A يربط الحمض الريبي النووي النقال (tRNAs) مع الأحماض الأمينية المحددة المرفقة به ، موقع P يربط الحمض الريبي النووي النقال المشحون الذي يحمل الأحماض الأمينية التي شكلت روابط مع سلسلة البولي ببتيد المتنامية ولكنها لم تنفصل بعد عن الحمض النووي الريبي المقابل لها ، والموقع الإلكتروني الذي يطلق الحمض النووي الريبي المنفصل بحيث يمكن إعادة شحنها بحمض أميني مجاني آخر.

يستمر الاستطالة بدخول الحمض النووي الريبي المشحون إلى الموقع A ثم الانتقال إلى موقع P متبوعًا بالموقع E مع كل "خطوة" من الكودون الفردي للريبوسوم. يتم تحفيز خطوات الريبوسوم عن طريق التغييرات التوافقية التي تقدم الريبوسوم بثلاث قواعد في اتجاه 3. يتم التبرع بالطاقة لكل خطوة من خطوات الريبوسوم بواسطة عامل استطالة يحلل GTP. تتشكل روابط الببتيد بين المجموعة الأمينية للحمض الأميني المرتبط بـ tRNA في الموقع A ومجموعة الكربوكسيل للحمض الأميني المرتبط بـ الحمض الريبي النووي النقال في موقع P. يتم تحفيز تكوين كل رابطة الببتيد بواسطة بيبتيديل ترانسفيراز، وهو إنزيم قائم على الحمض النووي الريبي (RNA) مدمج في الوحدة الفرعية الريبوزومية 50S. يتم اشتقاق الطاقة لكل تكوين رابطة ببتيد من التحلل المائي GTP ، والذي يتم تحفيزه بواسطة عامل استطالة منفصل. يرتبط الحمض الأميني المرتبط بـ P-site tRNA أيضًا بسلسلة البولي ببتيد المتنامية. عندما يخطو الريبوسوم عبر mRNA ، يدخل الحمض الريبي النووي النقال السابق لموقع P إلى موقع E ، وينفصل عن الحمض الأميني ، ويُطرد. يتحرك الريبوسوم على طول الرنا المرسال ، كودون واحد في كل مرة ، محفزًا كل عملية تحدث في المواقع الثلاثة. مع كل خطوة ، يدخل الحمض الريبي النووي النقال المشحون إلى المركب ، ويصبح البولي ببتيد واحدًا من الأحماض الأمينية لفترة أطول ، ويغادر الحمض النووي الريبي غير المشحون. بشكل مثير للدهشة ، تحدث هذه العملية بسرعة في الخلية بكتريا قولونية يستغرق جهاز الترجمة 0.05 ثانية فقط لإضافة كل حمض أميني ، مما يعني أنه يمكن ترجمة بولي ببتيد حمض أميني 200 في 10 ثوانٍ فقط.

ملاحظة: مناقشة محتملة

العديد من المضادات الحيوية تمنع تخليق البروتين البكتيري. على سبيل المثال ، يحجب التتراسيكلين الموقع A على الريبوسوم البكتيري ، ويمنع الكلورامفينيكول نقل الببتيدل. ما هو التأثير المحدد الذي تتوقعه لكل من هذه المضادات الحيوية على تخليق البروتين؟

الكود الجيني

لتلخيص ما نعرفه حتى هذه النقطة ، تولد عملية النسخ الخلوي الرنا المرسال (mRNA) ، وهو نسخة جزيئية متحركة من جين واحد أو أكثر بأبجدية من A و C و G و uracil (U). تحول ترجمة نموذج mRNA المعلومات الوراثية القائمة على النيوكليوتيدات إلى منتج بروتيني. تتكون سلاسل البروتين من 20 نوعًا شائعًا من الأحماض الأمينية. لذلك ، يمكن القول أن أبجدية البروتين تتكون من 20 حرفًا. يتم تعريف كل حمض أميني من خلال تسلسل ثلاثي النوكليوتيدات يسمى الثلاثي كودون. تسمى العلاقة بين كودون النوكليوتيدات والحمض الأميني المقابل له الكود الجيني. بالنظر إلى الأعداد المختلفة من "الأحرف" في الرنا المرسال والبروتين "الأبجديات" ، يعني أن هناك إجمالي 64 (4 × 4 × 4) كودون محتمل ؛ لذلك ، يجب تشفير حمض أميني معين (إجمالي 20) بأكثر من كودون واحد.

تنهي ثلاثة من الكودونات الـ 64 تخليق البروتين وتحرر البولي ببتيد من آلية الترجمة. هذه الثلاثة توائم تسمى وقف الكودونات. كودون آخر ، AUG ، له أيضًا وظيفة خاصة. بالإضافة إلى تحديد ميثيونين الأحماض الأمينية ، فإنه يعمل أيضًا بمثابة ابدأ الكودون لبدء الترجمة. يتم تعيين إطار القراءة للترجمة بواسطة كودون بدء AUG بالقرب من نهاية 5 'من mRNA. الكود الجيني عالمي. مع استثناءات قليلة ، تستخدم جميع الأنواع تقريبًا نفس الشفرة الجينية لتخليق البروتين ، وهو دليل قوي على أن جميع أشكال الحياة على الأرض تشترك في أصل مشترك.

الشكل 7: يوضح هذا الشكل الكود الجيني لترجمة كل ثلاثي نيوكليوتيد ، أو كودون ، في mRNA إلى حمض أميني أو إشارة إنهاء في بروتين ناشئ. (الائتمان: تعديل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة)
زائدة عن الحاجة ، ليست غامضة

المعلومات الواردة في الشفرة الجينية زائدة عن الحاجة. كودونات متعددة لنفس الحمض الأميني. على سبيل المثال ، باستخدام الرسم البياني أعلاه ، يمكنك العثور على 4 أكواد مختلفة ترمز إلى Valine ، وبالمثل ، هناك نوعان من الكودونات التي ترمز إلى Leucine ، وما إلى ذلك. تعرف بشكل قاطع على أي حمض أميني يتم ترميزه ، فإن الكودون سوف يرمز فقط لحمض أميني معين. على سبيل المثال ، ستعمل GUU دائمًا على ترميز Valine ، وستعمل AUG دائمًا على ترميز Methionine. هذا مهم ، سيُطلب منك ترجمة mRNA إلى بروتين باستخدام مخطط كودون مثل المخطط الموضح أعلاه.

إنهاء الترجمة

يحدث إنهاء الترجمة عند مصادفة رمز التوقف (UAA أو UAG أو UGA). عندما يواجه الريبوسوم كود الإيقاف ، لا يدخل الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) إلى الموقع A. بدلاً من ذلك ، يعرف البروتين باسم أ عامل الافراج يرتبط بالمجمع. يؤدي هذا التفاعل إلى زعزعة استقرار آلية الترجمة ، مما يتسبب في إطلاق عديد الببتيد وتفكك وحدات الريبوسوم الفرعية من الرنا المرسال. بعد اكتمال ترجمة العديد من الريبوسومات ، يتحلل الرنا المرسال بحيث يمكن إعادة استخدام النيوكليوتيدات في تفاعل نسخ آخر.

ملاحظة: مناقشة محتملة

ما هي مزايا وعيوب ترجمة mRNA واحد عدة مرات؟

اقتران بين النسخ والترجمة

كما نوقش سابقًا ، لا تحتاج البكتيريا والعتائق إلى نقل نسخ RNA الخاصة بها بين النواة المرتبطة بالغشاء والسيتوبلازم. وبالتالي فإن بوليميراز الحمض النووي الريبي يقوم بنسخ الحمض النووي الريبي مباشرة في السيتوبلازم. هنا يمكن أن ترتبط الريبوسومات بـ RNA وتبدأ عملية الترجمة ، في بعض الحالات بينما لا يزال التحويل يحدث. يتم تسهيل اقتران هاتين العمليتين ، وحتى تدهور mRNA ، ليس فقط لأن النسخ والترجمة يحدثان في نفس الحجرة ولكن أيضًا لأن كلا العمليتين تحدث في نفس الاتجاه - يحدث توليف نسخة RNA في 5 'إلى 3 "التوجيه والترجمة يقرأ النص في اتجاه 5 إلى 3". يحدث "اقتران" النسخ مع الترجمة في كل من البكتيريا والعتائق وهو ، في الواقع ، ضروري للتعبير الجيني الصحيح في بعض الحالات.

الشكل 8: يمكن للبوليميرات المتعددة نسخ جين بكتيري واحد بينما تقوم العديد من الريبوسومات بترجمة نصوص الرنا المرسال في نفس الوقت إلى عديد الببتيدات. بهذه الطريقة ، يمكن أن يصل بروتين معين بسرعة إلى تركيز عالٍ في الخلية البكتيرية.

فرز البروتين

في سياق تحدي تصميم تخليق البروتين ، يمكننا أيضًا طرح سؤال / مشكلة حول كيفية وصول البروتينات إلى حيث يفترض أن تذهب. نحن نعلم أن بعض البروتينات مخصصة لغشاء البلازما ، والبعض الآخر في الخلايا حقيقية النواة يحتاج إلى أن يتم توجيهه إلى عضيات مختلفة ، وبعض البروتينات ، مثل الهرمونات أو بروتينات كاسحة المغذيات ، تهدف إلى إفرازها بواسطة الخلايا بينما قد يحتاج البعض الآخر إلى التوجيه إلى أجزاء من العصارة الخلوية لخدمة الأدوار الهيكلية. كيف يحدث هذا؟

نظرًا لأنه تم الكشف عن آليات مختلفة ، لا يمكن تلخيص تفاصيل هذه العملية بسهولة في فقرة أو فقرتين موجزتين. ومع ذلك ، يمكن ذكر بعض العناصر الرئيسية المشتركة لجميع الآليات. أولاً ، الحاجة إلى "علامة" محددة يمكن أن توفر بعض المعلومات الجزيئية حول مكان توجيه البروتين المطلوب. عادة ما تأخذ هذه العلامة شكل سلسلة قصيرة من الأحماض الأمينية - ما يسمى ببتيد الإشارة - والتي يمكنها ترميز المعلومات حول المكان الذي من المفترض أن ينتهي إليه البروتين. يجب أن يكون المكون الثاني المطلوب لآلية فرز البروتين هو نظام لقراءة البروتينات وفرزها فعليًا. في الأنظمة البكتيرية والبدئية ، يتكون هذا عادةً من بروتينات يمكنها تحديد إشارة الببتيد أثناء الترجمة ، والارتباط بها ، وتوجيه تخليق البروتين الناشئ إلى غشاء البلازما. في الأنظمة حقيقية النواة ، يكون الفرز بالضرورة أكثر تعقيدًا ، ويتضمن مجموعة معقدة من آليات التعرف على الإشارات ، وتعديل البروتين ، وتهريب الحويصلات بين العضيات أو الغشاء. تبدأ هذه الخطوات البيوكيميائية في الشبكة الإندوبلازمية ويتم "تنقيحها" بشكل أكبر في جهاز جولجي حيث يتم تعديل البروتينات وتعبئتها في حويصلات مرتبطة بأجزاء مختلفة من الخلية.

قد يناقش مدرسك في الفصل بعض الآليات المحددة المختلفة. المفتاح لجميع الطلاب هو تقدير المشكلة ولديك فكرة عامة عن المتطلبات عالية المستوى التي اعتمدتها الخلايا لحلها.

تعديل البروتين بعد الترجمة

بعد الترجمة يمكن تعديل الأحماض الأمينية الفردية كيميائيا. تضيف هذه التعديلات تباينًا كيميائيًا وخصائصًا جديدة متجذرة في كيمياء المجموعات الوظيفية التي تتم إضافتها. تشمل التعديلات الشائعة مجموعات الفوسفات ، والميثيل ، والأسيتات ، ومجموعات الأميد. يتم دهن بعض البروتينات التي تستهدف الأغشية عادةً - يُضاف إليها مادة دهنية. البروتينات الأخرى سيتم معالجتها بالجليكوزيلات - سيتم إضافة السكر. تعديل آخر شائع بعد الترجمة هو الانقسام أو ربط أجزاء من البروتين نفسه. قد يتم شق ببتيدات الإشارة ، وقد يتم استئصال أجزاء من منتصف البروتين ، أو قد يتم عمل روابط تساهمية جديدة بين السيستين أو سلاسل جانبية أخرى من الأحماض الأمينية. سيتم تحفيز جميع التعديلات تقريبًا بواسطة الإنزيمات وستغير جميعها السلوك الوظيفي للبروتين.

يمارس

انسخ وترجم تسلسل الحمض النووي التالي (حبلا غير قالب): 5'-ATGGCCGGTTATTAAGCA-3 '

ملخص القسم

يستخدم mRNA لتجميع البروتينات من خلال عملية الترجمة. الشفرة الجينية هي المراسلات بين كودون الرنا المرسال ثلاثي النوكليوتيدات والحمض الأميني. يتم "ترجمة" الشفرة الجينية بواسطة جزيئات الحمض النووي الريبي ، التي تربط كودونًا محددًا بحمض أميني معين. يتدهور الكود الجيني لأن 64 كودونًا ثلاثيًا في mRNA يحدد فقط 20 حمضًا أمينيًا وثلاثة أكواد توقف. هذا يعني أن أكثر من كودون واحد يتوافق مع حمض أميني. تستخدم كل الأنواع على هذا الكوكب تقريبًا نفس الشفرة الجينية.
تشمل العناصر الفاعلة في الترجمة قالب mRNA والريبوسومات و tRNAs وعوامل إنزيمية مختلفة. ترتبط الوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة بقالب الرنا المرسال. تبدأ الترجمة في AUG البادئ على mRNA. يحدث تكوين الروابط بين الأحماض الأمينية المتسلسلة المحددة بواسطة قالب mRNA وفقًا للشفرة الجينية. يقبل الريبوسوم الحمض الريبي النووي النقال المشحون ، وبينما يتقدم على طول الرنا المرسال ، فإنه يحفز الترابط بين الحمض الأميني الجديد ونهاية البولي ببتيد المتنامي. يتم ترجمة الرنا المرسال بأكمله في "خطوات" ثلاثية النوكليوتيدات للريبوسوم. عند مصادفة كودون التوقف ، يربط عامل التحرير المكونات ويفصلها ويحرر البروتين الجديد.


الترجمة (علم الأحياء)

في علم الأحياء الجزيئي وعلم الوراثة ، ترجمة هي العملية التي تقوم فيها الريبوسومات الموجودة في السيتوبلازم أو الشبكة الإندوبلازمية بتجميع البروتينات بعد عملية نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي في نواة الخلية. العملية برمتها تسمى التعبير الجيني.

في الترجمة ، يتم فك تشفير الرنا المرسال (mRNA) في الريبوسوم ، خارج النواة ، لإنتاج سلسلة أحماض أمينية محددة ، أو بولي ببتيد. يتحول البولي ببتيد لاحقًا إلى بروتين نشط ويؤدي وظائفه في الخلية. يسهل الريبوسوم فك التشفير عن طريق تحفيز ارتباط تسلسلات anticodon tRNA التكميلية بكودونات mRNA. تحمل الحمض الريبي النووي النقال أحماض أمينية محددة مرتبطة ببعضها البعض في بولي ببتيد بينما يمر الرنا المرسال عبر الريبوسوم و "يقرأه" الريبوسوم.

تتم الترجمة على ثلاث مراحل:

  1. المبادرة: يتجمع الريبوسوم حول mRNA الهدف. يتم إرفاق الحمض الريبي النووي النقال الأول في كودون البداية.
  2. استطالة: آخر tRNA تم التحقق من صحته بواسطة الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة (الإقامة) ينقل الحمض الأميني الذي يحمله إلى الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة التي تربطه بواحد من الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي تم قبوله مسبقًا (ترانسببتيد). ثم ينتقل الريبوسوم إلى كودون mRNA التالي لمواصلة العملية (النقل) ، وخلق سلسلة من الأحماض الأمينية.
  3. نهاية: عندما يتم الوصول إلى كودون التوقف ، يطلق الريبوسوم بولي ببتيد.

في بدائيات النوى (البكتيريا والعتائق) ، تحدث الترجمة في السيتوبلازم ، حيث ترتبط الوحدات الفرعية الكبيرة والصغيرة من الريبوسوم بـ mRNA. في حقيقيات النوى ، تحدث الترجمة في العصارة الخلوية أو عبر غشاء الشبكة الإندوبلازمية في عملية تسمى الانتقال المشترك. في النقل المشترك ، يرتبط مجمع الريبوسوم / الرنا المرسال بأكمله بالغشاء الخارجي للشبكة الإندوبلازمية الخشنة (ER) ويتم تصنيع البروتين الجديد وإطلاقه في ER ، يمكن تخزين عديد الببتيد الذي تم إنشاؤه حديثًا داخل ER لنقل الحويصلات في المستقبل وإفرازه خارج الزنزانة ، أو إفرازه على الفور.

لا تخضع العديد من أنواع الحمض النووي الريبي المنسوخ ، مثل نقل الحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي الريباسي ، والحمض النووي الريبي النووي الصغير ، للترجمة إلى بروتينات.

يعمل عدد من المضادات الحيوية عن طريق تثبيط الترجمة. وتشمل هذه أنيسوميسين ، سيكلوهكسيميد ، كلورامفينيكول ، تتراسيكلين ، ستربتومايسين ، إريثروميسين ، وبوروميسين. تمتلك الريبوسومات بدائية النواة بنية مختلفة عن تلك الموجودة في الريبوسومات حقيقية النواة ، وبالتالي يمكن للمضادات الحيوية أن تستهدف على وجه التحديد الالتهابات البكتيرية دون أي ضرر لخلايا المضيف حقيقية النواة.


حتى قبل ترجمة mRNA ، يجب على الخلية أن تستثمر الطاقة لبناء كل من الريبوسومات الخاصة بها. الريبوسومات هي جزء من الخلية يقرأ المعلومات الموجودة في جزيء mRNA ويربط الأحماض الأمينية معًا بالترتيب الصحيح. الريبوسوم عبارة عن جزيء ضخم ومعقد للغاية يتكون من رنا هيكلية ومحفزة ، والعديد من عديد الببتيدات المتميزة. في حقيقيات النوى ، النواة متخصصة تمامًا في تخليق وتجميع الرنا الريباسي (مكون الحمض النووي الريبي الذي يشكل الريبوسومات).

تتكون الريبوسومات من وحدتين فرعيتين تجتمعان معًا للترجمة ، مثل كعكة الهامبرغر التي تلتقي حول اللحم (mRNA). الوحدة الفرعية الصغيرة مسؤولة عن ربط قالب mRNA ، بينما ترتبط الوحدة الفرعية الكبيرة بالتسلسل الحمض الريبي النووي النقال، نوع من جزيء الحمض النووي الريبي الذي يجلب الأحماض الأمينية إلى سلسلة النمو من عديد الببتيد. يمكن ترجمة كل جزيء mRNA في وقت واحد بواسطة العديد من الريبوسومات ، وجميع البروتينات المركبة في نفس الاتجاه: قراءة mRNA من 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 وتوليف بولي ببتيد من الطرف N إلى الطرف C (راجع الشكل 1 & # 8211 المحطة N هي نهاية الحمض الأميني مع النيتروجين ، والنهاية C هي نهاية الكربون).

توجد الريبوسومات في السيتوبلازم في بدائيات النوى وفي السيتوبلازم والشبكة الإندوبلازمية الخشنة في حقيقيات النوى. تمتلك الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء أيضًا ريبوسومات خاصة بها في المصفوفة والسدى ، والتي تبدو أكثر تشابهًا مع الريبوسومات بدائية النواة (ولها حساسيات دوائية مماثلة) من الريبوسومات الموجودة خارج أغشيتها الخارجية في السيتوبلازم.

الشكل 2 تشتمل آلية تصنيع البروتين على الوحدات الفرعية الكبيرة والصغيرة من الريبوسوم ، و mRNA ، و tRNA.

اعتمادا على الأنواع ، 40 إلى 60 نوعا من الحمض الريبي النووي النقال موجودة في السيتوبلازم. تعمل كمحولات ، ترتبط tRNAs محددة بالتسلسلات الموجودة في قالب mRNA وتضيف الحمض الأميني المقابل إلى سلسلة polypeptide. لذلك ، فإن الحمض النووي الريبي هو الجزيئات التي "تترجم" لغة RNA إلى لغة البروتينات.

يتكون كل tRNA من جزيء RNA خطي مطوي في شكل معقد (الشكل 3). في أحد طرفي الحمض الريبي النووي النقال يوجد مضاد للكودون ، والذي يتعرف على أزواج واحدة من أكواد الرنا المرسال ويقيمها. في الطرف الآخر ، يتم إرفاق حمض أميني معين. من بين 64 كودون mRNA ممكن - أو مجموعات ثلاثية من A و U و G و C - تحدد ثلاثة منها إنهاء تخليق البروتين و 61 تحدد إضافة الأحماض الأمينية إلى سلسلة البولي ببتيد. من بين هؤلاء الـ 61 ، يشفر كودون واحد (AUG) أيضًا بدء الترجمة. يمكن لكل مضاد tRNA anticodon أن يقترن بأحد أكواد mRNA وإضافة حمض أميني أو إنهاء الترجمة ، وفقًا للشفرة الجينية. على سبيل المثال ، إذا حدث التسلسل CUA على قالب mRNA في إطار القراءة المناسب ، فسيؤدي ذلك إلى ربط الحمض الريبي النووي النقال الذي يعبر عن التسلسل التكميلي ، GAU ، والذي سيتم ربطه مع ليسين الأحماض الأمينية.

الشكل 3 ينثني جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يتكون من الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) في البنية المعقدة ثلاثية الأبعاد التي تظهر هنا. في هذا الشكل ، Anticodon هو القسم الرمادي في الجزء السفلي من الهيكل. سيتم ربط الحمض الأميني بالجزء الأصفر في أعلى اليمين. رصيد الصورة Yikrazuul ويكيميديا.

Aminoacyl tRNA Synthetases

لكي يعمل كل حمض tRNA ، يجب أن يرتبط به حمض أميني خاص به. في عملية "شحن" tRNA ، يتم ربط كل جزيء tRNA بالحمض الأميني الصحيح من خلال مجموعة من الإنزيمات تسمى مواد تركيبية aminoacyl tRNA. يوجد نوع واحد على الأقل من تركيبة aminoacyl tRNA لكل من الأحماض الأمينية العشرين ، ويختلف العدد الدقيق لمركبات aminoacyl tRNA باختلاف الأنواع. تستخدم هذه الإنزيمات الطاقة من ATP لتنشيط حمض أميني معين ، والذي يتم نقله بعد ذلك إلى الحمض الريبي النووي النقال. بهذه الطريقة ، يمكن استخدام جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) مرارًا وتكرارًا ، ولكن كل حمض tRNA يحمل دائمًا نفس الحمض الأميني بسبب خصوصية إنزيمات تخليق aminoacyl tRNA.


شاهد الفيديو: تخليق البروتين عملية الترجمة. شرح RNA 4. أحياء 3ث (ديسمبر 2022).