معلومة

15.5 أ: آلية تصنيع البروتين - علم الأحياء

15.5 أ: آلية تصنيع 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.

يحدث تخليق البروتين ، أو ترجمة mRNA إلى بروتين ، بمساعدة الريبوسومات ، والـ tRNAs ، وتركيب aminoacyl tRNA.

أهداف التعلم

  • اشرح الدور الذي تلعبه تركيبات الريبوسومات و tRNA و aminoacyl tRNA في تخليق البروتين

النقاط الرئيسية

  • تتكون الريبوسومات ، الهياكل الجزيئية الكبيرة المكونة من الرنا الريباسي وسلاسل البولي ببتيد ، من وحدتين فرعيتين (في البكتيريا والعتائق ، 30S و 50S ؛ في حقيقيات النوى ، 40S و 60S) ، التي تجمع بين mRNA و tRNAs لتحفيز تخليق البروتين.
  • تحتوي الريبوسومات المجمعة بالكامل على ثلاثة مواقع ربط الحمض النووي الريبي (tRNA): موقع للأمينو أسيل-الحمض الريبي النووي الريبوزي الوارد ، وموقع P لـ peptidyl-tRNAs ، وموقع E حيث تخرج tRNAs الفارغة.
  • تتكون tRNAs (نقل الأحماض النووية الريبية) ، التي تعمل على توصيل الحمض الأميني المناسب إلى سلسلة الببتيد النامية ، من سلسلة RNA معدلة مع الحمض الأميني المناسب المتصل تساهميًا.
  • تحتوي الحمض النووي الريبي (tRNA) على حلقة من النيوكليوتيدات غير المقيدة في أحد طرفي الجزيء التي تحتوي على ثلاثة نيوكليوتيدات تعمل كمضاد للشيخوخة التي تتناسب مع كودون الرنا المرسال.
  • تركيبة Aminoacyl tRNA عبارة عن إنزيمات تقوم بتحميل الأحماض الأمينية الفردية على الحمض الريبي النووي النقال.

الشروط الاساسية

  • الريبوسوم: مجمعات البروتين / الرنا المرسال الموجودة في جميع الخلايا التي تشارك في إنتاج البروتينات عن طريق ترجمة الحمض النووي الريبي المرسال

ماكينات تصنيع البروتين

بالإضافة إلى نموذج mRNA ، تساهم العديد من الجزيئات والجزيئات الكبيرة في عملية الترجمة. قد يختلف تكوين كل مكون عبر الأنواع. على سبيل المثال ، قد تتكون الريبوسومات من أعداد مختلفة من الرنا الريباسي وعديد الببتيدات اعتمادًا على الكائن الحي. ومع ذلك ، فإن الهياكل والوظائف العامة لآلية تخليق البروتين قابلة للمقارنة من البكتيريا إلى العتائق إلى الخلايا البشرية. تتطلب الترجمة إدخال نموذج mRNA وريبوسومات و tRNAs وعوامل إنزيمية مختلفة.

الريبوسومات

الريبوسوم عبارة عن جزيء ضخم معقد يتألف من جزيئات الحمض النووي الريبي الهيكلية والحافزة ، والعديد من عديد الببتيدات المتميزة. في حقيقيات النوى ، يحدث تخليق وتجميع الرنا الريباسي في النواة.

توجد الريبوسومات في السيتوبلازم في بدائيات النوى وفي السيتوبلازم وعلى أغشية الشبكة الإندوبلازمية الخشنة في حقيقيات النوى. تمتلك الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء أيضًا ريبوسومات خاصة بها ، وتبدو أكثر تشابهًا مع الريبوسومات بدائية النواة (ولها حساسيات دوائية مماثلة) من الريبوسومات السيتوبلازمية. تنفصل الريبوسومات إلى وحدات فرعية كبيرة وصغيرة عندما لا تقوم بتركيب البروتينات وإعادة الارتباط أثناء بدء الترجمة.بكتريا قولونية لديك وحدة فرعية صغيرة 30S ووحدة فرعية كبيرة 50S ، بإجمالي 70S عند تجميعها (تذكر أن وحدات Svedberg ليست مضافة). تحتوي ريبوسومات الثدييات على وحدة فرعية صغيرة 40 ثانية ووحدة فرعية كبيرة 60 ثانية ، بإجمالي 80 ثانية. الوحدة الفرعية الصغيرة مسؤولة عن ربط قالب mRNA ، في حين أن الوحدة الفرعية الكبيرة تربط بالتسلسل الحمض الريبي النووي النقال.

في البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى ، يحتوي الريبوسوم السليم على ثلاثة مواقع ربط تتسع لـ tRNAs: الموقع A ، والموقع P ، والموقع E. تدخل aminoacy-tRNAs (الحمض النووي الريبي مع حمض أميني متصل تساهميًا يسمى aminoacyl-tRNA) الريبوسوم في الموقع A. يتم الاحتفاظ بـ peptidyl-tRNA الذي يحمل سلسلة البولي ببتيد المتنامية في موقع P. يحتوي الموقع E على جزيئات الحمض النووي الريبي فارغة قبل خروجها من الريبوسوم مباشرة.

يتم ترجمة كل جزيء mRNA في وقت واحد بواسطة العديد من الريبوسومات ، وكلها تقرأ mRNA من 5 إلى 3 ′ وتوليف polypeptide من الطرف N إلى الطرف C. يسمى هيكل mRNA / poly-ribosome الكامل polysome.

الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى

يتم نسخ جزيئات الحمض النووي الريبي بواسطة RNA polymerase III. اعتمادًا على الأنواع ، يوجد 40 إلى 60 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال في السيتوبلازم. ترتبط جزيئات الحمض النووي الريبوزي المحددة بالكودونات الموجودة في قالب الرنا المرسال وتضيف الحمض الأميني المقابل إلى سلسلة البولي ببتيد. (بشكل أكثر دقة ، تتم إضافة سلسلة البولي ببتيد المتنامية إلى كل حمض أميني جديد مرتبط بـ tRNA.)

إن نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) هو جزيئات هيكلية من الحمض النووي الريبي. في حقيقيات النوى ، يتم نسخ مول الحمض النووي الريبي من جينات الحمض النووي الريبي بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي الثالث. تعمل كمحولات ، ترتبط tRNAs محددة بالتسلسلات الموجودة في قالب mRNA وتضيف الحمض الأميني المقابل إلى سلسلة polypeptide. (بشكل أكثر دقة ، يتم إضافة سلسلة البولي ببتيد المتنامية إلى كل حمض أميني جديد يتم جلبه بواسطة الحمض النووي الريبي.) لذلك ، فإن الحمض النووي الريبي هو الجزيئات التي "تترجم" لغة الحمض النووي الريبي إلى لغة البروتينات.

من بين 64 كودون mRNA ممكن (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 أكواد الإنهاء الثلاثة ، يمكن أيضًا استخدام واحد (UGA) لتشفير الحمض الأميني الحادي والعشرين ، سيلينوسيستين ، ولكن فقط إذا احتوى الرنا المرسال على تسلسل محدد من النيوكليوتيدات يُعرف باسم تسلسل SECIS. من بين 61 كودون غير إنهاء ، كودون واحد (AUG) يشفر أيضًا بدء الترجمة.

يتم طي كل سلسلة من سلسلة الحمض النووي الريبي متعدد النوكليوتيد لأعلى بحيث تتناسب بعض الأقسام الداخلية مع الأقسام الداخلية الأخرى. إذا تم رسم رسم بياني في بعدين فقط ، فإن المناطق التي يحدث فيها الاقتران الأساسي تسمى السيقان ، والمناطق التي لا تتشكل فيها أزواج أساسية تسمى الحلقات ، والنمط الكامل للسيقان والحلقات التي تتشكل من أجل الحمض الريبي النووي النقال يسمى بنية "ورقة البرسيم". يتم طي جميع الحمض النووي الريبي (tRNAs) في هياكل متشابهة جدًا من أوراق البرسيم المكونة من أربع سيقان رئيسية وثلاث حلقات رئيسية.

إذا تم النظر إليها على أنها بنية ثلاثية الأبعاد ، فإن جميع المناطق الأساسية من الحمض الريبي النووي النقال تكون حلزونية ، ويتم طي الحمض النووي الريبي في هيكل على شكل حرف L.

يحتوي كل الحمض النووي الريبي (tRNA) على سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات موجودة في حلقة في أحد طرفي الجزيء والتي يمكن أن تتطابق مع كودون mRNA. وهذا ما يسمى أنتيكودون الحمض الريبي النووي النقال. كل الحمض الريبي النووي النقال مختلف له مضاد مختلف. عندما يتطابق أساس الحمض النووي الريبي المضاد مع أحد أكواد الرنا المرسال ، فإن الحمض النووي الريبي سيضيف حمضًا أمينيًا إلى سلسلة بولي ببتيد متنامية أو ينهي الترجمة ، وفقًا للشفرة الجينية. على سبيل المثال ، إذا حدث التسلسل CUA على قالب mRNA في إطار القراءة المناسب ، فإنه سيربط tRNA مع anticodon يعبر عن التسلسل التكميلي ، GAU. سيتم ربط الحمض النووي الريبي مع هذا المضاد إلى الحمض الأميني لوسين.

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 ، يرتبط كل جزيء tRNA بحمضه الأميني الصحيح من خلال مجموعة من الإنزيمات تسمى aminoacyl tRNA synthetases. عندما يرتبط حمض أميني تساهميًا بـ tRNA ، يُعرف المركب الناتج باسم aminoacyl-tRNA. يوجد نوع واحد على الأقل من مركب aminoacyl tRNA لكل من الأحماض الأمينية الـ 21 ؛ يختلف العدد الدقيق لمركبات aminoacyl tRNA باختلاف الأنواع. ترتبط هذه الإنزيمات أولاً وتحلل ATP لتحفيز تكوين رابطة تساهمية بين الأحماض الأمينية والأدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) ؛ يتم طرد جزيء بيروفوسفات في هذا التفاعل. وهذا ما يسمى "تنشيط" الحمض الأميني. ثم يحفز الإنزيم نفسه ارتباط الحمض الأميني المنشط بالحمض النووي الريبي والإطلاق المتزامن لـ AMP. بعد ارتباط الحمض الأميني الصحيح تساهميًا بالحمض النووي الريبي ، يتم إطلاقه بواسطة الإنزيم. يقال إن الحمض الريبي النووي النقال مشحون بحمضه الأميني المشابه. (الحمض الأميني المحدد بواسطة anticodon الخاص به هو حمض أميني مشابه لـ tRNA.)


ماكينات تصنيع البروتين

بالإضافة إلى نموذج mRNA ، تساهم العديد من الجزيئات الأخرى في عملية الترجمة. قد يختلف تكوين كل مكون عبر الأنواع على سبيل المثال ، قد تتكون الريبوسومات من أعداد مختلفة من RNAs الريبوسوم ( الرنا الريباسي) والببتيدات اعتمادًا على الكائن الحي. ومع ذلك ، فإن الهياكل والوظائف العامة لآلية تخليق البروتين قابلة للمقارنة من البكتيريا إلى الخلايا البشرية. تتطلب الترجمة إدخال نموذج مرنا ، الريبوسومات ، الحمض الريبي النووي النقال ، وعوامل إنزيمية مختلفة (الشكل 9.19).

في E.القولونية، هناك 200000 ريبوسوم موجودة في كل خلية في أي وقت. الريبوسوم عبارة عن جزيء ضخم معقد يتألف من جزيئات الحمض النووي الريبي الهيكلية والحافزة ، والعديد من عديد الببتيدات المتميزة. النواة في حقيقيات النوى متخصصة تمامًا في تركيب وتجميع الرنا الريباسي.

توجد الريبوسومات في السيتوبلازم في بدائيات النوى وفي السيتوبلازم والشبكة الإندوبلازمية لحقيقيات النوى. تتكون الريبوسومات من وحدة فرعية كبيرة وصغيرة تجتمع معًا للترجمة. 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. يتم ترجمة كل جزيء mRNA في نفس الوقت بواسطة العديد من الريبوسومات ، وكلها تقوم بتوليف البروتين في نفس الاتجاه.

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 ، الحمض النووي الريبي هو الجزيئات التي "تترجم" لغة RNA إلى لغة البروتينات. لكي تعمل كل tRNA ، يجب أن يكون لها حمض أميني معين مرتبط بها. في عملية "شحن" الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) ، يتم ربط كل جزيء tRNA بالحمض الأميني الصحيح.


تكتشف الدراسة كيف توقف الخلايا المجهدة تخليق البروتين


تعاني الخلايا من الإجهاد بطرق متعددة. يمكن أن تؤدي التغيرات في درجة الحرارة ، والبروتينات المطوية بشكل غير صحيح ، والأضرار التأكسدية إلى إجهاد خلوي. ولكن مهما كان شكل الإجهاد ، تتوقف جميع الخلايا بسرعة عن صنع البروتينات عند تعرضها للضغط.

كشفت دراسة جديدة لكورنيل كيف توقف الخلايا بسرعة تخليق البروتين أثناء الإجهاد ثم تستأنف أنشطتها في صنع البروتين بمجرد زوال الإجهاد.

إذا استمرت البروتينات في التوليف أثناء الإجهاد ، فإن الخلايا تهدر الطاقة ، وتتراكم البروتينات التالفة ، مما يؤدي إلى السمية والمرض.

في السابق ، اعتقد الباحثون أنه أثناء تخليق البروتين الناتج عن الإجهاد ، كان يتم التحكم فيه فقط عند النقطة التي تبدأ فيها آلية الترجمة في قراءة mRNA ، وهي نسخة DNA تحمل أكواد البروتين.

لكن الدراسة الجديدة ، التي نُشرت على الإنترنت في 3 كانون الثاني (يناير) في مجلة Molecular Cell ، تشير إلى أنه يمكن بالفعل إيقاف تخليق البروتين في منتصف الطريق ، خلال المرحلة اللاحقة في عملية تخليق البروتين ، والتي تسمى الاستطالة ، حيث يتم تصنيع البروتينات في سلسلة طويلة من البروتين. الأحماض الأمينية ، مثل لحم البقر المفروم الخارج من المطحنة.

استخدم الباحثون تقنية طوروها لمراقبة عملية تخليق البروتين التي تتضمن الريبوسومات ، التي تفك شفرة الرنا المرسال وتبني سلاسل من الأحماض الأمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتين. وجدوا ، في وجود الإجهاد والبروتينات غير المطوية ، تتوقف الريبوسومات مؤقتًا أثناء عملية الاستطالة المبكرة ، عندما تم تصنيع الببتيدات الجديدة (سلاسل الأحماض الأمينية) ولكن لا يزال طولها أقل من 50 حمض أميني.

قال شو بينج تشيان ، الأستاذ المساعد لعلوم التغذية في جامعة كورنيل وكبير مؤلفي الورقة البحثية: "لقد فوجئنا كثيرًا". "اعتقدنا أنه سيتوقف مؤقتًا في كل مكان ، لكننا وجدنا فقط الريبوسومات تتوقف مؤقتًا داخل أول 50 حمض أميني. لقد أدركنا أن آلية الترجمة يجب أن يكون لها آلية للسيطرة على الاتجار في هذه المنطقة ".

عندما تصنع الببتيدات ، فإنها تخرج من نفق في نهاية الريبوسوم يبلغ طوله حوالي 30 إلى 50 حمضًا أمينيًا. قال تشيان: "داخل النفق ، يتم إخفاء الببتيدات المتكونة حديثًا عن البيئة الخارجية". ولكن بمجرد ظهورها ، تساعد جزيئات تسمى المرافقون على سحبها من الريبوسوم.

وجد الباحثون أنه تحت الضغط ، لم يكن المرافقون حاضرين لسحب الببتيدات الناشئة عند خروجهم من النفق. بدلاً من ذلك ، تم تجنيد المرافقين لمساعدة الببتيدات - التي تضررت بسبب الظروف في الخلية الناجمة عن الإجهاد - في إعادة تشكيل البروتينات.

قال تشيان: "تُظهر دراستنا أن المرافقين لا يساعدون فقط في الطي ولكن أيضًا في التحكم في الريبوسومات". "استخدمنا مثبطات كيميائية لتثبيط المرافقين في الخلايا غير المجهدة ، وتوقفوا مؤقتًا في نفس المكان تمامًا."

بينما نظر Qian وزملاؤه إلى هذه العملية أثناء الإجهاد الناجم عن سوء طي البروتين ، فإنهم يعتقدون أن نفس العملية تحدث بغض النظر عن مصدر الإجهاد.

إذا تم إنتاج الببتيدات باستمرار أثناء الإجهاد ، فسوف تتلف وتتراكم ، مما يؤدي إلى السمية والمرض. تمتلك الخلايا السرطانية ، التي تنمو خارج نطاق السيطرة ، مستويات عالية جدًا من المرافقين لتخليق البروتين المستمر. طور الباحثون مثبطات تشابيرون كوسيلة لكبح السرطان. تم استخدام هذه المثبطات في هذه الدراسة لتثبيط المرافقات في الخلايا الطبيعية.

تم تمويل الدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة ومؤسسة إليسون الطبية ووزارة الدفاع. كان بوتاو ليو ، طالب دراسات عليا ، ويان هان ، زميل سابق لما بعد الدكتوراه ، وكلاهما في مختبر Qian ، المؤلفين الرئيسيين للدراسة.


شاهد الفيديو: أول تمرين لباك 2022حول تركيب بروتين (يونيو 2022).