توليف مراحل البروتين وخصائصها

ال تخليق البروتين إنه حدث بيولوجي يحدث تقريبًا في جميع الكائنات الحية. تأخذ الخلايا باستمرار المعلومات المخزنة في الحمض النووي وبفضل وجود آلية متخصصة معقدة للغاية ، تقوم بتحويلها إلى جزيئات بروتينية.

ومع ذلك ، فإن الكود المكون من 4 أحرف المشفر في الحمض النووي لا يترجم مباشرة إلى بروتينات. ويشارك في العملية جزيء الحمض النووي الريبي الذي يعمل كوسيط ، ويسمى messenger RNA.

عندما تحتاج الخلايا إلى بروتين معين ، يتم نسخ تسلسل النيوكليوتيد الخاص بجزء مناسب من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي (الرنا) - في عملية تسمى النسخ - وهذا بدوره يترجم إلى البروتين المعني.

يحدث تدفق المعلومات الموصوفة (الدنا إلى رسالة الرنا المرسال ورسالة الرنا المرسال إلى البروتينات) من كائنات بسيطة للغاية مثل البكتيريا إلى البشر. وقد سميت هذه السلسلة من الخطوات "العقيدة" المركزية لعلم الأحياء.

الآلات المسؤولة عن البروتينات التوليفية هي الريبوسومات. تم العثور على هذه الهياكل الخلوية الصغيرة بنسبة كبيرة في السيتوبلازم وترتكز على الشبكة الإندوبلازمية.

مؤشر

• 1 ما هي البروتينات?
• 2 مراحل وخصائص
  • 2.1 النسخ: من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي messenger
  • 2.2 الربط من رسول الحمض النووي الريبي
  • 2.3 أنواع الحمض النووي الريبي
  • 2.4 الترجمة: من رسول الحمض النووي الريبي إلى البروتينات
  • 2.5 الشفرة الوراثية
  • 2.6 اقتران الحمض الأميني بنقل الحمض النووي الريبي
  • 2.7 يتم فك شفرة رسالة الـ RNA بواسطة الريبوسومات
  • 2.8 استطالة سلسلة الببتيد
  • 2.9 الانتهاء من الترجمة
• 3 المراجع

ما هي البروتينات?

البروتينات هي جزيئات كبيرة تتكون من الأحماض الأمينية. هذه تشكل ما يقرب من 80 ٪ من البروتوبلازم للخلية المجففة بأكملها. جميع البروتينات التي تشكل كائنًا حيًا تسمى "بروتيوم".

وظائفه متعددة ومتنوعة ، من الأدوار الهيكلية (الكولاجين) إلى النقل (الهيموغلوبين) ، المحفزات للتفاعلات الكيميائية الحيوية (الإنزيمات) ، الدفاع ضد مسببات الأمراض (الأجسام المضادة) ، من بين أمور أخرى.

هناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية الطبيعية التي يتم تجميعها بواسطة روابط الببتيد لإحداث البروتينات. يتميز كل حمض أميني بوجود مجموعة معينة تعطي خصائص كيميائية وفيزيائية معينة.

مراحل وخصائص

تحدث الطريقة التي تدير بها الخلية لتفسير رسالة الحمض النووي من خلال حدثين أساسيين: النسخ والترجمة. العديد من نسخ الحمض النووي الريبي ، التي تم نسخها من نفس الجين ، قادرة على تجميع عدد كبير من جزيئات البروتين المتطابقة.

يتم نسخ كل جين وترجمته بشكل مختلف ، مما يسمح للخلية بإنتاج كميات مختلفة من مجموعة متنوعة من البروتينات. تتضمن هذه العملية طرقًا متنوعة للتنظيم الخلوي ، والتي تشمل عمومًا التحكم في إنتاج الحمض النووي الريبي.

الخطوة الأولى التي يجب على الخلية القيام بها لبدء إنتاج البروتينات هي قراءة الرسالة المكتوبة على جزيء الحمض النووي. هذا الجزيء عالمي ويحتوي على جميع المعلومات اللازمة لبناء وتطوير الكائنات العضوية.

بعد ذلك ، سنصف كيفية حدوث تخليق البروتين ، وبدء عملية "قراءة" المادة الوراثية وتنتهي بإنتاج البروتينات. في حد ذاته.

النسخ: من الحمض النووي إلى رسول الحمض النووي الريبي

تتم كتابة الرسالة في حلزون الدنا المزدوج في كود مكون من أربعة أحرف يتوافق مع قواعد الأدينين (A) ، الجوانيين (G) ، السيتوزين (C) والثيمين (T).

يتم استخدام تسلسل حروف الحمض النووي هذا لتهدئة جزيء مكافئ لـ RNA.

كلا الحمض النووي والحمض النووي الريبي هي البوليمرات الخطية التي شكلتها النيوكليوتيدات. ومع ذلك ، فإنها تختلف كيميائيا في جانبين أساسيين: النوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي هي الريبونوكليوتيدات وبدلا من قاعدة الثيمين ، يقدم الحمض النووي الريبي اليوراسيل (U) ، الذي يتزاوج مع الأدينين.

تبدأ عملية النسخ بافتتاح الحلزون المزدوج في منطقة معينة. تعمل إحدى السلاسلتين ك "قالب" أو مزاج لتوليف الحمض النووي الريبي. ستتم إضافة النيوكليوتيدات وفقًا لقواعد الاقتران الأساسي ، C مع G و A مع U.

الإنزيم الرئيسي المتورط في النسخ هو بوليميريز RNA. إنه مسؤول عن تحفيز تكوين روابط فوسفات الدم التي تنضم إلى النيوكليوتيدات في السلسلة. تم تمديد السلسلة في الاتجاه 5 إلى 3.

يشتمل نمو الجزيء على بروتينات مختلفة تعرف باسم "عوامل الاستطالة" المسؤولة عن الحفاظ على ارتباط البوليميريز حتى نهاية العملية.

الربط من رسول الحمض النووي الريبي

في حقيقيات النوى ، يكون للجينات بنية محددة. تمت مقاطعة التسلسل بعناصر ليست جزءًا من البروتين ، تسمى الإنترونات. يعارض مصطلح إكسون ، الذي يشمل أجزاء من الجين التي سيتم ترجمتها إلى بروتينات.

ال الربط إنه حدث أساسي يتكون من إزالة الإنترونات لجزيء المرسال ، لطرد جزيء تم بناؤه حصريًا بواسطة الإكسونات. المنتج النهائي هو الناضجة رسول الحمض النووي الريبي. جسديا ، آلية معقدة وديناميكية تحدث في الطحال.

بالإضافة إلى الربط ، يخضع messenger RNA لترميزات إضافية قبل ترجمته. يضاف "غطاء محرك السيارة" الذي تكون طبيعته الكيميائية عبارة عن نيوكليوتيد غواني مُعدّل ، وفي الطرف الخامس ، وذيل لعديد الأدينين في الطرف الآخر.

أنواع الحمض النووي الريبي

في الخلية ، يتم إنتاج أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي. تنتج بعض الجينات الموجودة في الخلية جزيءًا من الرنا المرسال ويترجم هذا إلى بروتين - كما سنرى لاحقًا. ومع ذلك ، هناك جينات منتجها النهائي هو جزيء الحمض النووي الريبي نفسه.

على سبيل المثال ، في جينوم الخميرة ، حوالي 10 ٪ من جينات هذه الفطريات لها جزيئات الحمض النووي الريبي كمنتجها النهائي. من المهم أن نذكرها ، لأن هذه الجزيئات تلعب دورًا أساسيًا في تخليق البروتين.

- الريبوسوم الحمض النووي الريبي: RNA الريبوسوم هو جزء من قلب الريبوسومات ، الهياكل الرئيسية لتوليف البروتينات.

تتم معالجة الحمض النووي الريبي الريباسي وتجميعها اللاحق في ريبوزومات في بنية واضحة للغاية للنواة - على الرغم من عدم تحديدها بواسطة غشاء - تسمى النواة..

- نقل الحمض النووي الريبي: إنه يعمل كمحول يختار حمض أميني معين ومع الريبوسوم ، يدمجون بقايا الحمض الأميني في البروتين. يرتبط كل حمض أميني بجزيء الحمض النووي الريبي المنقول.

في حقيقيات النوى هناك ثلاثة أنواع من البوليميرات التي ، على الرغم من تشابها هيكليا للغاية مع بعضها البعض ، تلعب أدوارا مختلفة.

يقوم بوليميريز RNA الأول والثالث بنسخ الجينات التي ترمز لنقل الحمض النووي الريبي (RNA) والريبوسوم RNA وبعض الحمض النووي الريبي الصغير. يركز RNA polymerase II على ترجمة الجينات التي ترمز للبروتينات.

- الحمض النووي الريبي الصغيرة المتعلقة التنظيم: ستشارك الرناوات قصيرة المدى الأخرى في تنظيم التعبير الجيني. من بينها microRNAs و RNAs الصغيرة المسببة للتداخل.

تنظم الرنا الميكروية التعبير عن طريق منع رسالة محددة وتوقف الرسائل الصغيرة للتداخل التعبير عن طريق التدهور المباشر للرسول. وبالمثل ، هناك رنا نووي صغير يشارك في عملية الربط رسول الحمض النووي الريبي.

ترجمة: من رسول الحمض النووي الريبي إلى البروتينات

بمجرد أن ينضج رسول الرنا خلال عملية الربط وينتقل من النواة إلى السيتوبلازم الخلوي ، يبدأ تركيب البروتينات. تتم عملية التصدير بواسطة مجمع المسام النووي - سلسلة من القنوات المائية الموجودة في غشاء النواة التي تربط مباشرة السيتوبلازم والنوى النيوبلازم.

في الحياة اليومية ، نستخدم مصطلح "الترجمة" للإشارة إلى تحويل الكلمات من لغة إلى أخرى.

على سبيل المثال ، يمكننا ترجمة كتاب من الإنجليزية إلى الإسبانية. على المستوى الجزيئي ، تنطوي الترجمة على تغيير اللغة من الحمض النووي الريبي إلى البروتين. لكي نكون أكثر دقة ، فإن تغيير النيوكليوتيدات إلى الأحماض الأمينية. ولكن كيف يحدث هذا التغيير في اللهجة؟?

الشفرة الوراثية

يمكن تحويل تسلسل النوكليوتيدات للجين إلى بروتينات تتبع القواعد التي وضعتها الشفرة الوراثية. تم فك تشفير هذا في أوائل 60.

نظرًا لأن القارئ سيكون قادرًا على الاستنتاج ، فإن الترجمة لا يمكن أن تكون واحدة أو واحدة ، حيث لا يوجد سوى 4 نيوكليوتيدات و 20 من الأحماض الأمينية. المنطق هو التالي: يُعرف اتحاد ثلاث نيوكليوتيدات باسم "ثلاثة توائم" وترتبط بحمض أميني معين.

نظرًا لأنه قد يكون هناك 64 ثلاثة توائم (4 × 4 × 4 = 64) ، فإن الشفرة الوراثية غير ضرورية. أي أن نفس الحمض الأميني مشفر بواسطة أكثر من ثلاثة أضعاف.

وجود الشفرة الوراثية عالمي ويستخدم من قبل جميع الكائنات الحية التي تعيش اليوم على الأرض. هذا الاستخدام الواسع للغاية هو أحد التماثلات الجزيئية الأكثر إثارة للدهشة في الطبيعة.

اقتران الحمض الأميني بنقل الحمض النووي الريبي

لا تملك الشفرات أو الثلاثية الموجودة في جزيء messenger RNA القدرة على التعرف مباشرة على الأحماض الأمينية. في المقابل ، تعتمد ترجمة messenger RNA على جزيء يمكنه التعرف على الشفرة والحامض الأميني وربطهما. هذا الجزيء هو نقل الحمض النووي الريبي.

يمكن طي الحمض النووي الريبي المنقول إلى بنية معقدة ثلاثية الأبعاد تشبه البرسيم. يوجد في هذا الجزيء منطقة تسمى "anticodon" ، تتكون من ثلاث نيوكليوتيدات متتالية تقترن بالنيوكليوتيدات التكميلية المتتالية في سلسلة messenger RNA.

كما ذكرنا في القسم السابق ، فإن الكود الوراثي لا لزوم له ، لذا فإن بعض الأحماض الأمينية تحتوي على أكثر من رنا نقل واحد.

إن اكتشاف واندماج الحمض الأميني الصحيح في عملية نقل الحمض النووي الريبي (RNA) هو عملية توسط فيها إنزيم يسمى إنزيم أمينازيل-ترنا. هذا الإنزيم هو المسؤول عن اقتران كل من الجزيئات من خلال رابطة تساهمية.

يتم فك شفرة رسالة الـ RNA بواسطة الريبوسومات

لتكوين بروتين ، ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد. تحدث عملية قراءة messenger RNA وربط الأحماض الأمينية المحددة في الريبوسومات.

الريبوسومات عبارة عن مجمعات تحفيزية تتكون من أكثر من 50 جزيء بروتين وعدة أنواع من الريبوسوم RNA. في الكائنات حقيقية النواة ، تحتوي الخلية المتوسطة ، في المتوسط ​​، على ملايين الريبوسومات في البيئة السيتوبلازمية.

من الناحية الهيكلية ، يتكون الريبوسوم من وحدة فرعية كبيرة ووحدة فرعية صغيرة. تتمثل وظيفة الجزء الصغير في التأكد من أن الحمض النووي الريبي المنقول يقترن بشكل صحيح مع الحمض النووي الريبي messenger ، بينما تحفز الوحدة الفرعية الكبيرة تكوين رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية.

عندما لا تكون عملية التوليف نشطة ، يتم فصل وحدتيهما الفرعيتين اللتين تشكلان الريبوسومات. في بداية التوليف ، يربط الرنا المرسال كلا الوحدتين ، وعادة ما يكون ذلك قرب نهاية 5 '..

في هذه العملية ، يحدث استطالة سلسلة بولي ببتيد بإضافة بقايا حمض أميني جديدة في الخطوات التالية: ربط الحمض النووي الريبي النقل ، وتشكيل رابطة الببتيد ، ونقل وحدات فرعية. نتيجة هذه الخطوة الأخيرة هي حركة الريبوسوم الكامل وتبدأ دورة جديدة.

استطالة سلسلة الببتيد

يتم تمييز ثلاثة مواقع في الريبوسومات: المواقع E و P و A (انظر الصورة الرئيسية). تبدأ عملية الاستطالة عندما تكون بعض الأحماض الأمينية مرتبطة بالفعل بتساهمي ويوجد جزيء نقل الحمض النووي الريبي في موقع P.

يرتبط نقل الحمض النووي الريبي الذي يمتلك الحمض الأميني التالي الذي سيتم إدراجه بالموقع "أ" عن طريق الاقتران الأساسي مع الحمض النووي الريبي messenger. ثم ، يتم تحرير الجزء الطرفي من الكربوكسيل من الببتيد من الحمض النووي الريبي المنقول في موقع P ، من خلال انهيار رابطة عالية الطاقة بين الحمض النووي الريبي المنقول والحمض الأميني الذي يحمل.

يرتبط الأحماض الأمينية الحرة بالسلسلة ، ويتم تشكيل رابطة ببتيد جديدة. يتم التوسط في رد الفعل المركزي لهذه العملية برمتها بواسطة إنزيم الببتيديل الترانسفيز ، الموجود في الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسومات. وهكذا ، ينتقل الريبوسوم عبر الرنا المرسال ، مما يترجم لهجة الأحماض الأمينية إلى بروتينات.

كما هو الحال في النسخ ، تشارك عوامل الاستطالة أيضًا أثناء ترجمة البروتينات. هذه العناصر تزيد من سرعة وكفاءة العملية.

الانتهاء من الترجمة

تنتهي عملية الترجمة عندما يجد الريبوسوم رموز الإيقاف: UAA ، UAG أو UGA. هذه ليست معترف بها من قبل أي الحمض النووي الريبي نقل ولا تربط أي حمض أميني.

في هذا الوقت ، ترتبط البروتينات المعروفة باسم عوامل الإطلاق بالريبوسوم وتنتج حفاز جزيء الماء وليس الحمض الأميني. هذا رد فعل الافراج عن نهاية محطة الكربوكسيل. وأخيرا ، يتم تحرير سلسلة الببتيد في السيتوبلازم الخلية.

مراجع

1. Berg JM، Tymoczko JL، Stryer L. (2002). الكيمياء الحيوية. الطبعة الخامسة. نيويورك: دبليو إتش فريمان.
2. كورتيس ، هـ. ، وشانك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. Ed. Panamericana Medical.
3. Darnell، J. E.، Lodish، H. F.، & Baltimore، D. (1990). بيولوجيا الخلية الجزيئية. نيويورك: الكتب العلمية الأمريكية.
4. Hall، J. E. (2015). Guyton وهول كتاب من علم وظائف الأعضاء الطبية الكتاب الإلكتروني. العلوم الصحية إلسفير.
5. لوين ، ب. (1993). الجينات. المجلد 1. Reverte.
6. لوديش ، هـ. (2005). البيولوجيا الخلوية والجزيئية. Ed. Panamericana Medical.
7. راماكريشنان ، ف. (2002). هيكل الريبوسوم وآلية الترجمة. خلية, 108(4) ، 557-572.
8. تورتورا ، ج. ج. ، فونك ، ب. ر. ، وكيس ، س. ل. (2007). مقدمة في علم الأحياء المجهرية. Ed. Panamericana Medical.
9. Wilson، D. N.، & Cate، J. H. D. (2012). هيكل ووظيفة الريبوسوم حقيقي النواة. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء, 4(5) ، a011536.