تخليق البروتين والترجمة

تخليق البروتين، أو الترجمة، هو العملية التي يقرأ من خلالها الريبوسوم تسلسل الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ويجمع السلسلة المقابلة من الأحماض الأمينية في بروتين. إنها الخطوة التي تحول الشفرة الوراثية إلى جزيئات وظيفية للخلية وهي الوجهة النهائية للأحماض الأمينية التي يتم التعامل معها في أماكن أخرى من استقلاب البروتين والأحماض الأمينية.

Definition

الترجمة هي عملية تخليق عديد الببتيد المحفزة بالريبوسوم، والتي يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية فيها بواسطة كودونات الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، باستخدام الحمض النووي الريبوزي الناقل الأميني (aminoacyl-tRNAs) كمحولات تقرأ الشفرة الوراثية.

Scope

يتناول هذا المدخل كيفية تنشيط الأحماض الأمينية ومطابقتها مع الكودونات من خلال تخليق الحمض النووي الريبوزي الناقل الأميني (aminoacyl-tRNA)، ومراحل بدء الترجمة، واستطالتها، وإنهاؤها على الريبوسوم، بالإضافة إلى النقاط الرئيسية التي يتم عندها تنظيم العملية. ويعالج الترجمة كعملية كيميائية حيوية وجزيئية.

Core questions

• كيف يرتبط كل حمض أميني بالحمض النووي الريبوزي الناقل الذي يتعرف على الكودون الخاص به؟
• كيف يختار الريبوسوم موقع البدء ويقرأ الكودونات في الإطار الصحيح؟
• كيف يتم تنظيم معدل الترجمة استجابة للظروف الخلوية؟

Key concepts

• الشفرة الوراثية وتزاوج الكودون-المضاد للكودون
• إنزيمات أمينوأسيل-ت رنا سينثيتاز وشحن الحمض النووي الريبوزي الناقل
• الريبوسوم ومواقع A و P و E
• البدء، الاستطالة، والإنهاء
• عوامل بدء الترجمة وتنظيمها
• تحديد ملامح الريبوسوم كطريقة قياس

Mechanisms

يتم أولاً ربط كل حمض أميني بالحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الخاص به بواسطة إنزيم أمينوأسيل-ت رنا سينثيتاز (aminoacyl-tRNA synthetase)، وهي عملية تعتمد على ATP وتحدد دقتها، بما في ذلك التدقيق اللغوي (proofreading)، دقة الشفرة الوراثية. تقوم جزيئات tRNA المشحونة بتوصيل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم، حيث تستمر الترجمة في ثلاث مراحل. في مرحلة البدء، تحدد الوحدة الريبوسومية الصغيرة، بمساعدة عوامل البدء، كودون البدء، عادةً عن طريق المسح في حقيقيات النوى، وتنضم الوحدة الكبيرة. في مرحلة الاستطالة، يتحرك الريبوسوم كودونًا تلو الآخر، محفزًا تكوين الرابطة الببتيدية بين الأحماض الأمينية المتتالية في مركزه الببتيديلي-الناقل (peptidyl-transferase center) بينما تدور جزيئات tRNA عبر مواقع A و P و E الخاصة به. يحدث الإنهاء عندما يتم التعرف على كودون التوقف بواسطة عوامل الإطلاق ويتم تحرير عديد الببتيد المكتمل. مرحلة البدء هي المرحلة الأكثر تنظيمًا؛ حيث يسمح التحكم فيها من خلال عوامل البدء للخلايا بتعديل إنتاج البروتين الكلي والخاص بالرسالة بسرعة. يسمح تحديد ملامح الريبوسوم (Ribosome profiling) بقياس الترجمة على مستوى الجينوم بدقة تقارب الكودون.

Clinical relevance

الترجمة هي هدف للعديد من فئات المضادات الحيوية التي تستغل الاختلافات بين الريبوسومات البكتيرية والبشرية، ويتغير تنظيمها في العديد من حالات الأمراض. يصف هذا المدخل الآلية وكيفية دراستها، ولا يقدم إرشادات علاجية فردية.

Evidence & guidelines

الآلية وتنظيمها هي بيولوجيا جزيئية راسخة مدعومة بأدبيات أولية ومراجعة واسعة النطاق؛ هذا موضوع مرجعي وليس مجال إرشادات سريرية.

History

تم فك الشفرة الوراثية في الستينيات من خلال عمل مارشال نيرنبرغ وهار غوبيند خورانا وآخرين، بينما أوضح اكتشاف الحمض النووي الريبوزي الناقل (transfer RNA) كمحول بواسطة ماهلون هوغلاند وزملاؤه كيفية قراءة الشفرة. وقد حلت الدراسات الهيكلية والكيميائية الحيوية اللاحقة الريبوسوم والعوامل التي تتحكم في كل مرحلة من مراحل الترجمة.

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Mahlon Hoagland
• Alan Hinnebusch

Seminal works

• ibba-soll-2000
• sonenberg-hinnebusch-2009
• jackson-2010

Frequently asked questions

ما هو دور الحمض النووي الريبوزي الناقل في الترجمة؟

يعمل الحمض النووي الريبوزي الناقل كمحول: يحمل كل tRNA مشحون حمضًا أمينيًا محددًا ويقرن مضاد الكودون الخاص به مع الكودون المطابق على الحمض النووي الريبوزي الرسول، بحيث يمكن للريبوسوم إضافة الحمض الأميني الصحيح أثناء قراءته للشفرة.

لماذا تعتبر خطوة بدء الترجمة مهمة جدًا للتنظيم؟

يلزم البدء الريبوسوم بإنتاج بروتين، لذا فإن التحكم فيه من خلال عوامل البدء يسمح للخلية برفع أو خفض إنتاج البروتين بسرعة، بشكل عام أو لرسائل محددة، استجابة لاحتياجاتها.