الترجمة وتخليق البروتين

الترجمة هي العملية التي يتم من خلالها فك تشفير المعلومات الوراثية المحمولة في الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) بواسطة الريبوسومات لبناء البروتينات، وهي الجزيئات الكبيرة الوظيفية للخلية. إنها الخطوة الرئيسية الثانية للتعبير الجيني بعد النسخ وتكمل تدفق المعلومات من الجين إلى المنتج الوظيفي الذي وصفته العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية.

Definition

الترجمة هي التخليق المحفز بالريبوسوم لعديد الببتيد الذي يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية فيه، كودونًا بكودون، بواسطة قالب الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، مع عمل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) كمهايئات تربط كل كودون بحمضه الأميني.

Scope

يوجه هذا المجال القارئ إلى كيفية قراءة تسلسل النيوكليوتيدات في ثلاثيات وتحويله إلى تسلسل مرتب من الأحماض الأمينية. ويشمل الشفرة الوراثية والتعرف على الكودون، ومراحل البدء والاستطالة والإنهاء لتخليق عديد الببتيد، وبنية ووظيفة الريبوسوم التحفيزية. ويعالج الترجمة كموضوع جزيئي أساسي بدلاً من كونه إرشادات سريرية.

Sub-topics

• الاستطالة وتكوين الرابطة الببتيدية
• الشفرة الوراثية والتعرف على الكودون
• تركيب ووظيفة الريبوسوم
• بدء الترجمة وربط الريبوسوم
• إنهاء الترجمة وعوامل الإطلاق

Core questions

• كيف يتم تحويل التسلسل الخطي للنيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين؟
• ما هي الآلية الجزيئية التي تقرأ الكودونات وتشكل الروابط الببتيدية؟
• كيف يتم تحديد وبدء وتوقف التخليق والتحكم فيه؟
• كيف تتم الترجمة بسرعة ودقة؟

Key concepts

• قالب الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)
• مهايئات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)
• كودون ثلاثي
• إطار القراءة
• مراحل البدء والاستطالة والإنهاء
• الريبوسوم كإنزيم ريبوزي (ribozyme)
• دقة الترجمة

Key theories

العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية

تتدفق المعلومات التسلسلية من الحمض النووي إلى البروتين ولا تعود من البروتين؛ الترجمة هي الخطوة النهائية لنقل المعلومات التي تحول تسلسل الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) إلى تسلسل عديد الببتيد.

فرضية المهايئ

اقترح كريك أن جزيئات مهايئة صغيرة، تم تحديدها لاحقًا على أنها الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs)، تتوسط بين الكودونات والأحماض الأمينية، لأن القواعد النيوكليوتيدية لا يمكنها التعرف مباشرة على السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية.

Mechanisms

يُقرأ الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في ثلاثيات غير متداخلة تسمى الكودونات، يحدد كل منها حمضًا أمينيًا واحدًا أو إشارة توقف. تقوم الحمض النووي الريبوزي الناقل الأميني (Aminoacyl-transfer RNAs) بتوصيل الأحماض الأمينية التي تتزاوج مضادات الكودونات الخاصة بها مع الكودونات المتتالية داخل الريبوسوم، الذي يحفز تكوين الرابطة الببتيدية ويتقدم على طول الرسالة. يستمر التخليق في ثلاث مراحل: البدء، الذي يجمع الريبوسوم على كودون البدء؛ والاستطالة، التي تضيف الأحماض الأمينية بشكل متكرر؛ والإنهاء، الذي يطلق السلسلة المكتملة عند كودون التوقف. أظهرت الأنظمة الخالية من الخلايا لـ Nirenberg وزملائه لأول مرة أن تسلسلات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المحددة توجه دمج أحماض أمينية معينة، وقد أظهرت الدراسات الهيكلية منذ ذلك الحين أن الريبوسوم نفسه، وهو آلة مكونة من الحمض النووي الريبوزي والبروتين، يقوم بالعملية الكيميائية.

Clinical relevance

تعمل العديد من المضادات الحيوية عن طريق تثبيط الترجمة البكتيرية بشكل انتقائي، وتكمن العيوب الوراثية في مكونات آلية الترجمة وراء مجموعة من الاضطرابات، مما يجعل هذا المجال ذا صلة بفهم علم الأدوية وآليات الأمراض. يصف هذا المجال العمليات الجزيئية التي تفسر كيفية تأثير الأدوية والطفرات على إنتاج البروتين ولا يشكل أساسًا لقرارات التشخيص أو العلاج الفردية.

Evidence & guidelines

تستند الآليات الملخصة هنا إلى عقود من الأدلة الكيميائية الحيوية والهيكلية، بما في ذلك تجارب الشفرة الوراثية في الستينيات وهياكل الريبوسوم بدقة ذرية، وهي موحدة في الكتب المدرسية القياسية للبيولوجيا الجزيئية والأدبيات المراجعة الرئيسية.

History

ظهر الإطار المفاهيمي للترجمة في الخمسينيات والستينيات: صاغ كريك العقيدة المركزية وفرضية المهايئ، بينما فك نيرنبرغ وخورانا وآخرون الشفرة الوراثية باستخدام قوالب الحمض النووي الريبوزي الاصطناعية في أنظمة خالية من الخلايا. تم لاحقًا حل الآلة الجزيئية المسؤولة، الريبوسوم، بتفاصيل ذرية، مما كشف أن لبه التحفيزي هو الحمض النووي الريبوزي (RNA).

Key figures

• Francis Crick
• Marshall Nirenberg
• Thomas Steitz
• Rachel Green

Seminal works

• crick-1970
• nirenberg-1961
• steitz-2008

Frequently asked questions

كيف تختلف الترجمة عن النسخ؟

يقوم النسخ بنسخ الحمض النووي (DNA) للجين إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، بينما تقوم الترجمة بقراءة هذا الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) على الريبوسوم لتجميع البروتين؛ يعمل النسخ ضمن أبجدية كيميائية واحدة (النيوكليوتيدات)، بينما تحول الترجمة بين أبجديتين (النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية).

لماذا يسمى الريبوسوم إنزيمًا ريبوزيًا (ribozyme)؟

أظهرت الدراسات الهيكلية أن الرابطة الببتيدية تتكون بواسطة الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) بدلاً من البروتين، لذلك يحفز الريبوسوم التخليق كإنزيم الحمض النووي الريبوزي، أو إنزيم ريبوزي (ribozyme).