الترجمة والشيفرة الجينية

كيف يقرأ الريبوسوم الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ثلاث قواعد في كل مرة ويبني البروتين المقابل، وكيف تربط الشيفرة الجينية الكودونات بالأحماض الأمينية.

Definition

الترجمة هي عملية تخليق عديد الببتيد المحفزة بالريبوسوم من تسلسل الكودونات في الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)؛ والشيفرة الجينية هي مجموعة القواعد التي تحدد بها ثلاثيات النوكليوتيدات (الكودونات) الأحماض الأمينية وإشارات التوقف التي تحدد البروتين.

Scope

يغطي هذا المجال فك تشفير الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) إلى بروتين والشيفرة التي تكمن وراءه. ويشمل الشيفرة الجينية وخصائصها، وبنية الريبوسوم ودوره التحفيزي، والحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) وإنزيمات أمينوأسيل-الحمض النووي الريبوزي الناقل سينثيتاز (aminoacyl-tRNA synthetases) التي تشحنه، ومراحل بدء الترجمة واستطالتها وإنهاؤها. وتُذكر التعديلات بعد الترجمة والطي (folding) كمواضيع ذات صلة وليست مطورة هنا.

Sub-topics

• تركيب الريبوسوم ووظيفته
• الشفرة الوراثية
• مراحل الترجمة
• الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) والأمينوأسلة

Core questions

• كيف تتطابق ثلاثيات النوكليوتيدات مع أحماض أمينية محددة؟
• ما هي بنية الريبوسوم وكيف يحفز تكوين الرابطة الببتيدية؟
• كيف تحمل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) الحمض الأميني الصحيح إلى الكودون الصحيح؟
• كيف تبدأ الترجمة وتستطيل وتتوقف بدقة؟

Key theories

الشيفرة الجينية الثلاثية وشبه العالمية

يُحدد كل حمض أميني بواسطة كودون واحد أو أكثر من ثلاثة نوكليوتيدات، وهي شيفرة متدهورة ومشتركة إلى حد كبير عبر الكائنات الحية، وقد أُثبتت من خلال تجارب التخليق الخالي من الخلايا التي فكت رموز الكودونات الأولى.

العقيدة المركزية — من الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى البروتين

تحقق الترجمة خطوة توجيه البروتين في العقيدة المركزية، حيث تحول معلومات التسلسل التي يحملها الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) إلى تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين.

Mechanisms

تقوم إنزيمات أمينوأسيل-الحمض النووي الريبوزي الناقل سينثيتاز (Aminoacyl-tRNA synthetases) بربط كل حمض أميني بالحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الخاص به، والذي يتطابق مضاد الكودون الخاص به مع كودون الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المقابل. تحدد الوحدة الريبوسومية الصغيرة، مع عوامل البدء، كودون البدء؛ ثم تنضم الوحدة الكبيرة، ويتحرك الريبوسوم كودونًا بكودون، محفزًا تكوين الرابطة الببتيدية بين السلسلة المتنامية وكل أمينوأسيل-الحمض النووي الريبوزي الناقل (aminoacyl-tRNA) الوارد في مركزه التحفيزي. تقوم عوامل الاستطالة بتوصيل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) وتدفع عملية الانتقال، وتتعرف عوامل الإطلاق على كودونات التوقف لتحرير البروتين المكتمل.

Clinical relevance

يُعد جهاز الترجمة هدفًا للعديد من المضادات الحيوية التي تستغل الاختلافات بين الريبوسومات البكتيرية والبشرية، وتساهم أخطاء قراءة الشيفرة وعيوب الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) في الإصابة بالأمراض؛ يُعطى هذا كأهمية، وليس كإرشادات سريرية.

History

تم فك رموز الشيفرة الجينية في أوائل ومنتصف الستينيات من خلال التخليق الخالي من الخلايا باستخدام الحمض النووي الريبوزي (RNAs) الاصطناعي بواسطة نيرنبرغ وماتاي، وعمل تحديد الكودونات بواسطة خورانا وآخرين؛ كشفت الدراسات الهيكلية اللاحقة للريبوسوم أنه ريبوزيم (ribozyme)، مما أكمل الفهم الحديث للترجمة.

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Francis Crick
• Har Gobind Khorana
• Ada Yonath

Seminal works

• nirenberg1961
• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

لماذا تُسمى الشيفرة الجينية متدهورة؟

لأن معظم الأحماض الأمينية تُحدد بواسطة أكثر من كودون واحد، لذا يمكن لعدة ثلاثيات مختلفة أن تشفر نفس الحمض الأميني.

هل الشيفرة الجينية هي نفسها في جميع الكائنات الحية؟

إنها شبه عالمية، مع نفس تعيينات الكودونات عبر معظم الكائنات الحية، على الرغم من أن بعض العضيات والكائنات الحية تستخدم اختلافات طفيفة.