سنتز و اصلاح پروتئین

سنتز و اصلاح پروتئین، مسیر سلولی است که اطلاعات ژنتیکی حمل شده توسط RNA پیام‌رسان را به پروتئین‌های عملکردی تبدیل می‌کند. این مسیر شامل ترجمه mRNA روی ریبوزوم‌ها، تاخوردگی پلی‌پپتید نوظهور به شکل سه‌بعدی خود (که اغلب با کمک چاپرون‌های مولکولی انجام می‌شود)، تغییرات شیمیایی کووالانسی که عملکرد پروتئین را پس از سنتز متنوع می‌کنند، و سیستم‌های کنترل کیفی که تصمیم می‌گیرند پروتئین حفظ شود یا تخریب گردد، می‌شود. این مراحل در کنار هم تعیین می‌کنند که سلول چه مقدار از هر پروتئین را تولید می‌کند و چه شکلی به خود می‌گیرد.

Definition

سنتز و اصلاح پروتئین به مجموعه یکپارچه‌ای از فرآیندها اشاره دارد که طی آن ریبوزوم‌ها mRNA را به پلی‌پپتیدها ترجمه می‌کنند و سپس این پلی‌پپتیدها تاخورده، از نظر شیمیایی اصلاح شده، از نظر کیفی بررسی شده، و یا به عنوان پروتئین‌های عملکردی حفظ می‌شوند یا برای تخریب هدف‌گذاری می‌گردند.

Scope

این حوزه خواننده را با کل مسیر از RNA کدکننده تا پروتئین بالغ، عملکردی، یا در نهایت تخریب شده آشنا می‌کند. این حوزه چهار موضوع را گروه‌بندی می‌کند: ریبوزوم‌ها و ترجمه؛ تاخوردگی پروتئین و چاپرون‌های مولکولی؛ اصلاحات پساترجمه‌ای؛ و کنترل کیفیت و تخریب پروتئین. این یک مرجع ساختاری و مولکولی در زیست‌شناسی سلولی است و توصیه‌های مدیریت بالینی ارائه نمی‌دهد.

Sub-topics

• تغییرات پساترجمه‌ای
• تاخوردگی پروتئین و چاپرون‌های مولکولی
• کنترل کیفیت و تخریب پروتئین
• ریبوزوم‌ها و ترجمه

Core questions

• چگونه توالی نوکلئوتیدی mRNA خوانده شده و به توالی اسید آمینه تبدیل می‌شود؟
• چگونه یک پلی‌پپتید خطی به طور قابل اعتماد به حالت تاخورده عملکردی خود در داخل سلول شلوغ می‌رسد؟
• چگونه اصلاحات کووالانسی مجموعه عملکردی محصولات ژنی ثابت را گسترش می‌دهند؟
• چگونه سلول پروتئین‌های صحیح ساخته شده را از پروتئین‌های معیوب تشخیص داده و دومی را حذف می‌کند؟

Key concepts

• ترجمه mRNA روی ریبوزوم‌ها
• ریبوزوم به عنوان یک ریبوزیم (فعالیت پپتیدیل ترانسفراز)
• تاخوردگی همزمان با ترجمه و پس از ترجمه
• چاپرون‌های مولکولی
• اصلاح پساترجمه‌ای
• کنترل کیفیت پروتئین
• پروتئوستاز

Key theories

فرضیه ترمودینامیکی آنفینسن

ساختار سه‌بعدی بومی یک پروتئین توسط توالی اسید آمینه آن تعیین می‌شود و تحت شرایط فیزیولوژیکی، با کنفورماسیون کمترین انرژی آزاد مطابقت دارد، که نشان می‌دهد اطلاعات تاخوردگی در خود توالی کدگذاری شده است.

مفهوم شبکه پروتئوستاز

هموستاز پروتئین توسط یک شبکه یکپارچه از ماشین‌آلات سنتز، تاخوردگی، انتقال و تخریب حفظ می‌شود که تعادل آن قابل تطبیق است و نقص آن زیربنای طیف وسیعی از بیماری‌های کنفورماسیونی است.

Mechanisms

ریبوزوم‌ها کدون‌های mRNA را می‌خوانند و با استفاده از tRNAهای آمینواسیل، تشکیل پیوند پپتیدی را از طریق مرکز پپتیدیل ترانسفراز مبتنی بر RNA خود کاتالیز می‌کنند، بنابراین ریبوزوم اساساً یک ریبوزیم است. با ظهور زنجیره، شروع به تاخوردگی می‌کند، که اغلب با کمک چاپرون‌های مولکولی که از تجمع جلوگیری کرده و حالت بومی پیش‌بینی شده توسط چشم‌انداز انرژی آزاد توالی را ترویج می‌کنند، انجام می‌شود. بسیاری از پروتئین‌ها سپس توسط اصلاحات پساترجمه‌ای مانند فسفوریلاسیون، گلیکوزیلاسیون و یوبیکویتیناسیون از نظر شیمیایی تغییر می‌یابند که فعالیت، مکان‌یابی و پایداری را تنظیم می‌کنند. در تمام این مراحل، سیستم‌های کنترل کیفیت، وفاداری تاخوردگی را نظارت کرده و پروتئین‌های بدتاخورده یا غیرضروری را به سمت تخریب هدایت می‌کنند و پروتئوم را در تعادل نگه می‌دارند.

Clinical relevance

نقص در هر نقطه از این مسیر با بیماری مرتبط است: بدتاخوردگی و تجمع در شرایط نورودژنراتیو مشاهده می‌شود، و اختلال در تخریب یا ظرفیت چاپرون به سایر اختلالات کمک می‌کند. درک مسیر طبیعی، مبنای مفهومی برای تفسیر چنین شرایطی و برای تحقیقات هدفمند پروتئوستاز را فراهم می‌کند؛ این مدخل مکانیسم‌ها را توصیف می‌کند و تشخیص یا درمان فردی را هدایت نمی‌کند.

History

شناخت اینکه ریبوزوم‌ها پروتئین‌ها را سنتز می‌کنند، کد ژنتیکی کدون به کدون خوانده می‌شود، و توالی، تاخوردگی را دیکته می‌کند (آنفینسن، 1973) هسته این رشته را در اواسط قرن بیستم بنا نهاد. کارهای ساختاری بعدی هسته کاتالیتیک RNA ریبوزوم را آشکار کرد (نیسن و همکاران، 2000)، در حالی که مفاهیم چاپرون و پروتئوستاز (هارتل و همکاران، 2011؛ بالچ و همکاران، 2008) و شیمی سیستماتیک اصلاحات (والش و همکاران، 2005) تصویر را از سنتز به یک چرخه حیات پروتئینی تنظیم شده و مادام‌العمر گسترش دادند.

Key figures

• Christian Anfinsen
• Thomas Steitz
• F. Ulrich Hartl
• Christopher Walsh

Seminal works

• anfinsen-1973
• nissen-2000
• hartl-2011
• walsh-2005

Frequently asked questions

آیا سنتز پروتئین همان بیان ژن است؟

این بخش پروتئینی از بیان ژن است. بیان ژن همچنین شامل رونویسی DNA به RNA می‌شود؛ سنتز و اصلاح پروتئین آنچه را که از RNA پیام‌رسان به بعد اتفاق می‌افتد، پوشش می‌دهد و با یک پروتئین بالغ یا تخریب شده به پایان می‌رسد.

چرا پروتئین پس از ساخته شدن نیاز به اصلاح دارد؟

ترجمه یک زنجیره از اسیدهای آمینه را تولید می‌کند، اما تاخوردگی، اصلاحات شیمیایی و کنترل کیفیت تعیین می‌کنند که آیا آن زنجیره به یک پروتئین پایدار، با مکان‌یابی صحیح و فعال تبدیل می‌شود یا خیر، که به طور قابل توجهی آنچه را که یک ژنوم ثابت می‌تواند انجام دهد، گسترش می‌دهد.