سنتز و ترجمه پروتئین

سنتز پروتئین، یا ترجمه، فرآیندی است که طی آن ریبوزوم توالی یک RNA پیام‌رسان را می‌خواند و زنجیره مربوطه از اسیدهای آمینه را به یک پروتئین مونتاژ می‌کند. این مرحله‌ای است که کد ژنتیکی را به مولکول‌های عملکردی سلول تبدیل می‌کند و مقصد اسیدهای آمینه است که در سایر بخش‌های متابولیسم پروتئین و اسید آمینه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

Definition

ترجمه، سنتز پلی‌پپتید کاتالیز شده توسط ریبوزوم است که توالی اسید آمینه آن توسط کدون‌های یک RNA پیام‌رسان مشخص می‌شود، با استفاده از RNAهای ناقل آمینواسیل به عنوان آداپتورهایی که کد ژنتیکی را می‌خوانند.

Scope

این مدخل به چگونگی فعال‌سازی اسیدهای آمینه و تطابق آن‌ها با کدون‌ها از طریق سنتز آمینواسیل-tRNA، و مراحل آغاز، طویل‌سازی و خاتمه ترجمه بر روی ریبوزوم، همراه با نقاط اصلی تنظیم این فرآیند می‌پردازد. این مدخل ترجمه را به عنوان یک فرآیند بیوشیمیایی و مولکولی بررسی می‌کند.

Core questions

• چگونه هر اسید آمینه به RNA ناقلی که کدون آن را تشخیص می‌دهد، متصل می‌شود؟
• چگونه ریبوزوم جایگاه آغاز را انتخاب می‌کند و کدون‌ها را در چارچوب می‌خواند؟
• چگونه سرعت ترجمه در پاسخ به شرایط سلولی تنظیم می‌شود؟

Key concepts

• کد ژنتیکی و جفت‌شدن کدون-آنتی‌کدون
• آمینواسیل-tRNA سنتتازها و شارژ tRNA
• ریبوزوم و جایگاه‌های A، P و E
• آغاز، طویل‌سازی و خاتمه
• فاکتورهای آغاز ترجمه و تنظیم
• پروفایلینگ ریبوزوم به عنوان یک روش اندازه‌گیری

Mechanisms

هر اسید آمینه ابتدا توسط یک آمینواسیل-tRNA سنتتاز به tRNA اختصاصی خود متصل می‌شود، که یک واکنش وابسته به ATP است و دقت آن، از جمله ویرایش (proofreading)، وفاداری کد ژنتیکی را تعیین می‌کند. tRNAهای شارژ شده اسیدهای آمینه را به ریبوزوم تحویل می‌دهند، جایی که ترجمه در سه مرحله پیش می‌رود. در مرحله آغاز، زیرواحد کوچک ریبوزوم، با کمک فاکتورهای آغاز، کدون آغاز را پیدا می‌کند، معمولاً با اسکن در یوکاریوت‌ها، و زیرواحد بزرگ به آن می‌پیوندد. در مرحله طویل‌سازی، ریبوزوم کدون به کدون حرکت می‌کند و تشکیل پیوند پپتیدی بین اسیدهای آمینه متوالی را در مرکز پپتیدیل-ترانسفراز خود کاتالیز می‌کند، در حالی که tRNAها از طریق جایگاه‌های A، P و E آن چرخه می‌کنند. خاتمه زمانی رخ می‌دهد که یک کدون توقف توسط فاکتورهای رهاسازی شناسایی شود و پلی‌پپتید کامل شده آزاد گردد. آغاز، پرتنظیم‌ترین مرحله است؛ کنترل آن از طریق فاکتورهای آغاز به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت خروجی پروتئین کلی و خاص پیام را تنظیم کنند. پروفایلینگ ریبوزوم امکان اندازه‌گیری ترجمه را در سراسر ژنوم با وضوح نزدیک به کدون فراهم می‌کند.

Clinical relevance

ترجمه هدف چندین دسته از آنتی‌بیوتیک‌ها است که از تفاوت‌های بین ریبوزوم‌های باکتریایی و انسانی بهره می‌برند، و تنظیم آن در بسیاری از بیماری‌ها تغییر می‌کند. این مدخل مکانیسم و نحوه مطالعه آن را توصیف می‌کند و راهنمایی درمانی فردی ارائه نمی‌دهد.

Evidence & guidelines

مکانیسم و تنظیم آن، زیست‌شناسی مولکولی تثبیت شده‌ای است که توسط ادبیات اولیه و مروری گسترده پشتیبانی می‌شود؛ این یک موضوع مرجع است تا یک حوزه راهنمای بالینی.

History

کد ژنتیکی در دهه 1960 از طریق کار مارشال نیرنبرگ، هار گوبیند خورانا و دیگران رمزگشایی شد، در حالی که کشف RNA ناقل به عنوان یک آداپتور توسط ماهلون هوگلند و همکارانش توضیح داد که چگونه کد خوانده می‌شود. مطالعات ساختاری و بیوشیمیایی بعدی، ریبوزوم و فاکتورهای کنترل‌کننده هر مرحله از ترجمه را روشن کردند.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

نقش RNA ناقل در ترجمه چیست؟

RNA ناقل به عنوان یک آداپتور عمل می‌کند: هر tRNA شارژ شده یک اسید آمینه خاص را حمل می‌کند و آنتی‌کدون خود را با کدون مطابق روی RNA پیام‌رسان جفت می‌کند، بنابراین ریبوزوم می‌تواند اسید آمینه صحیح را هنگام خواندن کد اضافه کند.

چرا مرحله آغاز ترجمه برای تنظیم بسیار مهم است؟

آغاز، ریبوزوم را به ساخت پروتئین متعهد می‌کند، بنابراین کنترل آن از طریق فاکتورهای آغاز به سلول اجازه می‌دهد تا به سرعت تولید پروتئین را، به طور کلی یا برای پیام‌های خاص، در پاسخ به نیازهای خود افزایش یا کاهش دهد.