ترجمه و سنتز پروتئین
ترجمه فرآیندی است که طی آن اطلاعات ژنتیکی موجود در RNA پیامرسان توسط ریبوزومها رمزگشایی میشود تا پروتئینها، یعنی ماکرومولکولهای عملکردی سلول، ساخته شوند. این مرحله دوم و اصلی بیان ژن پس از رونویسی است و جریان اطلاعات از ژن به محصول عملکردی را که توسط دگم مرکزی زیستشناسی مولکولی توصیف شده است، تکمیل میکند.
Definition
ترجمه، سنتز پلیپپتید کاتالیز شده توسط ریبوزوم است که توالی اسید آمینه آن، کدون به کدون، توسط یک الگوی RNA پیامرسان مشخص میشود، با RNAهای ناقل که به عنوان آداپتور عمل میکنند و هر کدون را به اسید آمینه مربوطه متصل میکنند.
Scope
این بخش خواننده را با نحوه خوانده شدن یک توالی نوکلئوتیدی به صورت سهتایی و تبدیل آن به یک توالی منظم از اسیدهای آمینه آشنا میکند. این شامل کد ژنتیکی و شناسایی کدون، مراحل آغاز، طویلسازی و پایان سنتز پلیپپتید، و ساختار و عملکرد کاتالیتیکی ریبوزوم است. این مبحث ترجمه را به عنوان یک موضوع بنیادی مولکولی و نه به عنوان راهنمایی بالینی بررسی میکند.
Sub-topics
Core questions
- چگونه توالی نوکلئوتیدی خطی mRNA به توالی اسید آمینه یک پروتئین تبدیل میشود؟
- چه ماشین مولکولی کدونها را میخواند و پیوندهای پپتیدی را تشکیل میدهد؟
- چگونه آغاز و پایان سنتز تعریف و کنترل میشوند؟
- چگونه ترجمه هم سریع و هم دقیق انجام میشود؟
Key concepts
- الگوی RNA پیامرسان
- آداپتورهای RNA ناقل
- کدون سهتایی
- چارچوب خواندن
- مراحل آغاز، طویلسازی و پایان
- ریبوزوم به عنوان ریبوزیم
- وفاداری ترجمهای
Key theories
- دگم مرکزی زیستشناسی مولکولی
- اطلاعات توالی از اسید نوکلئیک به پروتئین جریان مییابد و نه برعکس از پروتئین؛ ترجمه مرحله نهایی انتقال اطلاعات است که توالی mRNA را به توالی پلیپپتید تبدیل میکند.
- فرضیه آداپتور
- کریک پیشنهاد کرد که مولکولهای آداپتور کوچک، که بعدها به عنوان RNAهای ناقل شناسایی شدند، بین کدونها و اسیدهای آمینه واسطه میشوند، زیرا بازهای نوکلئوتیدی نمیتوانند مستقیماً زنجیرههای جانبی اسید آمینه را تشخیص دهند.
Mechanisms
یک mRNA به صورت سهتاییهای غیرهمپوشان به نام کدون خوانده میشود که هر کدام یک اسید آمینه یا یک سیگنال توقف را مشخص میکنند. RNAهای ناقل آمینواسیل، اسیدهای آمینه را تحویل میدهند که آنتیکدونهای آنها با کدونهای متوالی در داخل ریبوزوم جفت میشوند. ریبوزوم تشکیل پیوند پپتیدی را کاتالیز کرده و در طول پیام حرکت میکند. سنتز در سه مرحله پیش میرود: آغاز، که ریبوزوم را روی یک کدون آغاز جمع میکند؛ طویلسازی، که به طور مکرر اسیدهای آمینه را اضافه میکند؛ و پایان، که زنجیره کامل شده را در یک کدون توقف آزاد میکند. سیستمهای بدون سلول نیرنبرگ و همکارانش برای اولین بار نشان دادند که توالیهای RNA تعریفشده، گنجاندن اسیدهای آمینه خاص را هدایت میکنند، و مطالعات ساختاری از آن زمان نشان دادهاند که خود ریبوزوم، یک ماشین RNA-پروتئین، این واکنش شیمیایی را انجام میدهد.
Clinical relevance
بسیاری از آنتیبیوتیکها با مهار انتخابی ترجمه باکتریایی عمل میکنند، و نقصهای ارثی در اجزای ماشین ترجمه، زیربنای طیف وسیعی از اختلالات هستند، که این حوزه را برای درک فارماکولوژی و مکانیسمهای بیماری مرتبط میسازد. این بخش فرآیندهای مولکولی را توصیف میکند که توضیح میدهند چگونه داروها و جهشها بر تولید پروتئین تأثیر میگذارند و مبنایی برای تصمیمگیریهای تشخیصی یا درمانی فردی نیست.
Evidence & guidelines
مکانیسمهای خلاصهشده در اینجا بر اساس دههها شواهد بیوشیمیایی و ساختاری، از جمله آزمایشهای کد ژنتیکی دهه ۱۹۶۰ و ساختارهای ریبوزومی با وضوح اتمی، استوار است و در کتابهای درسی استاندارد زیستشناسی مولکولی و ادبیات مروری اصلی تثبیت شده است.
History
چارچوب مفهومی ترجمه در دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ پدیدار شد: کریک دگم مرکزی و فرضیه آداپتور را بیان کرد، در حالی که نیرنبرگ، خورانا و دیگران کد ژنتیکی را با استفاده از الگوهای RNA مصنوعی در سیستمهای بدون سلول رمزگشایی کردند. ماشین مولکولی مسئول، یعنی ریبوزوم، بعدها با جزئیات اتمی حل شد و نشان داد که هسته کاتالیتیکی آن RNA است.
Key figures
- Francis Crick
- Marshall Nirenberg
- Thomas Steitz
- Rachel Green
Related topics
Seminal works
- crick-1970
- nirenberg-1961
- steitz-2008
Frequently asked questions
- ترجمه چه تفاوتی با رونویسی دارد؟
- رونویسی DNA یک ژن را به RNA پیامرسان کپی میکند، در حالی که ترجمه آن RNA پیامرسان را روی یک ریبوزوم میخواند تا یک پروتئین را مونتاژ کند؛ رونویسی در یک الفبای شیمیایی (نوکلئوتیدها) کار میکند، در حالی که ترجمه بین دو الفبا (نوکلئوتیدها و اسیدهای آمینه) تبدیل انجام میدهد.
- چرا ریبوزوم را ریبوزیم مینامند؟
- مطالعات ساختاری نشان داد که پیوند پپتیدی توسط RNA ریبوزومی و نه توسط پروتئین تشکیل میشود، بنابراین ریبوزوم سنتز را به عنوان یک آنزیم RNA یا ریبوزیم کاتالیز میکند.