از ژن تا پروتئین

اطلاعات ذخیره شده در یک ژن در دو مرحله بیان می‌شود: رونویسی (Transcription) DNA را به RNA کپی می‌کند، و ترجمه (Translation) آن RNA را در کدون‌های سه بازی می‌خواند تا یک پروتئین را مونتاژ کند.

Definition

بیان ژن فرآیندی است که طی آن توالی نوکلئوتیدی یک ژن به RNA رونویسی می‌شود و برای ژن‌های کدکننده پروتئین، به یک پلی‌پپتید ترجمه می‌شود که توالی اسید آمینه آن توسط کدون‌ها در RNA پیام‌رسان مشخص می‌شود.

Scope

این موضوع شامل رونویسی و سنتز RNA پیام‌رسان، پردازش RNA در یوکاریوت‌ها از جمله پیرایش (splicing)، کلاهک‌گذاری (capping) و پلی‌آدنیلاسیون (polyadenylation)، ساختار و تقریباً جهان‌شمولی کد ژنتیکی با کدون‌های سه‌تایی آن، نقش RNA ناقل و ریبوزوم در ترجمه، و مراحل سنتز پلی‌پپتید است. این مسیر متعارف بیان ژن را ردیابی می‌کند؛ تنظیم زمان و میزان بیان یک ژن در بخش تنظیم ژن مورد بررسی قرار می‌گیرد.

Core questions

• RNA پلیمراز چگونه یک ژن را رونویسی می‌کند و رونویسی در یوکاریوت‌ها چگونه پردازش می‌شود؟
• چه ویژگی‌هایی از کد ژنتیکی به ۶۴ کدون اجازه می‌دهد تا ۲۰ اسید آمینه و سیگنال‌های توقف را مشخص کنند؟
• RNAهای ناقل و ریبوزوم چگونه یک توالی کدون را به پروتئین ترجمه می‌کنند؟
• چرا کد ژنتیکی به عنوان تباهیده (degenerate) و تقریباً جهان‌شمول توصیف می‌شود؟

Key concepts

• رونویسی و RNA پیام‌رسان
• پردازش RNA: پیرایش، کلاهک‌گذاری، پلی‌آدنیلاسیون
• کد ژنتیکی سه‌تایی و جفت‌شدن کدون-آنتی‌کدون
• RNA ناقل، ریبوزوم‌ها و ترجمه
• تباهیدگی و تقریباً جهان‌شمولی کد

Mechanisms

RNA پلیمراز یک کپی RNA مکمل از رشته الگو را سنتز می‌کند؛ در یوکاریوت‌ها، رونویسی اولیه کلاهک‌گذاری می‌شود، برای حذف اینترون‌ها پیرایش می‌شود و پلی‌آدنیله می‌شود؛ سپس RNA پیام‌رسان بالغ کدون به کدون در ریبوزوم خوانده می‌شود، جایی که RNAهای ناقل اسیدهای آمینه منطبق با هر کدون را از طریق جفت‌شدن آنتی‌کدون تحویل می‌دهند و پلی‌پپتید را از کدون آغاز تا کدون پایان می‌سازند.

Clinical relevance

درک بیان ژن توضیح می‌دهد که چگونه جهش‌ها در سایت‌های کدکننده و پیرایش باعث بیماری می‌شوند، مبنای واکسن‌های RNA پیام‌رسان و درمان‌های آنتی‌سنس را تشکیل می‌دهد، و تفسیر چگونگی تغییر یک محصول پروتئینی توسط یک تغییر توالی معین را پایه‌گذاری می‌کند.

History

کریک فرضیه آداپتور و دگم مرکزی را در اواخر دهه ۱۹۵۰ بیان کرد، نیرنبرگ و خورانا کد ژنتیکی را در اوایل دهه ۱۹۶۰ با اختصاص کدون‌ها به اسیدهای آمینه کشف کردند، و کشف ژن‌های شکافته و پیرایش RNA در سال ۱۹۷۷ یک مرحله پردازشی منحصر به یوکاریوت‌ها را اضافه کرد.

Key figures

• Francis Crick
• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Sydney Brenner

Seminal works

• crick1958

Frequently asked questions

تباهیده بودن کد ژنتیکی به چه معناست؟

به این معنی است که بیشتر اسیدهای آمینه توسط بیش از یک کدون مشخص می‌شوند، بنابراین چندین سه‌تایی مختلف می‌توانند یک اسید آمینه را کد کنند؛ این افزونگی بسیاری از تغییرات تک‌بازی را در برابر تغییر پروتئین محافظت می‌کند.

تفاوت بین رونویسی و ترجمه چیست؟

رونویسی DNA یک ژن را به یک مولکول RNA مکمل کپی می‌کند، در حالی که ترجمه از آن RNA به عنوان الگو برای مونتاژ یک پروتئین استفاده می‌کند و توالی را در کدون‌های سه‌نوکلئوتیدی در ریبوزوم می‌خواند.