การแปลรหัสพันธุกรรมและรหัสพันธุกรรม

การที่ไรโบโซมอ่านรหัสพันธุกรรม (messenger RNA) ทีละสามเบสและสร้างโปรตีนที่สอดคล้องกัน รวมถึงการที่รหัสพันธุกรรมจับคู่โคดอนกับกรดอะมิโน

Definition

การแปลรหัสพันธุกรรมคือการสังเคราะห์พอลิเปปไทด์โดยไรโบโซมจากลำดับโคดอนของ messenger RNA; รหัสพันธุกรรมคือชุดของกฎที่กำหนดว่านิวคลีโอไทด์สามตัว (โคดอน) ระบุกรดอะมิโนและสัญญาณหยุดที่กำหนดโปรตีนได้อย่างไร

Scope

ส่วนนี้ครอบคลุมถึงการถอดรหัส mRNA ไปเป็นโปรตีนและรหัสที่อยู่เบื้องหลัง ซึ่งรวมถึงรหัสพันธุกรรมและคุณสมบัติของรหัสพันธุกรรม โครงสร้างและบทบาทเร่งปฏิกิริยาของไรโบโซม, transfer RNA และ aminoacyl-tRNA synthetase ที่ทำหน้าที่จับกรดอะมิโนเข้ากับ tRNA รวมถึงระยะเริ่มต้น, การยืดตัว และการสิ้นสุดของการแปลรหัส การดัดแปลงหลังการแปลรหัสและการพับตัวของโปรตีนจะถูกกล่าวถึงในฐานะหัวข้อที่เกี่ยวข้อง แต่ไม่ได้พัฒนาในที่นี้

Sub-topics

• Ribosome Structure and Function
• The Genetic Code
• Stages of Translation
• Transfer RNA and Aminoacylation

Core questions

• นิวคลีโอไทด์สามตัวถูกจับคู่กับกรดอะมิโนที่จำเพาะได้อย่างไร?
• โครงสร้างของไรโบโซมเป็นอย่างไร และเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเพปไทด์ได้อย่างไร?
• transfer RNA นำกรดอะมิโนที่ถูกต้องไปยังโคดอนที่ถูกต้องได้อย่างไร?
• การแปลรหัสเริ่มต้น ยืดตัว และหยุดได้อย่างแม่นยำได้อย่างไร?

Key theories

รหัสพันธุกรรมแบบสามตัวอักษรที่เกือบจะเป็นสากล

กรดอะมิโนแต่ละชนิดถูกระบุโดยโคดอนสามนิวคลีโอไทด์หนึ่งตัวหรือมากกว่า ซึ่งเป็นรหัสที่มีความเสื่อมและส่วนใหญ่ใช้ร่วมกันในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดลองสังเคราะห์แบบไร้เซลล์ที่ถอดรหัสโคดอนแรกๆ

หลักการกลางของชีววิทยาโมเลกุล — จาก RNA สู่โปรตีน

การแปลรหัสทำให้เกิดขั้นตอนการสร้างโปรตีนตามหลักการกลางของชีววิทยาโมเลกุล โดยเปลี่ยนข้อมูลลำดับที่นำพาโดย mRNA ให้เป็นลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน

Mechanisms

เอนไซม์ Aminoacyl-tRNA synthetase จะเชื่อมกรดอะมิโนแต่ละชนิดเข้ากับ tRNA ที่จำเพาะ ซึ่งมีแอนติโคดอนที่ตรงกับโคดอน mRNA ที่สอดคล้องกัน หน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็กพร้อมกับปัจจัยเริ่มต้นจะระบุโคดอนเริ่มต้น จากนั้นหน่วยย่อยขนาดใหญ่จะเข้าร่วม และไรโบโซมจะเคลื่อนที่ไปทีละโคดอน โดยเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเพปไทด์ระหว่างสายที่กำลังเติบโตกับ aminoacyl-tRNA ที่เข้ามาแต่ละตัวที่ศูนย์เร่งปฏิกิริยา ปัจจัยการยืดตัวจะนำส่ง tRNA และขับเคลื่อนการเคลื่อนย้าย และปัจจัยการปลดปล่อยจะจดจำโคดอนหยุดเพื่อปลดปล่อยโปรตีนที่สมบูรณ์

Clinical relevance

กลไกการแปลรหัสเป็นเป้าหมายของยาปฏิชีวนะหลายชนิดที่ใช้ประโยชน์จากความแตกต่างระหว่างไรโบโซมของแบคทีเรียและมนุษย์ และข้อผิดพลาดในการอ่านรหัสและความบกพร่องของ tRNA มีส่วนทำให้เกิดโรค; ให้ไว้เพื่อความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

History

รหัสพันธุกรรมถูกถอดรหัสในช่วงต้นถึงกลางทศวรรษ 1960 ผ่านการสังเคราะห์แบบไร้เซลล์ด้วย RNA สังเคราะห์โดย Nirenberg และ Matthaei และการกำหนดโคดอนโดย Khorana และคณะ; การศึกษาโครงสร้างของไรโบโซมในภายหลังเผยให้เห็นว่ามันเป็นไรโบไซม์ ซึ่งทำให้การอธิบายการแปลรหัสในปัจจุบันสมบูรณ์

Key figures

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

Seminal works

• nirenberg1961
• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

ทำไมรหัสพันธุกรรมจึงถูกเรียกว่ามีความเสื่อม (degenerate)?

เนื่องจากกรดอะมิโนส่วนใหญ่ถูกระบุโดยโคดอนมากกว่าหนึ่งตัว ดังนั้นโคดอนที่แตกต่างกันหลายตัวสามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนเดียวกันได้

รหัสพันธุกรรมเหมือนกันในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดหรือไม่?

โดยทั่วไปแล้ว รหัสพันธุกรรมเกือบจะเป็นสากล โดยมีการกำหนดโคดอนแบบเดียวกันในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ แม้ว่าออร์แกเนลล์และสิ่งมีชีวิตบางชนิดจะมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยก็ตาม