التخليق الحيوي للپروتين
تخليق الپروتين Protein synthesis، هي عملية تقوم فيها الخلايا بتوليد پروتينات جديدة حيوياً؛ وتكون متوازنة عن طريق فقدان الپروتينات الخلوية بواسطة الانحلال أوالتصدير. الترجمة، تجميع الأحماض الأمينية بواسطة الريبوسومات، هي جزء أساسي من مسار التخليل الحيوي، مع توليد ناقل الحمض النووي الريبي (tRNA)، النقل المشهجر، وتعديل ما بعد الترجمة. التخليق الحيوي للپروتين منظم بدقة في عدة خطوات. تكون هذه المراحل أساسية أثناء عملية النسخ (ظاهرة التخليق الحيوي للرنا من الدنا (نموذج) والترجمة (ظاهرة تجمع الأحماض الأمينية من الرنا).
يتم نسخ سيسترون الدنا إلى أول سلاسل وسائط الحمض النووي الريبي. يستخدم آخر غصدار كنموذج في تخليق سلسلة عديد الپپتيد. عادة ما يتم تخليق الپروتين بشكل مباشر من الجينات عن طريق ترجمة مرسال الحمض النووي الريبي. ومع ذلك، ففي الوقت الذي ينبغي حتىقد يكون فيه الپروتين متاحاً أومتوفراً في وقت قصير أوبكميات كبيرة، يتم إنتاج طليعة الپروتين. طليعة الپروتين هوپروتين غير نشط يحتوي على واحداً أوأكثر من الپپتيدات المثبطة التي يمكن حتى تنشط عندما إزال تسلسل التثبيط بواسطة التحلل الپروتيني أثناء تعديل ما بعد الترجمة. طليعة الپروتين هوشكل يحتوي على تسلسل إشاري (النهاية الأمينية پپتيد الإشارة) مُحدد ولوجه في أوعبر الأغشية؛ أي، استهدافها من أجل الافراز. الپپتيد الإشاري ينشق في الشبكة الهيولية باطنة. ولا زالت طلائع الپروتين تمتلك كلاً من السلسلتين (المثبطة والإشارية).
في التخليق الحيوي للپروتين، تعاقب جزيئات ناقل الرنا يُفرغ الأحماض الأمينية الملائمة المتراصة مع جزيء ناقل الرنا وتتطابق مع قاعدة الإقتران عن طريق مضادات-الكودونات في ناقل الرنا مع الكودونات التالية لمرسال الرنا. بعد ذلك ترتبط الأحماض الأمينية معاً لتوسع سلسلة الپروتين النامية، ونواقل الرنا لا تحمل الأحماض الأمينية، ويتم إفرازها. تُنفذ هذه المجموعة من العمليات بالكامل عن طريق الريبوسوم، الذي يشكل السلسلتين الرئيسيتين من الرنا، ويسمى الرنا الريبوسومي ر.رنا)، وأكثر من 50 پروتين مختلف. يلتصق الريبوسوم على طرف جزيء مرسال الرنا وينتقل على امتداده، ليلتقط جزيئات ناقل الرنا المحملة ويدمجان أحماضهما الأمينية ليشكلا سلسلة پروتينية جديدة.
وبالرغم من شيوع التخليق الحيوي للپروتين، إلا أنهقد يكون مختلفاً في بدائيات النوى، وحقيقيات النوى.
النسخ
في النسخ، تتولد سلسلة مرسال الرنا، مع ضفيرة واحدة من لولب الدنا المزدوج في الجينوم كنطقب. تسمى هذه الضفيرة بضفيرة النطقب. يمكن تقسيم النسخ إلى ثلاث مراحل: البداية، الاستطالة، والنهاية، وتخضع جميع منها لتنظيم الپروتينات مثل عوامل النسخ والمنشطات المشهجرة التي تضمن نسخ الموروثة السليمة.
يحدث النسخ في نواة الخلية، حيثقد يكون الدنا. تتألف بنية دنا الخلية من لولبين مصنوعين من السكر والفوسفات مرتبطان معاً بروابط هيدروجينة بين قواعد الضفائر المتقابلة. يرتبط السكر والفوسفات في جميع ضفيرة معاً عن طريق روابط فوسفات ثنائي الأستر التساهمية الأكثر قوة.قد يكون الدنا "غير محلول" (توزيع الروابط الهيدروجينية بين الضفائر المفردة المتنوعة) عن طريق إنزيم الهيليكاز، تاركاً سلسلة نيوكليوتايدية واحدة مفتوحة ليتم نسخها. تقوم پوليمرازات الرنا بقراءة ضفيرة الرنا من الطرف 3-الأول (3') حتى الطرف 5-الأول (5')، بينما تقوم بتخليق ضفيرة مفردة من مرسال الرنا في اتجاه 5'-إلى-3'. البنية العامة للرنا مماثلة إلى حد كبير ببنية الدنا، لكن في الرنا يأخذ نيوكليوتايد اليوراسيل مسقط الثايمين الموجود في الدنا. تغادر ضفيرة مرسال الرنا المفردة النوية عن طريق المسامات النووية، وتهاجر إلى الهيولي.
يختلف المنتج الأول في خلايا بدائيات النوى عن المنتج الأول في خلايا حقيقيات النوى، حيثقد يكون المنتج الأول في بدائيات النوى هومرسال الرنا، والذي لا يحتاج لتعديل ما قبل النسخ، بينما في خلايا حقيقيات النوى، يسمى المنتج الأول بالناسخ الرئيسي، والي يحتاج تعديل ما قبل الترجمة (يكون مُغطى بالگوانوسين سباعي الميثيل، ومذيل بpoly A tail) ليعطي hnRNA (الرنا الرسولي الأولي). بعد ذلك يخضغ الرنا الرسولي الأولي لتجزئة الإنترونات (أجزاء غير مشفرة من الموروثة) عن طريق جسيمات التضفير لإنتاج مرسال الرنا النهائي.
الترجمة
يُعهد تخليق الپروتينات من الرنا بالترجمة. في حقيقيات النوى، تحدث الترجمة في الهيولي، حيث توجد الريبوسمات. تتكون الريبوسومات من وحدات فرعية صغيرة وكبيرة تحيط بمرسال الرنا. أثناء الترجمة، تُفك شفرة مرسال الرنا لإنتاج عديد پپتيد معين تبعاً للقواعد التي تحددها الشفرة الوراثية ثلاثية النيوكليوتايد. تستخدم هذه العملية تسلسل مرسال الرنا كنطقب لتوجيه تخليق سلسلة الأحماض الأمينية التي تشكل الپروتين. تتم عملية الترجمة على أربع مراحل: التنشيط، البداية، الاستطالة والنهاية (توصف جميعها بنموسلسلة الحمض الأميني، أوعديد الپپتيد الناتج عن الترجمة).
في فترة التنشيط، ينضم الحمض الأميني السليم (AA) لتسليم ناقل الدنا. بينما لا يحدث ذلك بالمعنى التقني، كخطوة في الترجمة، فهوضرورياً لحدوث الترجمة. يرتبط الحمض الأميني السليم عن طريق مجموعته الكربوكسيلية مع 3' OH ناقل الرنا برابطة إسترية. عندما يرتبط مرسال الرنا بالحمض الأميني، يصبح "مشحوناً".
وتتضمن فترة البداية ارتباط وحدة فرعية صغيرة من الريبوسوم بالطرف الخامس من مرسال الرنا بمساعدة العوامل البادئة (IF)، مع الپروتينات الأخرى التي تساعد في إجراء هذه الفترة.
تحدث فترة الإستطالة عندما يرتبط مرسال الرنا-الأمينوكسيلي التالي aminoacyl-tRNA (ناقل الرنا المشحون) بالريبوسومات الأخرى برفقة ثلاثي فوسفات الگوانوزين وعامل الإستطالة.
وتأتي الفترة النهائية لعديد الپپتيد عندما يقابل مسقط الريبوسوم كودوناً ختامياً (UAA، UAG، أوUGA). عند حدوث هذا، لا يمكن لناقل الرنا التعهد عليه، لكن يمكن إطلاق العامل الذي يمكنه التعهد على الكودونات التافهة ويتسبب في إطلاق سلسلة عديد الپپتيد.
القدرة على إعاقة أوكبح الترجمة في التخليق الحيوي للپروتين تستخدمها بعض المضادات الحيوية مثل الأنيسومايسين، السيكلوهكسيميد، الكلورامفنيكول، التتراسيسلين، السترپتومايسين، الإريثرومايسين، الپورومايسين، وغيرها.
أحداث أثناء أوبعد ترجمة الپروتين
الأحداث التي تقع أثناء أوفي أعقاب التحليل الحيوي تضم تحلل الپروتين، تعديل ما بعد الترجمة وطي الپروتين.
قد يزيل تحلل الپروتين النهاية الأمينية، النهاية الكربوكسيلية أومخلفات الأحماض الأمينية الداخلية أوالپپتيدات من عديد الپپتيد.
السلسلة الطرفية والجانبية لعديد الپپتيد قد تكون عرضة لتعديل ما بعد الترجمة. قد تكون هذه التعديلات ضرورية لتسليم المسقط الخلوي أوالوظائف الطبيعية للپروتين.
أثناء وبعد التخليق، عادة ما تنطوي سلاسل عديدات الپپتيد لتحمل ما يعهد بالبنى الثانوية والبنى الجزيئية الحيوية الأصلية. تُعهد هذه العملية بطي الپروتين وعادة ما تكون ضرورية من أجل الوظيفة الطبيعية للپروتين.
انظر أيضاً
- الهدف الرئيسي لفهم الأحياء الجزيئية
- سيسترون
- تعيبر جيني
- شفرة جينية
- المشغل الحيوي
- تخليق الپپتيد
- انتاج الپروتين
الهامش
- ^ Kafri M, Metzl-Raz E, Jona G, Barkai N. 2016. The Cost of Protein Production. Cell Rep 14:22–31. https://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.12.015
- ^ Alberts, Bruce (2002). Molecular biology of the cell. New York: Garland Science. p. 760. ISBN .
- ^ Alberts, Bruce. Molecular Biology of the Cell, 5e. New York: Garland Science, 2008.
وصلات خارجية
- Interactive Java simulation of transcription initiation. From Center for Models of Life at the Niels Bohr Institute.
- A website focused primarily on Protein Synthesis.
