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 أو التصدير. الترجمة، تجميع الأحماض الأمينية بواسطة الريبوسومات، هي جزء أساسي من مسار التخليل الحيوي، مع توليد ناقل الحمض النووي الريبي (tRNA)، النقل المشترك، وتعديل ما بعد الترجمة. التخليق الحيوي للپروتين منظم بدقة في عدة خطوات.[1] تكون هذه الخطوات 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 أن يكون فيه الپروتين متاحاً أو متوفراً في وقت قصير أو بكميات كبيرة، يتم إنتاج طليعة الپروتين. طليعة الپروتين هو پروتين غير نشط يحتوي على واحداً أو أكثر من الپپتيدات المثبطة التي يمكن أن تنشط عندما إزال تسلسل التثبيط بواسطة التحلل الپروتيني أثناء تعديل ما بعد الترجمة. طليعة الپروتين هو شكل يحتوي على تسلسل إشاري (النهاية الأمينية پپتيد الإشارة) مُحدد ولوجه في أو عبر الأغشية؛ أي، استهدافها من أجل الافراز.[2] الپپتيد الإشاري ينشق في الشبكة الهيولية باطنة.[2] 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.[3]
وبالرغم من شيوع التخليق الحيوي للپروتين، إلا أنه يكون مختلفاً في بدائيات النوى، وحقيقيات النوى.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
النسخ
في النسخ، تتولد سلسلة مرسال الرنا، مع ضفيرة واحدة من لولب الدنا المزدوج في الجينوم كقالب. تسمى هذه الضفيرة بضفيرة القالب. يمكن تقسيم النسخ إلى ثلاث مراحل: البداية، الاستطالة، والنهاية، وتخضع كل منها لتنظيم الپروتينات مثل عوامل النسخ والمنشطات المشتركة التي تضمن نسخ الموروثة الصحيحة.
يحدث النسخ في نواة الخلية، حيث يكون الدنا. تتألف بنية دنا الخلية من لولبين مصنوعين من السكر والفوسفات مرتبطان معاً بروابط هيدروجينة بين قواعد الضفائر المتقابلة. يرتبط السكر والفوسفات في كل ضفيرة معاً عن طريق روابط فوسفات ثنائي الأستر التساهمية الأكثر قوة. يكون الدنا "غير محلول" (توزيع الروابط الهيدروجينية بين الضفائر المفردة المختلفة) 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 مشابهة إلى حد كبير ببنية الدنا، لكن في الرنا يأخذ نيوكليوتايد اليوراسيل موقع 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، حيث يكون المنتج الأول في بدائيات النوى هو مرسال الرنا، والذي لا يحتاج لتعديل ما قبل النسخ، بينما في خلايا حقيقيات النوى، يسمى المنتج الأول بالناسخ الرئيسي، والي يتطلب 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
يُعرف 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 كقالب لتوجيه تخليق سلسلة الأحماض الأمينية التي تشكل الپروتين. تتم عملية الترجمة على أربع مراحل: التنشيط، البداية، الاستطالة والنهاية (توصف جميعها بنمو سلسلة الحمض الأميني، أو عديد الپپتيد الناتج عن الترجمة).
في مرحلة التنشيط، ينضم الحمض الأميني الصحيح (AA) لتصحيح ناقل الدنا. بينما لا يحدث ذلك بالمعنى التقني، كخطوة في الترجمة، فهو ضرورياً لحدوث الترجمة. يرتبط الحمض الأميني الصحيح عن طريق مجموعته الكربوكسيلية مع 3' OH ناقل الرنا برابطة إسترية. عندما يرتبط مرسال الرنا بالحمض الأميني، يصبح "مشحوناً".
وتتضمن مرحلة البداية ارتباط وحدة فرعية صغيرة من الريبوسوم بالطرف الخامس من مرسال الرنا بمساعدة العوامل البادئة (IF)، مع الپروتينات الأخرى التي تساعد في إجراء هذه المرحلة.
تحدث مرحلة الإستطالة عندما يرتبط مرسال الرنا-الأمينوكسيلي التالي aminoacyl-tRNA (ناقل الرنا المشحون) بالريبوسومات الأخرى برفقة ثلاثي فوسفات الگوانوزين وعامل الإستطالة.
وتأتي المرحلة النهائية لعديد الپپتيد عندما يواجه موقع الريبوسوم كودوناً ختامياً (UAA، UAG، أو UGA). عند حدوث هذا، لا يمكن لناقل الرنا التعرف عليه، لكن يمكن إطلاق العامل الذي يمكنه التعرف على الكودونات التافهة ويتسبب في إطلاق سلسلة عديد الپپتيد.
القدرة على إعاقة أو كبح الترجمة في التخليق الحيوي للپروتين تستخدمها بعض المضادات الحيوية مثل الأنيسومايسين، السيكلوهكسيميد، الكلورامفنيكول، التتراسيسلين، السترپتومايسين، الإريثرومايسين، الپورومايسين، وغيرها.
أحداث أثناء أو بعد ترجمة الپروتين
الأحداث التي تقع أثناء أو في أعقاب التحليل الحيوي تشمل تحلل الپروتين، تعديل ما بعد الترجمة وطي الپروتين.
قد يزيل تحلل الپروتين النهاية الأمينية، النهاية الكربوكسيلية أو مخلفات الأحماض الأمينية الداخلية أو الپپتيدات من عديد الپپتيد.
السلسلة الطرفية والجانبية لعديد الپپتيد قد تكون عرضة لتعديل ما بعد الترجمة. قد تكون هذه التعديلات ضرورية لتصحيح الموقع الخلوي أو الوظائف الطبيعية للپروتين.
أثناء وبعد التخليق، عادة ما تنطوي سلاسل عديدات الپپتيد لتحمل ما يعرف بالبنى الثانوية والبنى الجزيئية الحيوية الأصلية. تُعرف هذه العملية بطي الپروتين وعادة ما تكون ضرورية من أجل الوظيفة الطبيعية للپروتين.
انظر أيضاً
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
- ^ أ ب Alberts, Bruce (2002). Molecular biology of the cell. New York: Garland Science. p. 760. ISBN 0-8153-3218-1.
- ^ 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.