ترجمة الحمض النووي: عملية في حقيقيات النوى وبدائيات النوى - مادة الاحياء - 2026

و ترجمة DNA هي العملية التي من خلالها المعلومات الواردة في الرنا المرسال التي تنتج أثناء النسخ (نسخ المعلومات في تسلسل الحمض النووي كما RNA) هو "ترجم" في الأمينية تسلسل الحمض بواسطة تخليق البروتين.

من منظور خلوي ، يعتبر التعبير الجيني أمرًا معقدًا نسبيًا يحدث في خطوتين: النسخ والترجمة.

ترجمة RNA بوساطة الريبوسوم (المصدر: LadyofHats / Public domain ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

جميع الجينات التي يتم التعبير عنها (سواء أكانت ترميز تسلسل الببتيد أم لا ، أي البروتينات) تفعل ذلك في البداية عن طريق نقل المعلومات الواردة في تسلسل الحمض النووي الخاص بها إلى جزيء مرسال RNA (mRNA) من خلال عملية تسمى النسخ.

يتم النسخ بواسطة إنزيمات خاصة تعرف باسم بوليميراز RNA ، والتي تستخدم أحد الخيوط التكميلية من DNA الجين كقالب لتركيب جزيء "pre-mRNA" ، والذي تتم معالجته لاحقًا لتشكيل mRNA ناضج.

بالنسبة للجينات التي ترمز للبروتينات ، تتم "قراءة" المعلومات الموجودة في mRNAs الناضجة وترجمتها إلى أحماض أمينية وفقًا للشفرة الجينية ، والتي تحدد أي كودون أو ثلاثي نيوكليوتيد يتوافق مع أي حمض أميني معين.

لذلك ، فإن تحديد تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين يعتمد على التسلسل الأولي للقواعد النيتروجينية في الحمض النووي الذي يتوافق مع الجين ثم في الحمض النووي الريبي الذي يحمل هذه المعلومات من النواة إلى العصارة الخلوية (في الخلايا حقيقية النواة) ؛ العملية التي يتم تعريفها أيضًا على أنها تخليق البروتين الموجه بالـ mRNA.

بالنظر إلى أن هناك 64 توليفة محتملة من القواعد النيتروجينية الأربعة التي تشكل الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) و 20 فقط من الأحماض الأمينية ، يمكن ترميز الحمض الأميني بواسطة ثلاثة توائم مختلفة (الكودونات) ، ولهذا يُقال إن الشفرة الجينية "متدهورة" (باستثناء ميثيونين الأحماض الأمينية ، المشفر بواسطة كودون AUG فريد).

ترجمة حقيقية النواة (عملية خطوة)

رسم تخطيطي لخلية حقيقية النواة للحيوان وأجزائها (المصدر: أليخاندرو بورتو عبر ويكيميديا ​​كومنز)

في الخلايا حقيقية النواة ، يحدث النسخ في النواة والترجمة في العصارة الخلوية ، لذا فإن الرنا المرسال الذي يتم تكوينه خلال العملية الأولى يلعب أيضًا دورًا في نقل المعلومات من النواة إلى العصارة الخلوية ، حيث توجد الخلايا. آلات التخليق الحيوي (الريبوسومات).

من المهم الإشارة إلى أن تجزئة النسخ والترجمة في حقيقيات النوى صحيح بالنسبة للنواة ، ولكنه ليس هو نفسه بالنسبة للعضيات ذات الجينوم الخاص بها مثل البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا ، والتي لديها أنظمة أكثر تشابهًا مع تلك الموجودة في الكائنات بدائية النواة.

تحتوي الخلايا حقيقية النواة أيضًا على ريبوسومات خلوية مرتبطة بأغشية الشبكة الإندوبلازمية (الشبكة الإندوبلازمية الخشنة) ، والتي تحدث فيها ترجمة البروتينات المقدر إدخالها في أغشية الخلايا أو التي تتطلب معالجة ما بعد الترجمة التي تحدث في الحجرة المذكورة..

- تجهيز mRNAs قبل ترجمتها

يتم تعديل mRNAs في نهاياتها حيث يتم نسخها:

- عندما يظهر الطرف 5 'من mRNA من سطح RNA polymerase II أثناء النسخ ، يتم "مهاجمته" فورًا بواسطة مجموعة من الإنزيمات التي تصنع "غطاء" مكونًا من 7-methyl guanylate والمتصل بالنيوكليوتيد محطة مرنا عبر رابط ثلاثي الفوسفات 5 '، 5'.

- يخضع الطرف 3 'من الرنا المرسال إلى "انشقاق" بواسطة نوكلياز داخلي ، والذي يولد مجموعة هيدروكسيل حرة مكونة من 3 "سلسلة" أو "ذيل" من بقايا الأدينين (من 100 إلى 250). واحد تلو الآخر بواسطة إنزيم بوليميريز بولي (أ).

يؤدي "غطاء المحرك 5" و "poly A tail" وظائف في حماية جزيئات mRNA ضد التحلل ، بالإضافة إلى وظيفتهما في نقل النصوص الناضجة نحو العصارة الخلوية وفي بدء وإنهاء الترجمة ، على التوالي.

ج ـ التضفير والربط

بعد النسخ ، تخضع mRNAs "الأولية" ذات طرفيها المعدلين ، والتي لا تزال موجودة في النواة ، لعملية "تضفير" حيث تتم إزالة المتواليات intronic بشكل عام ويتم ضم exons الناتجة (معالجة ما بعد النسخ). ، والتي يتم الحصول على النصوص الناضجة التي تترك النواة وتصل إلى العصارة الخلوية.

يتم إجراء التضفير بواسطة مركب بروتين ريبروتين يسمى spliceosome (anglicism anglicism) ، ويتكون من خمسة بروتينات ريبونية صغيرة وجزيئات RNA ، والتي تكون قادرة على "التعرف" على المناطق المراد إزالتها من النسخة الأولية.

في العديد من حقيقيات النوى ، هناك ظاهرة تُعرف باسم "التضفير البديل" ، مما يعني أن أنواعًا مختلفة من التعديلات اللاحقة للنسخ يمكن أن تنتج بروتينات أو إيزوزيمات مختلفة تختلف عن بعضها البعض في بعض جوانب تسلسلها.

- الريبوسومات

عندما تغادر النصوص الناضجة النواة ويتم نقلها للترجمة في العصارة الخلوية ، تتم معالجتها بواسطة المركب الترجمي المعروف باسم الريبوسوم ، والذي يتكون من مركب من البروتينات المرتبطة بجزيئات الحمض النووي الريبي.

تتكون الريبوسومات من وحدتين فرعيتين ، واحدة "كبيرة" والأخرى "صغيرة" ، والتي يتم فصلها بحرية في العصارة الخلوية وترتبط أو ترتبط بجزيء الرنا المرسال المترجم.

يعتمد الارتباط بين الريبوسومات و mRNA على جزيئات RNA المتخصصة التي ترتبط ببروتينات الريبوسوم (RNA أو rRNA ونقل RNA أو tRNA) ، ولكل منها وظائف محددة.

تعتبر TRNAs "مهايئات" جزيئية ، حيث يمكنها من خلال أحد طرفيها "قراءة" كل كودون أو ثلاثي في ​​mRNA الناضج (عن طريق التكامل الأساسي) ومن خلال الطرف الآخر يمكن أن ترتبط بالحمض الأميني المشفر بواسطة كودون "القراءة".

من ناحية أخرى ، فإن جزيئات الرنا الريباسي مسؤولة عن تسريع (تحفيز) عملية الارتباط لكل حمض أميني في سلسلة الببتيد الوليدة.

يمكن "قراءة" رنا المرسال الناضج من قبل العديد من الريبوسومات ، عدد المرات الذي تشير إليه الخلية. بمعنى آخر ، يمكن أن ينتج عن نفس الرنا المرسال العديد من النسخ من نفس البروتين.

ابدأ كودون وإطار القراءة

عندما يتم الاقتراب من mRNA الناضج عن طريق الوحدات الفرعية الريبوزومية ، يقوم مجمع البروتين الريبي "بمسح" تسلسل الجزيء المذكور حتى يجد كودون البدء ، والذي يكون دائمًا AUG ويتضمن إدخال بقايا ميثيونين.

يحدد كودون AUG إطار القراءة لكل جين ، بالإضافة إلى ذلك ، يحدد الحمض الأميني الأول لجميع البروتينات المترجمة في الطبيعة (يتم التخلص من هذا الحمض الأميني عدة مرات بعد الترجمة).

وقف الكودونات

تم تحديد ثلاثة أكواد أخرى على أنها تلك التي تحفز إنهاء الترجمة: UAA و UAG و UGA.

تُعرف تلك الطفرات التي تنطوي على تغيير في القواعد النيتروجينية في المجموعة الثلاثية التي ترمز للحمض الأميني والتي تؤدي إلى توقف الكودونات باسم الطفرات غير المنطقية ، لأنها تسبب توقفًا مبكرًا لعملية التوليف ، التي تشكل بروتينات أقصر.

المناطق غير المترجمة

بالقرب من نهاية 5 'من جزيئات mRNA الناضجة توجد مناطق غير مترجمة (UTRs) ، تسمى أيضًا متواليات "رائدة" ، والتي تقع بين أول نوكليوتيد وكودون بدء الترجمة (أغسطس).

تحتوي مناطق UTR هذه التي لم يتم ترجمتها على مواقع محددة للارتباط بالريبوسومات وفي البشر ، على سبيل المثال ، يبلغ طولها حوالي 170 نيوكليوتيد ، من بينها مناطق تنظيمية ، ومواقع ربط البروتين التي تعمل في تنظيم الترجمة ، إلخ.

- بداية الترجمة

تتكون الترجمة ، بالإضافة إلى النسخ ، من 3 مراحل: مرحلة البدء ومرحلة الاستطالة وأخيراً مرحلة الإنهاء.

المبادرة

وهو يتألف من تجميع المركب متعدية على الرنا المرسال ، والذي يستحق ربط ثلاثة بروتينات تعرف باسم عامل التهيئة (IF) IF1 و IF2 و IF3 بالوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم.

مركب "ما قبل البدء" الذي تشكله عوامل البدء والوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة ، بدورها ، ترتبط بـ tRNA الذي "يحمل" بقايا ميثيونين وهذه المجموعة من الجزيئات ترتبط بـ mRNA ، بالقرب من كودون البداية. أغسطس.

تؤدي هذه الأحداث إلى ارتباط mRNA بالوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة ، مما يؤدي إلى إطلاق عوامل البدء. تحتوي الوحدة الفرعية للريبوسوم الكبير على 3 مواقع ربط لجزيئات الحمض الريبي النووي النقال: الموقع A (الحمض الأميني) ، والموقع P (متعدد الببتيد) ، والموقع E (الخروج).

يرتبط الموقع A بمضاد الكودون الخاص بـ aminoacyl-tRNA المكمل لتلك الموجودة في mRNA التي يتم ترجمتها ؛ موقع P هو المكان الذي يتم فيه نقل الحمض الأميني من الحمض الريبي النووي النقال إلى الببتيد الناشئ والموقع E حيث يوجد في الحمض النووي الريبي "الفارغ" قبل إطلاقه في العصارة الخلوية بعد تسليم الحمض الأميني.

تمثيل رسومي لمراحل بدء الترجمة والاستطالة (المصدر: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) عبر Wikimedia Commons)

استطالة

تتكون هذه المرحلة من "حركة" الريبوسوم على طول جزيء الرنا المرسال وترجمة كل كودون "قراءة" ، مما يعني نمو أو استطالة سلسلة البولي ببتيد عند الولادة.

تتطلب هذه العملية عاملًا يُعرف باسم عامل الاستطالة G والطاقة في شكل GTP ، وهو ما يدفع نقل عوامل الاستطالة على طول جزيء mRNA أثناء ترجمته.

يسمح نشاط peptidyl transferase للـ RNAs الريبوزومي بتكوين روابط ببتيدية بين الأحماض الأمينية المتعاقبة التي تضاف إلى السلسلة.

نهاية

تنتهي الترجمة عندما يواجه الريبوسوم أيًا من أكواد الإنهاء ، حيث لا تتعرف الحمض النووي الريبي على هذه الكودونات (فهي لا تشفر الأحماض الأمينية). ترتبط البروتينات المعروفة باسم عوامل الإطلاق أيضًا ، مما يسهل إفراز الرنا المرسال من الريبوسوم وتفكك وحداته الفرعية.

ترجمة بدائية النواة (عمليات خطوات)

في بدائيات النوى ، كما هو الحال في الخلايا حقيقية النواة ، توجد الريبوسومات المسؤولة عن تخليق البروتين في العصارة الخلوية (وهذا ينطبق أيضًا على آلية النسخ) ، وهي حقيقة تسمح بالزيادة السريعة في تركيز العصارة الخلوية للبروتين عندما يزداد التعبير عن الجينات التي ترميزها.

على الرغم من أنها ليست عملية شائعة للغاية في هذه الكائنات ، إلا أن mRNAs الأولية المنتجة أثناء النسخ يمكن أن تخضع لنضج ما بعد النسخ من خلال "الربط". ومع ذلك ، فإن الأكثر شيوعًا هو ملاحظة الريبوسومات المرتبطة بالنسخة الأولية التي تترجمها في نفس الوقت الذي يتم فيه نسخها من تسلسل الحمض النووي المقابل.

في ضوء ما سبق ، تبدأ الترجمة في العديد من بدائيات النوى في نهاية 5 ، نظرًا لأن النهاية 3 من الرنا المرسال تظل مرتبطة بالحمض النووي للقالب (وتحدث بالتزامن مع النسخ).

المناطق غير المترجمة

تنتج الخلايا بدائية النواة أيضًا mRNA مع مناطق غير مترجمة تُعرف باسم "صندوق Shine-Dalgarno" والتي يكون تسلسلها الإجماعي AGGAGG. كما هو واضح ، فإن مناطق UTR من البكتيريا أقصر بكثير من تلك الموجودة في الخلايا حقيقية النواة ، على الرغم من أنها تمارس وظائف مماثلة أثناء الترجمة.

معالجة

في البكتيريا والكائنات بدائية النواة الأخرى ، تكون عملية الترجمة مشابهة تمامًا لتلك الخاصة بالخلايا حقيقية النواة. ويتكون أيضًا من ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء ، والتي تعتمد على عوامل بدائية النواة محددة ، تختلف عن تلك التي تستخدمها حقيقيات النوى.

الاستطالة ، على سبيل المثال ، تعتمد على عوامل الاستطالة المعروفة مثل EF-Tu و EF-Ts ، بدلاً من عامل G من حقيقيات النوى.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، جيه ، راف ، إم ، روبرتس ، ك ، والتر ، ب. (2007). البيولوجيا الجزيئية للخلية. علوم جارلاند. نيويورك ، 1392.
2. Clancy، S. & Brown، W. (2008) الترجمة: DNA to mRNA to Protein. طبيعة التربية 1 (1): 101.
3. Griffiths، AJ، Wessler، SR، Lewontin، RC، Gelbart، WM، Suzuki، DT، & Miller، JH (2005). مقدمة في التحليل الجيني. ماكميلان.
4. لوديش ، هـ. ، بيرك ، أ. ، كايزر ، كاليفورنيا ، كريجر ، إم ، سكوت ، إم بي ، بريتشر ، أ. ،… وماتسودايرا ، ب. (2008). بيولوجيا الخلية الجزيئية. ماكميلان.
5. نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.
6. Rosenberg، LE، & Rosenberg، DD (2012). الجينات البشرية والجينوم: العلوم. الصحة ، المجتمع ، 317-338.