مراحل فرایند رونویسی وپروتئین سازی(ترجمه) بصورت کامل

سلول­های پروکاریوت فقط یک نوع RNA پلیمراز دارند. (RNA پلیمراز پروکاریوتی، پروتئینی است؛ که تمام مراحل فرایند رونویسی را انجام می­دهد.)

سلولهای یوکاریوتی دارای سه نوع RNA پلیمراز هستند:

RNA پلیمراز I: رونویسی از ژن­های rRNA

RNA پلیمراز II: رونویسی از پیش ساز­های mRNA و برخی RNA های کوچک

RNA پلیمراز III: رونویسی از ژن­های tRNA و نیز بعضی دیگر از RNA های کوچک

مراحل فرایند رونویسی

[membersonly]

بر اثر فرآیند رونویسی mRNA ساخته می­شود مهم است بدانید که: تمام DNA رونویسی نمی­­گردد و فقط بعضی از قسمتهای DNA رونویسی می­گردد( قطعاتی از DNA که به صورت mRNA رونویسی می­گردند ژن نام دارند.) فرآیند رونویسی در سلول­های یوکاریوت کمی پیچیده­تر از سلول­های پروکاریوتی است. تنها یکی از دو زنجیره DNA رونویسی می­گردد( ولی همیشه همان زنجیره DNA رونویسی نمی­گردد. به طوری که برای بعضی از ژن­ها یک زنجیره و برای ژن­های دیگر زنجیره دیگر، رونویسی می­گردد.

پروموتر:

قسمتی از ژن یا مولکول DNA (بخشی تنظیمی ژن) است که امکان آغاز صحیح رونویسی را به RNA پلی مراز می دهد.

محل راه انداز: درست در قبل از محلی قرار گرفته که رونویسی از آنجا آغاز می گردد. (در نزدیکی آغاز رونویسی)

جایگاه آغاز رونویسی: اولین نوکلئوتیدی که از DNA رونویسی میگردد. (طبق قرارداد آن را با ۱+ نشان میدهند.)

نکته:

هنگامیکه RNA پلی مراز با ناحیه راه انداز بر هم کنش اختصاصی و محکمی برقرار می کند، DNA دو رشته ای را در این محل از هم باز می کند، که اصطلاحا این ساختمان را حباب رونویسی میگویند.

مرحله طویل شدن زنجیره­ی RNA :

  • آنزیم RNA­پلی مراز روی مولکول DNA (روی یکی از رشته های DNA ) حرکت می کند.
  • آنزیم RNA پلی مراز در مقابل هر یک از دئوکسی ریبونوکلئوتیدهای  DNA ، ریبونوکلئوتیدهای RNA مکمل را قرار می دهد.
  • آنزیم RNA پلی مراز هر ریبونوکلئوتید جدید را به ریبونوکلئوتید قبلی متصل می کند. (پیوند فسفودی­استر)

نکته:

در فرایند رونویسی قواعد جفت شدن رعایت میشود و فقط یک تفاوت وجود دارد:

در مقابل دئوکسی ریبونوکلئوتید آدنین دار (A) در DNA ریبونوکلئوتید اوراسیل­دار (U) در  RNA قرار میگیرد.

مرحله پایان رونویسی:

  • آنزیم RNA پلی مراز از جایگاه پایان رونویسی عبور کرده و از آنجا رونویسی می کند.
  • جدا شدن RNA پلی مراز، DNA و mRNA تازه ساخته شده از یکدیگر.
  • آزاد شدن mRNA برای مرحله ترجمه.

مقایسه فرآیندهای رونویسی و همانندسازی:

شباهت:

در هر دو مکانیسم از دئوکسی ریبونوکلئوتیدهای DNA به عنوان الگو برای ساخت مولکول جدید استفاده می شود.

تفاوتها:

۱-   در همانندسازی DNA ساخته میشود ولی در رونویسی RNA ساخته می شود.

۲-   در همانندسازی هر دو رشته DNA به عنوان الگو مورد استفاده قرار می گیرد ولی در رونویسی فقط یکی از رشته های DNA الگو قرار می گیرد.

۳-   در رونویسی همزمان تعداد زیادی RNA از روی DNA ساخته میشود.

 

رونویسی
رونویسی 

به ساخته شدن RNA از روی DNA با كمك آنزیم RNA پلی مراز، رونویسی گویند كه اولین قدم برای ساخت پروتئین هاست. به عبارت دقیق تر رونویسی فرایندی است كه ضمن آن بادخالت آنزیم های اختصاصی (RNA پلی مراز)، مصرف مولكولهای پر انرژی (ATP) و بكارگیری نوكلئوئیدها، تركیبات نوكلئوتیدی موجود در مولكول DNA به سنتز نوعی RNA ها(mRNA، tRNA ، rRNA) می انجامد.
آنزیمی كه عمل رونویسی را انجام می دهد RNA پلی مراز است. درپروكاریوت ها یك نوع RNA پلی مراز رونویسی همه نوع RNA ها را انجام می دهد اما دریوكاریوت ها علاوه بر RNA پلی ـ مراز خاصی كه در دواندامك كلروپلاست و میتوكندری آنها موجود است سه نوع RNA پلی مراز در هسته آنها موجود می باشد. در جدول زیر انواع RNA پلی مرازها و نقش آنها بیان شده است.
● پیش سازهای mRNA:
RNA پیش ساز هر مولكول mRNA نهایی یوكاریوتی را كه نواحی دارای اطلاعات دارا و فاقد اطلاعات (بعداً بحث می شود) می باشد پیش سازهای mRNA یا RNA ناهمگن هسته ای می نامند.
● RNA های كوچك هسته ای:
RNA هایی هستند كوچك كه در عمل پردازش پیش سازهای mRNA یعنی حذف نقاط فاقد اطلاعات و به هم چسبیدن نقاط دارای اطلاعات نقش دارند. (بعداً بحث می شود)
ویژگی های آنزیم RNA پلی مراز از پروكاریوتی: آنزیمی بزرگ كه از ۶ زیر واحد تشكیل شده است كه البته زیر واحدی به نام زیگما جایگاه صحیح آغاز رونویسی را برروی مولكول DNA تشخیص می دهد (راه انداز) و پس ازتشخیص از مجموعه آنزیم جدا می شود.
RNA پلی مراز پروكاریوتی توانایی تشخیص راه انداز را دارد.
● تعریف راه انداز:
بخشی از ژن است كه امكان شروع ساختن RNA مربوط به آن ژن را فراهم می سازد، والبته آنزیم RNA پلی مراز نیز به این جایگاه متصل می شود. در حقیقت راه انداز به آنزیم RNA پلی مراز اجازه می دهد تا رونویسی را از محل صحیح آغاز كند و مثلاً رونویسی از وسط ژن شروع نشود.
● ویژگی آنزیم های RNA پلی مراز یوكاریوتی:
این آنزیم ها ساختار پیچیده تر از آنزیم RNA پلی مراز پروكاریوتی دارند و از چندین زیرواحد تشكیل شده اند. هیچ كدام از این آنزیم ها برخلاف آنزیم RNA پلی مراز پروكاریوتی
نمی توانند مستقیماً راه اندازی راشناسائی كنند بلكه هر یك به پروتئین های ویژه ای كه عوامل رونویسی نام دارند، نیاز دارند .
● مراحل رونویسی:
رونویسی را می توان در مراحل مختلف به صورت زیر شرح داد.
مرحله (۱) : الف) شناسائی راه انداز ژن موردنظر توسط آنزیم RNA پلی مراز
ب) اتصال صحیح RNA پلی مراز به راه انداز ژن
مرحله (۲): باز شدن دو رشته DNA توسط آنزیم RNA پلی مراز (شكستن پیوند هیدروژنی)
مرحله (۳): شروع رونویسی از جایگاه آغاز رونویسی
● جایگاه آغاز رونویسی:
اولین نوكلئوتیدی از DNA كه رونویسی می شود.
رونویسی فقط از یك رشته ژن صورت می گیرد.
در این مرحله (مرحله ۳) آنزیم RNA پلی مراز همچون قطاری روی DNA حركت می كند (كه بااستفاده از انرژی حاصل از تجزیه ATP صورت می گیرد) و در مقابل دئوكسی ریبونوكلئوئید DNA ای ریبونوكلئوئید RNA ای قرار می دهد. (تشكیل پیوند هیدروژنی) همچنین ریبونوكلئوتید جدید را به ریبونوكلئوتید قبلی وصل می كند.(تشكیل پیوند فسفودی استر)
مرحله (۴) در این مرحله رونویسی پایان می یابد بدین صورت كه پس از رونویسی جایگاه پایان رونویسی توسط RNA پل مراز، مولكول RNA پلی مراز، DNA و mRNA ساخته شده از هم جدا شده و مولكول mRNA برای ترجمه آزاد می شود.
به طور معمول برا ی مرحله پایان رونویسی دو مرحله در نظر گرفته می شود:
الف) مرحله كندشدن حركت RNA پلی مراز برروی ژن
ب) مرحله پایان حقیقی
كند شدن RNA پلی مراز برروی ژن بدین ترتیب صورت می گیرد كه در نزدیك به انتهای ژن یك ناحیه غنی از بازهای C و G وجود دارد. همانطور كه می دانید بین C و G سه پیوند هیدروژنی برقرار است. بنابراین جدا كردن آنها از هم مشكل خواهد بود كه این موجب كند شدن حركت آنزیم RNA پلی مراز خواهد شد.
در مرحله پایان حقیقی ، یا با فعالیت پروتئین های خاصی موجب پایان رونویسی می شود و یااینكه با ترادف های خاصی كه در ژن وجود دارد موحب تشكیل ساقه ـ حلقه شده و رونویسی پایان می یابد.
عمل رونویسی در هسته یوكاریوت و سیتوپلاسم پروكاریوت ها صورت می گیرد. (در پروكاریوت ها هسته وجود ندارد)
RNA های ساخته شده از ژن ساختار پر مانند را به نمایش می گذارد.
از روی یك ژن، یك نوع mRNA ولی به تعداد فراوان ساخته می شود.

 

 

 

مقدمه

پروتئینها از اتصال اسیدهای آمینه به یکدیگر از طریق پیوند پپتیدی بدست می‌آیند. تشکیل پیوند پپتیدی و قرار گرفتن ترتیب اسیدهای آمینه که برای هر پروتئین اختصاصی است، به سادگی امکان پذیر نیست. به همین دلیل می‌بایست در یاخته مکانیسم ویژه‌ای وجود داشته باشد که بتواند ویژگی پروتئینها را حفظ کند. بیوسنتز پروتئینها در واقع ترجمه ترتیب نوکلئوتیدیاسید نوکلئیک DNA در مولکول پروتئین است. انتقال اطلاعات از DNA به مولکول پروتئین بوسیله RNAها ، بویژه mRNA امکانپذیر است. بدین ترتیب برای هر پروتئین ، mRNA اختصاصی آن پروتئین وجود دارد.

تصویر

به عبارت دیگر هر پروتئین در روی DNA ، ژن اختصاصی دارد که اطلاعات آن ژن در mRNA رونویسی و در مولکول ترجمه می‌شود. در بیوسنتز پروتئینهایی که در ساختارشان بیش از چند اسید آمینه دارند، وجود یک مکانیسم سنتزی که در آن ترکیبات و عوامل بسیاری دخالت می‌کنند، الزامی است. این مکانیسم به یک سیستم رمز یاب نیاز دارد که بطور خودکار واحد اسید آمینه معینی را در موقعیت ویژه‌ای از زنجیره پروتئینی قرار می‌دهد.

ترکیبات شرکت کننده در سنتز

RNA پیک (mRNA)

این RNA اطلاعات مربوط به پروتئین ویژه‌ای را از مولکول DNA می‌گیرد و به ماشین سنتز کننده پروتئین انتقال می‌دهد. در ترتیب نوکلئوتیدهای mRNA هر سه نوکلئوتید مجاور بیانگر رمز (کدون) اسید آمینه مشخص هستند و به همین جهت ترتیب نوکلئوتیدها در mRNA بیان کننده ترتیب اسیدهای آمینه در پروتئین است. هر اسید آمینه رمز مشخصی دارد. متیونین و تریپتوفانفقط یک رمز دارند، در حالیکه سایر اسیدهای آمینه واجد دو یا تعداد بیشتری رمز هستند.

رمز میتونین همیشه AUG است که آغاز سنتز را در همه پروتئینها به عهده دارد. در یاخته‌های پروکاریوت و یوکاریوت ، در هر دو پروتئین سازی با میتونین آغاز می‌شود. پروتئینهایی که نخستین اسید آمینه آنها میتونین نیست، پس از آغاز میتونین آغازین از مولکول برداشته می‌شود. سه رمز UGA و UAA و UAG برای پروتئین رمز خوانی نمی‌کنند، بلکه رمزهایی هستند که پایان سنتز زنجیره پروتئین را بیان می‌کنند.

RNA ناقل (tRNA)

tRNA ساختار سوم از نوع L دارد که در آن دو ناحیه پذیرنده و آنتی کدون آزادند و بقیه مولکول تاب خورده است. آنتی کدون (پاد رمز) شامل سه نوکلئوتید است که مکمل رمز ویژه‌ای از mRNA است. tRNA از ناحیه پذیرنده یک اسید آمینه اختصاصی را به خود متصل می‌کند. آنزیم اختصاصی به نام آمینو اسیل- tRNA- سنتتاز این عمل را انجام می‌دهد. در نتیجه برای هر اسید آمینه دست کم یک tRNA اختصاصی وجود دارد. ولی برخی از اسیدهای آمینه بیش از یک نوع tRNA دارند.

تصویر

 

ریبوزومها

ریبوزمها که از اتصال RNA ریبوزومی با تعدادی پروتئین شکل می‌گیرند، شامل دو زیر واحد هستند که از نظر اندازه و نوع پروتئینها در یوکاریوتها متفاوت هستند. دو زیر واحد در حالت عادی از یکدیگر جدا بوده و در یاخته پراکنده‌اند. در حالی که با آغاز سنتز پروتئین ، دو زیر واحد به هم متصل شده و یک مجموعه را تشکیل می‌دهند. در روی ریبوزومها (هر دو زیر واحد) در جایگاه وجود دارد. جایگاه آمینو اسیل که با A نمایش داده می‌شود و جایگاه پپتیدیل که با P مشخص می‌شود. هنگامی که دو زیر واحد به هم متصل می‌شوند، جایگاهها به نحوی قرار می‌گیرند که کاملا بر همدیگر منطبق باشند.

آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتید سنتتاز

اتصال دو اسید آمینه به یکدیگر یا تشکیل پیوند پتیدی را کاتالیز می‌کند.

عوامل آغازگر

این عوامل دراز کننده و پایان دهنده یا آزاد کننده زنجیره هستند.

انرژی لازم

انرژی لازم در واکنشها بوسیله GTP تامین می‌شود.

مراحل سنتز پروتئین(مراحل سنتز در پروکاریوتها)

آغاز سنتز

عواملی که در آغاز سنتز زنجیره پروتئین شرکت دارند، عوامل آغازگر خوانده شده و با علامت اختصاصی IF نشان داده می‌شوند. تا کنون سه نوع آغازگر IF1 , IF2 , IF3 شناسایی و مطالعه شده‌اند. رمز آغازگر سنتز در روی mRNA همیشه مربوط به اسید آمینه متیونین بوده و در پروکاریوتها این اسید آمینه حالت فرمیل دار متیونین است. رمز متیونین و یا فرمیل متیونین سه نوکلئوتید AUG است. در مرحله اول ، عامل IF3 به زیر واحد کوچک ریبوزوم متصل می‌گردد.

سپس mRNA در روی آن طوری قرار می‌گیرد که رمز AUG در جایگاه P ریبوزوم واقع شود. پس از استقرار mRNA در جایگاه خود IF3 آزاد می‌گردد. در مرحله بعد عامل IF2 , GTP به tRNA فرمیل متیونین (fMet) متصل شده و مجموعا بر روی زیر واحد کوچک ریبوزوم که حامل mRNA نیز هست، انتقال می‌یابد. در این حالت زیر واحد بزرگ ریبوزوم به مجموعه فوق به نحوی متصل می‌شود که جایگاه P و A دو زیر واحد به یکدیگر منطبق شوند.

تصویر

 

دراز شدن زنجیره

مرحله‌ای است که طی آن اسیدهای آمینه تشکیل دهنده زنجیره پروتئین مورد نظر ، یکی یکی با سوار شدن بر روی tRNA ویژه خود ، بر روی ریبوزوم انتقال می‌یابند و بین آن پیوند پپتیدی ایجاد می‌شود. در این فرآیند عوامل دراز کننده زنجیره شرکت دارند که با EFG و EFT نشان داده می‌شوند. ابتدا اسید آمینه دوم بر روی tRNA خود سوار می‌شود و عوامل GTP و EFG را به خود متصل می‌کند و مجموعه حاصل به جایگاه A ریبوزوم منتقل می‌شود. پس از اینکه tRNA کاملا در محل خود ثابت شد، EFT آزاد می‌شود و GTP به GDP و Pi تبدیل می‌گردد.

در مرحله بعد بین دو اسید آمینه که یکی در جایگاه P و دیگری در جایگاه A قرار دارد، پیوند پپتیدی تشکیل می‌شود. این عمل بوسیله آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتیدیل سنتتاز کاتالیز می‌گردد. در این حالت حرکت ریبوزوم در روی mRNA در جهت ۵—>3 به اندازه یک رمز ، موجب می‌شود که tRNA موجود در جایگاه p (که اسید آمینه خود را رها کرده) و tRNA پپتیدیل (که اسید آمینه را بر روی خود حمل می‌کند) از جایگاه A به P انتقال ‌یابد. این مرحله جابجایی نامیده می‌شود و انجام آن به عامل EFG نیاز دارد. جایگاه A که اکنون خالی شده ، برای پذیرش اسید آمینه سوم آماده می‌شود. اتصال واحدهای اسید آمینه به همین ترتیب پیش می‌رود تا اینکه ریبوزوم به انتهای رمز مربوط در روی mRNA برسد.

پایان سنتز زنجیره

پایان سنتز زنجیره پروتئین هنگامی است که ریبوزوم به رمزهای انتهایی روی زنجیره mRNA می‌رسد. در روی mRNA سه رمز پایانی UGA , UAG , UAA وجود دارند، که پایان سنتز زنجیره را اعلام می‌کنند. عواملی که در این مرحله شرکت دارند به نام عوامل آزاد کننده R3 و R2 و R1 معروف هستند. اتصال این عوامل به رمزهای پایانی مربوطه ، باعث می‌شود که آنزیم پپتیدیل سننتاز به جای اینکه پیوند پپتیدی ایجاد کند، مولکول آب را به انتهای زنجیره انتقال دهد. در نتیجه مولکول پروتئین تازه سنتز شده در انتها به عامل COOH پایان می‌یابد و زنجیره آزاد می‌گردد و بلافاصله mRNA و سایر عوامل آزاد شده و دو زیر واحد ریبوزومها نیز از یکدیگر جدا می‌شوند. برای سنتز یک مولکول mRNA چندین ریبوزوم همزمان روی رشته قرار می‌گیرند و در پروتئین سازی شرکت می‌کنند.

 

[/membersonly]

2 دیدگاه در “مراحل فرایند رونویسی وپروتئین سازی(ترجمه) بصورت کامل

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *