پروتئین سازی به زبان دیگر

از ژن تا پروتئين

ژن ها حاوي اطلاعات وراثتي هستند. اين اطلاعات در ترتيب و تعداد بازها نهفته است. در نيمه‌ي اول سده ي بيستم ميلادي، يكي از پرسش‌هاي مهمي كه زيست شناسان آن زمان در ذهن داشتند اين بود كه اطلاعات موجود در DNA چگونه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. سر انجام، پس از پژوهش ها و مشاهدات گوناگون آنان به اين نتيجه رسيدند كه از اطلاعات موجود در DNA براي ساختن پروتئين استفاده مي‌شود. به اين ترتيب دانشمندان موفق شدند رابطه‌ي بين DNA و پروتئين را كشف كنند. مشاهده‌ي آرچيبلد گرو و آزمايش‌هاي بيدل و تيتوم در دستيابي به اين نتيجه نقش به سزايي داشتند.

تارعنكبوت، با دقت و نظمي شگفت‌انگيز ساخته شده است. ساختار آن، چنان محكم و انعطاف‌پذير است كه در مقياس انساني، شبيه تور ماهي‌گيري است كه مي‌تواند يك هواپيماي مسافري را بگيرد و پاره نشود! عنكبوت چگونه توانايي ساختن تاري با اين همه ظرافت و استحكام را به ارث برده است؟ اين قبيل توانايي‌‌ها در قالب اطلاعات ژنتيك به ارث مي‌رسند. در اين فصل مي‌آموزيم كه اطلاعات ژنتيك چگونه به ارث مي‌رسد و چگونه مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 

بعد از مطالعه‌ي اين فصل مي‌توانيد:

 رابطه‌ي ژن و پروتئين را توضيح دهيد.
 نظريه‌ي يك ژن – يك پلي‌ پپتيد را توضيح دهيد شواهد آن را بيان كنيد.
 نقش RNA را در پروتئين‌سازي توضيح دهيد.
 فرايند رونويسي را توضيح دهيد.
 فرايند ترجمه را توضيح دهيد.
 چگونگي شناسايي رمز DNA را توضيح دهيد.
 كدون را تعريف كنيد.
 ژن‌هاي گسسته را توصيف كنيد.
 چگونگي تنظيم بيان ژن را در پروكاريوت‌ها توضيح دهيد.
 مدل اپران را توضيح دهيد.
 تنظيم بيان ژن در يوكاريوت‌ها را توضيح دهيد و تفاوت آن را با پروكاريوت‌ها بيان كنيد.
 انواع جهش را نام ببريد و توضيح دهيد.
 تاثير جهش را در پروتئين‌سازي توضيح دهيد.

مشاهده‌ي آرچيبلدگرو

” براي پدر و مادر كودك واقعه‌ي هولناكي بود. پوشك‌هاي مرطوب نوزادشان از لكه‌هاي تيره، يا تقريبا سياه‌ رنگي پوشيده شده بود. لابد بچه سخت بيمار است. دكتر آرچيبلدگرو پس از آن‌كه كودك را معاينه كرد، پدر و مادر نگران او را آسوده خاطر ساخت. كودك، مبتلا به بيماري بي‌خطري به‌نام آلكاپتونوريا شده بود كه از تراكم آلكاپتون (كه نام ديگر آن هموجنتيسيك اسيد است) ناشي مي‌شود. آلكاپتون در مجاورت هوا، رنگي تيره به‌خود مي‌گيرد و به اين علت، پوشك‌هاي كودكان مبتلا، سياه رنگ مي‌شود.”
دكتر گرو در كتاب” خطاهاي مادرزادي متابوليسم” كه يك سال پيش از اين واقعه منتشر كرده بود، آلكاپتونوريا را به‌خوبي شرح داده بود.

 

 بنا به نظر دكتر گرو در افراد سالم، آنزيمي وجود دارد كه آلكاپتون موجود در ادرار را تجزيه مي‌كند اما در بيماران مبتلا به آلكاپتونوريا، اين آنزيم وجود ندارد و به همين سبب در ادرار آن‌ها آلكاپتون ديده مي‌شود. از آنجا كه آلكاپتونوريا يك بيماري ارثي است، مي‌توان علت آن را به ماده‌ي وراثتي يا ژن‌ها نسبت داد. به اين ترتيب، گرو در واقع توانست بين يك نقص ژني (بيماري آلكاپتونوريا) و يك نقص آنزيمي (آنزيم تجزيه كننده‌ي آلكاپتون) را بطه برقرار كند.


گرو، بر اين باور بود كه ژن‌ها از طريق توليد آنزيم كار خود را انجام مي‌دهند اما نتوانست در زمان خود، اين انديشه را به‌وضوح ثابت كند.

 

آزمايش بيدل و تيتوم

 

بهترين مدركي كه نشان داد ژن‌ها توليد آنزيم‌ها را رهبري مي‌كنند، از آزمايش جورج بيدل و ادوارد تيتوم در سال ۱۹۴۰ حاصل شد. آنان مي‌دانستند كه پرتو X باعث ايجاد جهش مي‌شود. بر همين اساس، آنان كپك نوروسپورا كراسا را تحت تابش پرتو X قرار دادند تا ببينند پي‌آمد آن چيست؟ وقتي ژني خراب مي‌شود، چه اتفاقي رخ خواهد داد؟ آيا واقعا وقتي ژني خراب مي‌شود، آنزيم هم ساخته نمي‌شود؟

 

كپك نوروسپوراكراسا

كپك نوروسپورا كراسا يا كپك سياه نان، قارچي است كه هاگ توليد مي‌كند. هاگ‌ها درون كيسه‌هايي به‌نام “آسك” پديد مي‌آيند.

 

 در هر آسك، هشت‌ هاگ وجود دارد كه از تقسيم ميوز I و II و يك تقسيم ميتوز زيگوت تشكيل شده‌اند.


كپك نوروسپورا نيازهاي تغذيه‌اي ساده‌اي دارد. اين كپك در محيط كشت ساده‌اي كه فقط شامل قند، مواد معدني و ويتامين بيوتين است رشد مي‌كند و كليه مواد آلي پيچيده‌اي را كه نياز دارد، از همين مواد ساده مي‌سازد. محيط كشتي را كه شامل اين مواد است، “محيط كشت حداقل” مي‌نامند.

 

نگاهي كلي به آزمايش بيدل و تيتوم

 

 

مرحله‌‌ي اول: توليد نوروسپوراهاي جهش يافته

بيدل و تيتوم از پرتوهاي X و فرابنفش براي ايجاد جهش استفاده كردند. آنان كپك‌هايي را كه در محيط كشت روييده بودند، تحت تابش پرتو قرار دادند.


Xايجاد جهش در کپک نوروسپورا به‌وسيله‌ی پرتو

 گرچه همه‌ي سلول‌ها پرتو را دريافت مي‌كنند، اما هدف بيدل و تيتوم ايجاد جهش در هاگ‌ها بود بايد توجه داشت كه فقط بعضي از هاگ‌ها جهش مي‌يابند نه همه‌ي آن‌ها. اگر هاگ جهش يابد، نوروسپورايي كه از آن مي‌رويد نيز جهش يافته خواهد بود و اين جهش يافتگي نسل به نسل منتقل مي‌شود.


 هاگ‌هايي كه جهش يافته‌اند نمي‌توانند در محيط كشت حداقل رشد كنند. بنابراين، بيدل و تيتوم پس از آن‌كه هاگ‌ها را يكي‌يكي از آسك‌ها خارج كردند، آن‌ها را در محيط كشت كامل قرار دادند تا برويند. محيط كشت كامل محيطي است كه تمام مواد لازم براي رشد را دربر دارد.



با روييدن هاگ‌ها در محيط‌هاي كشت كامل، نروسپورهايي پديد مي‌آيد كه بعضي از آن‌ها جهش يافته‌اند و بعضي ديگر سالم. اما چگونه مي‌توان فهميد كه نوروسپوراي جهش يافته كدام است؟

 

مرحله دوم: تشخيص جهش يافته‌ها

 

نوروسپورايي كه جهش يافته است، نمي‌تواند همه‌ي مواد مورد نيازش را از محيط كشت حداقل بسازد و بنابراين ديگر نمي‌تواند روي محيط كشت حداقل رشد كند. بيدل و تيتوم از همين خاصيت براي جدا كردن نوروسپوراها استفاده كردند.


وقتي نوروسپوراها در لوله‌هاي آزمايش‌ حاوي محيط كشت كامل به اندازه‌ي كافي رشد كردند و تعدادشان زياد شد، از هر لوله‌ي آزمايش تعداد كمي نوروسپورا را به‌عنوان نمونه برداشتند و به محيط كشت حداقل منتقل كردند. نوروسپوراهايي كه جهش يافته‌اند در اين محيط قادر به رشد نيستند و به اين ترتيب از نوروسپوراهاي سالم تشخيص داده مي‌شوند.

 

مرحله‌ سوم: تشخيص نوع ماده‌اي كه ساخته نمي‌شود

بيدل و تيتوم صدها لوله‌ي آزمايش، محتواي محيط كشت حداقل تهيه كردند و به هركدام يكي از مواد لازم براي رشد را افزودند. سپس كپك جهش يافته را در اين لوله‌ها قرار دادند. در هر لوله‌اي كه كپك رشد كرد، معلوم مي‌شود كه ماده‌ي موجود در آن لوله را نمي‌توانسته بسازد. در شكل زير، كپك مورد نظر آمينو اسيد آرژينين را نمي‌تواند بسازد.

 

 

 

پيشنهاد مسير متابوليسمي براي سنتز آرژينين

 

جهش يافته‌هايي كه نيازمند آرژينين هستند، سه دسته‌اند:

–        آن‌هايي كه در حضور آرژينين، سيترولين يا ارنيتين رشد مي‌كنند.

–        – آن‌هايي كه در حضور آرژينين يا سيترولين رشد مي‌كنند. – آن‌هايي كه فقط در حضور آرژينين رشد مي‌كنند.



چه رابطه‌اي بين آرژينين، سيترولين و ارنيتين وجود دارد؟ بيدل و تيتوم با مفهوم مسيرهاي متابوليك آشنا بودند. آنان مي‌دانستند كه در سلول هر مولكول از يك پيش ماده ساخته مي‌شود. اين پيش ماده توسط واكنش‌هاي پي‌درپي به مولكول‌هاي حد واسطي تبديل مي‌شود تا اين‌كه سرانجام مولكول مورد نظر ساخته شود. بر اين اساس آنان مسير زير را براي سنتز آرژينين پيشنهاد كردند.

 

 

پيشنهاد نظريه

چرا مسير سنتز آرژينين با ايجاد جهش در ژن‌ها متوقف مي‌شود؟ فرضيه‌ي بيدل و تيتوم و تيتوم اين بود كه هر يك از واكنش‌هاي مسير سنتز آرژينين توسط آنزيم مخصوص كاتاليزگر مي‌شود كه هر كدام به‌وسيله‌ي يك ژن ساخته مي‌شوند:


در جهش يافته‌هايي كه در حضور هر سه ماده ارنيتين، سيترولين يا آرژينين رشد مي‌كنند، ژن ۱ دچار جهش شده است و بنابراين آنزيم ۱ ساخته نمي‌شود.


در جهش يافته‌هايي كه در حضور آرژينين يا سيترولين رشد مي‌كنند، اما در حضور ارنيتين رشد نمي‌كنند، ژن ۲ دچار جهش شده است و بنابراين سلول توانايي تبديل انيتين به سيترولين را از دست داده است:


در جهش‌يافته‌هايي كه فقط در حضور آرژينين رشد مي‌كنند، ژن ۳ دچار جهش شده است و بنابراين آنزيم ۲ ساخته نمي‌شود. در نتيجه سلول توانايي تبديل سيترولين به آرژينين را از دست داده است و در نتيجه فقط در حضور آرژينين است كه مي‌تواند زنده بماند.

بر اساس مشاهدات بالا، بيدل و تيتوم نظريه‌ي يك ژن – يك آنزيم را ارائه كردند كه بر مبناي آن هر ژن مسوول ساختن يك آنزيم است.


اين نظريه، نقطه‌ي عطفي در تاريخ زيست‌شناسي به‌شمار مي‌رود چون توانست پرده از كار ژن‌ها بردارد. جورج بيدل، ادوارد تيتوم به‌سبب ارايه اين نظريه در سال ۱۹۵۸٫موفق به اخذ جايزه‌ي نوبل در رشته فيزيولوژي.شدند.


تحقيقات بعدي نشان داد كه ژن‌ها مسوول توليد پروتئين‌هاي ديگري به‌جز آنزيم‌ها نيز هستند، مثل هموگلوبين. بنابراين اين نظريه به نظريه‌ي يك ژن 
 يك پي‌پيتيد تغيير نام يافت ولي اين، چيزي از اهميت دستاورد پژوهش‌هاي بيدل و تيتوم نمي‌كاهد.

RNA رابطه‌ي بين DNA و پروتئين را برقرار مي‌كند

بعد از ارائه‌ي ‌نظريه‌ی يک ژن – يک آنزيم، سوال جديدی برای زيست‌شناسان مطرح شد. آنان می‌دانستند که جايگاه ژن‌ها در هسته اما جايگاه پروتئين‌سازی در سيتوپلاسم است و فضای هسته و سيتوپلاسم توسط غشای هسته از يکديگر جدا شده است. پس چگونه ژن می‌تواند پروتئين بسازد؟ آنان به اين نتيجه رسيدند که نوعی “مولکول ميانجی” بايد ارتباط بين هسته و سيتوپلاسم را برقرار کند. اما ماهيت اين مولکول چيست؟ اين سوال‌ها تا مدت‌ها ذهن زيست‌شناسان را به‌خود مشغول کرده بود تا اين‌که آنان به شواهدی دست يافتند که نشان داد نوعی مولکول RNAاطلاعات ژنتيک را از هسته به سيتوپلاسم منتقل می‌کند. اين RNA را “RNA پيک يا mRNA” می‌نامند. بعضی از اين شواهد در اينجا آورده شده‌اند:

 ۱- RNA هم در هسته وجود دارد و هم در سيتوپلاسم

۲- غلظت RNA با غلظت پروتئين رابطه‌ی مستقيم دارد. هر وقت که پروتئين‌سازی بيش‌تر می‌شود، غلظت RNA هم افزايش می‌يابد.

 ۳- RNA و DNA هر دو نوکلئيک اسيد هستند و امکان ساخته شدن يکی از روی ديگری وجود دارد.

 چنان‌که در شکل مشاهده مي‌‌شود، ابتدا از روی ژن، که بخشی از DNA است، mRNA ساخته می‌شود سپس mRNA برای ساختن پروتئين مورد استفاده قرار می‌گيرد.


                 (mRNA  رابطه‌ی بين ژن و پروتئين را برقرار می‌کند)

رابطه‌ی بين DNA ، RNA و پروتئين در انيميشن زير به نمايش گذاشته شده است.

 

RNA

نام كامل RNA ريبونوكلئيك اسيد است. RNA نوعي نوكلئيك اسيد است و بنابراين واحدهاي مونومري آن نوكلئوتيدها هستند.

 

 

 قند موجود درنوكلئوتيدهاي RNA ريبوز است.

 

 

نوکلئوتيدهای RNA عبارت‌اند از: آدنين(A)، يوراسيل(U)، سيتوزين(C) و گوانين(G).

 


بازها را بر اساس تعداد حلقه‌ها به دو گروه تقسيم می‌کنند. اين تقسيم‌بندی در انيميشن زير آمده است.

 
RNA برخلاف DNA فقط از يک رشته ساخته شده است.

چنان‌که مشاهده می‌شود، RNA سه تفاوت عمده با DNA دارد:


۱- تک رشته‌ای است.

 ۲- به‌جای تيمين(T) يوراسيل(U) دارد.

 ۳- قند به‌کار رفته در آن ريبوز است نه دئوکسی ريبوز.

 RNA می‌تواند با DNA رابطه‌ی مکملی برقرار کند به اين ترتيب که (A) با (U) و (C) با (G) جفت می‌شود.

رونويسي

RNA از روي DNA ساخته مي‌شود. ساخته شدن RNA از روي DNA را “رونويسي ” مي‌گويند. رونويسي به‌وسيله‌ي آنزيم ” RNA پلي‌مراز ” صورت مي‌گيرد.


 (رونويسي، اولين مرحله‌‌ي خوانده شدن ژن است.)

 

رونويسی براساس وجود رابطه‌ی مکملی بين بازها انجام می‌شود. در شکل زير mRNA ای براساس رابطه‌ی مکملی از روی يکی از دو رشته‌ی DNA ساخته می‌شود، نشان داده شده است.

 

رونويسي در پروكاريوت‌ها

اساس رونويسي در پروكاريوت‌ها و يوكاريوت‌ها يكسان است. ما در اينجا رونويسي پروكاريوت‌ها را بررسي مي‌كنيم.
رونويسي در سه مرحله صورت مي‌گيرد:
مرحله‌ي اول: آغاز
مرحله‌ي دوم: ادامه
مرحله‌ي سوم: پايان

مرحله‌ی‌۱:
رونويسي با اتصال 
RNA پلي‌مراز به قسمتي از DNA به‌نام ” راه‌انداز ” آغاز مي‌شود. ” راه‌انداز ” قسمتي از DNA است كه به آنزيم امكان مي‌دهد رونويسي را از محل درست آغاز كند و اين‌كار را مثلا از وسط ژن آغاز نكند. اگر RNA پلي‌مراز روي قسمتي از DNA بنشيند كه آنجا راه‌انداز نباشد، آنقدر روي DNA حركت مي‌كند تا به راه‌انداز برسد.

 

مرحله‌ي ۲:
RNA پلي‌مراز دو رشته‌ي DNA را از يكديگر باز مي‌كند و يكي از دو رشته‌ي DNA را رونويسي مي‌كند. به اين ترتيب كه در مقابل هريك از رئوكسي ريبونوكلئوتيدهاي آن، ريبونوكلئوتيد مكمل را قرار مي‌دهد و هر ريبونوكلئوتيد را به ريبونوكلئوتيد قبلي وصل مي‌كند. اولين نوكلئوتيدي از DNA را كه رونويسي مي‌شود، ” جايگاه آغاز رونويسي ” مي‌نامند. 
در انيميشن زير چگونگی باز شدن دو رشته‌ي
DNA طی رونويسی به نمايش گذاشته شده است.

چنانکه گفته شد، رونويسی براساس رابطه‌ی مکملی بين بازها صورت می‌گيرد. نحوه‌ی رونويسی شدن 
DNA در انيميشن زير به خوبی نشان داده شده است.

 

 

مرحله‌ي ۳:
در انتهاي ژن، قسمت مخصوصي وجود دارد كه به آن ” جايگاه پايان رونويسي ” مي‌گويند. با رونويسي شدن اين جايگاه، 
mRNA، DNA و آنزيم RNA پلي‌مراز از يكديگر جدا مي‌شوند و رونويسي پايان مي‌پذيرد.

 
نحوه‌ی عمل آنزيم 
RNA پلی‌مراز، در انيميشن زير به نمايش گذاشته شده است.

 

 کليه مراحل رونويسی بدون درنگ به‌د‌نبال هم اجرا می‌شوند. در فيلم زير مراحل رونويسی نشان داده شده است.

 RNAهايی که در حال ساخته شدن هستند ساختارهای پر مانندی را به نمايش می‌گذارند.

 

 علت ايجاد چنين ساختاری اين است که به محض ترک راه اندازتوسط RNA پلی مراز، آنزيم ديگری می‌تواند روی آن بنشيند و رونويسی را آغاز کند. بنابراين در حالی که آنزيم اول قدری از رونويسی را به پيش برده است آنزيم دوم تازه رونويسی را آغاز کرده است. در نتيجه طولRNAای که آنزيم دوم ساخته است از طول ‌RNAای که آنزيم اول ساخته است کوتاه‌تر است. اين روند همچنان ادامه پيدا می‌کند. به اين معنی که وقتی آنزيم دوم راه انداز را ترک کرد آنزيم سوم روی راه‌انداز می‌نشيند و RNA که می‌سازد از RNA که آنزيم دوم در حال ساختن آن است کوتاه‌تر است.

رونويسي در يوكاريوت‌ها

رونويسي در يوكاريوت ها با رونويسي در پروكاريوت ها سه تفاوت مهم دارد:
۱٫ سلول‌هاي پروكاريوتي فقط يك نوع آنزيم 
RNA پلي‌مراز دارند اما در يوكاريوت‌ها سه نوع آنزيم RNA پلي‌مراز يافت مي‌شود. اين سه نوع در جدول زير آورده شده‌اند.


                      (انواع RNA‌هاي يوكاريوتي )


۲٫تفاوت ديگر اين است كه در يوكاريوت‌ها آنزيم 
RNA پلي‌مراز قادر نيست به تنهايي راه‌انداز را شناسايي كند. اتصال آنزيم به راه‌انداز به‌كمك پروتئين‌هاي ويژه‌اي به‌نام ” عوامل رونويسي ” صورت مي‌گيرد.

۳٫ در يوكاريوت‌ها RNA قبل از خروج از هسته دستخوش تغيير مي‌شود و به RNA بالغ تبديل مي‌گردد. 

رونويسي به‌كمك آنزيم RNA پلي‌مراز انجام مي‌شود. سلول‌هاي پروكاريوتي فقط يك نوع آنزيم RNA پلي‌مراز دارند اما در يوكاريوت‌ها سه نوع آنزيم RNA پلي‌مراز يافت مي‌شود. اين سه نوع در جدول زير آورده شده‌اند.

رمزهاي وراثتي

براساس نظريه‌ي يك ژن – يك پلي‌پيتيد پروتئين‌ها از روي DNA ساخته مي‌شوند. در DNAنام هر آمينو اسيد به‌صورت رمزي نوشته شده است. حروف اين رمز، همان نوكلئوتيدها هستند.DNA از چهار نوع نوكلئوتيد اما پروتئين از ۲۰ نوع آمينو اسيد ساخته شده است. حال سؤال اين است كه چهار نوكلئوتيد، چگونه مي‌توانند تعيين كننده‌ي ۲۰ آمينو اسيد باشند؟
پاسخ اين است كه نام هر آمينو اسيد در 
DNA، از سه حرف (نوكلئوتيد) تشكيل شده است. مثلاً رمز فنيل آلانين، TTT است. به اين ترتيب، با حروف ، ، C و G، مي‌‌توان ۶۴ رمز سه حرفي نوشت كه اين تعداد، بيش‌تر از تعداد رمز لازم براي ۲۰ نوع آمينو اسيد است. در اين صورت، يك آمينو اسيد ممكن است بيش از يك رمز داشته باشد.

 

كدون

هر رمز سه نوكلئوتيدي mRNA را يك ” كدون “ مي‌نامند. تعداد كل كدون‌ها ۶۴ عدد است. از اين تعداد، سه كدون، مربوط به هيچ آمينو اسيدي نيستند و در واقع، رمزهاي پايان ترجمه‌اند. ۶۱ كدون ديگر مربوط به ۲۰ آمينو اسيدند.

 

 چنان‌كه ملاحظه مي‌شود، تعداد ۶۱ كدون‌ها از تعداد ۲۰ آمينو اسيد بسيار بيش‌تر است. در واقع بعضي از آمينو اسيدها بيش از يك كدون دارند. در جدول زير كدون‌هاي مربوط به هر آمينو اسيد آورده شده‌اند. كدون آغاز ترجمه AUG است و فقط يكي است. AUG كدون آمينو اسيد متيونين است. يعني اولين آمينو اسيدي كه از mRNA ترجمه مي‌شود، متيونين است. 

رمز DNA چگونه شناخته شد؟

مارشال نيرنبرگ و همكارانش اولين گروهي بودند كه موفق به كشف رمز DNA شدند.

آزمايش آنان به ترتيب زير است:
۱- ابتدا انواعي از 
mRNA با توالي مشخص، مثلا . . . UUUUUU . . . ساختند.
۲- هر 
mRNA را در لوله‌ي آزمايش كه حاوي ريبوزوم، ۲۰ نوع آمينو اسيد و عصاره‌ي سلولي بود، قرار دادند.
۳- گروه نيرنبرگ، پلي‌پپتيد ساخته شده در لوله‌ي آزمايش را بررسي كردند و نوع آمينو اسيدهاي آن را معلوم كردند.
۴- آنان دريافتند كه وقتي 
mRNA فقط از U ساخته شده باشد، پلي‌پپتيد ساخته شده فقط آمينواسيد فنيل آلانين خواهد داشت. درواقع UUU رمز فنيل آلانين است.

 

ترجمه

 

ساخته شدن پروتئين از روي mRNA را ” ترجمه “ مي‌نامند، چون زبان نوكلئيك اسيدها (كه حروف آن نوكلئوتيدي است) به زبان پروتئين‌ها (كه حروف آن آمينو اسيدي است) ترجمه مي‌شود.
ترجمه به‌وسيله‌ي ريبوزوم و انوع 
RNA صورت مي‌گيرد.

ريبوزوم

ريبوزوم، دستگاه پرتئين‌سازي سلول است. هر ريبوزوم از دو بخش تشكيل شده است. يكي بخش كوچك و ديگري بخش بزرگ.

 

 براي سادگي، ريبوزوم‌ها را به‌‌شكل زير نمايش مي‌دهند.

هر دو اين بخش‌ها از RNA و پروتئين ساخته شده‌اند. RNA به‌كار رفته در ساختار ريبوزوم را “RNA ريبوزومي ” يا ” rRNA ” مي‌نامند. rRNAها مولكول‌هايي بزرگ‌اند و روي خود تاخوردگي‌هاي متعددي دارند.
زماني تصور مي‌شد كه انواع 
Rrna فقط داربستي را به‌وجود مي‌آورند كه پروتئين‌هاي ريبوزومي روي آن قرار گرفته‌اند. اكنون مي‌دانيم كه rRNAها علاوه بر نقش‌ فوق مي‌توانند در فعاليت‌هاي آنزيمي ريبوزوم با پروتئين‌هاي آن همكاري كنند.
در هر ريبوزوم، دو جايگاه وجود دارد كه به‌نام‌هاي جايگاه 
A و جايگاه P خوانده مي‌شوند.

جايگاه A محل ورود آمينو اسيد و جايگاه P محل قرارگيري پلي‌پپتيد در حال ساخت است. با اين دو جايگاه در بخش‌ “مراحل ترجمه” آشنا خواهيم شد.

انواع RNA

در فرايند پرتئين‌سازي، سه نوع RNA شركت دارند.
۱- 
RNA پيك يا mRNA كه اطلاعات را از DNA به ريبوزوم‌ها منتقل مي‌كند.
۲- 
RNA ناقل يا tRNA كه آمينو اسيدها را به ريبوزوم‌ها منتقل مي‌كند.
۳- 
RNA ريبوزومي يا rRNA كه در ساختار ريبوزوم‌ها شركت دارد.


 انواع RNA در انيميشن زير نشان داده شده است.

 

 

با RNA پيك و RNA ريبوزومي به ترتيب در بخش‌هاي رونويسي و ريبوزوم آشنا شديم. در ادامه ساختار RNA ناقل را از نظر مي‌گذرانيم.

RNA ناقل

RNA ناقل يا tRNA، آمينو اسيدها را به ريبوزوم منتقل مي‌كند. ساختار اين مولكول در شكل نشان داده شده است. همان‌طور كه مي‌بينيد، ساختار tRNA شبيه برگ گياه شبدر است و بنابراين به آن ” ساختار برگ شبدري ” مي‌گويند.

هر مولكول tRNA دو جايگاه دارد: يكي براي اتصال به آمينو اسيد و ديگري براي اتصال بهmRNA.
جايگاه اتصال به 
mRNA را ” آنتي كدون‌ ” مي‌نامند. هر آنتي كدون از سه نوكلئوتيد تشكيل شده است. اين سه نوكلئوتيد مكمل سه نوكلئوتيد كدون در mRNA هستند. آنتي‌كدون هرtRNA مكمل كدون آمينو اسيدي است كه حمل مي‌كند. مثلاً آنتي كدون tRNA‌اي كه حامل متيونين است، مكمل كدون متيونين است و بنابراين فقط به اين كدون متصل مي‌شود.
بايد توجه داشت كه شكل واقعي 
tRNA در سلول شبيه حرف L است.

ساختارها مانند مدل مولکول‌های tRNA در انيميشن زير نشان داده شده است. در اين شكل دو جايگاه اتصال به mRNA و آمينو اسيد به حد كافي از يكديگر دور هستند و بنابراين مي‌توانند بدون دخالت در كار هم، ايفاي نقش كنند.

مراحل ترجمه

ترجمه در سه مرحله‌ي آغاز، ادامه و پايان قابل بررسي است.
مرحله‌ي آغاز
پيش از آغاز ترجمه، دو بخش كوچك و بزرگ ريبوزوم از يكديگر جدا هستند به هنگام آغاز ترجمه، بخش كوچك به 
mRNA مي‌پيوند به گونه‌اي كه كدون آغاز (AUG)، كه مربوط به متيونين است، در جايگاه P قرار گيرد. سپس اولين tRNA، كه ” tRNA آغاز‌گر ” نام دارد، به مجموعه‌ي فوق اضافه شده، با كدون آغاز رابطه‌ي مكملي برقرار مي‌كند. در پايان، بخش بزرگ هم به مجموعه‌ي ياد شده مي‌پيوندد و ساختار ريبوزوم براي ترجمه كامل مي‌شود.

در انيميشن زير مرحله‌ی آغاز به‌نمايش گذاشته شده است.

 

مرحله‌ي ادامه
دومين كدون 
mRNA در جايگاه A قرار دارد و بايد آمينو اسيدي كه مربوط به اين كدون است به‌وسيله‌ي tRNA به جايگاه A آورده شود. با ورود اين tRNA به جايگاه A، مرحله‌ي ادامه‌ي ترجمه شروع مي‌شود. در اين هنگام:
(۱) آنتي كدون 
tRNA با كدون mRNA رابطه‌ي مكملي برقرار مي‌كند.
(۲) آمينو اسيد، از روي 
tRNA موجود در جايگاه A جدا شده، با آمينو اسيد موجود در جايگاه Pپيوند پپتيدي برقرار مي‌كند.
(۳) ريبوزوم به اندازه‌‌ي يك كدون در طول 
mRNA جابه‌جا مي‌شود. در حين اين جابه‌جايي،tRNA موجود در جايگاه P (كه آمينو اسيد از آن جدا شده بود) اين جايگاه را ترك مي‌كند وtRNA موجود در جايگاه A، همراه با دي پپتيدي كه حمل مي‌كند، به جايگاه P منتقل مي‌شود. به اين ترتيب جايگاه A، كه اكنون سومين كدون در آن قرار دارد، خالي شده، آماده‌ي پذيرشtRNA حامل آمينو اسيد سوم خواهد شد. اين چرخه هم‌چنان ادامه پيدا مي‌كند تا اين‌كه يكي از كدون‌هاي پايان در جايگاه A قرار گيرد.

(مرحله‌ی ادامه‌ی ترجمه)

مرحله پايان
با قرار گرفتن كدون پايان در جايگاه 
A، ترجمه‌ پايان مي‌پذيرد. براي كدون پايان، هيچ tRNAاي وجود ندارد. در عوض، پروتئين‌هاي ويژه‌اي وجود دارند كه مي‌توانند اين كدون را شناسايي كنند. با ورود اين پروتئين‌ها به جايگاه A، همه‌ي عوامل‌ (يعني mRNA، پلي‌پپتيد ساخته شده،tRNA، زير واحدهاي كوچك و بزرگ ريبوزوم) از هم جدا مي‌شوند. به اين ترتيب ترجمه خاتمه مي‌پذيرد.
(مرحله‌ی پايان ترجمه)

یک دیدگاه در “پروتئین سازی به زبان دیگر

پاسخ دهید

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