دوره آموزشی "مبنای مولکولی فرآیندهای زندگی"

برنامه درسی دوره

شماره روزنامه	مطالب آموزشی
	سخنرانی شماره 1. انواع اصلی پلیمرهای زیستی
	سخنرانی شماره 2. برهمکنش های درون مولکولی و بین مولکولی در پلیمرهای زیستی
	سخنرانی شماره 3. اسیدهای نوکلئیک تست شماره 1(تاریخ سررسید: 15 نوامبر 2004)
	سخنرانی شماره 4. مکانیسم های عملکرد پروتئین
	سخنرانی شماره 5. کد ژنتیکی تست شماره 2(تاریخ سررسید: 15 دسامبر 2004)
	سخنرانی شماره 6. بیوسنتز اسیدهای نوکلئیک
	سخنرانی شماره 7. مراحل مقدماتی بیوسنتز پروتئین
	سخنرانی شماره 8.بیوسنتز پروتئین و محلی سازی آن در سلول
کار نهایی توسعه درس است. آثار نهایی همراه با گواهی مؤسسه آموزشی (عملکرد اجرا) باید حداکثر تا تاریخ 7 بهمن 1384 به دانشگاه علوم تربیتی ارسال شود.

سخنرانی شماره 8. بیوسنتز پروتئین و محلی سازی آن در سلول

مرحله بعدی در بیوسنتز پروتئین، طویل شدن زنجیره پلی پپتیدی یا طویل شدن. این مرحله با حضور tRNA با پپتید در حال رشد در P-site (ناحیه پپتیدیل) مشخص می شود. اجازه دهید یادآوری کنم که در پایان شروع، یک tRNA آغازگر حامل متیونین وجود داشت که آنتی کدون آن با کدون آغازگر AUG مرتبط است. سایت A (محل aminoacyl) آزاد است و در مقابل آن روی mRNA یک کدون خاص به دنبال AUG وجود دارد.

برای مثال، اجازه دهید کدون UUC باشد که فنیل آلانین را کد می کند. از سیتوپلاسم، tRNA های مختلف حامل اسیدهای آمینه وارد محل A ریبوزوم می شوند. اگر آنتی کدون tRNA مکمل کدون روی mRNA باشد، tRNA محکم در محل A متصل می شود، اما اگر مکمل نباشد، به سرعت از آنجا خارج می شود. در مورد ما، یک tRNA حامل فنیل آلانین در محل A با آنتی کدون GAA متصل می شود.

این فرآیند با مشارکت پروتئینی به نام عامل افزایش طول 1 تسریع و دقت بیشتر می شود. اگر tRNA صحیح در سایت A متصل شود، آنگاه آن را با استفاده از انرژی هیدرولیز مولکول GTP در آنجا لنگر می‌اندازد. پس از این، فاکتور ازدیاد طول 1، متصل به تولید ناخالص داخلی، ریبوزوم را ترک می کند، و tRNA با فنیل آلانین به طور محکم محدود می شود. آمینواسیل-tRNA در سه بخش با ریبوزوم مرتبط می شود: حلقه آنتی کدون با کدون mRNA، قسمت میانی با زیر واحد کوچک و انتهای حامل اسید آمینه با زیر واحد بزرگ. این اتصال بسیار قوی است و aminoacyl-tRNA عملاً نمی تواند از A-site آزاد شود.

اکنون، وقتی tRNA آغازگر با متیونین، P-site را اشغال می کند، و tRNA دوم با فنیل آلانین به طور محکم در سایت A متصل می شود، انتهای 3 اینچی آنها در ناحیه مرکز پپتیدیل ترانسفراز ریبوزوم به هم نزدیک می شوند. یادآور می شوم که این مرکز پسماند پپتیدی را به گروه آمینو aminoacyl-tRNA منتقل می کند، در این حالت، باقیمانده پپتید، باقیمانده متیونینی است که توسط tRNA آغازگر آورده می شود و پس از این انتقال، گروه کربوکسیل متیونین یک پپتید تشکیل می دهد. پیوند با گروه آمینه فنیل آلانین (شکل 1).

توجه به این نکته ضروری است که انرژی ذخیره شده در پیوند متیونین با tRNA به اندازه کافی برای تشکیل پیوند پپتیدی فراوان است: انرژی هیدرولیز پیوند اسید آمینه با tRNA حدود 30 کیلوژول بر مول و انرژی هیدرولیز است. از پیوند پپتیدی تنها 2 کیلوژول بر مول است.

پس از انتقال باقی مانده فنیل آلانین، tRNA آغازگر، که با اسید آمینه مرتبط نیست، در سایت P باقی می ماند و در سایت A، tRNA فنیل آلانین باقی می ماند که به انتهای 3 اینچی آن دی پپتید متیونیل فنیل آلانین متصل می شود. اسید آمینه‌ای که ابتدا وارد ریبوزوم شد (متیونین) به انتهای N آزاد پپتید ختم می‌شود و دومین اسیدی که وارد ریبوزوم شد (فنیل آلانین) به انتهای 3 اینچی tRNA متصل می‌شود.

این موقعیت اجزا با عملکرد مراکز اتصال ریبوزوم مطابقت ندارد، بنابراین حرکت تک تک اجزا در ریبوزوم از نظر انرژی مطلوب می شود. به طور غیرمستقیم از انرژی برش پیوند متیونین با tRNA تامین می شود. این حرکت نامیده می شود مراحل انتقال.

در سیستم های بیوسنتز پروتئین مصنوعی درونکشتگاهیمی تواند خود به خود رخ دهد، اما با سرعت پایین. ظاهراً چنین حرکتی دارای یک سد انرژی نسبتاً بالایی است ، بنابراین در یک سلول زنده برای تسریع این فرآیند از انرژی پیوند پرانرژی دیگری که توسط مولکول GTP آورده می شود استفاده می شود.

ریبوزوم خود نمی تواند از GTP استفاده کند، اما یک محل اتصال برای پروتئین های کمکی دارد. این جابجایی شامل پروتئینی به نام فاکتور افزایش طول ۲ است. با استفاده از انرژی حاصل از هیدرولیز GTP، اجزای متصل به ریبوزوم را حرکت می دهد. در این حالت، tRNA حامل پپتید، P-site را اشغال می کند و tRNA خالی را از آنجا جابجا می کند. این tRNA از ریبوزوم خارج می‌شود و می‌تواند اسید آمینه جدیدی را بچسباند. همراه با tRNA، mRNA نیز حرکت می کند، در حالی که ارتباط mRNA با پپتیدیل-tRNA حفظ می شود و tRNA مرتبط با کدون مکمل آن در سایت P ظاهر می شود. هیچ tRNA در سایت A وجود نخواهد داشت، اما کدون mRNA بعدی در مقابل آن قرار خواهد گرفت.

بدین ترتیب وضعیتی که در ابتدای کشیدگی بود تکرار می شود. اکنون aminoacyl-tRNA بعدی وارد A-site می شود که آنتی کدون آن مکمل کدون موجود در A-site است. به عنوان مثال، اگر یک کدون CCG در محل A وجود داشته باشد، tRNA با آنتی کدون CGG، حامل پرولین، به آن متصل می شود، و اگر یک کدون UAC وجود داشته باشد، tRNA با آنتی کدون GUA، حامل تیروزین، به آن متصل می شود. آی تی. همانطور که در مورد اولین tRNA حامل فنیل آلانین، این فرآیند با مشارکت فاکتور افزایش طول 1 رخ می دهد و با هیدرولیز GTP همراه است.

اجازه دهید کدون روی mRNA UCG و محل A tRNA با آنتی کدون CGA باشد. اسید آمینه (سرین) که توسط این tRNA آورده می شود، وارد مرکز پپتیدیل ترانسفراز می شود که دی پپتید متیونیل فنیل آلانین را از محل P به گروه آمینه سرین منتقل می کند. در نتیجه، سایت A حاوی tRNA حامل تری پپتید متیونیل- فنیل آلانیل-سرین است و سایت P حاوی tRNA آزاد خواهد بود.

همانطور که پس از تشکیل اولین پیوند پپتیدی، این حالت از نظر انرژی نامطلوب است، بنابراین جابجایی مجدد با مشارکت فاکتور افزایش طول 2، همراه با هیدرولیز GTP رخ می دهد. پس از جابجایی، tRNA با تری پپتید به سایت P ختم می شود و سایت A آزاد می شود و کل فرآیند تکرار می شود.

توالی فرآیندهای آمینواسیل-tRNA به A-site، تشکیل پیوند پپتیدی و جابجایی نامیده می شود. چرخه طویل شدن(شکل 2). برای انجام این فرآیند، ماهیت اسیدهای آمینه مهم نیست، بلکه فقط مکمل بودن کدون روی mRNA و آنتی کدون tRNA ضروری است. بنابراین، با تکرار چرخه افزایش طول، ریبوزوم می تواند هر پروتئینی را سنتز کند که توالی آن تنها با توالی نوکلئوتیدها در mRNA تعیین می شود. در این حالت، باقی مانده متیونین که اول می شود همیشه در انتهای N آزاد پپتید سنتز شده قرار می گیرد و باقی مانده اسید آمینه که در آخر قرار می گیرد به انتهای 3 اینچی tRNA متصل می شود.

اغلب، چندین ریبوزوم پروتئین را به صورت متوالی بر روی یک mRNA سنتز می کنند. این امکان استفاده کارآمدتر از mRNA و سنتز مولکول های پروتئین بیشتری را در واحد زمان فراهم می کند. چنین ساختارهایی، متشکل از یک mRNA و چندین ریبوزوم که روی آن کار می کنند، پلی زوم نامیده می شوند (شکل 3).

تشکیل هر پیوند پپتیدی در ریبوزوم با هیدرولیز دو مولکول GTP همراه است و علاوه بر این، ریبوزوم از انرژی اتصال اسید آمینه با tRNA استفاده می کند که برای تشکیل آن دو پیوند ATP پر انرژی مصرف می شود. بنابراین، فرآیند بیوسنتز پروتئین از نظر انرژی بسیار بیهوده است: حدود 120 کیلوژول بر مول پیوند تشکیل شده مصرف می شود و کار مفید (شامل انرژی پیوند پپتیدی، جابجایی و کاهش آنتروپی) حدود 12 کیلوژول بر مول است. چنین مصرف انرژی زیاد، نرخ بالای بیوسنتز پروتئین و مقاومت آن را در برابر عوامل مختلف نامطلوب تضمین می کند.

روند طویل شدن تا زمانی ادامه می یابد که یک کدون توقف وارد سایت A شود که هیچ tRNA با کدون مکمل در سلول وجود ندارد. به یاد بیاورید که کدون های توقف UAA، UAG، UGA هستند. در این کدون ها، روند افزایش طول متوقف می شود و مرحله نهایی بیوسنتز پروتئین که پایان نامیده می شود، آغاز می شود.

پروتئین های کمکی به نام عوامل خاتمه. یوکاریوت ها دارای یکی از این عوامل هستند، در حالی که پروکاریوت ها چندین عامل دارند. این پروتئین ها کدون های توقف را می شناسند و به جای tRNA در محل A به ریبوزوم متصل می شوند. در همان زمان، آنها یک مولکول آب را به مرکز پپتیدیل ترانسفراز ریبوزوم جایگزین می کنند، که پپتید سنتز شده به آن منتقل می شود، یعنی. هیدرولیز پیوند بین پپتید سنتز شده و tRNA رخ می دهد.

این منجر به این واقعیت می شود که tRNA آزاد شده ریبوزوم را ترک می کند و پپتید حاصل آزاد می شود و به طور مستقل شروع به وجود می کند. ریبوزوم معمولاً به زیر واحدها تجزیه می شود و mRNA را آزاد می کند. با این حال، در پروکاریوت‌های روی ماتریس‌های پلی سیسترونیک، ریبوزوم اغلب در امتداد mRNA به سمت ابتدای ناحیه کدکننده پروتئین بعدی حرکت می‌کند و سنتز را روی همان mRNA آغاز می‌کند.

یک پپتید سنتز شده توسط یک ریبوزوم اغلب ساختار ثانویه و سوم مشخصه خود را در طول فرآیند بیوسنتز به دست می آورد و می تواند فعالیت بیولوژیکی خود را نشان دهد. در موارد دیگر، پروتئین تنها پس از آزاد شدن از ریبوزوم، ترکیب مشخصه خود را به خود می گیرد. گروه سوم پروتئین ها به پروتئین های کمکی به نام چپرون برای تاخوردگی صحیح نیاز دارند.

با این حال، اغلب پپتید تشکیل شده روی ریبوزوم فعال نیست. برای تشکیل یک پروتئین فعال، اصلاحات بعدی اغلب مورد نیاز است. این فرآیند نامیده می شود بلوغ پروتئین. ممکن است شامل فرآیندهای مختلفی باشد.

اولاً، اولین بقایای متیونین که سنتز آن آغاز شد تقریباً همیشه از پروتئین جدا می شود. اغلب، علاوه بر آن، چندین اسید آمینه دیگر نیز جدا می شوند. گاهی اوقات بخش هایی از وسط زنجیره پلی پپتیدی جدا می شوند، سپس پروتئین نهایی که به شکل یک زنجیره پلی پپتیدی روی یک mRNA سنتز می شود، به پروتئینی متشکل از دو زیر واحد تبدیل می شود. علاوه بر این، تغییرات شیمیایی در باقی مانده‌های اسید آمینه فردی می‌تواند رخ دهد.

رایج ترین اصلاحات عبارتند از افزودن اسید فسفریک به باقی مانده های سرین، ترئونین و تیروزین، متیلاسیون گروه های آمینه لیزین و هیستیدین و اکسیداسیون پرولین. اما قابل توجه ترین تغییرات پروتئین ها گلیکوزیلاسیون آنهاست، یعنی. افزودن مونو یا الیگوساکارید به آنها.

چنین تغییراتی به ویژه در پروتئین های یوکاریوتی رایج است. در برخی موارد، جرم باقی مانده های کربوهیدرات متصل با جرم خود پروتئین قابل مقایسه است. پروتئین هایی که در سطح سلول ها قرار دارند یا توسط سلول ها در محیط آزاد می شوند، بیشتر گلیکوزیله می شوند. این اصلاح پروتئین را در برابر عوامل دناتوره کننده مختلف و عملکرد آنزیم های پروتئولیتیک مقاوم تر می کند. علاوه بر این، گروه های کربوهیدرات روی پروتئین های سطح سلولی نقش مهمی در شناخت بین سلولی دارند.

توجه ویژه ای باید به سنتز پروتئین ها در اندامک ها و غشاهای سلولی شود. چنین پروتئین هایی نمی توانند در سیتوپلاسم تشکیل شوند، زیرا آنها نامحلول هستند و می توانند توده ها را تشکیل دهند. بنابراین، mRNA برای چنین پروتئین هایی یک توالی اسید آمینه خاص به نام پپتید سیگنال را رمزگذاری می کند. در انتهای N پروتئین قرار دارد، یعنی. ابتدا سنتز شد هنگامی که پپتید سیگنال از ریبوزوم خارج می شود، مجموعه خاصی از RNA و پروتئین به نام ذره SRP به آن متصل می شود. این ذره همچنین به ریبوزوم متصل می شود و از سنتز بیشتر پروتئین جلوگیری می کند.

سپس کمپلکس "ریبوزوم-SRP-ذره" یک کمپلکس پروتئینی ویژه در غشای شبکه آندوپلاسمی پیدا می کند که میل ترکیبی بالایی با ریبوزوم و پپتید سیگنال دارد. ذره SRP را جابجا می کند و ریبوزوم را به گونه ای متصل می کند که پپتید سنتز شده از یک کانال خاص به غشاء عبور می کند. اگر پروتئین غشایی سنتز شود، در طی فرآیند سنتز به غشاء وارد می شود. اگر پروتئین سنتز شده باید وارد اندامک شود یا از سلول خارج شود، سپس از طریق کانال به طرف دیگر غشاء می رود.

پس از اینکه پپتید سیگنال از غشاء عبور کرد، شکافته می شود. پروتئین باقیمانده معمولاً گلیکوزیله است و اگر پروتئین غشایی باشد، اغلب بقایای اسیدهای چرب یا رادیکال های هیدروکربنی به آن متصل می شوند.

توالی سیگنال های مختلفی برای مکان یابی مختلف در سلول وجود دارد. کمپلکس های متصل شونده به ریبوزوم بر روی غشاهای شبکه آندوپلاسمی معمولاً در مناطق خاصی از غشاء متمرکز می شوند. تعداد زیادی ریبوزوم به طور همزمان به این مکان ها متصل می شوند. در یک میکروسکوپ الکترونی، چنین مناطقی از غشاها شبیه شبکه خشن هستند.

علیرغم اشتراک مکانیسم های بیوسنتز پروتئین در موجودات مختلف، باید توجه داشت که ریبوزوم ها و سایر اجزای دستگاه سنتز پروتئین در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها تا حدودی متفاوت هستند. این مبنایی برای مهار خاص بیوسنتز پروتئین در باکتری ها تحت تأثیر برخی مواد، در درجه اول آنتی بیوتیک ها است. تقریباً نیمی از تمام آنتی بیوتیک های ضد باکتری شناخته شده بر روی ریبوزوم های باکتریایی اثر می گذارند و هیچ تأثیری بر ریبوزوم های حیوانات ندارند. چنین آنتی بیوتیک هایی عبارتند از تتراسایکلین، کلرامفنیکل (کلرامفنیکل)، اریترومایسین و بسیاری دیگر.

سوالات برای کار مستقل

1. چه فعل و انفعالی aminoacyl-tRNA را در A-site نگه می دارد؟

2. انرژی از کجا می آید و انرژی در فرآیند بیوسنتز پروتئین صرف چه چیزی می شود؟ کارایی این فرآیند چیست؟

3. چه عوامل پروتئینی در بیوسنتز پروتئین نقش دارند؟ وظایف آنها چیست؟

4. بلوغ پروتئین چیست؟

5. سنتز پروتئین های غشایی در کجا اتفاق می افتد؟

6. چه چیزی محل پروتئین سنتز شده را در سلول تعیین می کند؟

ادبیات

اسپرین A.S.اصول عملکرد ریبوزوم // مجله آموزشی سوروس. 1999. شماره 4. ص 2-9.

اسپرین A.S.بیوسنتز پروتئین: افزایش طول پلی پپتید و پایان ترجمه // مجله آموزشی سوروس. 1999. شماره 6. ص 2-7.

کار نهایی

مطالبی را برای درس در یکی از موضوعات زیر آماده کنید.

1. ساختار و عملکرد پروتئین ها.

2. ساختار و بیوسنتز اسیدهای نوکلئیک.

3. سنتز ماتریسی پلیمرهای زیستی. کد ژنتیکی.

4. بیوسنتز پروتئین روی ریبوزوم.

مطالب باید شامل یک سخنرانی (25 تا 30 دقیقه)، سؤالات تستی برای پاسخ شفاهی دانش آموزان در کلاس، و تست (5-8 با یک پاسخ صحیح و 3-5 با چندین پاسخ صحیح) برای آزمایش کتبی دانش همه باشد. دانش آموزان در کلاس

کار باید بر روی کامپیوتر یا ماشین تحریر روی برگه های استاندارد A4 تایپ شود. سبک ارائه رایگان است. حجم مواد محدود نیست.

اثر نهایی باید حداکثر تا 7 بهمن 94 به دانشگاه علوم تربیتی ارسال شود.

اولین پیوند پپتیدی به دلیل واکنش transpeptidation رخ می دهد که طی آن متیونین از tRNA آغازگر به گروه a-amino aa-tRNA در مرکز A منتقل می شود تا dipeptidyl-tRNA را تشکیل دهد. واکنش پپتیدیل ترانسفراز rRNA زیرواحد ریبوزومی بزرگ را کاتالیز می کند.

جابجایی. که دردر طی این مرحله به دلیل انرژی GTP و با مشارکت فاکتور افزایش طول EF2، ریبوزوم یک کدون را در جهت از انتهای mRNA 5 به 3 اینچ حرکت می دهد. در نتیجه، dipeptidyl-tRNA از مرکز A وارد مرکز P می شود و کدون بعدی در مرکز A ظاهر می شود. tRNAMet ریبوزوم را ترک می کند. سپس روند طبق طرح توصیف شده ادامه می یابد و مراحل 1-»2-»3 تکرار می شود.

خاتمه دادنترجمه پس از گنجاندن یکی از کدون های پایانی در مرکز A رخ می دهد: UAG، UGA، UAA. با مشارکت پروتئین های ویژه - 3 فاکتور پایان (RF1، RF2 و RF3) - برش هیدرولیتیک پلی پپتید سنتز شده از tRNA رخ می دهد. tRNA با هیدرولیز GTP از ریبوزوم آزاد می شود و ریبوزوم "خالی" به راحتی به زیر واحدها تجزیه می شود.

در حین ترجمه، زیر واحدهای کوچک و بزرگ ریبوزوم وظایف مختلفی را انجام می دهند. زیر واحد کوچک mRNA را متصل می کند و اطلاعات را با استفاده از tRNA و مکانیسم انتقال رمزگشایی می کند. زیر واحد بزرگمسئول تشکیل پیوندهای پپتیدی است. سهم اصلی در سازماندهی و تجلی فعالیت پپتیدیل ترانسفراز توسط rRNA انجام می شود.

بسیاری از ریبوزوم ها می توانند به طور همزمان در ترجمه یک mRNA شرکت کنند. هر ریبوزوم منطقه ای برابر با تقریباً 80 نوکلئوتید mRNA را اشغال می کند. بنابراین، ریبوزوم ها بر روی mRNA در فواصل حدود 100 نوکلئوتید قرار دارند و مجموعه ای به نام پلی زومی

در نتیجه پروتئین های فعال عملکردی تشکیل می شوند اصلاحات پس از ترجمهزنجیره های پلی پپتیدی سنتز شده روی ریبوزوم ها این اصلاحات عبارتند از:

الف. پروتئولیز جزئی.

ب- تغییرات اسیدهای آمینه: کربوکسیلاسیون، فسفوریلاسیون، یددار شدن، هیدروکسیلاسیون، اسیلاسیون و گلیکوزیلاسیون.

ب- تشکیل یک ساختار فضایی یا تاخوردگی، که در آن پروتئین‌های چپرون شرکت می‌کنند و از چین‌خوردگی صحیح زنجیره پلی‌پپتیدی اطمینان حاصل می‌کنند.

د- تشکیل پیوندهای دی سولفیدی بین بقایای سیستئین که در تشکیل ساختار سه بعدی پروتئین نقش دارند.

د- اضافه شدن گروه های مصنوعی.

ه- تشکیل ساختارهای الیگومری که با مشارکت چپرون ها نیز انجام می شود

سرکوب بیوسنتز ماتریکس را می توان با اصلاح ساختاری ماتریکس و ریبوزوم ها یا با غیرفعال کردن آنزیم ها به دست آورد. توقف سنتز DNA، RNA یا پروتئین باعث مرگ همه سلول ها می شود، بنابراین بسیاری از مهارکننده های بیوسنتز ماتریکس برای بدن انسان سم هستند.

الف-امانیتین- سمی که در بدن خارپشت سفید Amanita phalloides وجود دارد و RNA پلیمرازهای یوکاریوتی به ویژه RNA پلیمراز II را مهار می کند. انتروتوکسینعامل ایجاد کننده دیفتری یک مهارکننده خاص ترجمه در یوکاریوت ها است که یکی از عوامل افزایش طول را مسدود می کند.

آنتی بیوتیک ها،سرکوب روند رونویسی و ترجمه و خاص برای سیستم سنتز پروتئین پروکاریوت ها، می تواند به عنوان داروهای ضد باکتری استفاده شود و آنتی بیوتیک هایی که عملکرد ماتریکس DNA را مختل می کنند در درمان نئوپلاسم های بدخیم کاربرد دارند و داروهای ضد تومور هستند (به عنوان مثال، دوکسوروبیسین، داونومایسین).

در سال‌های اخیر، تحقیقاتی برای ایجاد داروهایی انجام شده است که از تحویل مهارکننده فقط به سلول‌های تومور اطمینان حاصل می‌کند. این امر با اتصال آنتی بیوتیک های سیتوتوکسیک به پروتئین ها به دست می آید، گیرنده هایی که عمدتاً در سلول های تومور یافت می شوند.

برخی از آنتی بیوتیک ها - ریفامپیسین، اریترومایسین، تتراسایکلینو دیگران - به طور انتخابی سنتز RNA یا پروتئین را در سلول‌های باکتریایی مهار می‌کنند و عملاً هیچ تأثیری بر سنتز پروتئین در سلول‌های پستانداران ندارند. گزینش پذیری بالای این گروه از ترکیبات با تفاوت در ساختار RNA پلیمرازها و ریبوزوم های سلول های یوکاریوتی و پروکاریوتی توضیح داده می شود. به عنوان مثال، اریترومایسین از جابجایی، تتراسایکلین از اتصال aa-tRNA در مرکز A جلوگیری می کند.

بسیاری از ویروس‌ها مانند ویروس‌های آبله، آنفولانزا و فلج اطفال هنگام ورود به بدن انسان، سنتز DNA، RNA و پروتئین‌ها را در سلول‌های بدن میزبان خاموش می‌کنند و RNA و دستگاه سنتز پروتئین را به تولید مثل هسته‌های ویروسی تغییر می‌دهند. اسیدها و پروتئین ها

اینترفرون ها از بدن در برابر عفونت های ویروسی محافظت می کنند. این خانواده از پروتئین ها در سلول های یوکاریوتی در پاسخ به عفونت ویروسی سنتز می شوند. آنها، از طریق مهار فاکتور شروع eIF2، عملکرد دستگاه سنتز پروتئین را متوقف می کنند. اینترفرون‌ها فعالیت ریبونوکلئاز را افزایش می‌دهند که ماتریکس و RNA ریبوزومی را در سلول‌ها می‌شکافد، که باعث کاهش سنتز پروتئین در سلول‌های آلوده می‌شود.

انطباقارگانیسم ها به تأثیرات مختلف محیطی، به ویژه، با تغییر بیان (فعالیت) ژن ها.این فرآیند که به طور مفصل در باکتری ها و ویروس ها مورد مطالعه قرار گرفته است، شامل برهمکنش پروتئین های خاص با مناطق DNA در مجاورت محل شروع رونویسی است. سلول‌های یوکاریوتی از همین اصل استفاده می‌کنند، اگرچه مکانیسم‌های دیگری نیز در تنظیم بیان ژن اعمال می‌شوند.

در پروکاریوت‌ها، پروتئین‌های خاصی به نواحی تنظیم‌کننده اپرون متصل می‌شوند و از اتصال RNA پلیمراز به پروموتر جلوگیری یا تقویت می‌کنند.

اگر اپرون با مکانیزم القایی تنظیم شود(به عنوان مثال، اپرون لاکتوز)، سپس در غیاب یک القاء کننده (لاکتوز)، پروتئین سرکوب کننده با اپراتور مرتبط است. از آنجایی که ناحیه اپراتور و پروموتر همپوشانی دارند، اتصال رپرسور به اپراتور از اتصال RNA پلیمراز به پروموتر جلوگیری می کند و رونویسی ژن های ساختاری اپرون رخ نمی دهد. هنگامی که یک القا کننده در محیط ظاهر می شود، به پروتئین سرکوب کننده متصل می شود، ترکیب آن را تغییر می دهد و میل آن را برای اپراتور کاهش می دهد. RNA پلیمراز به پروموتر متصل می شود و ژن های ساختاری را رونویسی می کند.

هنگامی که اپرون توسط مکانیسم سرکوب تنظیم می شود(به عنوان مثال، اپرون های هیستیدین یا تریپتوفان) پروتئین سرکوب کننده هیچ تمایلی به اپراتور ندارد. هنگامی که یک مولکول کوچک، یک هسته‌پرسور (هیستیدین یا تریپتوفان)، به یک پروتئین سرکوب‌کننده متصل می‌شود، سپس در نتیجه تغییرات ساختاری که در مولکول پروتئین رخ می‌دهد، مجموعه پروتئین - سرکوبگر - هسته‌پرسور تمایلی به اپراتور پیدا می‌کند و رونویسی را متوقف می‌کند.

در سلول های پستانداران، دو نوع تنظیم بیوسنتز پروتئین وجود دارد:

کوتاه مدت، اطمینان از سازگاری بدن با تغییرات محیطی احتمالی؛

تمایز سلولی طولانی مدت، پایدار، تعیین کننده و ترکیب پروتئینی مختلف اندام ها و بافت ها.

در کروماتین اندام ها و بافت های مختلف، همراه با رونویسی بزرگ غیر فعال یا مناطق سرکوب شده پایداردر دسترس مناطق فعال یا بالقوه فعالبه استثنای چند مورد (لنفوسیت ها)، هر سلول در بدن دارای مجموعه ای از ژن ها است. وجود اندام‌ها و بافت‌های تخصصی به بیان ژن افتراقی بستگی دارد، به این معنی که در تمایز سلول‌های بافت‌های مختلف، نواحی مختلف کروماتین رونویسی می‌شود.

شکل 4تنظیم تطبیقی ​​رونویسی.

تنظیم تطبیقی ​​در ارگانیسم‌های بالاتر با تنظیم رونویسی در پروکاریوت‌ها با انواع سیگنال‌هایی که 1. آغاز فرآیند روی مولکول DNA، 2. فرکانس رخ دادن آن را کنترل می‌کنند، متفاوت است.

ناحیه TATA پروموتر پروتئین اتصال دهنده TATA (عامل TATA)، فاکتورهای رونویسی A و B را که برهمکنش با RNA پلیمراز را تضمین می کند و نقطه شروع رونویسی را تعیین می کند، متصل می کند (شکل 4).

حداقل سنتز mRNA پس از اتصال RNA پلیمراز به فاکتورهای رونویسی F، E، H امکان پذیر می شود.

اگر علاوه بر اجزای مشخص شده، پروتئین های متصل به نواحی تنظیم کننده DNA با پروتئین اتصال دهنده TATA کمپلکس تشکیل دهند، سرعت رونویسی تغییر می کند. اگر پروتئین‌های فعال‌کننده‌ای باشند که برهمکنش با تقویت‌کننده‌ها (تقویت‌کننده‌ها) را تضمین می‌کنند، افزایش می‌یابد و اگر پروتئینی که با محل خاموش‌کننده (کوئنچر رونویسی) در تعامل است به پروتئین متصل‌کننده TATA متصل شود، کاهش می‌یابد.

مناطق تنظیم کننده DNA - تقویت کننده ها و خاموش کننده ها - از نظر تعداد و مکان روی مولکول DNA برای ژن های مختلف در بافت های مختلف متفاوت است. ویژگی های خاص بافت هستند. آنها می توانند هزاران جفت نوکلئوتیدی را از نقطه شروع رونویسی قبل، بعد یا داخل ژن قرار دهند، کمپلکس های پروتئینی را با متابولیت ها یا هورمون ها پیوند دهند و بر روی ساختار ژن تأثیر بگذارند.

انتخاب طبیعی و تکامل بیولوژیکی بدون تنوع ژنتیکی غیرممکن است که از طریق جهش ها و نوترکیبی ها در طول فرآیند میوز ایجاد می شود. در مورد دوم، بخش های DNA بین کروموزوم های همولوگ والدین رد و بدل می شود. جهش ها تغییرات ترمیم نشده در ساختار اولیه DNA هستند،در پاسخ به نقص در عملکرد DNA پلیمرازها یا سیستم ترمیم DNA، قرار گرفتن در معرض محیط خارجی و داخلی در مولکول ظاهر می شود. 2. جهش های نقطه ایبیشتر وجود دارد سه نوع:

جایگزینی (این شایع ترین نوع آسیب به مولکول DNA است. (2 نوع جایگزینی پایه وجود دارد: انتقال و انتقال. انتقال به معنای جایگزینی بازهای پورینی با بازهای پورینی و بازهای پیریمیدینی با بازهای پیریمیدینی (T-C و A-G) است. ترانسورژن ها جایگزینی بازهای پورینی با بازهای پیریمیدینی هستند و بالعکس. دلیل دیگر برای جایگزینی باز، گنجاندن اشتباه یک باز تغییر یافته شیمیایی (یا باز اصلاح شده) در رشته DNA است. لازم به ذکر است که جهش های ژنی مانند جانشینی باز یا قبل از همانندسازی یا در حین همانندسازی رخ می دهد. اگر این تغییرات در طول فرآیند ترمیم اصلاح نشوند، ابتدا به یک و سپس دو رشته DNA تبدیل می‌شوند. در نتیجه، منشأ این دسته از جهش‌ها، خطاهایی در فرآیندهای همانندسازی یا تعمیر است.

درج ها

حذف (یا از دست دادن) نوکلئوتیدها

هر نوع جهش عواقب مختلفی دارد. بنابراین، یک جایگزین نوکلئوتیدی:

شاید "بی صدا"و اگر سه گانه کد کننده ای که نوکلئوتید جهش یافته در آن قرار دارد، در پروتئین ظاهر نمی شود، به دلیل انحطاط کد، گنجاندن همان اسید آمینه کدون اصلی را در پروتئین تضمین می کند.

ممکن است با گنجاندن یک اسید آمینه تغییر یافته در پروتئین همراه باشد (جهش اشتباه).این نوع جهش تحت تأثیر عوامل آلکیله کننده رخ می دهد. (یک گروه آلکیل به N7 حلقه پورین گوانین می چسبد و یونیزاسیون آن و ماهیت اتصال با نوکلئوتید دیگری در جفت مکمل را تغییر می دهد. در نتیجه تیمین در مقابل آن قرار می گیرد. گوانین آلکیله، و بنابراین، در نسل بعدی این جفت G-Cبا A-T جایگزین شد.

ممکن است منجر به تشکیل کدون توقف شود (جهش مزخرف)،که در آن کار دستگاه سنتز پروتئین متوقف می شود و نسخه کوتاه شده پروتئین تشکیل می شود.

حذف و درجهمچنین منجر به نتایج متفاوتی می شود:

اگر یک بخش نوکلئوتید یا DNA که در آن تعداد نوکلئوتیدها مضرب 3 نباشد، لحاظ شود یا حذف شود، تغییر قاب خواندنو در حین ترجمه، تمام اطلاعاتی که در پشت سایت جهش قرار دارند به اشتباه خوانده می شوند. پروتئینی بوجود می آید که در آن یک توالی تصادفی از اسیدهای آمینه در پشت محل جهش قرار دارد. این نوع جهش در اثر موادی ایجاد می شود که بین بازهای نیتروژنی مولکول DNA قرار می گیرند.

اگر ناحیه ای با طول زنجیره ای که مضربی از 3 است حذف شود یا در DNA گنجانده شود، تغییری در چارچوب خواندن اطلاعات رخ نمی دهد (تقسیم یا درج بدون تغییر چارچوب خواندن اطلاعات).پروتئینی که توسط چنین ماتریکسی رمزگذاری شده است یا با یک یا چند اسید آمینه کوتاه می شود (با تقسیم) یا طولانی تر می شود (با درج).

3. در بیشتر موارد جهش ها بر بیان یا ساختار ژن ها تأثیر می گذارند،که خود را با کاهش مقدار یا تغییر در ساختار محصول پروتئینی و در نتیجه فعالیت عملکردی آن نشان می دهد. گاهی اوقات کاهش یا عدم وجود کامل یک پروتئین نتیجه جهش در نواحی تنظیم کننده ژن ها است.

در نتیجه، با جهش های ژنی، طرح به شرح زیر است: در نتیجه یک جهش ژن (نقص مولکولی)، یک اثر اولیه پاتولوژیک رخ می دهد، این منجر به آبشاری از اختلالات بیوشیمیایی در سلول ها، اندام ها و بدن می شود. این توالی وقایع زمینه ساز بیماری های ژنتیکی است. چهار نوع از اثرات اولیه پاتولوژیک ذکر شد.

گزینه اول با تولید مقدار اضافی محصول به دلیل افزایش فعالیت ژن همراه است.

گزینه دوم با تولید پروتئین های غیر طبیعی مرتبط است. این منجر به اختلال در سیستمی می شود که عملکرد آن توسط این پروتئین تضمین می شود.

به عنوان مثال (به دلیل جایگزینی یک اسید آمینه) با کم خونی داسی شکل، هموگلوبین غیرطبیعی سنتز می شود که باعث کاهش حلالیت و توانایی پلیمریزاسیون می شود. در نتیجه، با کمبود اکسیژن، چنین هموگلوبینی به سرعت متبلور می شود، گلبول های قرمز شکل داسی به خود می گیرند و به سرعت به هم می چسبند، که منجر به انسداد مویرگ ها می شود.

گزینه سوم با کمبود محصولات اولیه همراه است. این رایج ترین گزینه است. در نتیجه عدم وجود یک یا آن پروتئین (اغلب یک آنزیم)، واکنش های بیوشیمیایی با مشارکت آن انجام نمی شود. این منجر به تجمع محصولات پیش ساز، اغلب سمی می شود. به عنوان مثال، با فنیل کتونوری، تبدیل فنیل آلانین به تیروزین به دلیل فقدان آنزیم مربوطه اتفاق نمی افتد. در نتیجه، سنتز غلاف میلین در آکسون های سیستم عصبی مرکزی مختل می شود و شکل شدیدی از کمبود ذهنی در سطح بدن ایجاد می شود. مثال دیگری از کمبود پروتئین، کمبود آنزیم های ترمیم یا تکثیر است. این منجر به ایجاد نئوپلاسم های بدخیم می شود.

گزینه چهارم تولید مقدار کمتری از محصول، به عنوان مثال، پروتئین است. این منجر به کمبود آنها در بدن و ناهنجاری های متابولیک می شود.

طویل شدن، تشکیل پیوند پپتیدی (واکنش ترانس پپتیداسیون). جابجایی. Translocase. خاتمه دادن. نقش عوامل پروتئینی در هر مرحله از ترجمه

پس از اتمام شروع، ریبوزوم بر روی mRNA قرار می گیرد به گونه ای که در مرکز P یک کدون شروع AUG با Met-tRNAshMet متصل به آن وجود دارد و در مرکز A یک سه گانه وجود دارد که گنجاندن آن را رمزگذاری می کند. اولین اسید آمینه پروتئین سنتز شده در مرحله بعد، طولانی ترین مرحله سنتز پروتئین آغاز می شود - طویل شدن، که طی آن ریبوزوم با استفاده از aa-tRNA، mRNA را به صورت سه قلو نوکلئوتید به دنبال کدون شروع در جهت از 5 اینچ به 3 اینچ به صورت متوالی "خوانده" می کند. در پایان، به دلیل افزودن متوالی اسیدهای آمینه، زنجیره پلی پپتیدی را فراتر می‌برد.

ادغام هر اسید آمینه در پروتئین در 3 مرحله انجام می شود که طی آن: 1) aa-tRNA هر اسید آمینه موجود در پروتئین به مرکز A ریبوزوم متصل می شود. 2) پپتید از پپتیدیل-tRNA واقع در مرکز P به گروه b-NH2 باقیمانده آمینواسیل aa-tRNA مرکز A می پیوندد تا یک پیوند پپتیدی جدید تشکیل دهد. 3) peptidyl-tRNA که توسط یک باقیمانده اسید آمینه گسترش یافته است، در نتیجه جابجایی ریبوزوم از مرکز A به مرکز P حرکت می کند.

اتصال aminoacyl-tRNA در محل A. کدون mRNA واقع در مرکز A در کنار کدون شروع، ماهیت aa1tRNAaa1 را تعیین می کند که در مرکز A گنجانده می شود. aa1tRNAaa1 با ریبوزوم به شکل یک کمپلکس سه تایی متشکل از فاکتور ازدیاد طول EF-1، aa1tRNAaa1 و GTP برهمکنش دارد. این کمپلکس تنها در صورتی با ریبوزوم تعامل موثری دارد که آنتی کد aa-tRNAaa1 مکمل و ضد موازی کدون mRNA در مرکز A باشد. ادغام aa-tRNAaa1 به ریبوزوم به دلیل انرژی هیدرولیز GTP به تولید ناخالص داخلی و فسفات معدنی رخ می دهد. تشکیل پیوند پپتیدیبلافاصله پس از جدا شدن کمپلکس EF-1 و GDP از ریبوزوم رخ می دهد. این مرحله از فرآیند نامیده می شود واکنش های ترانس پپتیداسیون

در طی این واکنش، باقیمانده متیونین Met-tRNAIMet به گروه a-آمینه اولین اسید آمینه متصل به tRNAaa1 متصل می شود و در مرکز A قرار دارد، اولین پیوند پپتیدی تشکیل می شود.

انتقال -مرحله سوم کشیدگی فاکتور ازدیاد طول EF-2 به ریبوزوم می چسبد و با استفاده از انرژی GTP، ریبوزوم را در امتداد mRNA یک کدون به انتهای 3 اینچ می راند. در نتیجه، dipeptidyl-tRNA، که موقعیت خود را نسبت به mRNA تغییر نمی دهد. ، از مرکز A به مرکز P حرکت می کند tRNAiMet بدون متیونین از ریبوزوم خارج می شود و کدون بعدی وارد ناحیه مرکز A می شود.

پس از اتمام مرحله سوم طویل شدن، ریبوزوم دارای dipeptidyl-tRNA در مرکز P است و یک سه گانه رمزگذاری آمینو اسید دوم در زنجیره پلی پپتیدی وارد مرکز A می شود. چرخه بعدی مرحله ازدیاد طول شروع می شود، که طی آن رویدادهای توصیف شده در بالا دوباره روی ریبوزوم اتفاق می افتد. تکرار چنین چرخه هایی با توجه به تعداد کدون های حسی در mRNA کل مرحله ازدیاد طول را کامل می کند.

خاتمه دادنترجمه زمانی اتفاق می افتد که یکی از کدون های توقف: UAG، UAA یا UGA وارد مرکز A ریبوزوم شود. هیچ tRNA متناظری برای کدون های توقف وجود ندارد. در عوض، 2 فاکتور آزاد کننده پروتئین RF یا فاکتور پایان دهنده به ریبوزوم متصل می شوند. یکی از آنها، با استفاده از مرکز پپتیدیل ترانسفراز، برش هیدرولیتیک پپتید سنتز شده از tRNA را کاتالیز می کند. دیگری، به دلیل انرژی هیدرولیز GTP، باعث تجزیه ریبوزوم به زیر واحدها می شود.

بنابراین، ماهیت الگوی فرآیند ترجمه در این واقعیت آشکار می شود که توالی ورود aminoacyl-tRNA به ریبوزوم برای سنتز پروتئین به شدت توسط mRNA تعیین می شود، یعنی. ترتیب کدون ها در طول زنجیره mRNA به طور منحصر به فردی ساختار پروتئین سنتز شده را تعیین می کند. ریبوزوم زنجیره mRNA را به شکل سه گانه اسکن می کند و به طور متوالی aa-tRNA های "ضروری" را از محیط انتخاب می کند و tRNA های دی اسیله شده را در طول ازدیاد طول آزاد می کند.

زیر واحدهای کوچک و بزرگ ریبوزوم عملکردهای مختلفی را در طول ترجمه انجام می دهند: زیر واحد کوچک mRNA را متصل می کند و اطلاعات را با استفاده از tRNA و مکانیسم جابجایی رمزگشایی می کند و زیر واحد بزرگ مسئول تشکیل پیوندهای پپتیدی است.

ریبوزوم هااندامک های درون سلولی با قطر 20-22 نانومتر که بیوسنتز پروتئین را انجام می دهند. آنها در سلول های همه موجودات زنده یافت می شوند. شکل ریبوزوم ها نزدیک به کروی است. سلول های پروکاریوتی (باکتری ها، جلبک های سبز آبی) و همچنین کلروپلاست ها و میتوکندری های یوکاریوت ها با 70 ریبوزوم S مشخص می شوند. ریبوزوم های 80 S در سیتوپلاسم همه یوکاریوت ها یافت می شوند. S نشانگر میزان رسوب (رسوب) است، هر چه عدد S بیشتر باشد، نرخ رسوب بالاتر است. محل ریبوزوم ها در سیتوپلاسم می تواند آزاد باشد، اما اغلب آنها با EPS مرتبط هستند و پلی زوم ها (تداعی های ریبوزوم ها) را تشکیل می دهند.
بوزوم ها در سیتوپلاسم می توانند آزاد باشند، اما اغلب آنها با EPS مرتبط هستند و پلی زوم ها (واحدهای ریبوزوم با استفاده از RNA پیام رسان) را تشکیل می دهند.
ترکیب و ساختار ریبوزوم ها. ریبوزوم ها از دو زیر واحد بزرگ و کوچک تشکیل شده اند. زیر واحد بزرگ هر ریبوزوم به غشای زبرترین ER متصل است و زیر واحد کوچک به داخل ماتریکس سیتوپلاسمی بیرون زده است. یک مولکول کوچک 1 مولکول rRNA و 33 مولکول از پروتئین های مختلف، یک بزرگ - سه مولکول rRNA و حدود 40 پروتئین را ترکیب می کند. rRNA (ریبوزومی) به عنوان چارچوبی برای پروتئین ها عمل می کند (آنها نقش ساختاری و آنزیمی ایفا می کنند)، و همچنین اتصال ریبوزوم ها به یک توالی نوکلئوتیدی خاص از mRNA (اطلاعات RNA K) را تضمین می کند. تحصیلات

ریبوزوم ها در سلول ها با خودآرایی از RNA و پروتئین های از پیش ساخته شده پیش می روند. پیش سازهای RNA ریبوزومی در هسته روی DNA هسته سنتز می شوند.
وظایف ریبوزوم ها:
. اتصال خاص و حفظ اجزای سیستم سنتز پروتئین (RNA پیام رسان؛ RNA حمل و نقل، (GTP) و فاکتورهای ترجمه پروتئین).
. عملکردهای کاتالیزوری (تشکیل پیوندهای پپتیدی، هیدرولیز گوانوزین تری فسفات).
. عملکردهای حرکت مکانیکی بسترها (RNA پیام رسان و حمل و نقل) یا جابجایی.
پخش- فرآیند تشکیل یک زنجیره پلی پپتیدی روی یک ماتریکس و RNA. سنتز مولکول‌های پروتئین روی ریبوزوم‌هایی که آزادانه در سیتوپلاسم یا روی ER خشن قرار دارند، انجام می‌شود.
مراحل ترجمه (شکل 13):


برنج. 13. طرح پخش
مراحل متوالی سنتز پلی پپتید:
. زیر واحد ریبوزومی کوچک به met-tRNA و سپس به mRNA متصل می شود.
. ریبوزوم در امتداد RNA مخلوط می شود که با تکرارهای متعدد چرخه افزودن اسید آمینه بعدی به زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد همراه است.
. ریبوزوم به یکی از کدون های توقف mRNA می رسد و زنجیره پلی پپتیدی آزاد شده و از ریبوزوم جدا می شود.
فعال سازی اسیدهای آمینه هر یک از 20 اسید آمینه پروتئین با استفاده از انرژی ATP توسط پیوندهای کووالانسی به یک tRNA خاص مرتبط است. این واکنش توسط یک آنزیم تخصصی کاتالیز می شود که به حضور یون های منیزیم نیاز دارد - آمینواسیل-tRNA سنتتاز.
شروع یک زنجیره پروتئینی در زیر واحد کوچک ریبوزوم یک مرکز عملکردی با دو بخش وجود دارد - پپتیدیل (بخش P) و آمینواسیل (بخش A). در موقعیت اول یک tRNA حامل یک اسید آمینه خاص وجود دارد، در حالت دوم یک tRNA وجود دارد که با زنجیره ای از اسیدهای آمینه بارگذاری شده است. انتهای 5 اینچی mRNA که حاوی اطلاعاتی در مورد این پروتئین است، با ذره کوچکی از ریبوزوم و با اسید آمینه آغازگر (فرمیل متیونین در پروکاریوت ها، متیونین در یوکاریوت ها) به tRNA مربوطه به سایت P متصل می شود. tRNA مکمل سه گانه موجود در mRNA است و شروع یک زنجیره پروتئینی را نشان می دهد.
طویل شدن یک رویداد تکرارشونده چرخه ای است که در آن طولانی شدن یک پپتید رخ می دهد. زنجیره پلی پپتیدی با افزودن متوالی اسیدهای آمینه طولانی تر می شود که هر یک از آنها به ریبوزوم تحویل داده می شود و با استفاده از tRNA مربوطه در یک موقعیت خاص قرار می گیرد. یک پیوند پپتیدی بین یک اسید آمینه از یک زنجیره پپتیدی و یک اسید آمینه متصل به یک tRNA تشکیل می شود. ریبوزوم در طول mRNA حرکت می کند و tRNA با زنجیره ای از اسیدهای آمینه وارد سایت A می شود. این توالی رویدادها تا زمانی تکرار می شود که ریبوزوم ها به کدون پایان دهنده ای برسند که هیچ tRNA متناظری برای آن وجود ندارد.
خاتمه دادن. پس از اتمام سنتز زنجیره ای، که توسط به اصطلاح سیگنال داده می شود. کدون توقف mRNA (UAA، UAG، UGA). در این حالت آب به آخرین اسید آمینه در زنجیره پپتیدی اضافه می شود و انتهای کربوکسیل آن از tRNA جدا می شود و ریبوزوم به دو ذره فرعی تجزیه می شود.
سنتز پپتید نه توسط یک ریبوزوم، بلکه توسط چندین هزار اتفاق می افتد که یک مجتمع - یک پلی زوم را تشکیل می دهد.
تاشو و پردازش. برای به دست آوردن شکل طبیعی خود، پروتئین باید در یک پیکربندی فضایی خاص تا شود. قبل یا بعد از تا شدن، پلی پپتید می تواند تحت پردازش قرار گیرد که توسط آنزیم ها انجام می شود و شامل حذف اسیدهای آمینه اضافی، افزودن فسفات، متیل و سایر گروه ها و غیره است.

سخنرانی، چکیده. ریبوزوم، ترکیب و ساختار آن. پخش - مفهوم و انواع. طبقه بندی، ماهیت و ویژگی ها.

پخش (از لات ترجمه- ترجمه) اصطلاحی در زیست شناسی است که چنین واکنش هایی را نشان می دهد که در نتیجه سنتز یک زنجیره پلی پپتیدی در ریبوزوم ها با استفاده از mRNA به عنوان یک الگو انجام می شود.
در طول فرآیند سنتز، زنجیره پلی پپتیدی در نتیجه افزودن متوالی باقی مانده‌های اسید آمینه منفرد طولانی‌تر می‌شود. به منظور درک چگونگی تشکیل پیوندهای پپتیدی بین اسیدهای آمینه مربوطه، لازم است ساختار ریبوزوم ها و RNA های انتقالی (tRNA) را که در فرآیند ترجمه نقش دارند، در نظر بگیریم.

هر ریبوزوم از 2 زیر واحد بزرگ و کوچک تشکیل شده است که می توانند از یکدیگر جدا شوند. هر یک از این زیر واحدها حاوی RNA ریبوزومی و پروتئین هستند. برخی از پروتئین های ریبوزومی آنزیم هستند، به عنوان مثال. انجام توابع کاتالیزوری وظیفه اصلی زیر واحد کوچک "رمزگشایی" اطلاعات ژنتیکی است. mRNA و tRNA حامل آمینو اسیدها را متصل می کند. عملکرد زیرواحد بزرگ تشکیل یک پیوند پپتیدی بین اسیدهای آمینه است که توسط دو مولکول tRNA همسایه به ریبوزوم آورده می شود.

انتقال RNA

مولکول های RNA انتقالی کوچک هستند و حاوی 70-90 نوکلئوتید هستند. عملکرد tRNA انتقال اسیدهای آمینه خاصی به ریبوزوم ها در طول سنتز زنجیره پلی پپتیدی است که هر اسید آمینه توسط tRNA مربوطه منتقل می شود. همه مولکول‌های tRNA می‌توانند یک ترکیب مشخص (آرایش فضایی اتم‌ها در مولکول) - ترکیب برگ شبدری را تشکیل دهند. این ترکیب مولکول tRNA به این دلیل رخ می دهد که ساختار آن حاوی تعداد قابل توجهی نوکلئوتید (4-7 در یک بخش) مکمل یکدیگر است. جفت شدن درون مولکولی چنین نوکلئوتیدهایی به دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین بازهای مکمل منجر به تشکیل چنین ساختاری می شود. در بالای برگ شبدر یک سه گانه نوکلئوتید وجود دارد که مکمل کدون mRNA است که اسید آمینه را کد می کند. این سه گانه برای tRNA هایی که دارای اسیدهای آمینه مختلف هستند متفاوت است؛ یک اسید آمینه خاص را رمزگذاری می کند، دقیقا همان اسید آمینه ای که توسط این tRNA حمل می شود. او نامیده می شود آنتی کدون .

آنتی کدون یک مولکول tRNA و کدون یک مولکول mRNA

در پایه برگ شبدر محلی وجود دارد که اسید آمینه در آن متصل می شود. بنابراین، معلوم می شود که مولکول tRNA نه تنها یک اسید آمینه خاص را منتقل می کند، بلکه در ساختار آن سابقه ای وجود دارد که حامل این اسید آمینه خاص است و این رکورد به زبان کد ژنتیکی انجام شده است.

همانطور که قبلا گفته شد، ریبوزوم ها قادر به اتصال mRNA است، که اطلاعات مربوط به توالی اسید آمینه پروتئین در حال سنتز، tRNA که حامل اسیدهای آمینه است، و در نهایت، زنجیره پلی پپتیدی سنتز شده را حمل می کند. زیرواحد کوچک ریبوزوم به mRNA و tRNA حامل اولین اسید آمینه زنجیره پلی پپتیدی (معمولا متیونین) متصل می شود، پس از آن زیر واحد بزرگ برای تشکیل یک ریبوزوم فعال (در حال کار) متصل می شود. مرکز فعال ریبوزوم، جایی که یک پیوند پپتیدی بین دو اسید آمینه همسایه تشکیل می‌شود، به گونه‌ای طراحی شده است که می‌تواند همزمان حاوی دو کدون مجاور (سه‌گانه) mRNA باشد. در مرحله اول، به دلیل تعامل بین کدون و آنتی کدون، tRNA به mRNA متصل می شود. زیرا آنتی کدون واقع در tRNA و کدون واقع در mRNA مکمل یکدیگر هستند؛ پیوندهای هیدروژنی بین بازهای نیتروژنی تشکیل دهنده آنها تشکیل می شود. در مرحله دوم، اتصال به کدون همسایه مولکول tRNA دوم به روشی مشابه انجام می شود. مولکول های tRNA در مرکز فعال ریبوزوم در این مرحله به گونه ای قرار دارند که گروه -C=O اولین باقیمانده اسید آمینه که با اولین tRNA مرتبط است، نزدیک به گروه آمینه آزاد است (- NH 2) از باقی مانده اسید آمینه موجود در tRNA انتقال دوم. بنابراین، به دلیل برهمکنش کدون-آنتیکودون بین کدون های mRNA که به صورت متوالی قرار دارند و آنتی کدون های tRNA مربوط به آن ها، دقیقاً آن اسیدهای آمینه ای که به طور متوالی در mRNA کدگذاری می شوند، در نزدیکی آن قرار دارند.

مرکز فعال ریبوزوم، که در آن تشکیل یک پیوند پپتیدی بین دو اسید آمینه همسایه رخ می دهد.

در مرحله بعد، هنگامی که گروه آمینه آزاد که بخشی از باقی مانده اسید آمینه tRNA تازه وارد است با گروه کربوکسیل باقی مانده اسید آمینه اولین اسید آمینه برهمکنش می کند، یک پیوند پپتیدی بین دو اسید آمینه متصل تشکیل می شود. به tRNA مربوطه واکنش با جانشینی انجام می شود و گروه ترک اولین مولکول tRNA است. در نتیجه این جایگزینی، tRNA دراز، که قبلاً حامل یک دی پپتید است، با ریبوزوم مرتبط می شود. برای تکمیل این واکنش، یک آنزیم مورد نیاز است که بخشی از زیر واحد بزرگ ریبوزوم است.

در آخرین مرحله، پپتید متصل به مولکول tRNA دوم از محلی که tRNA حاوی اسید آمینه در ابتدای چرخه متصل شده بود، به محلی که tRNA به پپتید حاصل متصل می شود، حرکت می کند. همزمان با حرکت زنجیره پپتیدی سنتز شده، ریبوزوم در امتداد mRNA حرکت می کند و کدون بعدی mRNA در مرکز فعال (ریبوزوم) آن ظاهر می شود و پس از آن رویدادهای شرح داده شده در بالا تکرار می شوند. سنتز پروتئین با سرعت بسیار بالایی انجام می شود، یک پپتید متشکل از 100 اسید آمینه در تقریباً 1 دقیقه سنتز می شود.

ریبوزوم در طول مولکول mRNA رشته ای حرکت می کند و زنجیره پلی پپتیدی مونتاژ می شود. یک مولکول mRNA می تواند به طور همزمان حاوی چندین ریبوزوم باشد و هر یک از آنها زنجیره پلی پپتیدی رمزگذاری شده توسط این tRNA را سنتز می کند و در نتیجه تشکیل می شود. پلی زوم ها : ریبوزوم هایی که روی رشته ای از mRNA قرار دارند. هرچه ریبوزوم در طول زنجیره mRNA حرکت کند، قطعه مولکول پروتئین طولانی‌تر ساخته می‌شود. سنتز پروتئین زمانی به پایان می رسد که ریبوزوم به انتهای مولکول mRNA می رسد، پس از آن ریبوزوم با پروتئین تازه سنتز شده مولکول mRNA را ترک می کند (شکل زیر را ببینید). سیگنال کامل شدن سنتز زنجیره پلی پپتیدی توسط سه کدون خاص داده می شود که یکی از آنها در قسمت انتهایی مولکول mRNA وجود دارد. خواندن اطلاعات از یک مولکول mRNA فقط در یک جهت امکان پذیر است.

فرآیند سنتز پروتئین

انتهای تازه تشکیل شده زنجیره پلی پپتیدی می تواند در طول سنتز به پروتئین های خاصی متصل شود همراهان ، که از تا شدن صحیح آن اطمینان حاصل می کند و سپس به دستگاه گلژی می رود و از آنجا پروتئین به محل کار منتقل می شود. ریبوزوم که از mRNA و زنجیره پلی پپتیدی سنتز شده آزاد می شود، به زیر واحدها تجزیه می شود، پس از آن زیر واحد بزرگ می تواند دوباره با زیر واحد کوچک تماس بگیرد و یک ریبوزوم فعال که قادر به سنتز یک پروتئین جدید (یا همان) است، تشکیل دهد.

همانطور که قبلاً گفتم، هر فرآیند سنتزی که در نتیجه فرآیندهای پیچیده تر از مولکول های ساده تر تشکیل می شود، با صرف انرژی انجام می شود. بیوسنتز پروتئین یک زنجیره کامل از واکنش هایی است که نیاز به انرژی دارد. برای مثال، اتصال یک اسید آمینه به tRNA به انرژی دو پیوند پرانرژی مولکول ATP نیاز دارد. علاوه بر این، تشکیل یک پیوند پپتیدی از انرژی پیوند پرانرژی دیگر استفاده می کند. بنابراین، هنگامی که یک پیوند پپتیدی در یک مولکول پروتئین تشکیل می شود، مقدار انرژی ذخیره شده در سه پیوند پرانرژی مولکول های ATP مصرف می شود.