7.7: תרגום

מקור: BiochemFFA_7_6.pdf. ספר הלימוד כולו זמין בחינם מהמחברים בכתובת http://biochem.science.oregonstate.edu/content/biochemistry-free-and-easy

תרגום הוא התהליך שבו משתמשים במידע ב-mRNA כדי לכוון את הסינתזה של חלבונים. כפי שלמדת בביולוגיה מבוא, בתאים אוקריוטיים, תהליך זה מתבצע בציטופלזמה של התא, על ידי מכונות חלבון RNA גדולות הנקראות ריבוזומים. ריבוזומים מכילים RNA ריבוזומלי (rRNA) וחלבונים. החלבונים וה- rRNA מאורגנים לשתי יחידות משנה, אחת גדולה וקטנה. הריבוזומים מתפקדים על ידי קישור ל- mRNA והחזקתם באופן המאפשר לחבר את חומצות האמינו המקודדות על ידי ה- RNA ברצף ליצירת פוליפפטיד. RNA העברה הם הנשאים של חומצות האמינו המתאימות לריבוזום.

הקוד הגנטי

אנו מדברים על גנים (כלומר, DNA) המקודדים לחלבונים והדוגמה המרכזית, הקובעת ש-DNA מייצר RNA מייצר חלבון. מה זה בעצם אומר? ניתן לחשוב על קוד כמערכת לאחסון או העברת מידע. דוגמה מוכרת היא השימוש באותיות לייצוג שמות שדות התעופה (למשל, PDX לפורטלנד, אורגון ו- ORD עבור או'הייר בשיקגו). כאשר תג על המזוודות שלך מראה PDX כיעד, הוא מעביר מידע שיש לשלוח את התיק שלך לפורטלנד, אורגון. כדי לתפקד היטב, מערך כזה חייב לכלול מזהים ייחודיים לכל שדה תעופה ואנשים שיכולים לפענח את המזהים בצורה נכונה. כלומר, PDX חייב לעמוד רק עבור פורטלנד, אורגון ולא שדה תעופה אחר. כמו כן, מטפלי המזוודות חייבים להיות מסוגלים לזהות נכון מה PDX מייצג, כך שהמטען שלך לא ינחת בפיניקס, במקום זאת.

איך זה קשור לגנים ולחלבונים שהם מקודדים?

גנים מועתקים לראשונה ל- mRNA, כפי שכבר דנו. רצף ה- mRNA, שהועתק מגן, מציין ישירות את רצף חומצות האמינו בחלבון שהוא מקודד. כל חומצת אמינו בחלבון מוגדרת על ידי רצף של 3 בסיסים הנקראים קודון ב- mRNA (איור 7.81). לדוגמה, חומצת האמינו טריפטופן מקודדת על ידי רצף UGG על mRNA. לכל עשרים חומצות האמינו המשמשות לבניית חלבונים יש, כמו כן, רצפים של 3 בסיסים המקודדים אותם.

ניוון

בהתחשב בכך שיש 4 בסיסים ב- RNA, מספר השילובים השונים של 3 בסיסים האפשריים הוא 43, או 64. עם זאת, יש רק 20 חומצות אמינו המשמשות לבניית חלבונים בתאים. אי התאמה זו במספר הקודונים האפשריים ובמספר האמיתי של חומצות האמינו שהם מציינים מוסברת על ידי העובדה שאותה חומצת אמינו עשויה להיות מוגדרת על ידי יותר מקודון אחד. למעשה, למעט חומצות האמינו מתיונין וטריפטופן, כל שאר חומצות האמינו מקודדות על ידי קודונים מרובים. קודונים לאותה חומצת אמינו קשורים לעתים קרובות, כאשר שני הבסיסים הראשונים זהים והשלישי משתנה. דוגמה תהיה הקודונים לאלנין: GCU, GCA, GCC ו-GCG כולם מייצגים אלנין. סוג זה של יתירות בקוד הגנטי נקרא ניוון.

עצור והתחל קודונים

שלושה מתוך 64 הקודונים הם מה שמכונה קודוני סיום או עצירה, וכפי ששמם מרמז, מציינים את סופו של רצף קידוד חלבון. הקודון למתיונין, AUG, משמש כקודון ההתחלה או ההתחלה עבור רוב החלבונים. מערכת גאונית זו משמשת לכוון את הרכבה של חלבון באותו אופן שבו אתה יכול לחבר יחד חרוזים צבעוניים בסדר מסוים באמצעות הוראות שהשתמשו בסמלים כמו UGG עבור חרוז אדום, ואחריו UUU עבור חרוז ירוק, CAC עבור צהוב, וכן הלאה, עד שהגעת ל- UGA, המציין שעליך להפסיק למתוח חרוזים.

תרגום הקוד

בעוד שהריבוזומים הם ממש המפעלים המחברים חומצות אמינו יחד באמצעות ההוראות ב-mRNA, סוג אחר של מולקולות RNA, ה-RNA ההעברה (tRNAs) נחוצים גם לתרגום (איור 7.83 ו-Interactive 7.1). RNA העברה הם מולקולות RNA קטנות, באורך של כ-75-90 נוקלאוטידים, שמתפקדות 'לפרש' את ההוראות ב-mRNA במהלך סינתזת החלבון. RNAs העברה משתנים בהרחבה לאחר תעתיק ומכילים מספר רב של בסיסים יוצאי דופן. לרצפים של tRNAs יש כמה אזורים משלימים את עצמם, שבהם ה-tRNA החד-גדילי מתקפל על עצמו וזוגות בסיסים ליצירת מה שמתואר לפעמים כמבנה עלה תלתן.

מבנה זה חיוני לתפקוד ה- tRNA, ומספק הן את האתרים לחיבור חומצת האמינו המתאימה והן לזיהוי קודונים ב- mRNA. מבחינת אנלוגיית החרוזים לעיל, מישהו או משהו צריך להיות מסוגל להכניס חרוז אדום כאשר ההוראות מציינות UGG, וחרוז ירוק כאשר ההוראות אומרות UUU. זהו, אם כן, הפונקציה של ה- tRNAs. הם חייבים להיות מסוגלים להביא את חומצת האמינו המתאימה להוראות לריבוזום.

סגוליות t-RNA

RNA העברה נתון הוא ספציפי לחומצת אמינו מסוימת. הוא מקושר באופן קוולנטי בקצה 3' שלו לחומצת האמינו המתאימה על ידי אנזים הנקרא aminoacyl tRNA synthetase. לדוגמה, יש RNA העברה שהוא ספציפי לחומצת האמינו טריפטופן, וסינתטאז אמינואציל tRNA תואם, הנקרא טריפטופניל tRNA סינתטאז, שיכול לחבר את הטריפטופן במיוחד ל- tRNA זה. כמו כן, קיים סינתטאז tRNA aminoacyl ספציפי לכל חומצת אמינו. אומרים כי tRNA עם חומצת אמינו המחוברת אליו טעון (איור 7.84). מאגר של tRNAs טעונים נחוץ לביצוע סינתזת חלבון. כיצד tRNAs אלה, הנושאים חומצות אמינו ספציפיות מסייעים לריבוזום לחבר יחד את חומצות האמינו הנכונות, כפי שצוין ברצף ה- mRNA?

זיהוי קודון

כפי שאנו כבר יודעים, רצף חומצות האמינו של החלבון נקבע לפי סדר הקודונים ב- mRNA. טעננו גם tRNAs הנושאים את חומצות האמינו השונות הקיימות.

כיצד מחוברות חומצות האמינו זו לזו בסדר המצוין על ידי רצף הבסיס של ה- mRNA? זה דורש זיהוי של הקודונים ב-mRNA על ידי ה-tRNAs הטעונים המתאימים. חומצת האמינו טריפטופן, כפי שציינו, מוגדרת על ידי הקודון UGG ב- mRNA. קודון זה חייב להיות מוכר על ידי tRNA טעון בטריפטופן. לכל tRNA יש רצף של 3 בסיסים, האנטיקודון, המשלים לקודון לחומצת האמינו שהוא נושא. כאשר ה-tRNA נתקל בקודון של חומצת האמינו שלו ב-RNA השליח, האנטיקודון יתבסס עם הקודון. עבור tRNA טריפטופן כך זה היה נראה:

רצף של קודון טריפטופן ב-mRNA:

5 'אוג 3'

רצף אנטיקודון בטריפטופן tRNA:

5 'CCA 3'

שים לב שהרצפים כתובים שניהם, לפי מוסכמה, בכיוון 5' עד 3'. כדי להתאים בסיס, עם זאת, הם חייבים להיות מכוונים בכיוונים מנוגדים (אנטי מקבילים). זוג הבסיס של קודון-אנטיקודון בכיוון האנטי-מקביל יהיה אז:

5 'אוג 3' 3' ACC 5'

זיווג הבסיס של האנטיקודון על tRNA טעון עם הקודון על ה-mRNA הוא זה שמביא את חומצות האמינו הנכונות לריבוזום שיוסיפו לשרשרת החלבון הגדלה (איור 7.85).

הכנת פוליפפטיד

עם מושג על המרכיבים השונים הדרושים לתרגום וכיצד הם פועלים, אנו יכולים כעת להסתכל על תהליך סינתזת החלבון. השלבים העיקריים בתהליך דומים בפרוקריוטים ובאוקריוטים. כפי שכבר ציינו, ריבוזומים נקשרים ל-mRNA ומקלים על האינטראקציה בין הקודונים ב-mRNA לבין האנטיקודונים על tRNAs טעונים.

לריבוזומים יש שני אתרים (P-site ו-A-site) לקשירה ומיקום tRNAs טעונים כך שכל אחד מהם יכול ליצור זוגות בסיסים בין האנטיקודון שלהם לקודון מה-mRNA. קודון ההתחלה (AUG) ממוקם לזוג בסיסים עם ה-tRNA באתר P (אתר פפטידיל). לאחר מכן, ה-tRNA הטעון המשלים לקודון הסמוך לקודון ההתחלה נקשר ותופס את אתר A (אתר aminoacyl) בריבוזום (איור 7.86).

בשלב זה, הריבוזום מצטרף לחומצות האמינו הנישאות על כל tRNA על ידי יצירת קשר פפטיד. הקשר בין חומצת האמינו ל-tRNA באתר P נשבר והדיפפטיד מחובר ל-tRNA באתר A.

לאחר מכן משתחרר ה-tRNA היוזם ללא חומצת האמינו שלו, ועובר לאתר המכונה Exit או E-site, בעוד שה-tRNA השני הנושא את הדיפפטיד (והקודון שאליו הוא מזווג בסיס) עובר לאתר P. אתר A מוכן כעת עם קודון חדש עבור ה-tRNA הטעון הנכנס הבא. תהליך זה חוזר על עצמו, כאשר הריבוזום נע על ה-mRNA קודון אחד בכל פעם, עד שקודון העצירה מגיע לאתר A. בשלב זה, גורם שחרור נקשר באתר A, ועוזר לשחרר את הפוליפפטיד שהושלם מהריבוזום. לאחר מכן הריבוזום מתנתק ליחידות המשנה הקטנות והגדולות, פעם נוספת.

שלושה צעדים

לאחר ששקלנו את שלבי התרגום במונחים רחבים יותר, אנו יכולים כעת להסתכל עליהם ביתר פירוט. נשקול את שלושת שלבי התרגום (bel0w) בנפרד.

ייזום (קישור יחידות המשנה הריבוזומליות לתמליל ול-tRNA היוזם)
התארכות (הוספה חוזרת של חומצות אמינו לפוליפפטיד הגדל, בהתבסס על רצף ה- mRNA - איור 7.87)
סיום (שחרור הפוליפפטיד שהושלם ודיסוציאציה של הריבוזום ליחידות המשנה שלו).

אנו כבר יודעים ש-mRNA מעובדים נשלחים מהגרעין לציטופלזמה בתאים אוקריוטיים, בעוד שבתאים פרוקריוטיים, שעתוק ותרגום מתרחשים בתא תאי יחיד. יחידות המשנה הקטנות והגדולות של הריבוזומים, שכל אחת מהן מורכבת מ- rRNA וחלבונים אופייניים, נמצאות בציטופלזמה ומתאספות על mRNA ליצירת ריבוזומים שלמים המבצעים תרגום. יחידות המשנה הריבוזומליות הפרוקריוטיות והאוקריוטיות מורכבות מ- rRNA מרכזי אחד או יותר יחד עם מספר רב של חלבונים ריבוזומליים. יחידות המשנה הקטנות של תאים פרוקריוטים נקראות יחידות המשנה הריבוזומליות 30S, בעוד עמיתיהן באיקריוטים הן יחידות המשנה 40S. יחידות המשנה הריבוזומליות הגדולות בפרוקריוטים הן יחידות המשנה 50S, בעוד שאלו בתאים אוקריוטיים הן 60S. הבדלים אלה משקפים את המסה הגדולה יותר של ריבוזומים אוקריוטיים. מרכיבי ה-rRNA של הריבוזומים חשובים לזיהוי קצה 5' של ה-mRNA, וגם ממלאים תפקיד קטליטי ביצירת קשרי פפטיד.

חניכה

ל-RNA של Messenger יש רצפים שאינם מקודדים הן בקצוות 5' והן ב-3' שלהם, כאשר האזור המקודד לחלבון בפועל דחוק בין האזורים הלא מתורגמים הללו (הנקראים 5' UTR ו-3' UTR, בהתאמה). הריבוזום חייב להיות מסוגל לזהות את קצה 5' של ה-mRNA ולהיקשר אליו, ואז לקבוע היכן נמצא קודון ההתחלה. חשוב לציין כי הן בפרוקריוטים והן באיקריוטים, הריבוזומים מתאספים בקצה 5' של התמליל על ידי קישור שלב של יחידות המשנה הקטנות והגדולות. יחידת המשנה הקטנה נקשרת תחילה ל-mRNA ברצפים ספציפיים ב-5' UTR. יחידת המשנה הגדולה נקשרת לאחר מכן לקומפלקס של ה-mRNA ותת-היחידה הקטנה, ליצירת הריבוזום השלם.

יוזם tRNA

התחלה דורשת גם קישור של ה- tRNA הראשון לריבוזום. כפי שציינו קודם לכן, קודון ההתחלה או ההתחלה הוא בדרך כלל AUG, המקודד לחומצת האמינו מתיונין. לפיכך, ה- tRNA היוזם הוא כזה הנושא מתיונין ומיועד כ- tRNamet או מתיוניל tRNamet. בחיידקים, המתיונין ב- tRNA היוזם משתנה על ידי הוספת קבוצת פורמיל, והוא מיועד tRNAFmet. ה-tRNA היוזם הנושא מתיונין ל-AUG שונה מה-tRNA הנושאים מתיונין המיועד לתנוחות אחרות בחלבונים. ככזה, tRNA היוזם מכונה לפעמים tRNAimet.

חניכה פרוקריוטית

בפרוקריוטים, קצה 5' של ה-mRNA הוא הקצה החופשי היחיד הזמין, שכן שעתוק מחובר היטב לתרגום וה-mRNA כולו אינו מתועתק לפני תחילת התרגום. עם זאת, הריבוזום חייב להיות ממוקם בצורה נכונה בקצה 5 'של ה- RNA השליח על מנת ליזום תרגום. כיצד הריבוזום "יודע" בדיוק היכן להיקשר ב- 5'UTR של ה- mRNA?

רצף בריק-דלגרנו

בחינת הרצפים במעלה הזרם של קודון ההתחלה ב-mRNA פרוקריוטי מגלה שיש רצף קצר עשיר בפורין לפני קודון ההתחלה שהוא חיוני לזיהוי וקשירה על ידי תת-היחידה הריבוזומלית הקטנה (איור 7.89). רצף זה, הנקרא רצף Shine-Dalgarno, משלים למתיחה של פירמידינים בקצה 3' של רכיב ה- rRNA 16S של יחידת המשנה הריבוזומלית הקטנה (איור 7.90). זיווג בסיסים בין רצפים משלימים אלה ממקם את יחידת המשנה הריבוזומלית הקטנה במקום הנכון ב- mRNA, כאשר קודון ההתחלה AUG באתר P.

גורמי ייזום

הקישור של תת-היחידה הריבוזומלית הקטנה ל-mRNA דורש סיוע של שלושה גורמי חלבון הנקראים גורמי התחלה 1, 2 ו-3 (IF1, IF2, IF3). חלבונים אלה, הקשורים ליחידת המשנה הריבוזומלית הקטנה, נחוצים לקשירה שלה ל-mRNA, אך מתנתקים ממנה כאשר תת-היחידה הריבוזומלית 50S נקשרת. מבין החלבונים הללו, IF3 חשוב לקשירה של תת-היחידה הקטנה ל-mRNA, בעוד IF2 מעורב בהבאת ה-tRNA היוזם לאתר P החלקי של תת-היחידה הריבוזומלית הקטנה. IF1 תופס את אתר A, ומונע את הקישור של ה- tRNA היוזם באתר זה.

ברגע שתת-היחידה הריבוזומלית הקטנה נקשרת ל-mRNA וה-tRNA היוזם ממוקם באתר P, יחידת המשנה הריבוזומלית הגדולה מגויסת ונוצר קומפלקס ההתחלה. קישור של יחידת המשנה הריבוזומלית 50S מלווה בדיסוציאציה של כל שלושת גורמי ההתחלה. הסרת IF1 מאתר A בריבוזום משחררת את האתר לקשירה של ה-tRNA הטעון המתאים לקודון השני (איור 7.91).

חניכה אוקריוטית

באאוקריוטים, החניכה עוקבת אחר דפוס דומה, אם כי סדר האירועים וגורמי החניכה הספציפיים שונים.

לאוקריוטים יש מספר רב של IFs הידועים בשם eIFs (גורמי התחלה אוקריוטיים). גורמי התחלה אלה מעורבים בקשירה של ה-tRNA היוזם ליחידת המשנה הקטנה, כמו גם בשיתוף של תת-היחידה הקטנה עם mRNA והתקשרות לאחר מכן של תת-היחידה הגדולה.

מכלול ריבוזום

הרכבת מכונות התרגום באיקריוטים מתחילה בקשירה של ה-tRNA היוזם ליחידת המשנה 40S (קטנה). שלב זה דורש סיוע של eIF2 ו- eIF3. לאחר מכן יחידת המשנה הקטנה עם ה-tRNA היוזם נקשרת לכובע 7-מתיל G בקצה ה-5' של ה-mRNA. תת-יחידת ה-40S נעה לאחר מכן לאורך ה-mRNA, סורקת אחר קודון התחלה. הקישור של יחידת המשנה הריבוזומלית ל-mRNA תלוי לא רק במציאת AUG, אלא ברצפים המקיפים את הקודון.

רצפי קוזאק

רצפים ספציפיים המקיפים את ה-AUG, הנקראים רצפי קוזאק עבור המדען שהגדיר אותם, הוכחו כהכרחיים לקשירת תת-יחידת ה-40S, כאשר הבסיסים ב--4 ו-+1 ביחס ל-AUG חשובים במיוחד (איור 7.92). ברגע שתת-היחידה הקטנה ממוקמת כראוי, תת-היחידה הריבוזומלית הגדולה (60S) נקשרת ויוצרת את קומפלקס ההתחלה.

התארכות

לאחר הרכבת הריבוזום עם ה-tRNA היוזם הממוקם ב-AUG באתר P, תוספת של חומצות אמינו נוספות יכולה להתחיל. הן בפרוקריוטים והן באיקריוטים, התארכות שרשרת הפוליפפטיד דורשת סיוע של גורמי התארכות. בחיידקים, הקישור של ה-tRNA הטעון השני באתר A דורש את גורם ההתארכות EF-Tu מורכב עם GTP (איור 7.93). כאשר ה-tRNA הטעון נטען באתר A, EF-Tu מבצע הידרוליזה של ה-GTP ל-GDP ומתנתק מהריבוזום. לאחר מכן ה- EF-Tu החינמי יכול לעבוד עם tRNA טעון אחר כדי לעזור למקם אותו באתר A (איור 7.94), לאחר שהחליף את התוצר שלו ב- GTP חדש.

השלב המקביל בתאים אוקריוטיים תלוי בגורם ההתארכות EEF1α.GTP. ברגע שגם אתר P וגם אתר A תפוסים, המתיונין הנישא על ידי ה- tRNA באתר P מחובר לחומצת האמינו הנישאת על ידי tRNA באתר A, ויוצר קשר פפטיד.

התגובה המצטרפת לחומצות האמינו מתרחשת במרכז הפפטידיל טרנספרז הריבוזומלי, המהווה חלק מתת-היחידה הריבוזומלית הגדולה (איור 7.95).

ריבוזים

מעניין לציין שישנן עדויות חזקות לכך שתגובה זו מזורזת על ידי רכיבי rRNA של תת-היחידה הגדולה, מה שהופך את יצירת קשרי הפפטיד לדוגמא לפעילותם של אנזימי RNA, או ריבוזימים. התוצאה של פעילות הפפטידיל טרנספראז היא של-tRNA באתר A יש כעת שתי חומצות אמינו המחוברות אליו, בעוד של-tRNA באתר P אין. tRNA "ריק" או מנוטרל זה מועבר לאתר E בריבוזום, שממנו הוא יכול לצאת. ה- tRNA באתר A, לאחר מכן עובר לכבוש את אתר ה- P שהתפנה, ומשאיר את אתר A פתוח עבור ה- tRNA הטעון הנכנס הבא. גורם התארכות נוסף, EF-G מורכב עם GTP, נדרש לטרנסלוקציה של הריבוזום לאורך ה-mRNA בחיידקים, בעוד שבאיקריוטים, תפקיד זה ממלא eEF2.GTP. מחזורים חוזרים ונשנים של שלבים אלה גורמים להתארכות הפוליפפטיד בחומצת אמינו אחת בכל מחזור, עד לסיום, או קודון עצירה נמצא באתר A.

סיום

כאשר קודון עצירה נמצא באתר A, יש צורך בחלבונים הנקראים גורמי שחרור (RFs) כדי לזהות את קודון העצירה ולבקע ולשחרר את הפוליפפטיד החדש שנוצר. בחיידקים, RF1 הוא גורם שחרור שיכול לזהות את קודון העצירה UAG, בעוד RF2 מזהה UGA. גם RF1 וגם RF2 יכולים לזהות UAA. גורם שחרור שלישי, RF3, עובד עם RF1 ו-RF2 כדי לבצע הידרוליזה של הקשר בין הפוליפפטיד ל-tRNA הסופי, כדי לשחרר את החלבון החדש שסונתז. לאחר מכן ניתוק יחידות המשנה הריבוזומליות מה- mRNA, ומסיים את תהליך התרגום.

עיבוד פוליפפטיד

מה קורה לפוליפפטיד החדש שסונתז לאחר שהוא משתחרר מהריבוזום? כפי שאתם יודעים, חלבונים פונקציונליים הם לא רק מחרוזות של חומצות אמינו. הפוליפפטיד חייב להתקפל כראוי על מנת לבצע את תפקידו בתא. הוא עשוי גם לעבור מגוון שינויים כגון הוספת קבוצות פוספט, סוכרים, שומנים וכו 'חלק מהחלבונים מיוצרים כמבשרים לא פעילים שיש לבקע אותם על ידי פרוטאזות כדי להיות פונקציונליים.

אתגר נוסף בתאים אוקריוטיים הוא נוכחותם של תאים פנימיים, מוגבלים בממברנה. כל תא מכיל חלבונים שונים בעלי פונקציות שונות. אבל הרוב המכריע של החלבונים בתאים אוקריוטיים מיוצרים על ידי ריבוזומים, חופשיים או קשורים לממברנה, בציטופלזמה של התא (היוצאים מן הכלל הם קומץ חלבונים המיוצרים בתוך המיטוכונדריה והכלורופלסטים).

משלוח

לכן, כל אחד מאלפי החלבונים המיוצרים בציטופלזמה חייב להימסר לתא הסלולרי המתאים בו הוא מתפקד. חלק מהחלבונים מועברים ליעדיהם במצב נפרש, ומקופלים בתוך התא בו הם מתפקדים. אחרים מקופלים במלואם ועשויים להשתנות לאחר התרגום לפני שהם נשלחים ליעדים הסלולריים (או החוץ-תאיים) שלהם.

חלק מהחלבונים מועברים בזמן שהם מסונתזים (בתרגום משותף - ראה סרט 7.3) בעוד שאחרים ממוינים לתאים שלהם לאחר תרגום. אבל, למעט חלבונים ציטוסוליים, כל החלבונים חייבים לחצות מחסומי ממברנה, דרך תעלות ממברנה או "שערים" אחרים, או על ידי הובלה בתוך שלפוחיות ממברנה המתמזגות עם הממברנה של אברון המטרה כדי לספק את תוכנם.

שינויים מתקפלים ופוסט-תרגום

קיפול נכון של חלבון לקונפורמציה התלת-ממדית שלו נחוץ כדי שהוא יתפקד ביעילות. כפי שתואר בפרק קודם (כאן), קיפול החלבון מושפע במידה רבה מאינטראקציות הידרופוביות הגורמות לקיפול החלבון באופן שימקם שאריות הידרופוביות בפנים, או בליבה, של החלבון, הרחק מהסביבה המימית של התא.

קיפול נכון עשוי לכלול גם אינטראקציה של אזורים של הפוליפפטיד המרוחקים זה מזה, כך שחלקים מהאזור ה-N-טרמינלי של הפוליפפטיד עשויים להיות בסמיכות לחלקים מקצה ה-C של המולקולה המקופלת הסופית.

עם זאת, כאשר פוליפפטיד יוצא מהריבוזום, האזור ה-N-טרמינלי של הפוליפפטיד עשוי להתחיל להתקפל על עצמו, כאשר חלקים סמוכים של השרשרת מקיימים אינטראקציה בדרכים לא הולמות, לפני יצירת החלבון כולו. זה יכול לגרום לקיפול שגוי של החלבון ולתקלה כתוצאה מכך. כדי למנוע קיפול שגוי, לתאים יש מלווים חלבוניים, שתפקידם להיקשר לאזורים של פוליפפטידים ולהגן עליהם כשהם יוצאים מהריבוזום, ולמנוע מהם אינטראקציה לא נכונה זה עם זה או עם חלבונים אחרים בסביבה, עד שהם יכולים להתקפל לתוך הצורה הסופית הנכונה שלהם (איור 7.98). בנוסף, ישנם סוגים של מלווים המסוגלים להפריד חלבונים באופן שיאפשר התפתחות וקיפול מחדש של פוליפפטידים מקופלים בצורה לא נכונה. חלבונים אלה מבטיחים כי הרוב המכריע של החלבונים בתאים מקופלים לצורות התלת-ממדיות הנכונות והתפקודיות שלהם.

מיון חלבונים

התהליך שבו חלבונים מזוהים כשייכים לתא מסוים ולאחר מכן מועברים כראוי ליעד זה ידוע בשם מיון חלבונים. כיצד תא יודע לאן יש לשלוח חלבון מסוים?

לחלבונים יש "תוויות כתובת" או אותות מיון המציינים לאיזה תא סלולרי הם מיועדים. אותות מיון אופייניים נמצאים על חלבונים הנשלחים לגרעין, ל-ER (איור 7.99), למיטוכונדריה וכו'.

רצפי אותות

איך נראים אותות המיון האלה?
רוב אותות המיון (נקראים גם רצפי אותות) הם קטעים קצרים של רצף חומצות אמינו (כלומר, הם חלק מרצף חומצות האמינו של החלבון). לתאים סלולריים שונים יש "תוויות כתובת" שונות.

רצפי אותות עשויים להימצא באזור N-terminal או C-terminal של חלבונים, או שהם עשויים להיות בתוך רצף חומצות האמינו של החלבונים. עם זאת, המיקום של רצף האותות עבור כל חלבון נתון קבוע. רצפי אותות לחלבונים שיועברו לרטיקולום האנדופלזמי (ER) נמצאים בקצה ה- N של החלבון. לחלבוני מיטוכונדריה וכלורופלסט המקודדים על ידי גנים גרעיניים יש גם רצפי אותות N-טרמינליים. רצפי אותות לחלבונים גרעיניים, לעומת זאת, הם פנימיים לפוליפפטיד, ועשויים להיות מורכבים מקטע אחד או יותר של חומצות אמינו שיוצגו על פני החלבונים הללו לאחר קיפולם.

ריבוזומים חופשיים וקשורים לממברנה

חלבונים מסונתזים על ידי ריבוזומים בציטופלזמה או על ידי אלה המתחברים לממברנות באופן זמני (ריבוזומים הקשורים לממברנה). הריבוזומים החופשיים מייצרים חלבונים המיועדים לגרעין, כמו גם כאלה שהולכים לכלורופלסטים, מיטוכונדריה ופרוקסיזומים. חלבונים גרעיניים מועברים במצבם המקופל, בעוד כלורופלסט וחלבונים מיטוכונדריאליים מושחלים דרך תעלות טרנסלוקציה בממברנות האברונים הללו, כדי להתקפל ביעדם.

חלבונים המיועדים ל-ER, למנגנון הגולגי, לליזוזומים כמו גם לאלו שאמורים להיות מופרשים מהתא מועברים תחילה ל-ER על ידי ריבוזומים המתחברים לממברנה של ה-ER המחוספס ומסנתזים את החלבון ישירות לתוך ה-ER. חלבונים המועברים בדרך זו לתוך לומן ה- ER עוברים קיפול ושינוי במיון. לכל החלבונים המועברים למיון, ללא קשר ליעדם הסופי, יש רצף אותות ER מסוף N של 15-30 חומצות אמינו.

משלוח חלבון לרטיקולום האנדופלזמי

החלק ה-N-טרמינלי של חלבון הוא החלק הראשון של פוליפפטיד המתהווה שיוצא מהריבוזום (איור 7.100). רצף חומצות האמינו באזור זה, אם מדובר באות ER, יזוהה ויקשור על ידי קומפלקס ריבונוקלאופרוטאין הנקרא חלקיק זיהוי האותות (SRP). קישור ה- SRP לרצף האותות N-terminal גורם להשהיית התרגום. ה- SRP, בתורו, קשור לקולטן SRP בקרום ה- ER (סרט 7.3 ואיור 7.101), המעגן למעשה את הריבוזום לממברנה.

מיקומם של קולטני SRP ליד תעלות ממברנה ב- ER ממקם את הריבוזום מעל תעלת טרנסלוקציה. ברגע שהריבוזום מעוגן מעל הערוץ, ה-SRP משחרר את רצף האותות, המושחל דרך הערוץ, כאשר השאריות ההידרופוביות שלו מקיימות אינטראקציה עם הפנים ההידרופובי של הממברנה. התרגום מתחדש בשלב זה ושאר החלבון מועבר לומן של המיון תוך כדי יצירתו. הריבוזום נשאר קשור לקרום ה- ER עד לסיום התרגום, ובשלב זה הוא מתנתק. רצף האותות, שאינו נחוץ עוד לאחר מסירת החלבון, מתפרק על ידי פפטידאז אות הקשור לממברנה, ומשחרר את החלבון שהושלם לתוך לומן ה- ER.

בעוד חלבונים מסיסים מועברים ל-ER, חלבוני ממברנה אינטגרליים אינם עוברים עד הסוף, אלא, במקום זאת, מעוגנים בממברנה של ה-ER על ידי רצפי העברת עצירה הידרופוביים.

קיפול ושינוי

חלבונים בלומן של ה-ER מקופלים בעזרת מלווים רבים המתגוררים ברטיקולום האנדופלזמי. הסביבה בתוך לומן ה- ER גם מחמצנת יותר מהציטוזול, ומאפשרת יצירת קשרי דיסולפיד לייצוב החלבונים המקופלים. חלבון דיסולפיד איזומראז, אנזים הפעיל בלומן ER גם עוזר ליצור קשרים דיסולפידים וגם מסיר קשרים שנוצרו בצורה לא נכונה במהלך תהליך הקיפול. בנוסף, חלבונים במיון עוברים שינויים כמו גליקוזילציה ותוספת גליקוליפידים. חלבונים מולטימריים מורכבים גם מיחידות המשנה שלהם במיון.

חלבונים שקופלו ושונו בצורה נכונה מועברים מה- ER, בשלפוחית הממברנה, ליעדיהם הסופיים. חלבונים מקופלים בצורה לא נכונה מזוהים על ידי מנגנון מעקב במיון ונשלחים חזרה לציטופלזמה כדי להתפרק בפרוטאזומים.

עיבוד מידע: תרגום

779

הרצאות ביוטיוב

מאת קווין

כאן & כאן

780

איור 7.81 - הקוד הגנטי הסטנדרטי

ויקיפדיה

איור 7.80 - הדוגמה המרכזית בתא חיידקי

ויקיפדיה

781

איור 7.82 - קידוד ב-DNA, מתועתק ל-RNA, מתורגם לחלבון

782

איור 7.83 - tRNA - הקרנת תלת מימד (משמאל) והקרנה דו-ממדית (שיבוץ)

ויקיפדיה

783

אינטראקטיבי 7.1 - פנילאלניל-tRNA

PDB
אינטראקטיבי 7.1 - פנילאלניל-tRNA PDB

איור 7.84 - טעינה של tRNA על ידי סינתטאז tRNA אמינואציל

ויקיפדיה

784

איור 7.85 - קודונים ב-mRNA מזדווגים עם אנטיקודונים על tRNA כדי להביא את חומצת האמינו המתאימה לריבוזום להרכבת פוליפפטיד

הרצאות ביוטיוב

מאת קווין

כאן & כאן

785

איור 7.86 - אתרי A, P ו- E בריבוזום

תמונה על ידי מרתה בייקר

איור 7.87 - סקירה כללית של התארכות

ויקיפדיה

למידה אינטראקטיבית

מודול

פה

786

סרט 7.1 - יחידת משנה ריבוזומלית 30S

סרט ויקיפדיה 7.1 - יחידת משנה ריבוזומלית 30S ויקיפדיה

טבלה 7.1 - מיקום ותפקוד של rRNAs.

שם rRNA

פרוקריוטים

אוקריוטים

פונקציה

5S

יחידת משנה גדולה

יחידת משנה גדולה

כריכת tRNA?

5.8 שניות

יחידת משנה גדולה

טרנסלוקציה?

16S

יחידת משנה קטנה

יישור mRNA

18S

יחידת משנה גדולה

יישור mRNA

23S

יחידת משנה גדולה

היווצרות קשר פפטיד

28S

יחידת משנה גדולה

היווצרות קשר פפטיד

787

איור 7.89 - רצפים משומרים הסמוכים לקודונים מתחילים עבור גנים חיידקיים שונים

תמונה על ידי מרתה בייקר

איור 7.88 - מבנה של 5S rRNA

788

איור 7.90 - זיווג בסיסים בין רצף Shine-Dalgarno ב- mRNA לבין ה- rRNA 16S

תמונה על ידי מרתה בייקר

סרט 7.2 - יחידת משנה ריבוזומלית גדולה

סרט ויקיפדיה 7.2 - תת-יחידה ריבוזומלית גדולה ויקיפדיה

789

הרצאות ביוטיוב

מאת קווין

כאן & כאן

איור 7.91 - התחלה - הרכבה של קומפלקס התרגום הריבוזומלי

תמונה על ידי מרתה בייקר

790

איור 7.92 - עלילת רצף קוזאק המציגה שפע יחסי של בסיסים המקיפים את קודון ההתחלה של AUG (ATG) של גנים אנושיים

איור 7.93 - EF-Tu (כחול) קשור ל- tRNA (אדום) ו- GTP (צהוב)

791

איור 7.94 - תהליך ההתארכות

תמונה על ידי מרתה בייקר

792

איור 7.95 - יחידת משנה ריבוזומלית 50S. RNA בצבע חום. חלבון בכחול. אתר פפטידיל טרנספראז באדום.

ויקיפדיה

למידה אינטראקטיבית

מודול

פה

793

איור 7.96 - תהליך התרגום

ויקיפדיה

סרט 7.3 תרגום של חלבון המופרש לרטיקולום האנדופלזמי. יחידת משנה קטנה בצהוב. יחידת משנה גדולה בירוק. tRNAs בכחול.

סרט ויקיפדיה 7.3 תרגום של חלבון המופרש לרטיקולום האנדופלזמי. יחידת משנה קטנה בצהוב. יחידת משנה גדולה בירוק. tRNAs בכחול. ויקיפדיה

794

איור 7.97 - נקודת מבט נוספת של התרגום. קצה 3' של ה-mRNA נמצא בצד שמאל והריבוזום נע מימין לשמאל

795

איור 7.98 - פעולה של מלווה כדי להקל על קיפול נכון של חלבון (כתום)

תמונה על ידי אליה קים

הרצאות ביוטיוב

מאת קווין

כאן & כאן

796

איור 7.99 - רטיקולום אנדופלזמי מחוספס (קשור לריבוזום) וחלק

ויקיפדיה

797

איור 7.100 - רצף אותות N-טרמינלי (ירוק) המגיח מהריבוזום.

798

איור 7.101 - תרגום של חלבון לרטיקולום האנדופלזמי

תמונה על ידי אליה קים

799

תמונות גרפיות בספר זה היו תוצרים של עבודתם של כמה תלמידים מוכשרים. קישורים לדפי האינטרנט שלהם נמצאים למטה

לחץ כאן עבור

מרתה בייקר

דף אינטרנט

לחץ כאן עבור

של פר ג'ייקובסון

דף אינטרנט

לחץ כאן עבור

של אליה קים

דף אינטרנט

לחץ כאן עבור

של פנלופה אירווינג

דף אינטרנט

ערכת בעיות הקשורה לסעיף זה כאן

סיכום נקודה אחר נקודה של סעיף זה כאן

לקבלת תעודה לשליטה בחלק זה של הספר, לחץ כאן

קורסי iTunes U בחינם של קווין אהרן - בית ספר בסיסי/רפואה/מתקדם

ביוכימיה חינם וקל (הספר האחר שלנו) כאה/עמוד פייסבוק

המדריך של קווין ואינדירה לכניסה לבית הספר לרפואה - קורס U של iTunes /ספר

כדי לראות קורסים בקמפוס OSU של קווין אהרן - BB 350/BB 450/BB 451

להרשמה לקורסי קמפוס OSU של קווין אהרן - BB 350 /BB 450/BB 451

ביוכימיה חינם לכל עמוד הפייסבוק (אנא עשו לנו לייק)

דף האינטרנט של קווין אהרן/עמוד הפייסבוק/דף האינטרנט של טרלין טאן

ההורדות החינמיות של קווין אהרן כאן

התוכנית לביוכימיה/ביופיזיקה של OSU כאן

המכללה למדעים של OSU כאן

אוניברסיטת אורגון סטייט כאן

שלח דוא"ל לקווין אהרן/אינדירה רג'גופל/טרלין טאן

801

תרגום

למנגינה של "מריה" (מתוך "סיפור הפרברים")

אתר מנגינות מטבוליות כאן

תרגום
הדבר הכי מסובך שראיתי

מחמישה פריים לשלושה פריים, תרגום, תרגום
השלב האחרון שאנחנו יודעים על הכלב-מא המרכזי

אמינו, קרבוקסיל, תרגום, תרגום.
תרגום, תרגום, תרגום.

תרגום!

הרגע למדתי את שלבי התרגום
וכל הדברים שאומרים
על tRNA
נכונים

תרגום!
ליצירת קשרי פפטיד בתרגום
השסע הריבוזומלי
חייב להיקשר ל-E-F
tee-you!

תרגום!
A-U-G קושר את המטען
16S של f-met בשורה של שיין ודלגרנו תרגום לעולם לא אפסיק להזדקק
לתרגום

הדבר הכי מורכב שראיתי מעודי
תרגום

הקלטה מאת טים קרפלוס

מילים על ידי קווין אהרן
הקלטה על ידי טים Karplus מילים על ידי קווין אהרן

802

סינתזת חלבון טובה

למנגינה של "המלך הטוב ואצלב"

אתר מנגינות מטבוליות כאן

חומצות אמינו אינן יכולות להצטרף

בכוחות עצמם יחד

הם דורשים ריבוזומים

כדי ליצור את הרצועה

כל שרשראות החלבון מיוצרות

"חיבור להוראה

נישא על ידי M-R-n-A

בבניית קשר פפטיד

יחידת משנה קטנה מתחילה את הכל

עם חניכה

זיווג שני RNAs

בתחנת העגינה

המשלים של שיין דלגרנו

ב -16 האסימות

מסדר את ה- A-U-G כך

הסינתזה מתחילה

התארכות מתרחשת ב

פנים ריבוזומיים

איפה rRNA יוצר

קשרים לפוליפפטידים

אלה עוזבים את הריבוזום

עובר ישר דרכו

בערוצים הזעירים שם

של יחידת המשנה הגדולה

לבסוף כאשר הרצף של

אחד מקודוני העצירה

חונה את עצמו באתר A

סינתזה לא יכולה להימשך

RNA של אתר P מרפה

של מה שהיא החזיקה

אז הפוליפפטיד יכול

המשך עם הקיפול שלו

הקלטה מאת דיוויד סימונס

מילים על ידי קווין אהרן
הקלטה על ידי דוד סימונס מילים על ידי קווין אהרן