Skip to main content
Global

9.4: תרגום

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208888

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    סינתזה של חלבונים היא אחד התהליכים המטבוליים הצורכים ביותר של התא. בתורו, חלבונים מהווים מסה רבה יותר מכל מרכיב אחר של אורגניזמים חיים (למעט מים), וחלבונים מבצעים מגוון רחב של תפקידי התא. תהליך התרגום, או סינתזת החלבון, כולל פענוח הודעת mRNA למוצר פוליפפטיד. חומצות אמינו נמתחות יחד באופן קוולנטי באורכים הנעים בין כ-50 חומצות אמינו ליותר מ-1,000.

    מכונות סינתזת החלבון

    בנוסף לתבנית ה- mRNA, מולקולות רבות אחרות תורמות לתהליך התרגום. ההרכב של כל רכיב עשוי להשתנות בין המינים; לדוגמה, ריבוזומים עשויים להיות מורכבים ממספרים שונים של RNA ריבוזומלי (rRNA) ופוליפפטידים בהתאם לאורגניזם. עם זאת, המבנים והתפקודים הכלליים של מכונות סינתזת החלבון דומים מחיידקים לתאים אנושיים. תרגום דורש קלט של תבנית mRNA, ריבוזומים, tRNAs וגורמים אנזימטיים שונים (איור\(\PageIndex{1}\)).

    איור של המולקולות המעורבות בתרגום חלבונים. ריבוזום מוצג עם mRNA ו- tRNA. חומצות אמינו צצות כדי ליצור שרשרת חלבון.
    איור\(\PageIndex{1}\): מנגנון סינתזת החלבון כולל את יחידות המשנה הגדולות והקטנות של הריבוזום, ה- mRNA וה- tRNA. (אשראי: שינוי העבודה על ידי NIGMS, NIH)

    ב אי - קולי, ישנם 200,000 ריבוזומים בכל תא בכל זמן נתון. ריבוזום הוא מקרומולקולה מורכבת המורכבת מ- rRNA מבניים וקטליטיים, ופוליפפטידים רבים ומובחנים. באאוקריוטים, הגרעין מתמחה לחלוטין לסינתזה והרכבה של rRNAs.

    ריבוזומים ממוקמים בציטופלזמה בפרוקריוטים ובציטופלזמה וברשת האנדופלזמית של האוקריוטים. הריבוזומים מורכבים מתת-יחידה גדולה וקטנה שמתאחדים לתרגום. תת-היחידה הקטנה אחראית לקשירת תבנית ה-mRNA, בעוד שתת-היחידה הגדולה קושרת ברצף tRNAs, סוג של מולקולת RNA המביאה חומצות אמינו לשרשרת הגדלה של הפוליפפטיד. כל מולקולת mRNA מתורגמת בו זמנית על ידי ריבוזומים רבים, כולם מסנתזים חלבון באותו כיוון.

    בהתאם למין, 40 עד 60 סוגים של tRNA קיימים בציטופלזמה. משמשים כמתאמים, tRNAs ספציפיים נקשרים לרצפים בתבנית ה- mRNA ומוסיפים את חומצת האמינו המתאימה לשרשרת הפוליפפטיד. לכן, tRNAs הן המולקולות שלמעשה "מתרגמות" את שפת ה- RNA לשפת החלבונים. כדי שכל tRNA יתפקד, עליו להיות קשור אליו חומצת האמינו הספציפית שלו. בתהליך "טעינת" tRNA, כל מולקולת tRNA קשורה לחומצת האמינו הנכונה שלה.

    הקוד הגנטי

    לסיכום מה שאנו יודעים עד לנקודה זו, תהליך התמלול הסלולרי מייצר RNA שליח (mRNA), עותק מולקולרי נייד של גן אחד או יותר עם אלפבית של A, C, G ו- uracil (U). תרגום של תבנית mRNA ממיר מידע גנטי מבוסס נוקלאוטיד למוצר חלבון. רצפי חלבונים מורכבים מ -20 חומצות אמינו הנפוצות; לכן ניתן לומר כי אלפבית החלבון מורכב מ -20 אותיות. כל חומצת אמינו מוגדרת על ידי רצף של שלושה נוקלאוטידים הנקרא קודון השלישייה. הקשר בין קודון נוקלאוטיד לחומצת האמינו המתאימה לו נקרא הקוד הגנטי.

    בהתחשב במספרים השונים של "אותיות" ב"אלפבית "mRNA וחלבון, שילובים של נוקלאוטידים התאימו לחומצות אמינו בודדות. שימוש בקוד של שלושה נוקלאוטידים פירושו שיש בסך הכל 64 (4 × 4 × 4) שילובים אפשריים; לכן, חומצת אמינו נתונה מקודדת על ידי יותר משלישיית נוקלאוטיד אחת (איור). \(\PageIndex{2}\)

    איור מציג את כל 64 הקודונים. שישים ושניים מקודדים אלה לחומצות אמינו, ושלושה הם קודוני עצירה המוצגים באדום. קודון ההתחלה, AUG, בצבע ירוק.
    איור\(\PageIndex{2}\): איור זה מציג את הקוד הגנטי לתרגום כל שלישיית נוקלאוטיד, או קודון, ב- mRNA לחומצת אמינו או לאות סיום בחלבון המתהווה. (אשראי: שינוי עבודה על ידי NIH)

    שלושה מתוך 64 הקודונים מפסיקים את סינתזת החלבון ומשחררים את הפוליפפטיד ממנגנון התרגום. שלישיות אלה נקראות קודוני עצירה. לקודון נוסף, AUG, יש גם פונקציה מיוחדת. בנוסף לציון חומצת האמינו מתיונין, היא משמשת גם כקודון ההתחלה ליזום תרגום. מסגרת הקריאה לתרגום נקבעת על ידי קודון ההתחלה של AUG ליד קצה 5' של ה- mRNA. הקוד הגנטי הוא אוניברסלי. למעט כמה יוצאים מן הכלל, כמעט כל המינים משתמשים באותו קוד גנטי לסינתזת חלבונים, וזו עדות חזקה לכך שכל החיים על פני כדור הארץ חולקים מקור משותף.

    מנגנון סינתזת החלבון

    בדיוק כמו בסינתזת mRNA, ניתן לחלק את סינתזת החלבון לשלושה שלבים: התחלה, התארכות וסיום. תהליך התרגום דומה בפרוקריוטים ובאוקריוטים. כאן נחקור כיצד מתרחש תרגום ב אי - קולי, פרוקריוט מייצג, ונציין כל הבדל בין תרגום פרוקריוטי לאיקריוטי.

    סינתזת חלבון מתחילה ביצירת קומפלקס חניכה. ב אי - קולי, קומפלקס זה כולל את יחידת המשנה הריבוזום הקטנה, תבנית ה- mRNA, שלושה גורמי התחלה ו- tRNA יוזם מיוחד. ה-tRNA היוזם מקיים אינטראקציה עם קודון ההתחלה של AUG, ומקשר לצורה מיוחדת של חומצת האמינו מתיונין שבדרך כלל מוסרת מהפוליפפטיד לאחר השלמת התרגום.

    בפרוקריוטים ובאוקריוטים, היסודות של התארכות פוליפפטיד זהים, ולכן נסקור את ההתארכות מנקודת המבט של אי - קולי. יחידת המשנה הריבוזומלית הגדולה של אי - קולי מורכב משלושה תאים: אתר A קושר tRNAs טעונים נכנסים (tRNAs עם חומצות האמינו הספציפיות המחוברות שלהם). אתר P קושר tRNAs טעונים הנושאים חומצות אמינו שיצרו קשרים עם שרשרת הפוליפפטיד הגדלה אך עדיין לא התנתקו מה-tRNA המקביל שלהם. אתר E משחרר tRNAs מנותקים כך שניתן לטעון אותם מחדש עם חומצות אמינו חופשיות. הריבוזום מעביר קודון אחד בכל פעם, ומזרז כל תהליך המתרחש בשלושת האתרים. עם כל שלב, tRNA טעון נכנס למתחם, הפוליפפטיד הופך לחומצת אמינו אחת ארוכה יותר, ו- tRNA לא טעון יוצא. האנרגיה לכל קשר בין חומצות אמינו נגזרת מ- GTP, מולקולה הדומה ל- ATP (איור\(\PageIndex{3}\)). למרבה הפלא, מנגנון התרגום E. coli לוקח רק 0.05 שניות להוסיף כל חומצת אמינו, כלומר ניתן לתרגם פוליפפטיד של 200 חומצות אמינו תוך 10 שניות בלבד.

    האיור מציג את השלבים של סינתזת חלבון. ראשית, tRNA יוזם מזהה את הרצף AUG ב- mRNA הקשור ליחידת המשנה הריבוזומלית הקטנה. יחידת המשנה הגדולה מצטרפת למתחם. לאחר מכן, tRNA שני מגויס באתר A. נוצר קשר פפטיד בין חומצת האמינו הראשונה, שנמצאת באתר P, לבין חומצת האמינו השנייה שנמצאת באתר A. לאחר מכן ה-mRNA עובר וה-tRNA הראשון מועבר לאתר E, שם הוא מתנתק מהריבוזום. tRNA אחר קושר את אתר A, והתהליך חוזר על עצמו.
    איור\(\PageIndex{3}\): התרגום מתחיל כאשר אנטיקודון tRNA מזהה קודון ב- mRNA. יחידת המשנה הריבוזומלית הגדולה מצטרפת ליחידת המשנה הקטנה, וגויס tRNA שני. כאשר ה- mRNA נע ביחס לריבוזום, נוצרת שרשרת הפוליפפטיד. כניסה של גורם שחרור לאתר A מסיימת את התרגום והרכיבים מתנתקים.

    סיום התרגום מתרחש כאשר נתקל בקודון עצירה (UAA, UAG או UGA). כאשר הריבוזום נתקל בקודון העצירה, הפוליפפטיד הגדל משתחרר ויחידות המשנה של הריבוזום מתנתקות ועוזבות את ה- mRNA. לאחר שריבוזומים רבים השלימו את התרגום, ה- mRNA מתפרק כך שניתן לעשות שימוש חוזר בנוקלאוטידים בתגובת שעתוק אחרת.

    מושג בפעולה

    תמלל גן ותרגם אותו לחלבון באמצעות זיווג משלים והקוד הגנטי באתר זה.

    סיכום

    הדוגמה המרכזית מתארת את זרימת המידע הגנטי בתא מגנים ל- mRNA לחלבונים. גנים משמשים לייצור mRNA בתהליך התעתיק; mRNA משמש לסינתזה של חלבונים בתהליך התרגום. הקוד הגנטי הוא ההתאמה בין קודון ה-mRNA בעל שלושה נוקלאוטידים לחומצת אמינו. הקוד הגנטי "מתורגם" על ידי מולקולות ה- tRNA, המקשרות קודון ספציפי לחומצת אמינו ספציפית. הקוד הגנטי מנוון מכיוון ש-64 קודונים משולשים ב-mRNA מציינים רק 20 חומצות אמינו ושלושה קודוני עצירה. המשמעות היא שיותר מקודון אחד מתאים לחומצת אמינו. כמעט כל מין על פני כדור הארץ משתמש באותו קוד גנטי.

    השחקנים בתרגום כוללים את תבנית ה- mRNA, ריבוזומים, tRNAs וגורמים אנזימטיים שונים. יחידת המשנה הריבוזומלית הקטנה נקשרת לתבנית ה- mRNA. התרגום מתחיל ב- AUG היוזם ב- mRNA. היווצרות קשרים מתרחשת בין חומצות אמינו עוקבות שצוינו על ידי תבנית ה- mRNA על פי הקוד הגנטי. הריבוזום מקבל tRNAs טעונים, וככל שהוא צועד לאורך ה-mRNA, הוא מזרז את הקשר בין חומצת האמינו החדשה לקצה הפוליפפטיד הגדל. ה- mRNA כולו מתורגם ב"שלבים "של שלושה נוקלאוטידים של הריבוזום. כאשר נתקל בקודון עצירה, גורם שחרור קושר ומנתק את הרכיבים ומשחרר את החלבון החדש.

    רשימת מילים

    קודון
    שלושה נוקלאוטידים רצופים ב- mRNA המציינים תוספת של חומצת אמינו ספציפית או שחרור שרשרת פוליפפטיד במהלך התרגום
    קוד גנטי
    חומצות האמינו המתאימות לקודונים של שלושה נוקלאוטידים של mRNA
    rRNA
    RNA ריבוזומלי; מולקולות של RNA המשתלבות ויוצרות חלק מהריבוזום
    עצור קודון
    אחד משלושת קודוני ה- mRNA המציין סיום תרגום
    התחל קודון
    AUG (או, לעתים רחוקות GUG) על mRNA שממנו מתחיל התרגום; תמיד מציין מתיונין
    tRNA
    העברת RNA; מולקולת RNA המכילה רצף אנטיקודון ספציפי של שלושה נוקלאוטידים להתאמה עם קודון ה- mRNA וגם נקשרת לחומצת אמינו ספציפית

    תורמים וייחוסים