Skip to main content
Global

9.4: الترجمة

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    191580

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

    يعد تخليق البروتينات أحد أكثر عمليات التمثيل الغذائي استهلاكًا للطاقة في الخلية. في المقابل، تمثل البروتينات كتلة أكبر من أي مكون آخر من الكائنات الحية (باستثناء الماء)، وتؤدي البروتينات مجموعة متنوعة من وظائف الخلية. تتضمن عملية الترجمة، أو تخليق البروتين، فك تشفير رسالة mRNA إلى منتج متعدد الببتيد. يتم ربط الأحماض الأمينية معًا بشكل تساهمي بأطوال تتراوح من حوالي 50 حمضًا أمينيًا إلى أكثر من 1000.

    آلات تخليق البروتين

    بالإضافة إلى قالب mRNA، تساهم العديد من الجزيئات الأخرى في عملية الترجمة. قد يختلف تكوين كل مكون باختلاف الأنواع؛ على سبيل المثال، قد تتكون الريبوسومات من أعداد مختلفة من الرنا الريبوسومي (rRNA) والببتيدات المتعددة اعتمادًا على الكائن الحي. ومع ذلك، فإن الهياكل والوظائف العامة لآلات تخليق البروتين قابلة للمقارنة من البكتيريا إلى الخلايا البشرية. تتطلب الترجمة إدخال قالب mRNA، والريبوسومات، والترانا، والعوامل الأنزيمية المختلفة (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    رسم توضيحي للجزيئات المشاركة في ترجمة البروتين. يظهر الريبوسوم مع mRNA و rNA. تظهر الأحماض الأمينية لتشكل سلسلة بروتينية.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): تشتمل آلية تخليق البروتين على الوحدات الفرعية الكبيرة والصغيرة من الريبوسوم و mRNA و tRNA. (الائتمان: تعديل العمل من قبل NIGMS و NIH)

    في E. coli، يوجد 200,000 ريبوسوم في كل خلية في أي وقت. الريبوسوم عبارة عن جزيء كبير معقد يتكون من الحمض الريبي الريبوزي الهيكلي والتحفيزي والعديد من الببتيدات المتعددة المتميزة. في حقيقيات النوى، تكون النواة متخصصة تمامًا في تخليق وتجميع الحمض الريبي الريبي.

    توجد الريبوسومات في السيتوبلازم في بدائيات النواة وفي السيتوبلازم والشبكة الإندوبلازمية لحقيقيات النوى. تتكون الريبوسومات من وحدة فرعية كبيرة وصغيرة تجتمع معًا للترجمة. الوحدة الفرعية الصغيرة مسؤولة عن ربط قالب mRNA، في حين أن الوحدة الفرعية الكبيرة تربط التتابع TRNAs، وهو نوع من جزيئات الحمض النووي الريبي الذي يجلب الأحماض الأمينية إلى السلسلة المتنامية من البولي ببتيد. تتم ترجمة كل جزيء mRNA في وقت واحد بواسطة العديد من الريبوسومات، وكلها تصنع البروتين في نفس الاتجاه.

    اعتمادًا على الأنواع، يوجد 40 إلى 60 نوعًا من الحمض النووي الريبي في السيتوبلازم. تعمل كمحولات، وترتبط الحمض الريبي النووي الريبي المحدد بالتسلسلات الموجودة على قالب mRNA وتضيف الأحماض الأمينية المقابلة إلى سلسلة البولي ببتيد. لذلك، فإن الحمض النووي الريبي هو الجزيئات التي «تترجم» بالفعل لغة الحمض النووي الريبي إلى لغة البروتينات. لكي يعمل كل حمض رنا، يجب أن يكون الحمض الأميني الخاص به مرتبطًا به. في عملية «شحن» الحمض النووي الريبي، يتم ربط كل جزيء من الحمض الأميني الصحيح.

    الشفرة الجينية

    لتلخيص ما نعرفه حتى هذه اللحظة، تولد عملية النسخ الخلوي messenger RNA (mRNA)، وهي نسخة جزيئية متنقلة من جين واحد أو أكثر بأبجدية A و C و G و uracil (U). تعمل ترجمة قالب mRNA على تحويل المعلومات الجينية القائمة على النيوكليوتيد إلى منتج بروتيني. تتكون تسلسلات البروتين من 20 حمضًا أمينيًا شائعًا؛ لذلك، يمكن القول أن أبجدية البروتين تتكون من 20 حرفًا. يتم تعريف كل حمض أميني من خلال تسلسل ثلاثي النوكليوتيد يسمى الكودون الثلاثي. تسمى العلاقة بين كودون النيوكليوتيد والحمض الأميني المقابل له بالشفرة الجينية.

    بالنظر إلى الأعداد المختلفة من «الحروف» في mRNA و «أبجديات» البروتين، فإن مجموعات النيوكليوتيدات تتوافق مع الأحماض الأمينية الفردية. استخدام رمز ثلاثي النوكليوتيد يعني أن هناك ما مجموعه 64 (4 × 4 × 4) تركيبة ممكنة؛ لذلك، يتم ترميز حمض أميني معين بأكثر من ثلاثي نيوكليوتيد (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

    يوضح الشكل جميع الرموز الـ 64. اثنان وستون من هذه الرموز للأحماض الأمينية، وثلاثة هي رموز التوقف الموضحة باللون الأحمر. رمز البداية، AUG، ملون باللون الأخضر.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يوضح هذا الشكل الشفرة الجينية لترجمة كل ثلاثي نيوكليوتيد، أو كودون، في mRNA إلى حمض أميني أو إشارة إنهاء في بروتين ناشئ. (الائتمان: تعديل العمل من قبل NIH)

    ثلاثة من الكودونات الـ 64 تنهي تخليق البروتين وتطلق البولي ببتيد من آلية الترجمة. تسمى هذه التوائم الثلاثة رموز التوقف. كودون آخر، AUG، له أيضًا وظيفة خاصة. بالإضافة إلى تحديد ميثيونين الأحماض الأمينية، فإنه يعمل أيضًا كودون البداية لبدء الترجمة. تم تعيين إطار القراءة للترجمة بواسطة رمز بدء AUG بالقرب من نهاية 5' من mRNA. الشفرة الجينية عالمية. مع بعض الاستثناءات، تستخدم جميع الأنواع تقريبًا نفس الشفرة الجينية لتخليق البروتين، وهو دليل قوي على أن جميع أشكال الحياة على الأرض تشترك في أصل مشترك.

    آلية تخليق البروتين

    تمامًا كما هو الحال مع تخليق mRNA، يمكن تقسيم تخليق البروتين إلى ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء. تتشابه عملية الترجمة في بدائيات النواة وحقائق النوى. سنستكشف هنا كيفية حدوث الترجمة في E. coli، وهي مقدمة نموذجية، ونحدد أي اختلافات بين الترجمة بدائية النواة وترجمة حقيقية النواة.

    يبدأ تخليق البروتين بتكوين مجمع البدء. في E. coli، يتضمن هذا المركب الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم، ونموذج mRNA، وثلاثة عوامل بدء، وtRNA البادئ الخاص. يتفاعل البادئ tRNA مع كودون بدء AUG، ويرتبط بشكل خاص من ميثيونين الأحماض الأمينية الذي تتم إزالته عادةً من البولي ببتيد بعد اكتمال الترجمة.

    في بدائيات النواة وحقيقيات النوى، تكون أساسيات استطالة البولي ببتيد هي نفسها، لذلك سنراجع الاستطالة من منظور E. coli. تتكون الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة من E. coli من ثلاث أقسام: يربط الموقع A الحمض النووي الريبوزي المشحون الوارد (trNAs) بالأحماض الأمينية المحددة المرفقة بها). يربط موقع P الحمض الريبي المشحون الذي يحمل الأحماض الأمينية التي شكلت روابط مع سلسلة البولي ببتيد المتنامية ولكنها لم تنفصل بعد عن الحمض النووي الريبي المقابل لها. يقوم موقع E بإطلاق الحمض النووي الريبوزي المنفصل بحيث يمكن إعادة شحنه بالأحماض الأمينية الحرة. يقوم الريبوسوم بنقل كودون واحد في كل مرة، مما يحفز كل عملية تحدث في المواقع الثلاثة. مع كل خطوة، يدخل الحمض الريبوزي المشحون إلى المجمع، ويصبح البولي ببتيد حمضًا أمينيًا لفترة أطول، ويغادر الحمض الريبوزي غير المشحون. تستمد الطاقة لكل رابطة بين الأحماض الأمينية من GTP، وهو جزيء مشابه لـ ATP (الشكل\(\PageIndex{3}\)). ومن المثير للدهشة أن جهاز ترجمة E. coli يستغرق 0.05 ثانية فقط لإضافة كل حمض أميني، مما يعني أنه يمكن ترجمة 200 حمض أميني متعدد الببتيد في 10 ثوانٍ فقط.

    يوضح الرسم التوضيحي خطوات تخليق البروتين. أولاً، يتعرف البادئ trNA على تسلسل AUG على mRNA المرتبط بالوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة. تنضم الوحدة الفرعية الكبيرة إلى المجمع. بعد ذلك، يتم تعيين الحمض النووي الريبي الثاني في موقع A. تتكون رابطة الببتيد بين الحمض الأميني الأول، الموجود في موقع P، والحمض الأميني الثاني، الموجود في الموقع A. ثم ينتقل الحمض النووي الريبوزي (mRNA) ثم يتم نقل أول حمض الريبوزي إلى الموقع E، حيث ينفصل عن الريبوسوم. يقوم trNA آخر بربط موقع A، ويتم تكرار العملية.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): تبدأ الترجمة عندما يتعرف مضاد الحمض النووي الريبي على كودون على mRNA. تنضم الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة إلى الوحدة الفرعية الصغيرة، ويتم تجنيد الحمض الريبي الثاني. عندما يتحرك mRNA بالنسبة إلى الريبوسوم، تتشكل سلسلة البولي ببتيد. يؤدي إدخال عامل الإصدار إلى موقع A إلى إنهاء الترجمة وتفكك المكونات.

    يحدث إنهاء الترجمة عند مواجهة رمز الإيقاف (UAA أو UAG أو UGA). عندما يواجه الريبوسوم كودون المتقطع، يتم إطلاق البولي ببتيد المتنامي وتتفكك وحدات الريبوسوم الفرعية وتترك mRNA. بعد الانتهاء من ترجمة العديد من الريبوسومات، يتحلل الحمض النووي الريبوزي (mRNA) بحيث يمكن إعادة استخدام النيوكليوتيدات في تفاعل نسخ آخر.

    مفهوم في العمل

    قم بنسخ الجين وترجمته إلى بروتين باستخدام الاقتران التكميلي والشفرة الجينية في هذا الموقع.

    ملخص

    تصف العقيدة المركزية تدفق المعلومات الجينية في الخلية من الجينات إلى mRNA إلى البروتينات. يتم استخدام الجينات لصنع mRNA من خلال عملية النسخ؛ يتم استخدام mRNA لتجميع البروتينات من خلال عملية الترجمة. الشفرة الجينية هي التطابق بين كودون الحمض النووي الريبوزي ثلاثي النوكليوتيد والحمض الأميني. يتم «ترجمة» الشفرة الجينية بواسطة جزيئات الحمض النووي الريبي، التي تربط كودون معين بحمض أميني معين. تتدهور الشفرة الجينية لأن 64 كودونًا ثلاثيًا في mRNA تحدد 20 حمضًا أمينيًا فقط وثلاثة كودونات توقف. هذا يعني أن أكثر من كودون واحد يتوافق مع الأحماض الأمينية. تستخدم كل الأنواع تقريبًا على هذا الكوكب نفس الشفرة الجينية.

    تشمل العناصر الفاعلة في الترجمة قالب mRNA، والريبوسومات، والرنا النووي الريبي، والعوامل الأنزيمية المختلفة. ترتبط الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة بقالب mRNA. تبدأ الترجمة في بداية أغسطس على mRNA. يحدث تكوين الروابط بين الأحماض الأمينية المتسلسلة المحددة في قالب mRNA وفقًا للشفرة الجينية. يقبل الريبوسوم الحمض الريبي النووي المشحون، وعندما يخطو على طول الحمض النووي الريبوزي، فإنه يحفز الترابط بين الحمض الأميني الجديد ونهاية البولي ببتيد المتنامي. تتم ترجمة mRNA بالكامل في ثلاث «خطوات» من الريبوسوم. عند مواجهة كودون الإيقاف، يقوم عامل الإطلاق بربط المكونات وفصلها وتحرير البروتين الجديد.

    مسرد المصطلحات

    كودون
    ثلاثة نيوكليوتيدات متتالية في mRNA تحدد إضافة حمض أميني معين أو إطلاق سلسلة بولي ببتيد أثناء الترجمة
    شفرة جينية
    الأحماض الأمينية التي تتوافق مع الكوبونات ثلاثية النوكليوتيد في mRNA
    الحمض النووي الريبي
    الحمض النووي الريبوزي؛ جزيئات الحمض النووي الريبي التي تتحد لتشكل جزءًا من الريبوسوم
    إيقاف كودون
    أحد رموز mRNA الثلاثة التي تحدد إنهاء الترجمة
    ابدأ كودون
    AUG (أو نادرًا GUG) على mRNA الذي تبدأ منه الترجمة؛ يحدد دائمًا الميثيونين
    الحمض النووي الريبي
    نقل الحمض النووي الريبي؛ جزيء RNA يحتوي على تسلسل محدد من مضادات النوكليوتيد ثلاثي النوكليوتيد للاقتران مع كودون mRNA ويرتبط أيضًا بحمض أميني معين

    المساهمون والصفات