معلومة

16.3 هـ: مركب البدء ومعدل الترجمة - علم الأحياء

16.3 هـ: مركب البدء ومعدل الترجمة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الخطوة الأولى في الترجمة هي تجميع الريبوسوم ، والتي تتطلب عوامل البدء.

أهداف التعلم

  • ناقش كيف تجمع حقيقيات النوى الريبوسومات على الرنا المرسال لبدء الترجمة

النقاط الرئيسية

  • يتم تجميع المكونات المشاركة في تجميع الريبوسوم بمساعدة بروتينات تسمى عوامل البدء التي ترتبط بالوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة.
  • يتم استخدام البادئ tRNA لتحديد موقع كودون البدء AUG (الحمض الأميني ميثيونين) الذي يحدد إطار القراءة لخيط mRNA.
  • GTP الذي يحمله eIF2 هو مصدر الطاقة المستخدم لتحميل البادئ tRNA بواسطة الوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة على كودون البدء الصحيح في mRNA.
  • GTP الذي يحمله eIF5 هو مصدر الطاقة لتجميع الوحدات الفرعية الريبوسومية الكبيرة والصغيرة معًا.

الشروط الاساسية

  • إطار القراءة: إما ثلاثة توائم محتملة من الكودونات يمكن فيها نسخ تسلسل DNA
  • الفسفرة: إضافة مجموعة فوسفات إلى مركب ؛ غالبًا ما يتم تحفيزها بواسطة الإنزيمات

تجميع الريبوسوم ومعدل الترجمة

مثل النسخ ، يتم التحكم في الترجمة بواسطة البروتينات التي تربط العملية وتبدأها. في الترجمة ، قبل أن يبدأ تخليق البروتين ، يجب إكمال تجميع الريبوسوم. هذه عملية متعددة الخطوات.

في تجميع الريبوسوم ، الوحدات الفرعية الريبوسومية الكبيرة والصغيرة والبادئ tRNA (الحمض الريبي النووي النقالأنا) التي تحتوي على أول حمض أميني من سلسلة البولي ببتيد النهائية ، تتجمع جميعها معًا في كودون بدء الترجمة على mRNA للسماح ببدء الترجمة. أولاً ، ترتبط الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة بـ tRNAأنا الذي يحمل الميثيونين في حقيقيات النوى والعتائق ويحمل N-formyl-methionine في البكتيريا. (لأن الحمض الريبي النووي النقالأنا يحمل حمضًا أمينيًا ، ويقال أنه مشحون.) بعد ذلك ، الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة مع الحمض النووي الريبي المشحونأنا لا تزال عمليات المسح المقيدة على طول حبلا mRNA حتى تصل إلى كود البداية AUG ، مما يشير إلى مكان بدء الترجمة. يحدد كودون البدء أيضًا إطار القراءة لخيط الرنا المرسال ، وهو أمر حاسم لتجميع التسلسل الصحيح للأحماض الأمينية. يؤدي التحول في إطار القراءة إلى ترجمة خاطئة لـ mRNA. أنتيكودون على الحمض الريبي النووي النقالأنا ثم يتم ربطه بكودون البدء عن طريق الربط الأساسي. المركب يتكون من الحمض الريبي النووي النقال المشحونأنا، وترتبط الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة بالوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة ، والتي تكمل تجميع الريبوسوم. يتم تجميع هذه المكونات بمساعدة بروتينات تسمى عوامل البدء التي ترتبط بالوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة أثناء البدء وتوجد في جميع مجالات الحياة الثلاثة. بالإضافة إلى ذلك ، تنفق الخلية طاقة GTP للمساعدة في تكوين مجمع البدء. بمجرد اكتمال تجميع الريبوسوم ، فإن الحمض النووي الريبي المشحونأنا يتم وضعه في موقع P للريبوسوم والموقع A الفارغ جاهز لـ aminoacyl-tRNA التالي. يبدأ تخليق عديد الببتيد ويستمر دائمًا من الطرف N إلى الطرف C ، المسمى اتجاه N إلى C.

في حقيقيات النوى ، تساعد العديد من بروتينات عامل بدء حقيقيات النوى (eIFs) في تجميع الريبوسوم. عامل بدء حقيقيات النوى -2 (eIF-2) نشط عندما يرتبط بـ guanosine triphosphate (GTP). مع ارتباط GTP به ، يرتبط بروتين eIF-2 بالوحدة الفرعية الريبوسومية 40S الصغيرة. بعد ذلك ، تم شحن الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) المبدئي بالميثيونين (Met-tRNAأنا) مرتبط بمركب الريبوسوم GTP-eIF-2 / 40S ، وبمجرد أن ترتبط كل هذه المكونات ببعضها البعض ، يُطلق عليها مجتمعة مجمع 43S.

تساعد عوامل بدء حقيقيات النوى eIF1 و eIF3 و eIF4 و eIF5 على جلب مجمع 43S إلى 5′-m7يتم ترجمة G cap من mRNA. بمجرد ربطه بـ mRNA's 5 ميكرون7G cap ، يبدأ المركب 43S في الانتقال إلى أسفل mRNA حتى يصل إلى كودون AUG في بداية إطار قراءة mRNA. قد تساعد التسلسلات حول AUG في ضمان استخدام AUG الصحيح كرمز بدء في mRNA.

بمجرد أن يكون مجمع 43S في بداية AUG ، يتم وضع tRNAi-Met فوق AUG. أنتيكودون على الحمض الريبي النووي النقالأنا-Met basepairs مع كودون AUG. في هذه المرحلة ، يتم تحلل GTP المرتبط بـ eIF2 في مجمع 43S إلى الناتج المحلي الإجمالي + الفوسفات ، ويتم إطلاق الطاقة. تُستخدم هذه الطاقة لتحرير eIF2 (مع الناتج المحلي الإجمالي المرتبط به) من مجمع 43S ، تاركًا الوحدة الفرعية الريبوسومية 40S و tRNAأنا-Met في موقع بدء الترجمة من mRNA.

بعد ذلك ، يرتبط eIF5 مع GTP المرتبط بالوحدة الفرعية الريبوزومية 40S المعقدة إلى mRNA و tRNAأنا-التقى. يسمح eIF5-GTP للوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة 60S بالارتباط. بمجرد وصول الوحدة الفرعية الريبوسومية 60S ، يتحلل eIF5 المائي GTP المرتبط به إلى الناتج المحلي الإجمالي + الفوسفات ، ويتم إطلاق الطاقة. تعمل هذه الطاقة على تجميع الوحدتين الفرعيتين الريبوسوميتين في الريبوسوم 80S السليم ، مع tRNAi-Met في موقع P الخاص به بينما يتم ربطها أيضًا بكودون AUG الأولي على الرنا المرسال. الترجمة جاهزة للبدء.

يتم التحكم في ارتباط eIF-2 بالوحدة الفرعية الريبوسومية 40S عن طريق الفسفرة. إذا كانت eIF-2 فسفرة ، فإنها تخضع لتغييرات توافقية ولا يمكنها الارتباط بـ GTP. لذلك ، لا يمكن أن يتشكل مجمع 43S بشكل صحيح ويتم إعاقة الترجمة. عندما يظل eIF-2 غير فسفري ، فإنه يربط الوحدة الفرعية الريبوزومية 40S ويترجم البروتين بنشاط.

تؤثر القدرة على التجميع الكامل للريبوسوم بشكل مباشر على معدل حدوث الترجمة. ولكن يتم تنظيم تخليق البروتين على مستويات أخرى مختلفة أيضًا ، بما في ذلك تخليق الرنا المرسال ، وتوليف الحمض النووي الريبي ، وتخليق الرنا الريباسي ، وتوليف عامل البدء حقيقية النواة. يؤثر التغيير في أي من هذه المكونات على معدل حدوث الترجمة.


يبدأ تخليق البروتين بتكوين جزيء مجمع البدء . في بكتريا قولونية، يتضمن هذا المركب الريبوسوم الصغير 30S ، قالب mRNA ، ثلاثة عوامل البدء (IFs IF-1 و IF-2 و IF-3) ، وبادئ خاص tRNA يسمى tRNA Metf.

في بكتريا قولونية mRNA ، وهو تسلسل في اتجاه المنبع من أول كودون AUG ، يسمى تسلسل Shine-Dalgarno (AGGAGG) ، يتفاعل مع جزيئات الرنا الريباسي التي تتكون منها الريبوسوم. يعمل هذا التفاعل على تثبيت الوحدة الفرعية الريبوسومية 30S في الموقع الصحيح على قالب الرنا المرسال. غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) ، وهو نيوكليوتيد ثلاثي الفوسفات البيورين ، يعمل كمصدر للطاقة أثناء الترجمة — في بداية الاستطالة وأثناء انتقال الريبوسوم. يتطلب ربط mRNA بالريبوسوم 30S أيضًا IF-III.

ثم يتفاعل البادئ tRNA مع كود البدء AUG (أو نادرًا ، GUG). يحمل هذا الحمض الريبي النووي النقال الحمض الأميني ميثيونين ، والذي تمت صياغته بعد ارتباطه بالحمض النووي الريبوزي. تخلق الصيغة رابطة ببتيد & # 8220faux & # 8221 بين مجموعة فورميل الكربوكسيل والمجموعة الأمينية للميثيونين. يتم التوسط في ربط fMet-tRNA Metf بواسطة عامل البدء IF-2. يبدأ fMet كل سلسلة بولي ببتيد يتم تصنيعها بواسطة بكتريا قولونية، ولكن عادة ما يتم إزالته بعد اكتمال الترجمة. عندما يتم مصادفة AUG داخل الإطار أثناء استطالة الترجمة ، يتم إدخال ميثيونين غير مهيأ بواسطة Met-tRNA Met منتظم. بعد تكوين مجمع البدء ، يتم ضم الوحدة الفرعية الريبوسومية 30S بواسطة الوحدة الفرعية 50S لتشكيل مجمع الترجمة. في حقيقيات النوى ، أشكال معقدة بدء مماثلة ، تشمل mRNA ، 40S الوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة ، IFs حقيقية النواة ، و nucleoside triphosphates (GTP و ATP). الميثيونين على البادئ المشحون tRNA ، يسمى Met-tRNAأنا، غير مهيأ. ومع ذلك ، Met-tRNAأنا يختلف عن Met-tRNAs الأخرى من حيث أنه يمكنه ربط IFs.

بدلاً من الإيداع في تسلسل Shine-Dalgarno ، يتعرف مجمع البدء حقيقية النواة على غطاء 7-methylguanosine في 5 & # 8242 نهاية mRNA. يساعد بروتين ربط الغطاء (CBP) والعديد من IFs الأخرى في حركة الريبوسوم إلى الغطاء 5 & # 8242. بمجرد الوصول إلى الغطاء ، يتتبع مجمع البدء على طول mRNA في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، ويبحث عن كودون AUG. يتم ترجمة العديد من mRNAs حقيقية النواة من أول أغسطس ، ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا. وفق قواعد كوزاك ، تشير النيوكليوتيدات حول AUG إلى ما إذا كان كودون البدء الصحيح. تنص قواعد Kozak على أن تسلسل الإجماع التالي يجب أن يظهر حول AUG لجينات الفقاريات: 5 & # 8242-gccRccAUGG-3 & # 8242. تشير R (للبيورين) إلى موقع يمكن أن يكون إما A أو G ، ولكن لا يمكن أن يكون C أو U. بشكل أساسي ، كلما اقترب التسلسل من هذا الإجماع ، زادت كفاءة الترجمة.

بمجرد تحديد AUG المناسب ، تنفصل البروتينات الأخرى و CBP ، وترتبط الوحدة الفرعية 60S بمجمع Met-tRNAأناو mRNA والوحدة 40S. تكمل هذه الخطوة بدء الترجمة في حقيقيات النوى.

في حقيقيات النوى ، يكون تكوين معقد البدء متشابهًا ، مع الاختلافات التالية:

  • البادئ tRNA هو tRNA متخصص مختلف يحمل الميثيونين ، يسمى Met-tRNAi
  • بدلاً من الارتباط بـ mRNA في تسلسل Shine-Dalgarno ، يتعرف مجمع بدء حقيقيات النوى على غطاء 5 من mRNA حقيقي النواة ، ثم يتتبع على طول mRNA في اتجاه 5 إلى 3 حتى يتم التعرف على كودون بدء AUG. في هذه المرحلة ، ترتبط الوحدة الفرعية 60S بمجمع Met-tRNAi و mRNA والوحدة الفرعية 40S.

الشكل 1. تبدأ الترجمة في البكتيريا بتكوين مجمع البدء ، والذي يتضمن الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة ، و mRNA ، و tRNA البادئ الذي يحمل N-formyl-methionine ، وعوامل البدء. ثم ترتبط الوحدة الفرعية 50S ، وتشكل ريبوسومًا سليمًا.


استهداف مجمع بدء ترجمة eIF4F مع SBI-756 يحسس خلايا سرطان الغدد الليمفاوية B تجاه venetoclax

خلفية: أظهر مثبط BCL2 venetoclax فعاليته في العديد من الأورام الخبيثة الدموية ، مع أعلى معدلات الاستجابة في سرطانات الدم البطيئة مثل ابيضاض الدم الليمفاوي المزمن. يوجد معدل استجابة أقل للعلاج الأحادي venetoclax في ورم الغدد الليمفاوية B-cell المنتشر (DLBCL).

أساليب: اختبرنا مثبطات ترجمة mRNA المعتمدة على الغطاء من أجل القدرة على توعية DLBCL وخلايا سرطان الغدد الليمفاوية (MCL) لموت الخلايا المبرمج عن طريق venetoclax. قارنا مثبط mTOR kinase (TOR-KI) MLN0128 مع SBI-756 ، وهو مركب يستهدف عامل بدء الترجمة حقيقية النواة 4G1 (eIF4G1) ، وهو بروتين سقالة في مجمع eIF4F.

نتائج: علاج خلايا DLBCL و MCL مع SBI-756 متآزر مع venetoclax للحث على موت الخلايا المبرمج في المختبر ، وتعزيز فعالية venetoclax في الجسم الحي. منع SBI-756 ارتباط eIF4E-eIF4G1 والترجمة المعتمدة على الغطاء دون التأثير على فسفرة الركيزة mTOR. في خلايا DLBCL المقاومة لـ TOR-KI التي تفتقر إلى بروتين ربط eIF4E -1 ، لا يزال SBI-756 حساسًا لـ venetoclax. خفض SBI-756 بشكل انتقائي ترجمة mRNAs التي تشفر بروتينات الريبوسوم وعوامل الترجمة ، مما أدى إلى انخفاض معدلات تخليق البروتين في الخلايا الحساسة. عندما عولجت الخلايا الليمفاوية الطبيعية بـ SBI-756 ، كانت الخلايا البائية فقط هي التي قللت من قابليتها للحياة ، وهذا مرتبط بانخفاض تخليق البروتين.

الاستنتاجات: تسلط بياناتنا الضوء على مجموعة جديدة لعلاج الأورام اللمفاوية العدوانية ، وتثبت فعاليتها وانتقائيتها باستخدام النماذج قبل السريرية.


16.6 اللائحة التنظيمية للجينات حقيقية النواة وما بعد التعددية

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • فهم عملية الترجمة ومناقشة عواملها الرئيسية
  • صف كيف يتحكم مجمع البدء في الترجمة
  • اشرح الطرق المختلفة التي يحدث بها التحكم اللاحق للترجمة في التعبير الجيني

بعد نقل الحمض النووي الريبي إلى السيتوبلازم ، يتم تحويله إلى بروتين. يعتمد التحكم في هذه العملية إلى حد كبير على جزيء الحمض النووي الريبي. كما تمت مناقشته سابقًا ، سيكون لاستقرار الحمض النووي الريبي تأثير كبير على تحويله إلى بروتين. مع تغير الاستقرار ، يتغير أيضًا مقدار الوقت المتاح للترجمة.

مجمع البدء ومعدل الترجمة

مثل النسخ ، يتم التحكم في الترجمة بواسطة البروتينات التي تربط العملية وتبدأها. في الترجمة ، يُشار إلى المركب الذي يتجمع لبدء العملية باسم مجمع بدء الترجمة. في حقيقيات النوى ، تبدأ الترجمة بربط met-tRNAi البادئ بالريبوسوم 40S. يتم إحضار الحمض الريبي النووي النقال هذا إلى الريبوسوم 40S بواسطة عامل بدء البروتين ، عامل بدء حقيقيات النوى -2 (eIF-2). يرتبط بروتين eIF-2 بجزيء غوانوزين ثلاثي الفوسفات عالي الطاقة (GTP). ثم يرتبط مركب tRNA-eIF2-GTP بالريبوسوم 40S. يتكون المركب الثاني على الرنا المرسال. تتعرف عدة عوامل بدء مختلفة على غطاء 5 بوصات من الرنا المرسال والبروتينات المرتبطة بذيل بولي أ لنفس الرنا المرسال ، وتشكل الرنا المرسال في حلقة. يجمع بروتين رابط الغطاء eIF4F مركب mRNA مع مركب الريبوسوم 40S. ثم يمسح الريبوسوم على طول الرنا المرسال حتى يجد كودون البداية AUG. عندما تتم محاذاة anticodon الخاص بـ tRNA البادئ وكودون البدء ، يتم تحلل GTP مائيًا ، ويتم تحرير عوامل البدء ، وترتبط الوحدة الفرعية الريبوسومية 60S الكبيرة لتشكيل مجمع الترجمة. يتم التحكم في ارتباط eIF-2 بالحمض النووي الريبي عن طريق الفسفرة. إذا كانت eIF-2 فسفرة ، فإنها تخضع لتغييرات توافقية ولا يمكنها الارتباط بـ GTP. لذلك ، لا يمكن أن يتشكل مجمع البدء بشكل صحيح ويتم إعاقة الترجمة (الشكل 16.13). عندما يظل eIF-2 غير مبرر ، يمكن أن يتشكل مجمع البدء بشكل طبيعي ويمكن أن تستمر الترجمة.

اتصال مرئي

لوحظت زيادة في مستويات الفسفرة لـ eIF-2 في المرضى الذين يعانون من أمراض التنكس العصبي مثل مرض الزهايمر وباركنسون وهنتنغتون. ما هو التأثير الذي تعتقد أن هذا قد يكون له على تخليق البروتين؟

التعديلات الكيميائية ونشاط البروتين وطول العمر

يمكن تعديل البروتينات كيميائيًا بإضافة مجموعات تشمل مجموعات الميثيل والفوسفات والأسيتيل واليوبيكويتين. إن إضافة أو إزالة هذه المجموعات من البروتينات ينظم نشاطها أو طول الفترة التي توجد فيها في الخلية. في بعض الأحيان ، يمكن أن تنظم هذه التعديلات مكان وجود البروتين في الخلية - على سبيل المثال ، في النواة ، في السيتوبلازم ، أو متصل بغشاء البلازما.

تحدث التعديلات الكيميائية استجابة للمنبهات الخارجية مثل الإجهاد أو نقص المغذيات أو الحرارة أو التعرض للأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن تغير هذه التغييرات إمكانية الوصول إلى الوراثة اللاجينية ، أو النسخ ، أو استقرار الرنا المرسال ، أو الترجمة - كل ذلك يؤدي إلى تغييرات في التعبير عن الجينات المختلفة. هذه طريقة فعالة للخلية لتغيير مستويات بروتينات معينة بسرعة استجابة للبيئة. نظرًا لأن البروتينات متورطة في كل مرحلة من مراحل تنظيم الجينات ، فإن فسفرة البروتين (اعتمادًا على البروتين المعدل) يمكن أن تغير إمكانية الوصول إلى الكروموسوم ، ويمكن أن تغير الترجمة (عن طريق تغيير ارتباط أو وظيفة عامل النسخ) ، ويمكن أن تغير النقل النووي ( من خلال التأثير على التعديلات على مجمع المسام النووي) ، يمكن أن يغير استقرار الحمض النووي الريبي (عن طريق الارتباط أو عدم الارتباط بـ RNA لتنظيم استقراره) ، أو يمكنه تعديل الترجمة (زيادة أو نقصان) ، أو يمكنه تغيير التعديلات اللاحقة للترجمة (إضافة أو إزالة الفوسفات أو تعديلات كيميائية أخرى).

تؤدي إضافة مجموعة اليوبيكويتين إلى البروتين إلى تحديد هذا البروتين للتحلل. يعمل Ubiquitin كعلم يشير إلى اكتمال عمر البروتين. يتم نقل هذه البروتينات إلى البروتيازوم ، وهي عضية تعمل على إزالة البروتينات ، ليتم تحللها (الشكل 16.14). لذلك ، فإن إحدى طرق التحكم في التعبير الجيني هي تغيير طول عمر البروتين.


نهاية

واحد من الثلاثة وقف الكودونات يدخل الموقع أ. لا ترتبط جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) بهذه الكودونات ، لذا فإن الببتيد و tRNA في موقع P يتحلل مائيًا ويطلق البولي ببتيد في السيتوبلازم.

الوحدات الفرعية الصغيرة والكبيرة للريبوسوم ينفصل جاهز للجولة التالية من الترجمة.

الشكل 5 - إنهاء الترجمة عند مواجهة كود التوقف في موقع P.

حاول مرة أخرى ليسجل 100٪. استخدم المعلومات الواردة في هذه المقالة لمساعدتك في الإجابات.

ترجمة هي عملية يتم من خلالها فك الشفرة الوراثية الموجودة داخل جزيء الرنا المرسال (mRNA) لإنتاج سلسلة محددة من الأحماض الأمينية في سلسلة بولي ببتيد.

يحدث في السيتوبلازم بعد النسخ ، ومثل النسخ ، له ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء. في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على مكونات ومراحل ترجمة الحمض النووي.


الملخص

يستخدم التحكم الترجمي على نطاق واسع لتنظيم التعبير الجيني. هذا النمط من التنظيم مهم بشكل خاص في المواقف التي يكون فيها النسخ صامتًا أو عندما تكون السيطرة المحلية على تراكم البروتين مطلوبة. على الرغم من وصف العديد من الأمثلة على التنظيم الترجمي ، إلا أن القليل منها بدأ في الفهم ميكانيكيًا. بدلاً من تقديم حساب شامل للأمثلة المعروفة حاليًا ، نناقش الحالات الإرشادية التي تعمل كنماذج لأنماط مختلفة من التحكم الترجمي.

تمثل ترجمة mRNA إلى بروتين الخطوة الأخيرة في مسار التعبير الجيني ، الذي يتوسط في تكوين البروتين من المعلومات الجينية. تنظيم الترجمة آلية تُستخدم لتعديل التعبير الجيني في مجموعة واسعة من المواقف البيولوجية. من التطور الجنيني المبكر إلى تمايز الخلايا والتمثيل الغذائي ، تُستخدم الترجمة لضبط مستويات البروتين في كل من الزمان والمكان 1،2. ومع ذلك ، على الرغم من وصف العديد من الأمثلة ، لا يزال يتعين تعلم الكثير حول الآليات الجزيئية للتحكم الترجمي. يمكن تصور طريقتين عامتين للتحكم - التحكم العام ، حيث يتم تنظيم ترجمة معظم الرنا المرسال في الخلية والتحكم الخاص بالمرنا ، حيث يتم تعديل ترجمة مجموعة محددة من الرنا المرسال دون التأثير على التخليق الحيوي للبروتين العام أو الحالة الترجمية من النسخة الخلوية ككل. يحدث التنظيم العالمي بشكل أساسي من خلال تعديل عوامل بدء الترجمة ، في حين أن التنظيم الخاص بالـ mRNA مدفوع بمجمعات البروتين التنظيمية التي تتعرف على عناصر معينة موجودة عادةً في المناطق غير المترجمة 5 و / أو 3 (UTRs) من mRNA الهدف . في الآونة الأخيرة ، وجد أنه يمكن أيضًا تنظيم ترجمة mRNA بواسطة MICRO RNAS (miRNAs) الذي يتهجين إلى تسلسلات mRNA التي توجد بشكل متكرر في 3 UTR.

هناك حالة خاصة ومثيرة للاهتمام للغاية من التنظيم الخاص بالـ mRNA وهي التنظيم المحلي للترجمة التي تحدث في خلية مستقطبة. تقتصر ترجمة mRNAs معينة على مواقع محددة ، مثل القطب الأمامي أو الخلفي للبويضة ، أو المشبك العصبي المحدد. الغرض من هذا التنظيم هو إنشاء تدرجات بروتينية تنبثق من موضع معين في الخلية ، أو تقييد تعبير البروتين إلى منطقة صغيرة ومحددة - على سبيل المثال ، إلى المشبك.على الرغم من أن مثل هذا التحكم في الترجمة المحلية يتضمن بشكل شبه دائم مجمعات تنظيمية مرتبطة بالنصوص المستهدفة ، إلا أنه قد يستخدم أيضًا التغييرات المحلية في نشاط عوامل الترجمة العامة 3.

الميزات الهيكلية والتسلسلات التنظيمية داخل mRNA مسؤولة عن مصيرها الترجمي (الشكل 1). وتشمل هذه: التعديلات النهائية المتعارف عليها لجزيئات mRNA - هيكل CAP و POLY (A) TAIL - وهما من المروجين الأقوياء لبدء الترجمة تسلسلات الريبوسوم الداخلية (IRESs) ، والتي تتوسط بدء الترجمة المستقلة للغطاء UPSTREAM OPEN READING FRAMES ( uORFs) ، والتي تقلل عادةً الترجمة من هياكل RNA الرئيسية والثانوية أو الثلاثية لـ ORF ، مثل دبابيس الشعر و PSEUDOKNOTS ، والتي تمنع عادةً البدء ، ولكن يمكن أيضًا أن تكون جزءًا من عناصر IRES وبالتالي تعزز الترجمة المستقلة عن الغطاء ومواقع الربط المحددة للتنظيم المجمعات ، والتي تعتبر محددات حاسمة لترجمة mRNA. على الرغم من أن التنظيم ، من حيث المبدأ ، يمكن أن ينشط الترجمة أو يقمعها ، إلا أن معظم الآليات التنظيمية التي تم اكتشافها حتى الآن هي مثبطة ، مما يعني أنه ما لم يتم فرض آلية تنظيمية ، فإن mRNAs تكون نشطة متعدية بشكل افتراضي. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن جميع الرنا المرسال غير المكبوتة تشارك بنشاط مع الريبوسومات ، لأن نشاط عوامل بدء الترجمة ، لا سيما تلك التي تدعم توظيف المجمعات الريبوسومية التي تبدأ الترجمة ، تكون محدودة في كثير من الأحيان. نتيجة لذلك ، يتم توزيع معظم الرنا المرسال بين مجموعة مترجمة بشكل نشط وغير مترجمة في سيتوبلازم الخلايا ، وتؤدي التغييرات في نشاط عوامل الترجمة المحدودة هذه إلى إحداث تغييرات في تخليق البروتين العالمي.

هيكل الغطاء m 7 GpppN في نهاية 5 من mRNA ، والذيل بولي (A) ((A)ن في الشكل) في الطرف 3 ، هي زخارف أساسية تعزز بقوة بدء الترجمة. الهياكل الثانوية ، مثل دبابيس الشعر ، كتلة الترجمة. تتوسط تسلسلات دخول الريبوسوم الداخلية (IRESs) في ترجمة مستقلة عن الغطاء. تعمل إطارات القراءة المفتوحة (uORFs) عادةً كمنظمين سلبيين عن طريق تقليل الترجمة من ORF الرئيسي. ترمز الأشكال البيضاوية الخضراء إلى مواقع الارتباط للبروتينات و / أو منظمات الحمض النووي الريبي ، والتي عادةً ما تمنع الترجمة ، ولكنها تعزز أحيانًا.

سنناقش في هذه المراجعة الآليات الجزيئية التفصيلية للتنظيم الترجمي ، من خلال التركيز على أمثلة للتحكم الترجمي العالمي والخاصة بالـ mRNA.

بدء الترجمة

يمكن تقسيم عملية الترجمة إلى ثلاث مراحل - البدء والاستطالة والإنهاء. في حين أن مراحل الاستطالة والإنهاء مدعومة بمجموعة محدودة من العوامل المخصصة ، فإن بدء الترجمة في حقيقيات النوى هو حدث معقد يساعده أكثر من 25 عديد ببتيدات 4،5،6. يتضمن بدء الترجمة وضع ريبوسوم 80S مختص بالاستطالة في كودون البدء (AUG). ترتبط الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة (40S) مبدئيًا بالنهاية 5 من الرنا المرسال وتقوم بمسحها في اتجاه 5 ′ → 3 حتى يتم تحديد كودون البدء. ثم تنضم الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة (60S) إلى الوحدة الفرعية 40S في هذا الموضع لتشكيل الريبوسوم 80S المختص تحفيزيًا (الشكل 2). نقدم هنا لمحة موجزة عن عملية بدء الترجمة بقدر ما تكون ذات صلة مباشرة بأمثلة تنظيم الترجمة التي تمت مناقشتها أدناه. للحصول على وصف أكثر تفصيلاً لعملية بدء الترجمة ، راجع المراجع 4-6.

تم وصف عوامل بدء الترجمة التي تمت مناقشتها في النص الرئيسي فقط وقد تم حذف عوامل أخرى من أجل التبسيط. تم تصوير عوامل بدء حقيقيات النوى (eIFs) على أنها أشكال ملونة ومرقمة في الشكل. للحصول على حساب كامل لعوامل بدء الترجمة ، راجع المراجع 4 ، 6. يرتبط البادئ المحمل بالميثيونين (رمز على شكل حرف L) بـ eIF2 المقترن بـ GTP ، لإنتاج المركب الثلاثي. ثم يرتبط هذا المركب بالوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة (40S) ، eIF3 وعوامل البدء الأخرى لتشكيل معقد ما قبل البدء 43S. يتعرف مجمع ما قبل البدء على mRNA من خلال ربط eIF3 بالوحدة الفرعية eIF4G لمجمع ربط الغطاء. بالإضافة إلى eIF4G ، يحتوي مجمع ربط الغطاء على eIF4E ، والذي يرتبط مباشرة بالغطاء ، و eIF4A ، وهي عبارة عن هليكاز RNA يفك الهيكل الثانوي أثناء الخطوة التالية من المسح. يتصل eIF4G أيضًا بالبروتين المرتبط بالبولي (A) (PABP) ويُعتقد أن هذا التفاعل يعمل على تعميم الرنا المرسال. يقوم مجمع ما قبل البدء 43S بمسح mRNA في اتجاه 5 → 3 حتى يحدد كود البادئ AUG. المسح مدعوم بالعاملين eIF1 و eIF1A. يؤدي الارتباط المستقر لمجمع ما قبل البدء 43S إلى كودون AUG إلى إنتاج مجمع البدء 48S. يؤدي الانضمام اللاحق للوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة (60S) إلى تكوين مجمع البدء 80S. كل من التعرف على AUG والانضمام إلى الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة تحلل GTP على eIF2 و eIF5B ، على التوالي. بعد ذلك ، يكون مجمع 80S مؤهلًا لتحفيز تكوين رابطة الببتيد الأولى. صأنا، الفوسفات غير العضوي.

تشكل الوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة ، إلى جانب عوامل أخرى ، مركب 43S قبل البدء الذي يرتبط بـ mRNA. يحتوي هذا التجميع 43S على عوامل بدء EUKARYOTIC (eIFs) 3 و 1 و 1 A و 5 ، ومجمع ثلاثي ، والذي يشتمل على tRNA البادئ المحمل بالميثيونين والذي سيتعرف على كودون AUG أثناء البدء و eIF2 المقترن بـ GTP (الشكل. 2). على الأقل في الثدييات ، يُعتقد أن ارتباط معقد ما قبل البدء 43S بـ mRNA يشتمل على تفاعلات تجسير بين eIF3 ومركب البروتين eIF4F ، والذي يرتبط بهيكل 5 cap من mRNA 7. يحتوي مجمع eIF4F على العديد من البروتينات ، والتي تشمل: eIF4E ، الذي يرتبط فعليًا بهيكل غطاء m 7 GpppN eIF4A ، وهو عبارة عن مجموعة DEAD-BOX RNA HELICASE التي يُعتقد أنها تفك الهياكل الثانوية في 5 ′ UTR بحيث يمكن للمجمع 43S الارتباط و امسح mRNA و eIF4G ، اللذين يعملان كبروتين سقالة من خلال التفاعل مع eIF4E و eIF4A و eIF3 (الشكل 2). في الخميرة ، لم يتم اكتشاف التفاعل بين eIF4G و eIF3 ، ويُعتقد أن تجنيد معقد ما قبل البدء 43S في mRNA يساعده تفاعلات أخرى ، مثل تلك بين eIF4G و eIF5 (المرجع 8). يتفاعل eIF4G أيضًا مع بروتين الربط المتعدد (A) (PABP) ، ويُعتقد أن التفاعل المتزامن بين eIF4E و PABP مع eIF4G يعمل على تعميم mRNA ، مما يجعل 3 ′ UTR على مقربة من نهاية 5 ′ من mRNA 9. يوفر هذا (على الأقل من الناحية المفاهيمية) إطارًا مكانيًا يمكن فيه لعوامل الربط 3′-UTR تنظيم بدء الترجمة. في الواقع ، تم العثور على معظم التسلسلات التنظيمية المعروفة داخل 3-UTR ، على الرغم من أن الترجمة تبدأ في نهاية 5 ′ من mRNA ، والتي تسلط الضوء على الاتصال الوظيفي بين نهايات mRNA أثناء الترجمة.

تشير العديد من الدراسات إلى أن عمليات المسح المعقدة لمرحلة ما قبل البدء 43S على طول 5-UTR حتى تصل إلى رمز البدء 10 ويحدده. ومع ذلك ، نظرًا لأنه لا يزال يتعين العثور على دليل مادي مباشر لفحص المواد الوسيطة ، فمن المحتمل أن يكون المسح عملية سريعة تتضمن وسائط وسيطة غير مستقرة. يتطلب بدء الترجمة طاقة في شكل ATP. من غير المعروف ما إذا كانت هذه الطاقة تُستخدم لفك الهياكل الثانوية في 5 ′ UTR للسماح بربط مجمع 43S ، و / أو لتعزيز حركة مجمع 43S بشكل مباشر. ومع ذلك ، يمكن أن يحدث مسح للقادة غير المهيكلين في غياب ATP في المختبر، مما يشير إلى أن حركة مركب 43S على طول mRNA قد لا تتطلب طاقة ما لم يواجه الريبوسوم بنية مستقرة في mRNA 11. يساهم eIF1 و eIF1A في معالجة المسح 11،12. على الرغم من أنه من غير الواضح في الوقت الحالي ما إذا كان مجمع 43S لا يزال مرتبطًا فعليًا بهيكل الغطاء أثناء المسح ، فقد ثبت أن مجمع eIF4F يدعم المسح 11. يؤدي ربط مجمع 43S بكودون البادئ AUG إلى تكوين مجمع مستقر ، والذي يشار إليه باسم مجمع البدء 48S. يعتمد اختيار كود البدء الصحيح بشكل حاسم على eIF1 (المراجع 11 ، 12). هناك أيضًا طريقة بديلة لبدء الترجمة مستقلة عن بنية الغطاء ويتم توسطها بواسطة IRESs ، وهي هياكل RNA تساعد على تجنيد المجمعات الريبوزومية في المواقع الداخلية لـ 5 UTR ، أحيانًا عند البدء أو بالقرب منها. كودون 5 (الشكل 1).

يتعرف مجمع 43S على كودون البدء من خلال تكوين أزواج أساسية بين البادئ tRNA وكودون البدء. بعد ذلك ، يخضع GTP المرتبط بـ eIF2 للتحلل المائي الذي يتم تحفيزه بواسطة eIF5 - وهو تفاعل ضروري ، ولكنه غير كافٍ ، للوحدة الفرعية الريبوسومية 60S للانضمام إلى مجمع البدء. يُعتقد أن هذا يطلق معظم عوامل البدء بما في ذلك eIF2-GDP من الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة ، تاركًا البادئ tRNA مقترنًا بـ AUG في موقع P الريبوسوم. يتم بعد ذلك تحفيز الخطوة الثانية من التحلل المائي GTP على eIF5B بواسطة الريبوسوم ، وهي مطلوبة لإطلاق eIF5B لجعلها مؤهلة لتخليق البولي ببتيد 13،14 (الشكل 2).

التحكم العالمي: eIF4E – 4E-BPs و eIF2α kinases

تتحقق السيطرة الشاملة على تخليق البروتين بشكل عام من خلال التغييرات في حالة الفسفرة لعوامل البدء أو المنظمين الذين يتفاعلون معها. تمت مناقشة مثالين مميزين جيدًا هنا.

كما ذكر أعلاه ، فإن eIF2 هو جزء من المجمع الثلاثي ويرتبط بالوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة في شكلها المرتبط بـ GTP. يتم تحلل GTP هذا عندما يتم التعرف على البادئ AUG أثناء بدء الترجمة ، مما ينتج eIF2 في الحالة المرتبطة بالناتج المحلي الإجمالي. يتم تحفيز تبادل الناتج المحلي الإجمالي لـ GTP على eIF2 بواسطة eIF2B وهو مطلوب لإعادة تكوين معقد ثلاثي وظيفي لجولة جديدة من بدء الترجمة 15 (الشكل 3 أ). يتكون eIF2 من ثلاث وحدات فرعية - α و و - وتؤدي عملية فسفرة الوحدة الفرعية α في البقايا Ser51 إلى منع تفاعل تبادل GTP عن طريق تقليل معدل تفكك eIF2 من eIF2B. في الواقع ، هذا العزل eIF2B 16 ، ونتيجة لذلك ، لم يعد التبادل بين الناتج المحلي الإجمالي و GTP يحدث وتم منع ترجمة mRNA العالمية.

أ | إعادة تدوير التحلل المائي GTP وعامل بدء حقيقيات النوى (eIF) 2 في بدء الترجمة ، وتأثير الفسفرة لـ eIF2α على نشاط eIF2. يتكون eIF2 من ثلاث وحدات فرعية - α و و γ - وهو مكون من المركب الثلاثي ، والذي يحتوي أيضًا على البادئ المحمّل بالميثيونين tRNA (رمز على شكل حرف L). في المركب الثلاثي النشط ، ترتبط الوحدة الفرعية eIF2-بـ GTP ، وأثناء بدء الترجمة ، يتم تحلل جزيء GTP هذا. يعد تبادل الناتج المحلي الإجمالي- GTP على eIF2 ضروريًا لإعادة إنشاء eIF2 النشط ويتم تحفيزه بواسطة eIF2B. تعمل الفسفرة لـ eIF2 على الوحدة الفرعية α على تقليل معدل تفكك eIF2B ، وبالتالي عزل المكمل الخلوي لـ eIF2B ومنع تفاعل التبادل بين الناتج المحلي الإجمالي و GTP. ب | وظيفة بروتينات ربط eIF4E (4E-BPs). ترتبط 4E-BPs بـ eIF4E ، وبالتالي تمنع تفاعلها مع eIF4G وبالتالي تمنع الترجمة. تقوم الفسفرة لجزيئات 4E-BP بإطلاق 4E-BPs من eIF4E ، مما يسمح بتفاعلها مع eIF4G ، وبالتالي يسمح للترجمة بالمضي قدمًا.

يمكن لعدد من الكينازات التي يتم تنشيطها في ظل ظروف مختلفة أن تفسفر eIF2α في Ser51 (المراجع 17 ، 18). وتشمل هذه: مثبط تنظيم الدم (HRI) ، والذي يتم تحفيزه عن طريق نضوب الدم GCN2 (التحكم العام غير القابل للضغط -2) ، والذي يتم تنشيطه عن طريق تجويع الأحماض الأمينية PKR (بروتين كيناز المنشط بواسطة RNA مزدوج الشريطة) ، والذي يتم تحفيزها عن طريق العدوى الفيروسية و PERK ، والذي يتم تنشيطه في ظل ظروف إجهاد الشبكة الإندوبلازمية (ER). على الرغم من أن فسفرة eIF2α بواسطة هذه الكينازات تقلل من الترجمة العالمية ، إلا أن هذا التعديل يمكن أن يؤدي أيضًا إلى التنشيط الترجمي لـ mRNAs محددة (انظر أدناه).

يتم أيضًا استخدام توفر بروتين رابط الغطاء eIF4E لتنظيم معدلات الترجمة العامة. يتفاعل eIF4E مع بروتين السقالة eIF4G وهو مطلوب للتجنيد بوساطة الغطاء لمركب الريبوسوم 43S إلى mRNA أثناء بدء الترجمة (الشكل 2). يتطلب الارتباط بين eIF4E و eIF4G نطاقًا صغيرًا في eIF4G تشترك فيه عائلة من البروتينات المعروفة باسم 4E-BINDING PROTEINS (4E-BPs). ترتبط 4E-BPs Hypophosphorylated بـ eIF4E وتزيح eIF4G بشكل تنافسي ، مما يؤدي إلى تثبيط ارتباط مجمع 43S مع mRNA ، وبالتالي في القمع متعدية (الشكل 3 ب). تنشط الإشارات خارج الخلية ، مثل الأنسولين ، سلسلة إشارات تؤدي إلى فرط الفسفرة 4E-BP وتحرر من eIF4E 19،20. نتيجة لذلك ، فإن eIF4E حر في الارتباط بـ eIF4G وتعزيز بدء الترجمة.

بالإضافة إلى التغييرات التي تتم بوساطة الفسفرة والتي تنظم الترجمة العالمية ، يمكن أن يمنع الانقسام البروتيني لعوامل الترجمة تخليق البروتين الخلوي. على سبيل المثال ، يشق بروتين كاسباس 3 المبرمج eIF4G و PABP 21 ، 22 ، وانقسام هذه العوامل بواسطة البروتياز الفيروسي بمثابة آلية شائعة وناجحة للتدخل في ترجمة mRNAs الخلوية 23. نتيجة لذلك ، يتم ترجمة بعض الحمض النووي الريبي الفيروسي التي لا تتطلب eIF4G و PABP بشكل تفضيلي ، بالإضافة إلى بعض mRNAs الخلوية التي تشترك في مثل هذا الاستقلال عن eIF4G و PABP (C. Thoma وزملاؤه ، نتائج غير منشورة).

تنظيم خاص بالمرنا لتوظيف 43S

لا يتم استهداف ارتباط المركب الريبوزومي 43S مع mRNA من قبل منظمي الترجمة العالمية فحسب ، ولكن أيضًا من خلال بروتينات ربط الحمض النووي الريبي (RNA) التي تعدل ترجمة mRNAs معينة. نناقش هنا ثلاث آليات مختلفة تحقق من خلالها البروتينات المرتبطة بالـ RNA هذا الهدف.

الانسداد الجسيمي. تتحكم البروتينات المنظمة للحديد (IRP) 1 و 2 في توازن الحديد ، جزئيًا ، عن طريق تنظيم ترجمة mRNAs الثقيلة والخفيفة من الفيريتين ، والتي تشفر الوحدتين الفرعيتين لبروتين تخزين الحديد هذا. في الخلايا التي تعاني من نقص الحديد ، يرتبط IRP1 و IRP2 بعنصر مستجيب للحديد (IRE) ، وهو نموذج حلقة جذعية في 5 UTR من ferritin mRNAs. يقع IRE داخل 40 نيوكليوتيد لهيكل الغطاء ، ويمنع ربط IRP تجنيد مجمع 43S إلى ferritin mRNA الذي يتعامل مع مجمع eIF4F 24،25 (الشكل 4 أ). يكون القمع الانتقالي غير فعال عندما يتم نقل IRE إلى موضع أبعد من الغطاء ، على الأرجح لأن هذا التلاعب يوفر مساحة كافية في المنطقة القريبة من الغطاء لربط مجمع 43S 26،27. يبدو أن هذه الآلية تعمل عن طريق عائق صارم ، لأن استبدال تفاعل IRE-IRP بتفاعل ربط RNA يتضمن بروتينات أخرى ليس لها وظيفة فسيولوجية في الترجمة حقيقية النواة - مثل بروتين لصق U1A مع تسلسل ربط RNA المقابل - يمكن أن يكون بالكامل تلخيص القمع المترجم 28.

أ | الانسداد الجسيمي. ترتبط البروتينات التنظيمية للحديد (IRPs) 1 أو 2 بالعنصر المستجيب للحديد (IRE) وتمنع تجنيد معقد ما قبل البدء 43S إلى عامل بدء حقيقيات النوى المرتبط بـ mRNA (eIF) 4F بواسطة عائق ستيري. ب | التداخل مع مجمع eIF4F. تتفاعل بروتينات Maskin و Bicoid المرتبطة بـ mRNA الخاصة بـ mRNA مع eIF4E ، وبالتالي تمنع تفاعلها مع eIF4G. يستهدف Maskin الرنا المرسال من خلال البروتين الرابط لعنصر البولي أدينيل السيتوبلازمي (CPEB) الذي يتعرف على عنصر تعدد الأدينيل السيتوبلازمي (CPE) الموجود في المنطقة غير المترجمة 3 (UTR) ، في حين يرتبط Bicoid مباشرة بـ mRNA في عنصر استجابة Bicoid (BRE). ج | تثبيط مستقل عن الغطاء. يساعد ربط الجنس المميت (SXL) بالتسلسلات الغنية باليوريدين (Poly (U) في الشكل) في كل من UTRs 5 و 3 على تجنيد مجمع القامع المشترك (CR) لمنع الترجمة ، ربما عن طريق التداخل مع مسح الريبوسوم من هيكل الغطاء.

التدخل في مجمع eIF4F. في حين أن IRPs تسمح لمجمع ربط الغطاء eIF4F بربط mRNA 25 ، فإن بعض المنظمات الانتقالية التي تعمل أثناء التطور الجنيني تستهدف تشكيل مجمع eIF4F. ينظم بروتين ربط عنصر السيتوبلازم والبولي أدينيل (CPEB) ترجمة الرنا المرسال الأمومي أثناء نضج البويضات الفقارية والتطور المبكر. يرتبط هذا البروتين بتسلسل غني باليوريدين - عنصر بولي أدينيل السيتوبلازمي (CPE) - الموجود في 3 UTR من الرنا المرسال المستهدف ويعزز كلاً من إسكات الرنا المرسال قبل نضج البويضات وكذلك تعدد الأدينيل السيتوبلازمي اللاحق والتفعيل الانتقالي 29. لقمع الترجمة ، يربط CPEB بروتينًا يعرف باسم Maskin يحتوي على مجال ربط eIF4E ، والذي يشبه النطاق الموجود في eIF4G 30. على هذا النحو ، يمكن اعتبار معقد CPEB-Maskin أن يكون "4E-BP الخاص بالـ mRNA" (الشكل 4 ب). يبدو أن تقارب Maskin المعزول لـ eIF4E أقل من تقارب eIF4G ، لكن ببتيد Maskin الذي يتضمن مجال ربط eIF4E يمكن أن يمنع الترجمة في الجسم الحي، مما يشير إلى أن Maskin تتنافس بالفعل مع eIF4G للالتزام بـ eIF4E 30.

تم العثور أيضًا على منظمات أخرى تعمل بمثابة 4E-BPs الخاصة بالرسالة. أثناء تشكيل المحور الأمامي الخلفي في وقت مبكر ذبابة الفاكهة سوداء البطن الجنين ، فإن mRNA الذي يشفر المحدد اللاحق Nanos يصبح مركّزًا - ويتم ترجمته على وجه التحديد - في القطب الخلفي من D. melanogaster بويضة. يرتبط بروتين Smaug بـ 3 ′ UTR من غير المحدد النانو mRNA ويقوم بقمع ترجمته عن طريق تجنيد eIF4E-ملزم ، كابح البروتين الكاب 31. يتم تجنيد الكأس أيضًا في mRNA الذي يشفر المحدد الخلفي أوسكار بواسطة بروتين برونو الرابط للحمض النووي الريبي ، وبالتالي يمنع تخليق أوسكار أثناء عبور اوسكار مرنا من القطب الأمامي إلى الخلفي من D. melanogaster البويضة 32،33. لذلك ، يمثل Maskin و Cup بروتينات تنظيمية ترتبط بشكل غير مباشر مع mRNAs معينة من خلال التفاعل مع بروتينات معينة مرتبطة بـ RNA ، ويبدو أنها تمنع التعرف على eIF4E بواسطة eIF4G. من الجدير بالذكر أنه لم يتم إظهار ماسكين ولا كأس لمنع تجنيد مجمع 43S قبل البدء بشكل مباشر. وبالفعل في قضية الكأس أدلة متضاربة تشير إلى أن المكبوت النانو يرتبط mRNA بـ POLYSOMES ، وهو اكتشاف أكثر اتساقًا مع التثبيط الترجمي الذي يحدث في خطوة ما بعد البدء 34. يتم توفير تباين حول موضوع 4E-BPs الخاصة بـ mRNA بواسطة المحدد الأمامي Bicoid ، والذي يمنع ترجمة الذيلية مرنا في القطب الأمامي ، في هذه الحالة عن طريق الارتباط مباشرة بـ eIF4E 35 (الشكل 4 ب).

تثبيط مستقل عن الغطاء لخطوات البدء المبكرة. تثبيط الترجمة بواسطة IRP والخطوات المستهدفة 4E-BPs الخاصة بالرسالة لمسار بدء الترجمة التي تتوسطها بنية الغطاء. يصف مثال حديث منظمًا يمنع الارتباط المستقر لمركب الريبوسوم 43S مع mRNA بطريقة مستقلة عن الغطاء.يمنع Sex-lethal (Sxl) تعويض جرعة X-chromosome in D. melanogaster الإناث بقمع ترجمة ام اس ال -2 mRNA ، الذي يشفر مكونًا حاسمًا في مجمع تعويض الجرعة. لتنفيذ هذه الوظيفة ، يرتبط Sxl بمواقع محددة في كل من UTRs 5 ′ و 3 ام اس ال -2 mRNA وتجنيد القواسم المشتركة إلى 3 UTR 36،37 (الشكل 4 ج). على الرغم من أن كل من هيكل الغطاء وذيل بولي (A) يساهمان في ترجمة ام اس ال -2 مرنا ، يحدث التنظيم بشكل مستقل عن أي من هذه الهياكل. يؤثر القمع الترجمي بواسطة Sxl على الارتباط المستقر للوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة مع mRNA ، لأن تكوين مجمعات 48S يتم تثبيطه في وجود Sxl. مجتمعة ، تشير هذه البيانات إلى الاحتمال المثير للاهتمام أن مجمع القامع الذي يتم تجميعه حول Sxl على ام اس ال -2 يوقف mRNA مجمع المسح 43S قبل البدء.

آليات أخرى. تم وصف مثال مثير للاهتمام للتحكم الترجمي الذي يتضمن LARGE RIBOSOMAL SUBUNIT PROTEIN L13A. يتم تثبيط تخليق سيرولوبلاسمين (CP) بعد 24 ساعة من العلاج بالإنترفيرون بيتا بفعل عامل خلوي يرتبط ببنية حلقة جذعية في 3 UTR من سي بي مرنا 39،40. تم تحديد هذا العامل على أنه بروتين الريبوسوم L13a 41. يتسبب الفسفرة لـ L13a بعد العلاج بالإنترفيرون بيتا في إطلاقه من الوحدة الفرعية الريبوزومية 60S ويعزز الارتباط بـ 3 ′ UTR من سي بي مرنا. من الغريب أن تفكك L13a عن الريبوسومات بعد الفسفرة لا يبدو أنه يؤثر على وظيفة الريبوسوم العالمية 41. على الرغم من أنه لم يتم تحديد الخطوة الانتقالية الدقيقة التي تتأثر بالفوسفور L13a ، تم قمعها سي بي لم يتم العثور على mRNA بالاقتران مع polysomes ، ويتطلب تثبيط الترجمة ذيل poly (A) بالإضافة إلى eIF4G و PABP 39،42. تشير هذه النتائج إلى L13a في تنظيم بدء الترجمة. يقترح المؤلفون أن تعميم الرنا المرسال بواسطة تفاعل eIF4G-PABP ضروري لتقريب L13a من 5 ′ UTR وبالتالي قمع الترجمة 42.

التنظيم في خطوات ما بعد التوظيف

يمكن أيضًا التحكم في الترجمة في خطوات البدء المتأخر وما بعد البدء. تمنع البروتينات المرتبطة بـ RNA hnRNP K (بروتين نووي نووي غير متجانس K) و hnRNP E1 ترجمة 15-ليبوكسيجيناز ( سمك مدخن ) مرنا أثناء التمايز المبكر للكريات الحمر. إنها ترتبط بعنصر CU غني متكرر ، والذي يُعرف باسم عنصر التحكم في التمايز (DICE) الموجود في سمك مدخن 3 ، UTR. القمع المترجم لـ LOX مستقل عن ذيل بولي (A) ويحدث أيضًا عندما يتم دفع الترجمة بطريقة مستقلة عن الغطاء بواسطة فيروس التهاب عضلة القلب (EMCV) أو فيروس حمى الخنازير الكلاسيكي (CSVF) IRESs ، مما يشير إلى أن هذا النوع من يستهدف التنظيم خطوة متأخرة في البدء 43،44. أظهر تحليل تدرج السكروز حدوث تكوين معقد 48S ، ولكن تم منع تكوين الريبوسوم 80S بواسطة مركب hnRNP-K-hnRNP-E1. علاوة على ذلك ، كشف تحليل طباعة إصبع القدم أن مجمع 43S تم وضعه في كودون AUG البادئ على mRNA الصامت. لذلك ، يبدو أن هذه الهيئات التنظيمية تمنع ارتباط الوحدة الفرعية الريبوسومية 60S بالوحدة الفرعية 40S في كودون البدء 44 (الشكل 5 أ). من حيث المبدأ ، يمكن لـ hnRNP-K-hnRNP-E1 تحقيق ذلك إما عن طريق التدخل في عامل بدء الترجمة المتضمن في هذه الخطوة ، أو عن طريق تثبيط التفاعل بين وحدتي الريبوسوم مباشرة. ومع ذلك ، يتم تجاوز تنظيم hnRNP-K-hnRNP-E1 عندما يتم تشغيل ترجمة RNA المحتوية على DICE بواسطة فيروس شلل الكريكيت (CrPV) IRES. نظرًا لأن IRES لا يتطلب أيًا من عوامل بدء الترجمة المعروفة ، فإن هذه النتيجة تشير إلى أن hnRNP-K-hnRNP-E1 يستهدف عوامل البدء بدلاً من الوحدات الفرعية الريبوسومية نفسها 44. ومع ذلك ، ليس من الواضح في الوقت الحالي ما هو عامل (أو عوامل) البدء التي تمثل الهدف الأساسي للتنظيم.

أ | تنظيم ارتباط الوحدة الفرعية الريبوسومية 60S. ربط البروتين النووي غير المتجانس K (hnRNP K) و hnRNP E1 بعنصر التحكم في التمايز (DICE) في المنطقة غير المترجمة 3 (UTR) من سمك مدخن يمنع mRNA الوحدة الفرعية 60S من الانضمام إلى مجمع البدء 48S في كودون AUG البادئ. ب | آلية تنظيم GCN4 ترجمة mRNA. GCN4 يحتوي mRNA على أربعة إطارات قراءة مفتوحة المنبع (uORF1–4). في ظل ظروف كفاية الأحماض الأمينية (اللوحة العلوية) ، تحدث إعادة التهيئة بشكل متكرر أكثر بعد كل uORF (سهم مستمر) ، بسبب زيادة احتمال إعادة شحن الوحدات الفرعية 40S الممسوحة ضوئيًا التي تجتاز المناطق الواقعة بين uORFs بمجمعات ثلاثية نشطة. نتيجة لذلك ، فإن إعادة التشغيل في GCN4 يصبح ORF نادرًا (سهم متقطع). في ظل ظروف ندرة الأحماض الأمينية ، التي تؤدي إلى فسفرة eIF2α ، ومستويات منخفضة من المركب الثلاثي (اللوحة السفلية) ، من غير المرجح أن تحدث إعادة التهيئة في uORFs. هذا يزيد من احتمالية مسح الوحدات الفرعية 40S التي تصل إلى المنطقة المصب من uORF4 ، وبالتالي ، GCN4 AUG بدء كود. تشير علامة النجمة إلى أن التكوين الدقيق لمجمع ما قبل البدء 43S ، في سياق إعادة التهيئة ، غير معروف.

يقلل الحرمان من الأحماض الأمينية من تخليق البروتين العالمي عن طريق فسفرة eIF2α بواسطة كيناز GCN2. ومن المفارقات أن هذا التعديل نفسه يزيد من ترجمة الخميرة GCN4 mRNA ، وبالتالي توفير مثال على كيفية تنظيم عوامل الترجمة العامة للتعبير عن mRNAs معينة 18. GCN4 يشفر mRNA بروتينًا يعمل كمنشط نسخي للجينات التي تنظم التخليق الحيوي للأحماض الأمينية ، ويحتوي على أربعة ORFs قصيرة المنبع من GCN4 رمز البدء (الشكل 5 ب). تعمل ترجمة أول uORF على تعزيز الترجمة الفعالة لملفات GCN4مما يدل على ذلك GCN4 تحدث الترجمة عن طريق "إعادة التهيئة" ، وهو حدث نادر نسبيًا - على الأقل في حقيقيات النوى - حيث يستأنف الريبوسوم الذي ترجم بالفعل ORF ترجمة ORF المصب داخل جزيء mRNA نفسه.

من المفترض أنه أثناء إنهاء الترجمة ، تنفصل الوحدة الفرعية الريبوسومية 60S عند كود الإيقاف الخاص بأول uORF ، بينما تظل الوحدة الفرعية 40S مرتبطة بـ mRNA ويمكنها استئناف المسح. يتنبأ النموذج بأن الوحدة الفرعية 40S تكتسب مركبًا ثلاثيًا ، وربما عوامل بدء أخرى ، أثناء المسح ، بحيث يمكنها بدء الترجمة عند المصب GCN4 ORF. يزداد الاحتمال الذي تكتسب به الوحدة الفرعية 40S مركبًا ثلاثيًا كلما تحركت بعيدًا عن uORF. لذلك ، كلما استغرق مسح 5 ′ UTR وقتًا أطول ، زادت احتمالية ترجمة ملفات GCN4 هو أن يحدث.

تنظيم GCN4 نتائج الترجمة من التفاعل بين توافر المجمعات الثلاثية النشطة ، ووجود المثبط uORF4 والمسافة بين uORF1 وكلا من uORF4 و GCN4 ORF. تحدد هذه العناصر وموقعها النسبي مع بعضها البعض عدد المرات التي تصل فيها الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة "المعاد شحنها" إلى GCN4 أغسطس 45. عندما تتوفر أحماض أمينية كافية ، يمكن إعادة شحن الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة بسهولة أكبر بمركب ثلاثي نشط بعد ترجمة uORF1 لأنها تقوم بمسح المقطع بين uORF2 و uORF4. نتيجة لذلك ، تُستأنف الترجمة بتردد أعلى عند uORF4. ترجمة uORF4 تمنع بشدة ترجمة GCN4 ORF ، لأن التسلسل الغني بالـ GC الذي يحيط بكودون الإيقاف uORF4 يعزز تفكك الريبوسوم وإطلاقه. لهذا السبب ، يصل عدد قليل من الوحدات الفرعية 40S المعاد شحنها إلى GCN4 بدء كودون ، ويتم إنتاج المستويات القاعدية فقط من GCN4 (الشكل 5 ب).

في ظل ظروف الحرمان من الأحماض الأمينية ، فإن كيناز GCN2 فسفوريلات eIF2α ، مما يقلل من كمية المجمعات الثلاثية النشطة في الخلية (الشكل 3 أ). نتيجة لذلك ، فإن إعادة شحن الوحدات الفرعية الريبوزومية الصغيرة التي تمسح المقطع بين uORF2 و uORF4 غير فعالة ، وترجمة uORF4 غير محتملة. يؤدي هذا إلى زيادة عدد الوحدات الفرعية الريبوسومية الصغيرة التي تستمر في المسح إلى كودون البدء GCN4، ويوفر فرصة لربط مجمع ثلاثي نشط على الطريق. لذلك ، يصل عدد متزايد من الوحدات الفرعية الريبوسومية المعاد شحنها إلى GCN4 رمز البدء ، والذي يفسر الزيادة المتناقضة في GCN4 الترجمة عندما يتم فسفرة eIF2α (الشكل 5 ب). يتم استخدام آلية ذات صلة للتنظيم ATF4 ترجمة mRNA في الثدييات. ATF4 عبارة عن منشط نسخي يتم إحداث تعبير عنه بواسطة العديد من إشارات الإجهاد ، بما في ذلك تجويع الأحماض الأمينية. تؤدي فسفرة eIF2α إلى ترجمة ATF4 مرنا بواسطة آلية تعتمد على uORFs الموجودة في 5-UTR ، مما يشير إلى أن هذا النمط من التحكم الترجمي محفوظ تطوريًا.

التحكم الترجمي بواسطة miRNAs

أشارت الدراسات التي أجريت منذ أكثر من عقد من الزمان إلى تورط رنا تنظيمي صغير في التحكم في ترجمة الرنا المرسال 47،48. لقد أصبح من الواضح الآن أن هذا العمل المبكر يمثل قمة جبل الجليد لما يظهر كحقل جديد في التحكم متعدية: تنظيم الترجمة ليس فقط بواسطة عوامل البروتين ، ولكن أيضًا بواسطة جزيئات RNA الصغيرة من 22 نيوكليوتيدات في الطول والتي تُعرف باسم micro RNAs (miRNAs). تم اكتشاف أول جزيئات من الحمض النووي الريبوزي لين 4 و اسمحوا 7 ، والتي تعتبر حاسمة لتنظيم توقيت التطوير في أنواع معينة انيقة 49. حتى الآن ، تم وصف عدة مئات من الجزيئات الدقيقة في النباتات والحيوانات التي تنظم طيفًا واسعًا من العمليات البيولوجية ، والتي تتراوح من التمثيل الغذائي للخلايا إلى تمايز الخلايا ونمو الخلايا وموت الخلايا المبرمج 50،51،52.

يتم تهجين miRNAs عن طريق الاقتران الأساسي غير الكامل ، عادةً في عدة مواقع في 3 ′ UTR من mRNAs المستهدفة. نظرًا لأن mRNA الهدف يظل سليمًا بعد ربط mRNA ، يُعتقد أن miRNAs يقمع الترجمة ، بدلاً من منع الترجمة عن طريق تحطيم mRNA. لا يمكن تمييز ميرنا كيميائيًا حيويًا عن أنواع الحمض النووي الريبي الصغيرة الأخرى المعروفة باسم الحمض النووي الريبي المتداخل الصغير (سيرنا). siRNAs هي جزيئات RNA مزدوجة الشريطة بطول 21-23 نيوكليوتيدات ، وهي تتوسط في تحلل الرنا المرسال الذي يُظهر تكاملًا مثاليًا لأي من سلاسل siRNA 53. في الواقع ، يستند الاختلاف الوظيفي بين miRNAs و siRNAs - القمع متعدية مقابل تدهور mRNA - على درجة التكامل بين جزيء mRNA الصغير وهدف mRNA ، حيث تم تعديل mRNA المستهدف إلى الزوج الأساسي تمامًا باستخدام miRNA الأصلي. ، 55. على الرغم من أن miRNAs و siRNAs تنشأ من سلائف مختلفة ، إلا أنها تشترك في خطوات معالجة مشتركة (المربع 1). يحتوي جسيم البروتينوكليوبروتين (miRNP) المحتوي على ميرنا على بروتينات من عائلة Argonaute ، والتي توجد أيضًا في siRNP 56. ومع ذلك ، فمن غير الواضح في الوقت الحالي ما إذا كانت الكيانات الجزيئية التي تحفز تدهور الرنا المرسال والقمع الترجمي هي نفسها ، وإذا لم يكن الأمر كذلك ، فإلى أي مدى تختلف.

آلية القمع الترجمي بواسطة miRNAs غير معروفة إلى حد كبير. القمع المترجم لـ لين 14 مرنا بواسطة لين 4 ميرنا لم يغير ارتباطه مع polysomes ، مما يدل على ذلك لين 4 يمنع استطالة و / أو إنهاء الترجمة 57 (الشكل 6). بالإضافة إلى، C. ايليجانس الريبوسومات المرتبطة بقمع لين 14 تمكنت mRNA من مواصلة الترجمة عند احتضانها في محللة الخلايا الشبكية للأرانب ، مما يشير إلى أن الريبوسومات لا تتوقف بشكل دائم على MESSENGER RIBONUCLEOPROTEIN (mRNP) المكبوت. من المحتمل أن تتطلب الرؤى الآلية الأكثر تحديدًا إنشاء في المختبر أنظمة الترجمة التي تلخص بالكامل الكتلة الترجمية التي تفرضها miRNAs. ويبقى تحديد ما إذا كان القمع الترجمي بواسطة miRNAs يتطلب بروتينات تتعرف على هجين mRNA – miRNA.

تنخرط Micro RNAs (miRNAs الموضحة باللون الأخضر) في تفاعلات إقران قاعدية غير كاملة مع المنطقة غير المترجمة 3 ′ (UTR) وتتسبب في إيقاف الترجمة. في الوقت الحاضر ، تشير الدلائل إلى أن هذا يحدث في المجمعات متعددة الخصائص بعد بدء تخليق عديد الببتيد.

الاستنتاجات ووجهات النظر

يمثل كل من التحكم العالمي في تخليق البروتين وتنظيم الترجمة الخاص بـ mRNA الآليات الرئيسية لتعديل الجينات. على الرغم من أن آليات التحكم العالمي قد تمت دراستها بتفصيل كبير ، إلا أن آليات التنظيم الترجمي الخاص بالـ mRNA يتم الكشف عنها بشكل تدريجي ، ويستمر تنوع الآليات في الازدياد. قد يكون التنظيم الخاص بـ mRNA بواسطة بروتينات مفردة (على سبيل المثال ، IRP) استثناءً ، حيث يبدو أن معظم الحالات تتضمن مجموعات تنظيمية متعددة البروتينات (وربما ميرنا). على الرغم من أن الخطوات التي تتحكم بها هذه التجميعات في بدء الترجمة قد تم تحديدها الآن لبعض الأمثلة ، فإن فهم تفاعلها مع عوامل بدء الترجمة والوحدات الفرعية الريبوسومية يمثل إحدى المشكلات التي لا يزال يتعين حلها. كيف يمكن للمنظمين التدخل في استطالة الترجمة و / أو إنهاء الترجمة أيضا ما زال يتعين تحديده. من الأهمية بمكان التنظيم الترجمي بواسطة miRNAs. إن فهم دور التكامل الجزئي بين ميرنا و mRNA الهدف ، ووظيفة عوامل البروتين المفترضة وأنماط العمل التفصيلية لهؤلاء المنظمين هي من بين تحديات المستقبل.

المربع 1 | Micro RNA والتخليق الحيوي للـ RNA ووظيفتهما الصغيرة المتداخلة

يتم نسخ الحمض النووي الريبي الصغير (miRNAs) كنصوص أولية تتم معالجتها في النواة بواسطة Drosha ، وهو عضو في عائلة RNase III 59 ، لإنتاج سلائف 70 نيوكليوتيد (pre-miRNAs) لديها القدرة على تكوين هياكل حلقة جذعية . تتم معالجة ما قبل miRNAs إلى miRNAs ناضجة في السيتوبلازم بواسطة إنزيم آخر يشبه RNase-III يُعرف باسم Dicer 60،61،62.

يشارك Dicer أيضًا في توليد RNAs صغيرة التداخل (siRNAs) من سلائف RNAs طويلة مزدوجة الشريطة 63. ثم تشكل siRNAs الناضجة مركب إسكات مستحث بالـ RNA (RISC) الذي يتوسط في تدهور mRNAs التي لها تكامل مثالي مع siRNA 64. على الرغم من أن التركيب الدقيق لـ RISC وجزيئات البروتين النووي المحتوية على ميرنا (miRNPs) غير معروف ، إلا أن كلاهما يحتوي على بروتينات من عائلة Argonaute 56،65. هذه الملاحظة ، جنبًا إلى جنب مع حقيقة أن miRNAs يمكن أن تتصرف مثل siRNAs ، دفعت البعض إلى التكهن بأن RISC قد يوجه كل من تدهور mRNA وإسكات الترجمة.


آلية تخليق البروتين

الترجمة مماثلة في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. هنا سوف نستكشف كيف تحدث الترجمة بكتريا قولونية، بدائيات النوى التمثيلية ، وتحديد أي اختلافات بين الترجمة البكتيرية وحقيقية النواة.

المبادرة

ال الشروع في تخليق البروتين يبدأ بتكوين مجمع البدء. في بكتريا قولونية، يتضمن هذا المركب الريبوسوم الصغير 30S ، قالب mRNA ، ثلاثة عوامل البدء التي تساعد الريبوسوم على التجمع بشكل صحيح ، غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) الذي يعمل كمصدر للطاقة ، وبادئ خاص tRNA يحمل ن-فورميل ميثيونين (fMet-tRNA fMet) (الشكل 4). يتفاعل البادئ tRNA مع كودون البدء AUG الخاص بالمرنا ويحمل ميثيونين مُصَغَّر (fMet). بسبب مشاركته في البدء ، يتم إدخال fMet في البداية (الطرف N) من كل سلسلة بولي ببتيد تم تصنيعها بواسطة بكتريا قولونية. في بكتريا قولونية mRNA ، وهو تسلسل رائد في المنبع من أول كودون AUG ، يسمى تسلسل Shine-Dalgarno (المعروف أيضًا باسم موقع ربط الريبوسوم AGGAGG) ، يتفاعل من خلال الاقتران الأساسي التكميلي مع جزيئات الرنا الريباسي التي تتكون منها الريبوسوم. يعمل هذا التفاعل على تثبيت الوحدة الفرعية الريبوسومية 30S في الموقع الصحيح على قالب الرنا المرسال. عند هذه النقطة ، ترتبط الوحدة الفرعية الريبوسومية 50S بمركب البدء ، وتشكل ريبوسومًا سليمًا.

في حقيقيات النوى ، يكون تكوين معقد البدء متشابهًا ، مع الاختلافات التالية:

  • البادئ tRNA هو tRNA متخصص مختلف يحمل الميثيونين ، يسمى Met-tRNAi
  • بدلاً من الارتباط بـ mRNA في تسلسل Shine-Dalgarno ، يتعرف مجمع بدء حقيقيات النوى على غطاء 5 من mRNA حقيقي النواة ، ثم يتتبع على طول mRNA في اتجاه 5 إلى 3 حتى يتم التعرف على كودون بدء AUG. في هذه المرحلة ، ترتبط الوحدة الفرعية 60S بمجمع Met-tRNAi و mRNA والوحدة الفرعية 40S.

الشكل 4. تبدأ الترجمة في البكتيريا بتكوين مجمع البدء ، والذي يتضمن الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة ، و mRNA ، و tRNA البادئ الذي يحمل N-formyl-methionine ، وعوامل البدء. ثم ترتبط الوحدة الفرعية 50S ، وتشكل ريبوسومًا سليمًا.

استطالة

في بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، أساسيات استطالة الترجمة هي نفسها. في بكتريا قولونية، فإن ارتباط الوحدة الفرعية الريبوسومية 50S لإنتاج الريبوسوم السليم يشكل ثلاثة مواقع ريبوزومية مهمة وظيفيًا: موقع (aminoacyl) يربط الحمض النووي الريبي الأحماض الأمينية المشحونة الواردة. ال موقع P (peptidyl) روابط الحمض الريبي النووي النقال المشحونة التي تحمل الأحماض الأمينية التي شكلت روابط ببتيدية مع سلسلة عديد الببتيد المتنامية ولكنها لم تنفصل بعد عن الحمض النووي الريبي المقابل لها. ال E (الخروج) الموقع تطلق الحمض الريبي النووي النقال المنفصل بحيث يمكن إعادة شحنها بالأحماض الأمينية الحرة. هناك استثناء واحد ملحوظ لخط التجميع هذا من tRNAs: أثناء التكوين المعقد للبدء ، يدخل fMet − tRNA fMet أو Met-tRNAi البكتيرية إلى موقع P مباشرة دون الدخول أولاً إلى الموقع A ، مما يوفر موقعًا مجانيًا جاهزًا لقبول tRNA المقابل إلى الكودون الأول بعد AUG.

يستمر الاستطالة مع حركات الكود الفردي للريبوسوم تسمى كل منها حدث الانتقال. أثناء كل حدث انتقال ، تدخل tRNAs المشحونة في الموقع A ، ثم تنتقل إلى موقع P ، ثم أخيرًا إلى الموقع E للإزالة. الحركات الريبوزومية ، أو الخطوات ، ناتجة عن التغييرات التوافقية التي تقدم الريبوسوم بثلاث قواعد في اتجاه 3. تتشكل روابط الببتيد بين المجموعة الأمينية للحمض الأميني المرتبط بـ tRNA في الموقع A ومجموعة الكربوكسيل من الحمض الأميني المرتبط بـ الحمض الريبي النووي النقال في موقع P. يتم تحفيز تكوين كل رابطة الببتيد بواسطة بيبتيديل ترانسفيراز، وهو ريبوزيم قائم على الحمض النووي الريبي (RNA) مدمج في الوحدة الفرعية الريبوسومية 50S. يرتبط الحمض الأميني المرتبط بـ P-site tRNA أيضًا بسلسلة البولي ببتيد المتنامية. عندما يخطو الريبوسوم عبر mRNA ، يدخل الحمض الريبي النووي النقال السابق لموقع P إلى موقع E ، وينفصل عن الحمض الأميني ، ويُطرد. تتطلب العديد من الخطوات أثناء الاستطالة ، بما في ذلك ربط aminoacyl tRNA المشحون بالموقع A والانتقال ، طاقة مشتقة من التحلل المائي GTP ، والذي يتم تحفيزه بواسطة عوامل استطالة محددة. بشكل مثير للدهشة ، فإن بكتريا قولونية يستغرق جهاز الترجمة 0.05 ثانية فقط لإضافة كل حمض أميني ، مما يعني أنه يمكن ترجمة 200 بروتين من الأحماض الأمينية في 10 ثوانٍ فقط.

نهاية

ال إنهاء الترجمة يحدث عندما أ كودون هراء (UAA أو UAG أو UGA) التي لا يوجد لها الحمض الريبي النووي النقال التكميلي. عند التوافق مع الموقع A ، يتم التعرف على هذه الأكواد غير المنطقية من خلال عوامل الإطلاق في بدائيات النوى وحقيقيات النوى التي تؤدي إلى فصل الحمض الأميني في موقع P عن الحمض الريبي النووي النقال الخاص به ، مما يؤدي إلى إطلاق البولي ببتيد المصنوع حديثًا. تنفصل الوحدات الفرعية الريبوزومية الصغيرة والكبيرة عن الرنا المرسال وعن بعضها البعض يتم تجنيدها على الفور تقريبًا في مجمع بدء ترجمة آخر.

باختصار ، هناك العديد من الميزات الرئيسية التي تميز التعبير الجيني بدائية النواة عن تلك التي تظهر في حقيقيات النوى. هذه موضحة في الشكل 6 ومدرجة في الجدول 1.

الشكل 6. (أ) في بدائيات النوى ، تحدث عمليات النسخ والترجمة في وقت واحد في السيتوبلازم ، مما يسمح بالاستجابة الخلوية السريعة لإشارة بيئية. (ب) في حقيقيات النوى ، يتم ترجمة النسخ إلى النواة ويتم ترجمة الترجمة إلى السيتوبلازم ، مما يفصل هذه العمليات ويتطلب معالجة الحمض النووي الريبي لتحقيق الاستقرار.

30S (وحدة فرعية صغيرة) مع 16S rRNA

40S (وحدة فرعية صغيرة) مع وحدة فرعية 18S rRNA


بدء الترجمة: الأنظمة المعاد تكوينها والطرق الفيزيائية الحيوية

شون إيه ماكينا ،. جوزيف د. بوجليسي ، في طرق في علم الإنزيمات ، 2007

8 في المختبر فحوصات الترجمة

يتم تخفيف بدء الترجمة عن طريق تنشيط PKR من خلال فسفرة eIF2α في Ser51 (Sonenberg and Dever ، 2003). يوفر إنشاء رابط بين الملاحظات الميكانيكية / الهيكلية والتأثيرات الفعلية على آلية تخليق البروتين طبقة إضافية من الثقة للنتائج المبلغ عنها. في المختبر تعتبر فحوصات الترجمة طريقة سريعة ومباشرة لإنشاء هذا الاتصال.

الاساس ل في المختبر فحوصات الترجمة عبارة عن محلل خلية هيلا يحتوي على جميع آليات ترجمة البروتين الضرورية (الشكل 14.9). استخدام بنية المراسل التي تحتوي على luciferase mRNA بسقف 5′ (cap-Luc) ، يتم تحديد نشاط (كثافة التألق من الركيزة) لـ cap-Luc بواسطة نظام فحص luciferase (Promega) باستخدام مقياس الإنارة المناسب . تمت مناقشة تحضير مستخلصات خلايا هيلا في مكان آخر (أوتو وبوغليسي ، 2004). يتم تعليق الكريات (حوالي 1 × 10 6 خلايا) من ثقافة 1L HeLa S3 (المركز الوطني لثقافة الخلايا) في 1.25 مل من المخزن المؤقت ناقص التوتر في الخالط 5 مل-Dounce. بعد 10 دقائق ، يتم إضافة 225 ميكرولتر من المخزن المؤقت مفرط التوتر ، ويتم تحلل الخلايا بواسطة 20 ضربة سريعة للمجانسة. ثم يتم نسج المحللة والاحتفاظ بالمادة الطافية.

الشكل 14.9. في المختبر مقايسة الترجمة لرصد نشاط PKR. يتم تحضين محلولات خلايا S10 هيلا التي تحتوي على آلية ترجمة البروتين في وجود مرنا لوسيفيراز 5′-capped luciferase mRNA. إذا استمرت الترجمة بكفاءة ، فإن إضافة ركائز لوسيفيراز تولد التلألؤ ، والذي يمكن اكتشافه وتحديد كميته. تسمح إضافة روابط PKR و dsRNA بمراقبة آثارها على الترجمة.

يمكن تحديد تثبيط الترجمة المعتمدة على الغطاء بواسطة PKR عن طريق إضافة PKR المنقى (70 nم) وروابط الحمض النووي الريبي (50 نم) إلى المحللة التي تحتوي على cap-Luc (50 nم). يتم تحضين مراسل RNA مسبقًا عند 65 درجة لمدة 3 دقائق ، ثم يتم تبريده على الفور في الماء المثلج قبل الإضافة. يُستكمل محلول HeLa S3 S10 (حجمه 50٪) بمثبط 0.5 U / ميكرولتر RNase ، SUPERase⋅In (Ambion) ، 25 ميكرومترم خليط احماض امينية كاملة (بروميغا) 60 مم بوكل (للترجمة المعتمدة على الغطاء) ، و 1 مم MgCl2 (مطلوب لتفعيل PKR). يتم تحضين تفاعل الترجمة معًا عند 30 درجة لمدة 60 دقيقة قبل فحص نشاط لوسيفيراز.

يمكن أيضًا مراقبة حالة الفسفرة لـ PKR والركائز المستهدفة من نفس في المختبر اختبار الترجمة لربط هذه البيانات بكفاءة الترجمة. الطريقة التي أثبتت فائدتها هي إجراء تحليل لطخة مناعية باستخدام الأجسام المضادة الخاصة بالموقع للكشف عنها. تم الكشف عن PKR و eIF2α مع الفسفرة أو الكلي (الفسفرة وغير المفسفرة) باستخدام الأجسام المضادة التالية: مضادات PKR (محضرة من مصل الأرانب المرتفع مقابل مجال كيناز المنقى لـ PKR) للكشف عن إجمالي PKR ، sc-16565-R (سانتا Cruz Biotechnology) للكشف عن فسفرة PKR في Thr446 و ab5359-50 (abcam) للكشف عن إجمالي eIF2α و ab4837-50 للكشف عن فسفرة eIF2α في Ser51.


تنوع آليات بدء الترجمة عبر الأنواع البكتيرية مدفوعة بالظروف البيئية ومتطلبات النمو

غالبًا ما يتم العثور على نموذج تسلسل Shine-Dalgarno (SD) في بداية جينات تشفير البروتين ويُعتقد أنه الآلية السائدة لبدء الترجمة التي تستخدمها البكتيريا. أظهرت الدراسات التجريبية أن تسلسل SD يسهل التعرف على الكودون ويعزز بدء الترجمة من خلال التفاعل المباشر مع التسلسل المضاد لـ SD المحفوظ بدرجة عالية على الوحدة الفرعية الريبوسومية 30S. ومع ذلك ، فإن نسبة الجينات التي يقودها SD داخل الجينوم تختلف باختلاف الأنواع والعوامل التي تحكم هذا الاختلاف في آليات بدء الترجمة تظل غير معروفة إلى حد كبير. هنا ، نجري تحليلًا مستنيرًا من الناحية التطورية ووجدنا أن الأنواع القادرة على النمو السريع تحتوي على نسبة أعلى من الجينات التي يقودها SD في جميع أنحاء جينوماتها. نوضح أن استخدام تسلسل SD مع مجموعة من الميزات الجينومية المهمة لبدء الترجمة والاستطالة بكفاءة. بالإضافة إلى هذه العوامل الجينومية الذاتية ، نظهر كذلك أن العوامل البيئية الخارجية قد تؤثر على تطور آليات بدء الترجمة من خلال إيجاد أن الأنواع المحبة للحرارة تحتوي على جينات يقودها SD أكثر بكثير من mesophiles. توضح نتائجنا أن التباين في آليات بدء الترجمة عبر الأنواع البكتيرية يمكن التنبؤ به وهو نتيجة لاستراتيجيات تاريخ الحياة التفاضلية المتعلقة بأقصى معدل للنمو والقيود الخاصة بالبيئة.

الكلمات الدالة: تألق تسلسل دالغارنو الشروع بترجمة تطور جينوم النمو البكتيري.

© المؤلف 2017. تم النشر بواسطة مطبعة جامعة أكسفورد بالنيابة عن جمعية البيولوجيا الجزيئية والتطور.

الأرقام

تحدد إنتروبيا التسلسل SD على مستوى الجينوم ...

تسلسل الانتروبيا يحدد استخدام تسلسل SD على مستوى الجينوم. ( أ ) رسم توضيحي لـ ...

العلاقة بين Δ أنا و…

العلاقة بين Δ أنا والمقاييس الحالية لاستخدام تسلسل SD. ( أ…

العلاقة بين استخدام تسلسل SD ...

العلاقة بين استخدام تسلسل SD ونمو الكائن الحي. ( أ ) Δ أنا…

استخدام تسلسل SD جنبًا إلى جنب ...

استخدام تسلسل SD جنبًا إلى جنب مع مجموعة من السمات المتعلقة بالترجمة ووفقًا لـ ...


تخليق البروتين والترجمة ndash (مع رسم بياني)

دعونا نجري دراسة متعمقة لتخليق البروتين. بعد قراءة هذا المقال سوف تتعرف على: 1. تخليق البروتين 2. مكونات تخليق البروتين 3. آليات تخليق البروتين و 4. بدء تخليق البروتين.

تخليق البروتين:

البروتينات هي جزيئات عملاقة تتكون من سلاسل متعددة الببتيد من مئات إلى آلاف الأحماض الأمينية. تتكون سلاسل البولي ببتيد هذه من حوالي عشرين نوعًا من الأحماض الأمينية. يتكون الحمض الأميني من مجموعة أمينية أساسية (-NH2) ومجموعة الكربوكسيل الحمضية (COOH). الترتيب المختلف للأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد يجعل كل بروتين فريدًا.

البروتينات هي مكونات أساسية للبروتوبلازم ومواد بناء الخلية.

يشاركون في التنظيم الهيكلي والوظيفي للخلية. تتحكم البروتينات الوظيفية مثل الإنزيمات والهرمونات في عملية التمثيل الغذائي والتخليق الحيوي وإنتاج الطاقة وتنظيم النمو والوظائف الحسية والتناسلية للخلية. الإنزيمات هي محفزات في معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية. حتى التعبير الجيني تتحكم فيه الإنزيمات. يتم التحكم في تكرار الحمض النووي ونسخ الحمض النووي الريبي بواسطة الإنزيمات البروتينية.

مكونات تخليق البروتين:

يخضع تخليق البروتين للمعلومات الجينية المنقولة في الجينات الموجودة على الحمض النووي للكروموسومات.

المكونات الرئيسية لتخليق البروتين هي:

الحمض النووي هو الجزيء الرئيسي الذي يمتلك المعلومات الجينية حول تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة بولي ببتيد. تنظم بنية وخصائص الحمض النووي عملية تخليق البروتينات وتتحكم فيها.

يرسل الحمض النووي الموجود في النواة معلومات في شكل مرسال RNA إلى السيتوبلازم ، وهو موقع تخليق البروتين في حقيقيات النوى. يحمل الرسول RNA المعلومات المتعلقة بتسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد المراد تصنيعها. هذه الرسالة أو المعلومات في شكل شفرة جينية. يحدد هذا الكود الجيني لغة الأحماض الأمينية التي سيتم تجميعها في بولي ببتيد.

يتم فك الشفرة الجينية أو ترجمتها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية.

تكوين الكود الجيني:

يتكون جزيء الحمض النووي من ثلاثة مكونات. هم قواعد السكر والفوسفات والنيتروجين. يختلف تسلسل قاعدة النيتروجين فقط في جزيئات الحمض النووي المختلفة. وبالتالي ، فإن تسلسل قواعد النيتروجين أو النيوكليوتيدات في مقطع DNA هو الرمز أو اللغة التي يرسل بها الحمض النووي الرسالة في شكل رسول RNA (mRNA).

يحمل mRNA الرسالة الجينية (الشفرة الوراثية) في شكل تسلسل نوكليوتيد. لقد وجد أن هناك علاقة خطية بين تسلسل النوكليوتيدات من mRNA وتسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد المركبة.

الشفرة الجينية هي لغة قواعد النيتروجين. هناك أربعة أنواع من قواعد النيتروجين وعشرون نوعًا من الأحماض الأمينية. لذلك تحدد لغة قواعد النيتروجين المكونة من أربعة أحرف اللغة العشرين حرفًا للأحماض الأمينية.

آليات تخليق البروتين:

في بدائيات النوى ، يحدث تخليق الحمض النووي الريبي (النسخ) وتخليق البروتين (الترجمة) في نفس الحيز حيث لا توجد نواة منفصلة. ولكن في حقيقيات النوى ، يحدث تخليق الحمض النووي الريبي في النواة بينما يحدث تخليق البروتين في السيتوبلازم. يتم تصدير mRNA المركب في النواة إلى السيتوبلازم من خلال النوى.

أولاً ، اقترح فرانسيس كريك عام 1955 وبعد ذلك أثبت Zemecnik أنه قبل دمجها في polypeptides ، ترتبط الأحماض الأمينية بجزيء محول خاص يسمى tRNA. يحتوي هذا الحمض الريبي النووي النقال على ثلاثة أضداد طويلة من النيوكليوتيدات والتي تتعرف على ثلاثة كودون نيوكليوتيد طويل على الرنا المرسال.

دور الريبوسومات في تخليق البروتين:

الريبوسوم هو هيكل جزيئي كبير يوجه تخليق البروتينات. الريبوسوم هو جزيء بروتين نووي متعدد المكونات ومضغوط يحتوي على الرنا الريباسي والعديد من البروتينات والإنزيمات اللازمة لتخليق البروتين. يجمع الريبوسوم جزيء mRNA واحد و tRNAs مشحون بالأحماض الأمينية في اتجاه مناسب بحيث يتم ترجمة التسلسل الأساسي لجزيء mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية 1 من polypeptides.

الريبوسوم هو جسيم بروتين نووي له وحدتان فرعيتان. تقع هاتان الوحدتان الفرعيتان بشكل منفصل ولكنهما يجتمعان معًا لتركيب سلسلة البولي ببتيد. في E. coli ribosome ، يوجد جسيم 70S به وحدتان فرعيتان 30S و 50S. ارتباطهم وتفككهم يعتمد على تركيز المغنيسيوم.

تحتوي الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم على مركز فك التشفير الذي تقوم فيه الحمض الريبي النووي النقال المشحون بفك تشفير كودونات الرنا المرسال. تحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة على مركز ترانسفيراز الببتيدل ، والذي يشكل روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية المتتالية لسلسلة الببتيد المركبة حديثًا.

تتكون كل من الوحدات الفرعية 30S و 50S من RNA الريبوسومي (rRNA) والبروتينات.

يرتبط mRNA بـ 16S rRNA للوحدة الفرعية الأصغر. بالقرب من 5 & # 8242-end mRNA يرتبط بـ 3 & # 8242-end of 16S rRNA.

يتمثل الدور الرئيسي للريبوسوم في تكوين رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية المتتالية لسلسلة البولي ببتيد المُصنَّعة حديثًا. يحتوي الريبوسوم على قناتين بداخله. يدخل mRNA الخطي ويهرب من خلال قناة واحدة بها مركز فك التشفير. هذه القناة يمكن الوصول إليها من خلال tRNAs المشحونة. تهرب سلسلة البولي ببتيد المركبة حديثًا عبر القناة الأخرى.

اتجاه الترجمة:

كل جزيء بروتين له -NH2 نهاية ونهاية COOH. يبدأ التوليف عند النهاية الأمينية وينتهي عند نهاية الكربوكسيل. يتم ترجمة mRNA في اتجاه 5 → 3 & # 8242 من نهاية amino إلى carboxyl. يحدث أيضًا توليف mRNA من نسخ الحمض النووي في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

بدء تخليق البروتين:

مجمع تشكيل البدء:

بادئ ذي بدء ، تبدأ الوحدة الفرعية 30S في الريبوسوم 70S عملية البدء. تتحد الوحدة الفرعية 30S و mRNA و tRNA المشحون لتشكيل معقد ما قبل البدء. يتضمن تكوين مجمع ما قبل البدء ثلاثة عوامل بدء IF1 و IF2 و IF3 جنبًا إلى جنب مع GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات). في وقت لاحق ، تنضم الوحدة الفرعية 50S من الريبوسوم إلى الوحدة الفرعية 30S لتشكيل مجمع بدء 70S.

توجد معلومات عن تخليق البروتين في شكل ثلاثة أكواد نيوكليوتيدية على الرنا المرسال. تتكون مناطق ترميز البروتين على mRNA من أكواد ثلاثية مستمرة وغير متداخلة. تسمى منطقة ترميز البروتين على mRNA إطار القراءة المفتوح الذي يحتوي على كودون البداية 5 & # 8242-AUG-3 & # 8242 ورمز إيقاف في النهاية. يحدد كل إطار قراءة مفتوح بروتينًا واحدًا. يحتوي mRNA بدائيات النوى على العديد من إطارات القراءة المفتوحة ، وبالتالي يشفر متعدد الببتيدات ويطلق عليه اسم mRNAs متعدد الكريات.

بالقرب من نهاية الرنا المرسال 5 & # 8242 ، يوجد كودون البداية الذي يتكون في الغالب من 5 & # 8242-AUG-3 & # 8242 (نادرًا ما يكون GUG) في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى. يقع موقع ربط الريبوسوم (RBS) في بدائيات النوى بالقرب من 5 & # 8242- نهاية mRNA قبل (المنبع) من كودون AUG.

بين 5 & # 8242-end و AUG codon ، يوجد تسلسل من 20-30 قاعدة. من بين هؤلاء ، هناك تسلسل 5 & # 8242-AGGAGGU-3 & # 8242. يسمى هذا التسلسل الغني للبيورين تسلسل Shine-Dalgarno ويقع من 4 إلى 7 قواعد أمام (المنبع) من كودون AUG.

المنطقة الطرفية 3 & # 8242 لـ 16S rRNA هي وحدة فرعية 30S لها تسلسل تكميلي 3 & # 8242-AUUCCUCCA-5 & # 8242. يشكل هذا التسلسل أزواجًا أساسية مع تسلسل Shine-Dalgarno لربط mRNA بالريبوسوم. تسلسل Shine-Dalgarno هو موقع ربط الريبوسوم (RBS). يضع الريبوسوم بشكل صحيح فيما يتعلق بكودون البداية.

هناك نوعان من مواقع ربط الحمض النووي الريبي (tRNA) على الريبوسوم يغطيان وحدات فرعية 30S و 50S. الموقع الأول يسمى & # 8220P & # 8221 site أو موقع peptidyl. الموقع الثاني يسمى موقع & # 8220A & # 8221 أو موقع aminoacyl. فقط البادئ tRNA يدخل موقع & # 8220P & # 8221. تدخل جميع tRNAs الأخرى في موقع & # 8220A & # 8221.

لكل حمض أميني ، هناك الحمض الريبي النووي النقال منفصل. يشار إلى هوية الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) بواسطة نص مرتفع ، مثل الحمض الريبي النووي النقال Arg (خاص بالحمض الأميني أرجينين). عندما يتم شحن الحمض الريبي النووي النقال هذا بالحمض الأميني أرجينين ، يتم كتابته كـ Arginine-tRNA Arg أو Arg-tRNA Arg. يُطلق على tRAN المشحون اسم tRNA aminoacylated.

في البكتيريا ، يكون أول حمض أميني يبدأ البروتين دائمًا هو فورميل ميثيونين (fMet). عندما يظهر AUG على أنه كود البدء على mRNA ، يتم دمج fMet فقط. يسمى جزيء الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل فورميل ميثيونين tRNA ™ 61. لذلك فإن أول حمض aminoacyl tRNA المشحون هو دائمًا fMet-tRNA fMet. عندما يتم مصادفة كودون AUG في الموقع الداخلي (بخلاف كودون البدء) ، لا يتم تشكيل الميثيونين ويكون الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل هذا الميثينين هو الحمض الريبي النووي النقال (tRNA)م التقى .

بادئ ذي بدء ، يحتل البادئ المشحون tRNA المسمى tMet-tRNA fMet & # 8220P & # 8221 موقع على الريبوسوم. يجمع هذا الموضع المضاد للشفرات ويبدأ كودون AUG من الرنا المرسال معًا بطريقة تجعل المضاد من الحمض الريبي النووي النقال المشحون وكودون الرنا المرسال زوجًا أساسيًا مع بعضهما البعض. وهكذا تبدأ قراءة أو ترجمة الرنا المرسال.

موقع & # 8220A & # 8221 متاح للـ tRNA المشحون الوارد الثاني الذي يشكل anticodon أزواجًا أساسية مع الكودون الثاني على mRNA.

شحن الحمض الريبي النووي النقال:

يسمى ارتباط الأحماض الأمينية بـ tRNAs بشحن الحمض الريبي النووي النقال (tRNA). جميع الحمض النووي الريبي في نهايتها 3 & # 8242 لها تسلسل 5 & # 8242-CCA-3 & # 8242. في هذا الموقع ، ترتبط الأحماض الأمينية بمساعدة إنزيم aminoacyl tRNA synthatase. يحدث شحن الحمض الريبي النووي النقال في خطوتين.

1. تفعيل الأحماض الأمينية:

ينشط جزيء الطاقة ATP الأحماض الأمينية. يتم تحفيز هذه الخطوة بواسطة إنزيمات تنشيط محددة تسمى مركبات aminoacyl tRNA synthatases. يحتوي كل حمض أميني على إنزيم منفصل إنزيم AA-RNA synthatase.

2. نقل الأحماض الأمينية إلى الحمض الريبي النووي النقال:

يتفاعل مركب إنزيم AA-AMP مع الحمض النووي الريبي معين وينقل الحمض الأميني إلى الحمض النووي الريبي ، ونتيجة لذلك يتم تحرير AMP والإنزيم.

هذا أول AA-tRNA هو fMet-tRNA fmet وهو عبارة عن حمض أميني فورميل ميثيونين مرتبط بـ tRNA. هذا يصلح نفسه لموقع & # 8220P & # 8221 على الريبوسوم. بعد ذلك ، تعلق AA-tRNA الثانية نفسها بموقع & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم. بهذه الطريقة تبدأ استطالة سلسلة البولي ببتيد.

استطالة سلسلة بولي ببتيد:

تتطلب استطالة سلسلة البولي ببتيد بعض عوامل الاستطالة. عوامل الاستطالة هذه هي Tu و G.

تشكل EF-Tu معقدًا باستخدام AA2-tRNA و GTP وإحضاره إلى موقع الريبوسوم & # 8220A & # 8221. بمجرد وضع AA2-tRNA في موقع & # 8220A & # 8221 ، يتم تحلل GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي ويتم تحرير EF-Tu من الريبوسوم. يتم تجديد مجمع EF-Tu-GTP بمساعدة عامل آخر Ts.

تشكيل رابطة الببتيد:

يتمثل الدور الرئيسي للريبوسوم في تحفيز تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية المتتالية. بهذه الطريقة يتم دمج الأحماض الأمينية في البروتين.

الآن يتم احتلال كل من موقع & # 8220P & # 8221 و & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم بواسطة tRNAs المشحونة التي تحتوي على أحماض أمينية. تتكون رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية المتتالية في موقع & # 8220A & # 8221. إنه ينطوي على انقسام الرابطة بين f-Met و tRNA. يتم تحفيز هذا بواسطة إنزيم ديسيلاز الحمض الريبي النووي النقال.

تتكون رابطة الببتيد بين مجموعة الكربوكسيل الحرة (-COOH) للحمض الأميني الأول والمجموعة الأمينية الحرة (- NH2) من الحمض الأميني الثاني في موقع & # 8220A & # 8221. الإنزيم المتضمن في هذا التفاعل هو peptidyl transferase. بعد تكوين رابطة الببتيد ، بين اثنين من الأحماض الأمينية ، يصبح الحمض الريبي النووي النقال الموجود في موقع & # 8220P & # 8221 غير مشحون أو منزوع الكبريت ، ويحمل الحمض النووي الريبي في موقع & # 8220A & # 8221 الآن & # 8211 سلسلة بروتينية تحتوي على اثنين من الأحماض الأمينية. يحدث هذا في الوحدة الفرعية 50S من الريبوسوم.

يتكون peptidyltransferase الذي يحفز تكوين رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية المتعاقبة من عدة بروتينات وجزيء من 23S rRNA في الريبوسوم. هذا الرنا الريباسي 23S هو ريبوزيم.

النقل:

تم نقل الحمض النووي الريبي البيبتيدي الذي يحمل اثنين من الأحماض الأمينية الموجودة في موقع & # 8220A & # 8221 إلى موقع & # 8221P & # 8221. هذه الحركة تسمى الانتقال. يسمى عامل الاستطالة إزاحة التحكم EF-G. هذا العامل G يسمى Translocase. يوفر التحلل المائي لـ GTP الطاقة للانتقال وإطلاق الحمض النووي الريبي المنزوع المسيل (خالٍ من الأحماض الأمينية).

يتضمن النقل أيضًا حركة الريبوسوم على طول mRNA باتجاه نهايته 3 & # 8242 بمسافة كودون واحد من الكود الأول إلى الثاني. تعمل هذه الحركة على تحويل dipeptidyl tRNA (يحمل اثنين من الأحماض الأمينية) من & # 8220A & # 8221 إلى موقع & # 8220P & # 8221.

بالإضافة إلى هذين الموقعين P و A ، يوجد موقع ثالث & # 8220E & # 8221 (موقع الخروج) على 50 S ريبوسوم.تنتقل الحمض النووي الريبي المنفصل (محروم من الأحماض الأمينية) لموقع & # 8220P & # 8221 إلى موقع & # 8220E & # 8221 من حيث يتم إخراجها.

ثم يأتي الحمض الأميني الثالث (الحمض الأميني التالي) المشحون على الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) في موقع فارغ الآن & # 8220A & # 8221. ثم سلسلة dipeptidyl التي تحتوي على اثنين من الأحماض الأمينية الموجودة على موقع P تشكل رابطة ببتيدية مع الحمض الأميني الثالث في موقع & # 8220A & # 8221. ثم يتم نقل سلسلة الأحماض الأمينية الثلاثة إلى موقع & # 8220P & # 8221. تحتوي سلسلة البولي ببتيد الآن على ثلاثة أحماض أمينية. تستمر عملية الاستطالة وتطول. في كل خطوة يضاف حمض أميني جديد إلى سلسلة البولي ببتيد. بعد كل استطالة ، يتحرك الريبوسوم بواسطة كودون واحد في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

إنهاء السلسلة:

يؤدي وجود أكواد الإنهاء أو أكواد الإيقاف على mRNA إلى إنهاء سلسلة البولي ببتيد. يتوقف التوليف عندما تأتي سلسلة الاستطالة عبر أكواد الإيقاف على موقع & # 8220A & # 8221. أكواد الإيقاف هي UAA و UGA و UAG. لا يوجد الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يمكنه ربط هذه الكودونات.

هناك ثلاثة عوامل إطلاق في بدائيات النوى ، والتي تساعد في إنهاء السلسلة. هم RF1 و RF2 و RF3.

بوليبوزوم أو بوليسوم:

يمكن قراءة جزيء mRNA واحد في وقت واحد بواسطة عدة ريبوسومات. يتكون polyribosome أو polysome من عدة ريبوسومات مرتبطة بنفس الحمض النووي الريبي. يعتمد عدد الريبوسومات في polysome على طول mRNA.

يحتوي الرنا المرسال النشط بالكامل على ريبوسوم واحد بعد كل 80 نيوكليوتيد. قد يكون هناك حوالي 50 ريبوسوم في مرنا متعدد الكريات من بدائيات النوى. تتحرك الريبوسومات على طول mRNA في اتجاه 5 & # 8242 3 & # 8242. هناك زيادة تدريجية في حجم سلسلة البولي ببتيد حيث تتحرك الريبوسومات على طول mRNA نحو نهايتها 3 & # 8242. تبدأ سلسلة البولي ببتيد بالقرب من الطرف 5 & # 8242 وتكتمل بالقرب من الطرف 3 & # 8242.

تمتلك الريبوسومات الأقرب إلى نهاية الرنا المرسال 5 & # 8242 أصغر سلسلة متعددة الببتيد ، بينما تمتلك الريبوسومات الأقرب إلى النهاية 3 & # 8242 أطول سلسلة. يزيد Polysome من معدل تخليق البروتين بشكل كبير. في البكتيريا يتم تصنيع البروتين بمعدل حوالي 20 حمض أميني في الثانية.

النسخ والترجمة المتزامنة في بدائيات النوى:

في بدائيات النوى ، توجد جميع مكونات النسخ والترجمة في نفس الحجرة. يتم تصنيع جزيء mRNA في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242 ويحدث تخليق البروتين أيضًا في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242. وبهذه الطريقة ، فإن جزيء mRNA بينما لا يزال قيد التوليف له نهاية مجانية 5 & # 8242 لا تزال نهايته الأخرى قيد التوليف.

ترتبط الريبوسومات بنهاية 5 & # 8242 المجانية وتبدأ في تخليق البروتين. وبهذه الطريقة ، تبدأ النهاية الحرة (5 & # 8242-end) من mRNA عملية تخليق البروتين بينما لا تزال مرتبطة بالحمض النووي. وهذا ما يسمى بالنسخ المزدوج والترجمة. هذا يزيد من سرعة تخليق البروتين. بعد اكتمال تخليق البروتين ، يبدأ أيضًا تحلل جزيء mRNA بواسطة نوكلياز في 5 & # 8242-end ويستمر في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

تخليق البروتين في حقيقيات النوى:

يتشابه تخليق البروتين في حقيقيات النوى بشكل أساسي مع تخليق بدائيات النوى باستثناء بعض الاختلافات.

الريبوسومات في حقيقيات النوى هي 80S بها 40S و 60S. في حقيقيات النوى ، يكون الحمض الأميني البادئ هو الميثيونين وليس f-methionine كما هو الحال في بدائيات النوى. يربط الحمض الريبي النووي النقال الخاص الميثيونين لبدء كودون AUG. هذا الحمض الريبي النووي النقال يسمى tRNAi Met. هذا يختلف عن الحمض الريبي النووي النقال Met الذي يربط ميثيونين الأحماض الأمينية بأي موضع داخلي آخر في عديد الببتيد.

لا يوجد تسلسل Shine-Dalgarno في mRNA حقيقية النواة لتعمل كموقع ربط للريبوسوم. بين 5 & # 8242-end و AUG codon من mRNA ، هناك سلسلة من القواعد تسمى cap. تقوم الوحدة الفرعية الصغيرة من الريبوسوم بمسح mRNA في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242 حتى تأتي عبر كودون 5 & # 8242- AUG-3 & # 8242. هذه العملية تسمى المسح. ترتبط عوامل البدء أيضًا ارتباطًا وثيقًا بنهاية mRNA 3 & # 8242 من خلال ذيلها poly-A. تقوم عوامل البدء بتعميم mRNA بواسطة ذيلها poly-A. بهذه الطريقة يساهم poly-A tail أيضًا في ترجمة mRNA. mRNAs حقيقية النواة أحادية النواة وتشفر عديد ببتيد واحد ، وبالتالي يكون لها إطار قراءة مفتوح واحد.

هناك عشرة عوامل بدء في حقيقيات النوى. وهي elF (عوامل intiation حقيقية النواة) هي elFI و eIF2 و eIF3 و eIF4A و eIF4B و eIF4C و eIF4D و eIF4F و eIF5 و eIF6.

هناك نوعان من عوامل الاستطالة في حقيقيات النوى مثل بدائيات النوى. هما eEFl (على غرار EF-Tu) و eEF2 (على غرار EF-G).

حقيقيات النوى لها عامل إطلاق واحد فقط eRF يتطلب إنهاء GTP لتخليق البروتين. يتعرف على جميع أكواد التوقف الثلاثة.

في حقيقيات النوى ، يتم تصنيع الرنا المرسال في النواة ، ثم يتم معالجتها وتعديلها وتمريرها إلى السيتوبلازم من خلال النوى. يحدث تخليق البروتين في السيتوبلازم. إن الرنا المرسال في بدائيات النوى غير مستقر للغاية وعمره الافتراضي لبضع دقائق فقط. إن الرنا المرسال لحقيقيات النوى مستقر تمامًا وله عمر أطول يمتد حتى عدة أيام.

تخليق البروتين على الريبوسومات المقيدة:

تحدث الريبوسومات في حالة حرة في السيتوبلازم وكذلك مرتبطة بالسطح الخارجي للشبكة الإندوبلازمية التي تسمى الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (RER). يحدث ارتباط الريبوسومات بـ ER بعد بدء تخليق البروتين. يعتمد ما إذا كانت الريبوسومات تصنع البروتين في حالة حرة أو متصلة على نوع البروتينات التي سيتم تصنيعها بواسطة الريبوسومات. يتم تصنيع معظم البروتينات التي تظل في حالة حرة في السيتوبلازم بواسطة الريبوسومات الحرة.

تدخل البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطة الريبوسومات على ER في تجويف صهاريج ER حيث يمكن أن تدخل في جهاز golgi حيث يتم تشكيلها بالجليكوزيلات وتشكيل حبيبات السكرتارية والعديد منها يدخل الجسيمات.

تعديل طي البولي ببتيدات المحررة:

يحدد جزيء الحمض النووي الهيكل الأساسي فقط أثناء الطي والتعديلات الأخرى التي تتحكم بها البروتينات نفسها.

إن عديد الببتيد المركب حديثًا ليس دائمًا بروتينًا وظيفيًا. قد يخضع البولي ببتيد الذي تم إصداره حديثًا لتعديلات مختلفة. يزيل إنزيم deformylase مجموعة الفورميل من أول حمض أميني ميثيونين. تكون انشقاقات البروتينات أكثر شيوعًا. بعض الإنزيمات مثل exo-amino-peptidases تزيل بعض الأحماض الأمينية إما من طرف N أو من طرف C أو كلا الطرفين.

يمكن أيضًا إزالة الأحماض الأمينية الداخلية كما في حالة الأنسولين. تنقسم البروتينات المتعددة لتوليد بروتينات فردية. قد يتم طي سلسلة البولي ببتيد منفردة أو بالاشتراك مع سلاسل أخرى لتشكيل هياكل ثلاثية أو رباعية. تنضم المجموعات التعويضية إلى العديد من البروتينات. تساعد بعض البروتينات في طي البولي ببتيدات. يطلق عليهم بروتينات chaperone أو بروتينات chapronin. الأمثلة البكتيرية gro EL (E. coli) والميتوكوندريا hsp 60 ميتونين.

التعديلات الكيميائية الشائعة المختلفة للبروتينات التي تم إطلاقها حديثًا هي الارتباط بالجليكوزيل ، الفسفرة ، المثيلة ، الأسيتيل ، إلخ.

فرز البروتين أو الاتجار بالبروتين أو استهداف البروتين:

يجب نقل البروتينات التي يتم تصنيعها في الخلية إلى النواة أو العضيات المستهدفة الأخرى. تحتوي عديد الببتيدات المُصنَّعة حديثًا على تسلسل إشارة (وهو عديد ببتيد) يتكون من 13-36 من الأحماض الأمينية. يُعرف باسم تسلسل القائد. يتم التعرف على تسلسل الإشارة هذا من خلال المستقبلات الموجودة داخل أغشية العضيات المستهدفة.

عندما يتم تصنيع البروتينات على الريبوسومات الحرة ، يحدث النقل بعد الترجمة. عندما يحدث تخليق البروتين على الريبوسومات المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية (Rough ER) ، يحدث النقل في وقت واحد مع الترجمة ويسمى النقل المشترك. قد تدخل البروتينات التي تدخل في تجويف ER الخام إلى جهاز golgi ، حيث يمكن أن تدخل في الجسيمات الحالة السكرتارية. يتدهور تسلسل الإشارة بواسطة إنزيمات البروتياز.

بمجرد تجميع كل هذه البروتينات في مكانها الصحيح ، فإنها توفر الآلية البيوكيميائية المناسبة ، والتي تحافظ على تغذية الخلية ، وتقطيرها ، وتكاثرها ، وحيوية.

مثبطات تخليق البروتين:

هناك العديد من المواد الكيميائية ، الاصطناعية منها وكذلك تلك التي تم الحصول عليها من مصادر مختلفة مثل الفطريات ، والتي ترتبط بمكونات آلية الترجمة وتوقف عملية الترجمة. معظمهم من العوامل المضادة للبكتيريا أو المضادات الحيوية التي تعمل حصريًا على البكتيريا وبالتالي فهي أدوات قوية في يد الإنسان لمكافحة الأمراض المعدية المختلفة. معظم المضادات الحيوية هي مثبطات لآلات الترجمة.

يرتبط بموقع & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم. يؤدي هذا إلى إنهاء ما قبل النضج لسلسلة البولي ببتيد.

يمنع عامل الاستطالة EF-Tu.

يثبط عامل الاستطالة EF-G.

يهاجم موقع & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم ويمنع ارتباط aminoacyl- tRNA.

الكلورامفينيكول: يمنع تفاعل نقل الببتيدل.

إنه يربط قناة خروج البولي ببتيد للريبوسوم ، وبالتالي يمنع خروج سلسلة البولي ببتيد المتنامية ، وبالتالي يوقف عملية الترجمة.

الستربتومايسين والنيومايسين:

هذه تمنع ارتباط tRNA fMet بالموقع & # 8220P & # 8221.

مثبطات في حقيقيات النوى:

ذيفان الخناق هو مادة سامة تنتجها بكتيريا الخناق الوتدية. هذا يسبب تعديل عامل استطالة حقيقيات النوى.


شاهد الفيديو: ترجم اي ورقة مكتوبة بأية لغة إلى اللغة العربية بهاتفك فقط (قد 2022).


تعليقات:

  1. Tak

    إنه لأمر مؤسف أنني لا أستطيع التحدث الآن - لقد تأخرت عن الاجتماع. لكنني سأكون حراً - سأكتب بالتأكيد ما أفكر فيه في هذه المسألة.

  2. Wynston

    لا ، أنا لا أحب ذلك!

  3. Akinomuro

    أنا آسف ، لكن في رأيي ، أنت مخطئ. أنا متأكد. اكتب لي في رئيس الوزراء ، يتحدث إليك.

  4. Amaud

    وأين يمكن حسابهم؟

  5. Jugis

    أنا آسف ، لكن أعتقد أنك مخطئ. أنا متأكد. يمكنني إثبات ذلك. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا في PM ، سنتحدث.



اكتب رسالة