الترجمة (علم الأحياء): التعريف ، الخطوات ، الرسم التخطيطي

الحمض النووي(حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) هي المادة الوراثية لكل أشكال الحياة المعروفة من أبسط بكتيريا وحيدة الخلية إلى أروع فيل يبلغ وزنه خمسة أطنان في السهل الأفريقي. تشير "المواد الجينية" إلى الجزيئات التي تحتوي على مجموعتين مهمتين من التعليمات: واحدة من أجل صنع البروتينات للاحتياجات الحالية للخلية ، والآخر من أجل يصنعون نسخًا من أنفسهم، أو التكاثر ، بحيث يمكن استخدام نفس الشفرة الجينية من قبل الأجيال القادمة من الخلايا.

يتطلب الحفاظ على حياة الخلية لفترة كافية للتكاثر عددًا كبيرًا من منتجات البروتين هذه ، والتي يأمرها الحمض النووي عبر مرنا (حمض الريبونوكليك المرسل) يخلق كمبعوث إلى الريبوسومات ، حيث يتم تصنيع البروتينات بالفعل.

يسمى ترميز المعلومات الجينية بواسطة DNA في رسول RNA النسخ، بينما يسمى صنع البروتينات على أساس الاتجاهات من mRNA ترجمة.

تتضمن الترجمة تجميع البروتينات عبر روابط الببتيد لتشكيل سلاسل طويلة من أحماض أمينية أو المونومرات في هذا المخطط. يوجد 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة ، ويحتاج جسم الإنسان إلى بعض من هذه الأحماض للبقاء على قيد الحياة.

يتضمن تخليق البروتين في الترجمة اجتماعًا منسقًا لمركب mRNA ومجمعات aminoacyl-tRNA وزوج من الوحدات الفرعية الريبوسومية ، من بين لاعبين آخرين.

تتكون الأحماض النووية من وحدات فرعية متكررة ، أو مونومرات ، تسمى النيوكليوتيدات. يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة مكونات مميزة خاصة به: أ ريبوز (خمسة كربون) سكر ، واحد إلى ثلاثة مجموعات الفوسفات و أ قاعدة نيتروجينية.

يحتوي كل حمض نووي على واحد من أربع قواعد ممكنة في كل نوكليوتيد ، اثنان منها عبارة عن بورينات واثنان منها بيريميدين. الاختلافات في القواعد بين النيوكليوتيدات هي ما يعطي النيوكليوتيدات المختلفة طابعها الأساسي.

يمكن أن توجد النيوكليوتيدات خارج الأحماض النووية ، وفي الواقع ، تعتبر بعض هذه النيوكليوتيدات أساسية لجميع عمليات التمثيل الغذائي. النيوكليوتيدات الأدينوزين ثنائي الفوسفات (ADP) و ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) في قلب المعادلات التي يتم فيها استخراج الطاقة للاستخدام الخلوي من الروابط الكيميائية للعناصر الغذائية.

النيوكليوتيدات الموجودة في احماض نوويةومع ذلك ، لا تحتوي إلا على فوسفات واحد ، والذي يتم مشاركته مع النيوكليوتيدات التالية في حبلا الحمض النووي.

على المستوى الجزيئي ، يختلف الحمض النووي عن الحمض النووي الريبي بطريقتين. واحد هو أن السكر في الحمض النووي هو ديوكسيريبوز، بينما في RNA هو ريبوز (ومن هنا جاءت أسمائهم). يختلف Deoxyribose عن الريبوز في ذلك ، بدلاً من وجود مجموعة هيدروكسيل (-OH) في موضع الكربون رقم 2 ، فإنه يحتوي على ذرة هيدروجين (-H). وبالتالي فإن deoxyribose هو ذرة أكسجين واحدة أقل من الريبوز ، وبالتالي "deoxy".

يكمن الاختلاف الهيكلي الثاني بين الأحماض النووية في تكوينها القواعد النيتروجينية. يحتوي كل من DNA و RNA على قاعدتي البيورين الأدينين (A) والجوانين (G) بالإضافة إلى السيتوزين الأساسي بيريميدين (C). ولكن في حين أن قاعدة بيريميدين الثانية في الحمض النووي هي الثايمين (T) في الحمض النووي الريبي ، فإن هذه القاعدة هي اليوراسيل (U).

كما يحدث ، في الأحماض النووية ، يرتبط A بـ T فقط (أو U ، إذا كان الجزيء هو RNA) ، ويرتبط C بـ G. هذا محدد وفريد ​​من نوعه الاقتران الأساسي التكميلي الترتيب مطلوب من أجل النقل الصحيح لمعلومات الحمض النووي إلى معلومات mRNA في معلومات النسخ و mRNA إلى معلومات الحمض النووي الريبي أثناء الترجمة.

على مستوى أكبر ، يكون الحمض النووي مزدوج الشريطة بينما يكون الحمض النووي الريبي واحدًا تقطعت به السبل. على وجه التحديد ، يتخذ الحمض النووي شكل اللولب المزدوج ، والذي يشبه سلمًا ملتويًا في اتجاهات مختلفة في كلا الطرفين.

يتم ربط الخيوط عند كل نوكليوتيد بقواعدها النيتروجينية الخاصة بها. هذا يعني أن النيوكليوتيدات "A" يمكن أن تحتوي فقط على نيوكليوتيد "T" على النيوكليوتيدات "الشريكة". هذا يعني أنه باختصار ، فإن خيوط الحمض النووي هما مكمل لبعضهم البعض.

يمكن أن تكون جزيئات الحمض النووي آلاف القواعد (أو بشكل أكثر ملاءمة ، قاعده ازواج) طويل. في الحقيقة ، إنسان كروموسوم ليس أكثر من خيط واحد طويل جدًا من الحمض النووي مقرونًا بكمية جيدة من البروتين. من ناحية أخرى ، تميل جزيئات الحمض النووي الريبي من جميع الأنواع إلى أن تكون صغيرة نسبيًا.

أيضًا ، يوجد الحمض النووي بشكل أساسي في نوى حقيقيات النوى ولكن أيضًا في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. من ناحية أخرى ، يوجد معظم الحمض النووي الريبي في النواة والسيتوبلازم. أيضًا ، كما سترى قريبًا ، يأتي الحمض النووي الريبي في أنواع مختلفة.

يأتي الحمض النووي الريبي في ثلاثة أنواع أساسية. الأول هو مرنا، وهو مصنوع من قالب DNA أثناء النسخ في النواة. بمجرد اكتماله ، يشق خيط mRNA طريقه للخروج من النواة عبر ثقب في الغلاف النووي وينتهي بتوجيه العرض في الريبوسوم ، موقع ترجمة البروتين.

النوع الثاني من الحمض النووي الريبي هو نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال). هذا جزيء أصغر من الحمض النووي ويأتي في 20 نوعًا فرعيًا ، واحد لكل حمض أميني. الغرض منه هو نقل الحمض الأميني "المخصص" إلى موقع الترجمة على الريبوسوم بحيث يمكن إضافته إلى سلسلة عديد الببتيد النامية (بروتين صغير ، غالبًا ما يكون قيد التقدم).

النوع الثالث من الحمض النووي الريبي هو RNA الريبوسوم (الرنا الريباسي). يشكل هذا النوع من الحمض النووي الريبي جزءًا كبيرًا من كتلة الريبوسومات ببروتينات خاصة بالريبوسومات تشكل باقي الكتلة.

إن "العقيدة المركزية" للبيولوجيا الجزيئية التي كثيراً ما يتم الاستشهاد بها هي DNA إلى RNA إلى بروتين. قد يتم صياغتها بشكل أكثر إيجازًا النسخ إلى الترجمة. النسخ هي الخطوة النهائية الأولى نحو تخليق البروتين وهي واحدة من الضروريات المستمرة لأي خلية.

تبدأ هذه العملية بفك جزيء الحمض النووي إلى خيوط مفردة بحيث يكون للإنزيمات والنيوكليوتيدات المشاركة في النسخ مجال للانتقال إلى المشهد.

ثم ، على طول أحد خيوط الحمض النووي ، يتم تجميع خيط من الرنا المرسال بمساعدة إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي. يحتوي حبلا mRNA هذا على تسلسل أساسي مكمل لتسلسل حبلا القالب ، باستثناء حقيقة أن U يظهر في أي مكان يظهر فيه T في DNA.

• على سبيل المثال ، إذا كان تسلسل الحمض النووي الذي يخضع للنسخ هو ATTCGCGGTATGTC ، فإن الخيط الناتج من mRNA سيحتوي على التسلسل UAAGCGCCAUACAG.

عندما يتم تصنيع خيط mRNA ، فإن أطوال معينة من DNA ، تسمى introns ، يتم فصلها في النهاية من تسلسل mRNA لأنها لا ترمز لأي منتجات بروتينية. فقط أجزاء من خيط الحمض النووي التي ترمز فعليًا لشيء ما ، يسمى exons ، تساهم في جزيء الرنا المرسال النهائي.

هناك حاجة إلى تراكيب مختلفة في موقع تخليق البروتين للترجمة الناجحة.

الريبوسوم: يتكون كل ريبوسوم من وحدة فرعية ريبوسومية صغيرة ووحدة فرعية ريبوسومية كبيرة. هذه موجودة فقط كزوج بمجرد بدء الترجمة. أنها تحتوي على كمية كبيرة من الرنا الريباسي وكذلك البروتين. هذه هي واحدة من مكونات الخلية القليلة الموجودة في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

مرنا: يحمل هذا الجزيء تعليمات مباشرة من الحمض النووي للخلية لتصنيع بروتين معين. إذا كان من الممكن التفكير في الحمض النووي باعتباره مخططًا للكائن الحي بأكمله ، فإن خيطًا من الرنا المرسال يحتوي على معلومات كافية فقط لصنع مكون واحد حاسم لهذا الكائن الحي.

الحمض الريبي النووي النقال: هذا الحمض النووي يشكل روابط مع الأحماض الأمينية على أساس واحد لواحد لتشكيل ما يسمى معقدات aminoacyl-tRNA. هذا يعني فقط أن سيارة الأجرة (الحمض النووي الريبي) تحمل حاليًا النوع المقصود والوحيد من الركاب (الحمض الأميني المحدد) من بين 20 "نوعًا" من الأشخاص في المنطقة المجاورة.

أحماض أمينية: هذه أحماض صغيرة تحتوي على أميني (-NH₂) ، مجموعة حمض الكربوكسيل (COOH) ، وسلسلة جانبية مرتبطة بذرة كربون مركزية مع ذرة هيدروجين. الأهم من ذلك ، يتم حمل الرموز لكل واحد من الأحماض الأمينية العشرين في مجموعات من ثلاث قواعد mRNA تسمى ثلاثة أكواد.

ترجمة يعتمد على رمز ثلاثي بسيط نسبيًا. ضع في اعتبارك أن أي مجموعة من ثلاث قواعد متتالية يمكن أن تتضمن واحدة من 64 مجموعة ممكنة (على سبيل المثال ، AAG ، CGU ، إلخ) ، لأن أربعة مرفوعة إلى القوة الثالثة هي 64.

هذا يعني أن هناك أكثر من مجموعات كافية لتوليد 20 من الأحماض الأمينية. في الواقع ، سيكون من الممكن لأكثر من كودون واحد أن يرمز لنفس الحمض الأميني.

وهذا هو في الواقع القضية. يتم تصنيع بعض الأحماض الأمينية من أكثر من كودون واحد. على سبيل المثال ، يرتبط الليوسين بستة تسلسلات كودون مميزة. رمز الثلاثي هو هذا "المنحط".

الأهم من ذلك ، أنه ليس كذلك متكرر. هذا هو نفس كودون مرنا لا تستطيع رمز ل أكثر من واحد حمض أميني.

الموقع المادي للترجمة في جميع الكائنات الحية هو الريبوسوم. بعض أجزاء الريبوسوم لها أيضًا خصائص إنزيمية.

تبدأ الترجمة في بدائيات النوى بـ المبادرة عبر إشارة عامل بدء من كودون يسمى بشكل مناسب كودون START. هذا غائب في حقيقيات النوى ، وبدلاً من ذلك ، فإن أول حمض أميني تم اختياره هو الميثيونين ، والذي تم ترميزه بواسطة AUG ، والذي يعمل كنوع من كودون START.

نظرًا لأن كل شريط إضافي مكون من ثلاثة أجزاء من الرنا المرسال يتم تعريضه على سطح الريبوسوم ، فإن الحمض النووي الريبي يحمل الحمض الأميني المدعو يتجول في المشهد ويسقط راكبًا. يُطلق على موقع الربط هذا موقع الريبوسوم "أ".

يحدث هذا التفاعل على المستوى الجزيئي لأن جزيئات الحمض النووي الريبي هذه لها تسلسلات أساسية مكملة لـ mRNA الوارد وبالتالي ترتبط بـ mRNA بسهولة.

في ال استطالة مرحلة الترجمة ، يتحرك الريبوسوم بثلاث قواعد ، وهي عملية تسمى الترجمة. هذا يفضح الموقع "A" من جديد ويؤدي إلى تحويل البولي ببتيد ، مهما كان طوله في هذه التجربة الفكرية ، إلى موقع "P".

عندما يصل مركب aminoacyl-tRNA جديد إلى الموقع "A" ، تتم إزالة سلسلة polypeptide بأكملها من موقع "P" والمرفق بالحمض الأميني الذي تم إيداعه للتو في الموقع "A" ، عبر الببتيد سند مالي. وهكذا عندما يحدث إزاحة الريبوسوم أسفل "مسار" جزيء الرنا المرسال مرة أخرى ، تكون الدورة قد اكتملت ، وسلسلة البولي ببتيد المتنامية أصبحت الآن أطول بحمض أميني واحد.

في ال نهاية في المرحلة ، يواجه الريبوسوم واحدًا من ثلاثة أكواد إنهاء ، أو أكواد STOP ، مدمجة في mRNA (UAG و UGA و UAA). هذا لا يسبب الحمض الريبي النووي النقال ولكن المواد التي تسمى عوامل الإطلاق تتدفق إلى الموقع ، وهذا يؤدي إلى إطلاق سلسلة ببتيد. تنفصل الريبوسومات إلى وحداتها الفرعية المكونة لها ، وتكتمل الترجمة.

تخلق عملية الترجمة سلسلة بولي ببتيد لا تزال بحاجة إلى التعديل قبل أن تعمل بشكل صحيح كبروتين جديد. الهيكل الأساسي لـ بروتين، تسلسل الأحماض الأمينية ، يمثل جزءًا صغيرًا فقط من وظيفته النهائية.

يتم تعديل البروتين بعد الترجمة عن طريق طيه إلى أشكال محددة ، وهي عملية تحدث غالبًا تلقائيًا بسبب التفاعلات الكهروستاتيكية بين الأحماض الأمينية في البقع غير المجاورة على طول سلسلة بولي ببتيد.

الريبوسومات عمال رائعون ، لكنهم ليسوا مهندسي مراقبة الجودة. يمكنهم فقط إنشاء بروتينات من قالب mRNA المعطى لهم. إنهم غير قادرين على اكتشاف الأخطاء في هذا القالب. لذلك ، فإن الأخطاء في الترجمة لا مفر منها حتى في عالم من الريبوسومات تعمل بشكل مثالي.

الطفرات يمكن أن يؤدي تغيير أمين واحد إلى تعطيل وظيفة البروتين ، مثل الطفرة التي تسبب فقر الدم المنجلي. يمكن للطفرات التي تضيف أو تحذف زوجًا أساسيًا أن تتخلص من الكود الثلاثي بالكامل بحيث تكون معظم أو كل الأحماض الأمينية اللاحقة خاطئة أيضًا.

يمكن أن تخلق الطفرات كودون STOP مبكرًا ، مما يعني أنه يتم تصنيع جزء فقط من البروتين. كل هذه الحالات يمكن أن تكون منهكة بدرجات مختلفة ، ومحاولة التغلب على الأخطاء الفطرية مثل هذه تمثل تحديًا مستمرًا ومعقدًا للباحثين الطبيين.