תרגום (ביולוגיה): הגדרה, שלבים, תרשים

DNA(חומצה דאוקסיריבונוקלאית) הוא החומר הגנטי של כל החיים הידועים החל מחיידקים חד תאיים הפשוטים ביותר ועד הפיל המדהים ביותר של חמשת הטונות במישור האפריקאי. "חומר גנטי" מתייחס למולקולות המכילות שתי מערכות הוראות חשובות: אחת עבור הכנת חלבונים לצרכים הנוכחיים של התא, והשני לצרכים יצירת עותקים של עצמם, או שכפול, כך שאותו קוד גנטי בדיוק יוכל להשתמש בדורות הבאים של תאים.

שמירת התא בחיים מספיק כדי להתרבות דורשת הרבה מאוד ממוצרי החלבון הללו, ש- DNA מזמין באמצעות ה- mRNA (חומצה ריבונוקליאית שליח) היא יוצרת כשליח לריבוזומים, שם החלבונים מסונתזים למעשה.

קידוד של מידע גנטי על ידי DNA ל- RNA של שליח נקרא תַעֲתוּקבעוד שייצור חלבונים על בסיס כיוונים מ- mRNA נקרא תִרגוּם.

תרגום כרוך בקישוטים של חלבונים באמצעות קשרי פפטיד ליצירת שרשראות ארוכות של חומצות אמינו או המונומרים בתכנית זו. 20 חומצות אמינו שונות קיימות, וגוף האדם זקוק לכמה מכל אחת מהן כדי לשרוד.

סינתזת החלבון בתרגום כוללת מפגש מתואם של מתחמי mRNA, מתחמי aminoacyl-tRNA וזוג יחידות משנה ריבוזומליות, בין השחקנים האחרים.

חומצות גרעין מורכבות מיחידות משנה חוזרות, או מונומרים, הנקראות

לכל חומצת גרעין אחת ארבעה בסיסים אפשריים בכל נוקלאוטיד, שניים מהם פורינים ושניים מהם פירימידינים. ההבדלים בבסיסים בין נוקלאוטידים הם שמקנים לנוקליאוטידים שונים את אופיים המהותי.

נוקלאוטידים יכולים להתקיים מחוץ לחומצות גרעין, ולמעשה, חלק מהנוקלאוטידים הללו הם מרכזיים בכל מטבוליזם. הנוקלאוטידים אדנוזין דיפוספט (ADP) ו- אדנוזין טריפוספט (ATP) הם לב המשוואות בהן מופקת אנרגיה לשימוש תאית מהקשרים הכימיים של חומרים מזינים.

הנוקלאוטידים ב חומצות גרעיןעם זאת, יש רק פוספט אחד, המשותף עם הנוקלאוטיד הבא בגדיל חומצת הגרעין.

ברמה המולקולרית, ה- DNA שונה מ- RNA בשתי דרכים. האחת היא שהסוכר ב- DNA הוא deoxyriboseואילו ב- RNA זהו ריבוז (ומכאן שמותיהם בהתאמה). דאוקסיריבוז שונה מריבוז בכך שבמקום שיש לו קבוצת הידרוקסיל (-OH) במיקום פחמן מספר -2, יש לו אטום מימן (-H). לפיכך דאוקסיריבוז הוא אטום חמצן אחד קצר מריבוז, ומכאן "דאוקסי".

ההבדל המבני השני בין חומצות הגרעין טמון בהרכב שלהן בסיסים חנקניים. DNA ו- RNA מכילים שני בסיסי הפורין אדנין (A) וגואנין (G) וכן את ציטוזין בסיס הפירימידין (C). אך בעוד שבסיס הפירימידין השני ב- DNA הוא תימין (T) ב- RNA בסיס זה הוא אוראסיל (U).

כפי שזה קורה, בחומצות גרעין, A נקשר ל- T בלבד (או U, אם המולקולה היא RNA), ו- C נקשר ל- G. ורק לזה. הספציפי והייחודי הזה זיווג בסיס משלים נדרש סידור להעברה נכונה של מידע דנ"א למידע mRNA בתעתיק ומידע mRNA למידע tRNA במהלך התרגום.

ברמת מאקרו יותר, ה- DNA הוא כפול גדילי ואילו ה- RNA הוא חד-גדילי. באופן ספציפי, ה- DNA לובש צורה של סליל כפול, שהוא כמו סולם המעוות בכיוונים שונים בשני קצותיו.

הגדילים נקשרים בכל נוקלאוטיד על ידי בסיסיהם החנקניים המתאימים. פירוש הדבר שלנוקלאוטיד הנושא "A" יכול להיות נוקלאוטיד הנושא "T" על נוקלאוטיד "השותף" שלו. פירוש הדבר שלסיכום, שני גדילי ה- DNA הם מַשׁלִים אחד לשני.

מולקולות DNA יכולות להיות אלפי בסיסים (או יותר נכון, זוגות בסיסים) ארוך. למעשה, בן אנוש כרומוזום הוא לא יותר מאשר קווצת DNA ארוכה מאוד יחד עם הרבה חלבון. מולקולות RNA מכל הסוגים, לעומת זאת, נוטות להיות קטנות יחסית.

כמו כן, ה- DNA נמצא בעיקר בגרעיני האאוקריוטים אך גם במיטוכונדריה וכלורופלסטים. לעומת זאת, רוב ה- RNA נמצא בגרעין ובציטופלזמה. כמו כן, כפי שתראו בקרוב, ה- RNA מגיע בסוגים שונים.

RNA מגיע בשלושה סוגים ראשוניים. הראשון הוא mRNA, אשר מיוצר מתבנית DNA במהלך שעתוק בגרעין. לאחר השלמתו, גדיל ה- mRNA עושה את דרכו החוצה מהגרעין דרך נקבובית במעטפת הגרעין ומסתיים בכיוון ההצגה אל הריבוזום, אתר ה תרגום חלבון.

הסוג השני של RNA הוא העברת RNA (tRNA). זוהי מולקולת חומצת גרעין קטנה יותר ומגיעה ב -20 תת-סוגים, אחד לכל חומצת אמינו. מטרתו להעביר את חומצת האמינו ה"מוקצבת "שלה לאתר התרגום על הריבוזום, כך שניתן יהיה להוסיף אותה לשרשרת הפוליפפטיד הגדלה (חלבון קטן, לעיתים קרובות בעיצומה).

הסוג השלישי של RNA הוא RNA ריבוזומלי (rRNA). סוג זה של RNA מהווה חלק משמעותי ממסת הריבוזומים כאשר חלבונים ספציפיים לריבוזומים מהווים את שאר המסה.

"הדוגמה המרכזית" המצוטטת לעתים קרובות של הביולוגיה המולקולרית היא DNA ל- RNA לחלבון. מנוסח ביתר תמציתיות, אפשר לומר זאת תמלול לתרגום. תַעֲתוּק הוא הצעד הסופי הראשון לקראת סינתזת החלבון והוא אחד מהצרכים המתמשכים של כל תא.

תהליך זה מתחיל בפירוק מולקולת ה- DNA לחוטים בודדים, כך שלאנזימים והנוקלאוטידים המשתתפים בתעתיק יש מקום לעבור למקום.

לאחר מכן, לאורך אחד מגדילי ה- DNA, מורכב קווצה של mRNA בעזרת האנזים RNA פולימראז. לחוט ה- mRNA הזה יש רצף בסיס המשלים לזה של גדיל התבנית, למעט העובדה ש- U מופיע בכל מקום בו T יופיע ב- DNA.

• לדוגמא, אם רצף ה- DNA שעובר שעתוק הוא ATTCGCGGTATGTC, אז גדיל ה- mRNA שנוצר יציג את הרצף UAAGCGCCAUACAG.

כאשר מסונתזים גדיל mRNA, אורכים מסוימים של DNA, הנקראים אינטרונים, נמתחים בסופו של דבר מתוך רצף ה- mRNA מכיוון שהם אינם מקודדים שום מוצר חלבון. רק החלקים של גדיל ה- DNA המקודדים למעשה למשהו, הנקראים אקסונים, תורמים למולקולת ה- mRNA הסופית.

באתר של סינתזת חלבונים יש צורך במבנים שונים לצורך תרגום מוצלח.

הריבוזום: כל ריבוזום עשוי מתת-יחיד ריבוזומלית ותת-יחידת ריבוזומלית גדולה. אלה קיימים רק כצמד לאחר תחילת התרגום. הם מכילים כמות גדולה של rRNA כמו גם חלבון. אלה אחד ממרכיבי התאים הבודדים הקיימים הן בפרוקריוטים והן באיקריוטים.

mRNA: מולקולה זו נושאת הוראות ישירות מדנ"א התא לייצור חלבון ספציפי. אם ניתן לחשוב על דנ"א כתכנית של האורגניזם כולו, קווצה של mRNA מכילה מספיק מידע בכדי להפוך מרכיב מכריע אחד לאורגניזם זה.

tRNA: חומצת גרעין זו יוצרת קשרים עם חומצות אמינו על בסיס אחד לאחד ליצירת מה שמכונה קומפלקסים של aminoacyl-tRNA. זה רק אומר שהמונית (ה- tRNA) נושאת כעת את הנוסע המיועד והיחיד שלה (חומצת האמינו הספציפית) מבין 20 "סוגי" האנשים בסביבה.

חומצות אמינו: אלה חומצות קטנות עם אמינו (-NH₂קבוצה, קבוצת חומצה קרבוקסילית (-COOH) ושרשרת צדדית הקשורה לאטום פחמן מרכזי יחד עם אטום מימן. חשוב לציין כי קודים לכל אחת מ -20 חומצות האמינו מועברים בקבוצות של שלושה בסיסי mRNA הנקראים קודונים לשלישייה.

תִרגוּם מבוסס על קוד שלישייה פשוט יחסית. קחו בחשבון שכל קבוצה של שלושה בסיסים עוקבים יכולה לכלול אחד מתוך 64 צירופים אפשריים (למשל, AAG, CGU וכו '), מכיוון שארבעה שהועלו לכוח השלישי הם 64.

המשמעות היא שיש יותר ממספיק שילובים ליצירת 20 חומצות אמינו. למעשה, יתאפשר יותר מקודון אחד לקודד את אותה חומצת אמינו.

זהו, למעשה, המקרה. כמה חומצות אמינו מסונתזות ביותר מקודון אחד. לדוגמא, לאוצין משויך לשישה רצפי קודון מובחנים. קוד השלשות הוא "מנוון" זה.

חשוב לציין, עם זאת, זה לא מיותר. זה ה אותו קודון mRNA לא יכול קוד עבור יותר מאחד חומצת אמינו.

אתר התרגום הפיזי בכל האורגניזמים הוא ריבוזום. לחלקים מסוימים של הריבוזום יש גם תכונות אנזימטיות.

תרגום לפרוקריוטים מתחיל ב חניכה באמצעות אות גורם התחלה מקודון הנקרא כראוי קודון START. זה לא קיים באיקריוטים, ובמקום זאת, חומצת האמינו הראשונה שנבחרה היא מתיונין, המקודדת על ידי AUG, המתפקדת כמעין קודון START.

כשכל רצועת mRNA נוספת בת שלושה קטעים נחשפת על פני הריבוזום, tRNA הנושא את חומצת האמינו המתבקשת משוטט למקום ומפיל את נוסעו. אתר קשירה זה נקרא אתר "A" של הריבוזום.

אינטראקציה זו מתרחשת ברמה המולקולרית מכיוון שלמולקולות ה- tRNA הללו יש רצפי בסיס המשלימים ל- mRNA הנכנס ולכן נקשרים ל- mRNA בקלות.

בתוך ה הַאֲרָכָה בשלב התרגום, הריבוזום נע בשלושה בסיסים, תהליך שנקרא תרגום. זה חושף את אתר "A" מחדש ומוביל לכך שהפוליפפטיד, אשר יהיה אורכו בניסוי המחשבה הזה, יועבר לאתר "P".

כאשר מתחם aminoacyl-tRNA חדש מגיע לאתר "A", מסירים את כל שרשרת הפוליפפטיד אתר "P" ומחובר לחומצת האמינו שהופקדה זה עתה באתר "A", באמצעות פפטיד אגרת חוב. כך שכאשר מתרחש טרנסלוקציה של הריבוזום במורד "המסלול" של מולקולת ה- mRNA, מעגל יושלם, ושרשרת הפוליפפטיד הגדלה ארוכה יותר על ידי חומצת אמינו אחת.

בתוך ה סיום בשלב, הריבוזום נתקל באחד משלושה קודני סיום, או קודני STOP, המשולבים ב- mRNA (UAG, UGA ו- UAA). זה גורם לא tRNA אלא חומרים הנקראים גורמי שחרור נוהרים לאתר, וזה מוביל לשחרור שרשרת הפוליפפטיד. הריבוזומים נפרדים ליחידות המשנה המרכיבות אותם, והתרגום הושלם.

תהליך התרגום יוצר שרשרת פוליפפטיד שעדיין צריך לשנות לפני שהיא יכולה לעבוד כראוי כחלבון חדש. המבנה העיקרי של א חֶלְבּוֹן, רצף חומצות האמינו שלה, מייצג רק חלק קטן מתפקודו הסופי.

החלבון שונה לאחר התרגום על ידי קיפולו לצורות ספציפיות, תהליך המתרחש לעיתים קרובות באופן ספונטני בגלל אינטראקציות אלקטרוסטטיות בין חומצות אמינו בנקודות שאינן סמוכות לאורך שרשרת פוליפפטיד.

הריבוזומים הם עובדים נהדרים, אך הם אינם מהנדסי בקרת איכות. הם יכולים ליצור רק חלבונים מתבנית ה- mRNA שהם מקבלים. הם לא מצליחים לזהות שגיאות בתבנית זו. לכן טעויות בתרגום יהיו בלתי נמנעות גם בעולם של ריבוזומים המתפקדים באופן מושלם.

מוטציות שמשנים אמינו יחיד יכולים לשבש את תפקוד החלבון, כגון המוטציה הגורמת לאנמיה חרמשית. מוטציות שמוסיפות או מוחקות צמד בסיסים יכולות לזרוק קוד שלישיות שלם כך שרוב או כל חומצות האמינו שלאחר מכן יהיו גם שגויות.

מוטציות יכולות ליצור קודון STOP מוקדם, כלומר רק חלק מהחלבון מסונתז. כל התנאים הללו יכולים להיות מחלישים בדרגות שונות, וניסיון לכבוש שגיאות מולדות כמו אלה מהווה אתגר מתמשך ומורכב עבור חוקרי רפואה.