תרגום DNA: תהליך באוקריוטות ופרוקריוטות - ביולוגיה - 2025

התרגום של DNA הוא תהליך שבו המידע הכלול RNA שליח הנוצר במהלך שעתוק (העתקה של מידע בתוך רצף דנ"א רנ"א) הוא "מתורגם" בתוך אמינו רצף חומצות ידי סינתזת החלבון.

מבחינה סלולרית ביטוי גנים הוא רומן מורכב יחסית המתרחש בשני שלבים: תעתיק ותרגום.

תרגום RNA בתיווך ריבוזום (מקור: LadyofHats / רשות הרבים, באמצעות Wikimedia Commons)

כל הגנים שבאים לידי ביטוי (בין אם הם מקודדים לרצפי פפטיד ובין אם לאו, כלומר חלבונים) עושים זאת בתחילה על ידי העברת המידע הכלול ברצף ה- DNA שלהם למולקולת RNA (mRNA) באמצעות שליח. תַעֲתוּק.

התעתיק מושג על ידי אנזימים מיוחדים המכונים פולימראזות RNA, המשתמשים באחד הגדילים המשלימים של ה- DNA של הגן כתבנית לסינתזה של מולקולת "טרום mRNA", אשר מעובדת לאחר מכן ליצירת mRNA בוגר.

בגנים המקודדים חלבונים, המידע הכלול ב- mRNAs בוגר "נקרא" ומתורגם לחומצות אמינו על פי הקוד הגנטי, המציין איזה שלישת קודון או נוקלאוטיד תואמת איזו חומצה אמינית מסוימת.

המפרט של רצף חומצות האמינו של חלבון תלוי, אפוא, ברצף הראשוני של בסיסים חנקניים ב- DNA התואם לגן ואז ב- mRNA הנושא מידע זה מהגרעין לציטוזול (בתאים אוקיארוטיים); תהליך שמוגדר גם כסינתזת חלבון מונחה mRNA.

בהתחשב בכך שיש 64 שילובים אפשריים של 4 הבסיסים החנקניים המרכיבים DNA ו- RNA ורק 20 חומצות אמינו, ניתן לקודד חומצה אמינית על ידי שלישיות שונות (קודונים), וזו הסיבה שנאמר שהקוד הגנטי הוא "מנוון" (למעט חומצת האמינו מתיונין, המקודדת על ידי קודון AUG ייחודי).

תרגום אוקריוטי (שלב תהליך)

תרשים של תא אוקריוטי בעל חיים וחלקיו (מקור: Alejandro Porto דרך ויקימדיה Commons)

בתאים אוקריוטיים, תעתוק מתרחש בגרעין ותרגום לציטוזול, כך שה- mRNA הנוצרים במהלך התהליך הראשון ממלאים גם תפקיד בהעברת המידע מהגרעין לציטוזול, שם נמצאים התאים. מכונות ביו-סינתטיות (ריבוזומים).

חשוב להזכיר כי המידור של התמלול והתרגום באוקריוטים נכון לגבי הגרעין, אך זה לא זהה לאורגנלים בעלי הגנום שלהם כמו כלורופלסטים ומיטוכונדריה, שיש להם מערכות הדומות יותר לאלה של אורגניזמים פרוקריוטיים.

בתאים האוקריוטים יש גם ריבוזומים ציטוזוליים המחוברים לקרומים של הרטיקול האנדופלמזי (רטיקול אנדופלמזי מחוספס), בו מתרחש התרגום של חלבונים המיועדים להכנס לממברנות התא או הדורשים עיבוד שלאחר התרגום המתרחש בתא האמור. .

- עיבוד של mRNAs לפני התרגום שלהם

ה- mRNA משתנים בקצותיהם בעת התעתיק:

- כאשר סוף ה- 5 של ה- mRNA מגיח מפני השטח של פולימראז RNA II במהלך השעתוק, הוא "מותקף" מייד על ידי קבוצת אנזימים המסנתזים "מכסה המנוע" המורכב מגואניאט 7-מתיל ואשר קשור לנוקלאוטיד מסוף ה- mRNA דרך קישור טריפוספט 5 ', 5'.

- קצה ה- 3 של ה- mRNA עובר "מחשוף" על ידי אנדונוקליז, המייצר קבוצת הידרוקסיל חופשית 3 'שאליה מחובר "מחרוזת" או "זנב" של שאריות אדנין (מ- 100 עד 250). בזה אחר זה על ידי אנזים פולי (A) פולימראז.

מכסה המנוע "5 '" וה"זנב הפולי A "ממלאים פונקציות בהגנה על מולקולות mRNA מפני השפלה, ובנוסף, מתפקדות בהובלת תמלילים בוגרים לכיוון הציטוזול ובחניכה והפסקת התאי תרגום בהתאמה.

C orth ושחבור

לאחר התמלול, ה- mRNAs "הראשוני" עם שני הקצוות המותאמים שלהם, שעדיין קיימים בגרעין, עוברים תהליך "שחבור" שלפיו בדרך כלל מסירים רצפים אינטראוניים ומצטרפים לאקסונים האלו (עיבוד שלאחר התמלול). , איתם מתקבלים תמלולים בוגרים העוזבים את הגרעין ומגיעים לציטוזול.

השחבור מתבצע על ידי קומפלקס ריבופרוטאין הנקרא הספליזאוסום (אנגליזציה של הספליוסוזום) המורכב מחמש ריבוי רוקנופרוטאינים קטנים ומולקולות RNA, המסוגלים "לזהות" את האזורים שיוסרו מהתמליל הראשוני.

באוקריוטות רבות קיימת תופעה המכונה "שחבור אלטרנטיבי", שמשמעותה כי סוגים שונים של שינויים שלאחר התמלול יכולים לייצר חלבונים או איזוזימים שונים השונים זה מזה בהיבטים מסוימים של הרצפים שלהם.

- ריבוזומים

כאשר תמלולים בוגרים עוזבים את הגרעין ומועברים לתרגום בציטוזול, הם מעובדים על ידי הקומפלקס התרגומי המכונה "ריבוזום", המורכב ממכלול חלבונים הקשור למולקולות RNA.

ריבוזומים מורכבים משתי יחידות משנה, אחת "גדולה" ואחת "קטנה", המנותקות בחופשיות בציטוזול וקושרות או מקשרות במולקולת mRNA שמתורגמת.

הקשר בין ריבוזומים לבין mRNA תלוי במולקולות RNA ייעודיות המקשרות לחלבונים ריבוזומאליים (RNA ריבוזומלי או rRNA ומעבירים RNA או tRNA), שלכל אחד מהם יש תפקידים ספציפיים.

TRNAs הם "מתאמים" מולקולריים, מכיוון שבאמצעות קצה אחד הם יכולים "לקרוא" כל קודון או שלישיה ב- mRNA הבוגר (על ידי השלמת בסיס) ובאמצעות הצד השני הם יכולים להיקשר לחומצה האמינית המקודדת על ידי הקודון ה"קריא ".

מולקולות ה- rRNA, לעומת זאת, אחראיות להאיץ (לזרז) את תהליך הכריכה של כל חומצת אמינו בשרשרת הפפטיד המתהווה.

MRNA אוקראוטי בוגר יכול להיות "לקרוא" על ידי ריבוזומים רבים, פעמים רבות ככל שהתא מצביע. במילים אחרות, אותו mRNA יכול להוליד עותקים רבים של אותו חלבון.

התחל קודון ומסגרת קריאה

כאשר ניגשים לתת-יחידות ריבוזומליות באמצעות MRNA בוגר, מתחם הריבופרוטאין "סורק" את רצף המולקולה האמורה עד שהוא מוצא קודון התחלתי, שהוא תמיד AUG וכרוך בהחדרת שאריות מתיונין.

הקודון AUG מגדיר את מסגרת הקריאה עבור כל גן, ויתרה מכך, מגדיר את חומצת האמינו הראשונה של כל החלבונים המתורגמים בטבע (חומצת אמינו זו מבוטלת פעמים רבות לאחר התרגום).

עצור קודונים

שלושה קודונים נוספים זוהו כאלו המעוררים הפסקת תרגום: UAA, UAG ו- UGA.

אותן מוטציות הכרוכות בשינוי של בסיסים חנקניים בשלישייה שמקודדת חומצה אמינית וכתוצאה מכך קודונים מעצבים נקראות מוטציות שטויות, מכיוון שהן גורמות לעצירה מוקדמת של תהליך הסינתזה, המהווה חלבונים קצרים יותר.

אזורים לא מתורגמים

בסמוך לסוף 5 'של מולקולות mRNA בוגרות ישנם אזורים לא מתורגמים (UTR), המכונים גם רצפי "מנהיג", הנמצאים בין הנוקלאוטיד הראשון לקודון התחלת התרגום ( AUG).

לאזורי UTR אלה שאינם מתורגמים יש אתרים ספציפיים לקשירה עם ריבוזומים ובבני אדם, למשל, אורכם כ -170 נוקלאוטידים, ביניהם ישנם אזורים רגולטוריים, אתרי קשירת חלבון המתפקדים בוויסות של תרגום וכו '.

- תחילת התרגום

התרגום, כמו גם התמלול, מורכב משלושה שלבים: שלב חניכה, שלב התארכות ולבסוף שלב סיום.

חניכה

זה מורכב מההרכבה של קומפלקס התרגום ב- mRNA, שמאפשר לזיקוק של שלושה חלבונים הידועים בשם Initiation Factor (IF) IF1, IF2 ו- IF3 לתת היחידה הקטנה של הריבוזום.

קומפלקס ה"קדם-חניכה "שנוצר על ידי גורמי החניכה ותת היחידה הריבוזומלית הקטנה, בתורו, נקשר עם tRNA ש"נושא" שארית מתיונין וסט מולקולות זה נקשר ל- mRNA, בסמוך לקודון ההתחל. AUG.

אירועים אלה מובילים לקשירת ה- mRNA ליחידת הריבוזומלית הגדולה, מה שמוביל לשחרור גורמי התחלה. לתת-היחידה הגדולה של הריבוזומים יש 3 אתרי קשירה למולקולות tRNA: אתר A (חומצה אמינית), אתר P (פוליפפטיד) ואתר ה- E (יציאה).

אתר A נקשר לאנטיקודון של האמינוציל-tRNA המשלים לזה של ה- mRNA שמתורגם; אתר P הוא המקום בו מועברת חומצת האמינו מה- tRNA לפפטיד המתהווה ואתר ה- E הוא המקום בו הוא נמצא ב- tRNA "ריק" לפני שהוא משתחרר לציטוזול לאחר מסירת חומצת האמינו.

ייצוג גרפי של שלבי חניכה והתארכות התרגום (מקור: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) באמצעות Wikimedia Commons)

הַאֲרָכָה

שלב זה מורכב מ"תנועה "של הריבוזום לאורך מולקולת ה- mRNA ותרגום של כל קודון שהוא" קריאה ", שמשמעותו צמיחה או התארכות של שרשרת הפוליפפטיד בלידה.

תהליך זה דורש גורם המכונה גורם התארכות G ואנרגיה בצורה של GTP, וזה מה שמניע את התרגום של גורמי התארכות לאורך מולקולת mRNA בזמן שהוא מתורגם.

פעילות הפפטידיל טרנספרזה של RNAs ריבוזומלי מאפשרת ליצור קשרים של פפטיד בין חומצות אמינו רצופות שמתווספות לשרשרת.

סיום

התרגום מסתיים כאשר הריבוזום נתקל באחד מהקודונים לסיום, מכיוון ש- tRNA אינם מזהים קודונים אלה (הם לא מקודדים חומצות אמינו). חלבונים הידועים כגורמי שחרור נקשרים גם הם, המאפשרים את הניתוק של ה- mRNA מהריבוזום ואת הניתוק של יחידות המשנה שלו.

תרגום פרוקריוטי (שלבים-תהליכים)

בפרוקריוטים, כמו בתאים אוקריוטיים, הריבוזומים האחראים על סינתזת החלבון נמצאים בציטוזול (וזה נכון גם למכונות התמלול), עובדה המאפשרת עלייה מהירה בריכוז הציטוזולי של חלבון. כאשר הביטוי של הגנים המקודדים אותו גדל.

אף על פי שלא מדובר בתהליך נפוץ במיוחד באורגניזמים אלו, ה- mRNA העיקרי המיוצר במהלך התעתיק יכול לעבור התבגרות לאחר התמלול באמצעות "שחבור". עם זאת, השכיח ביותר הוא התבוננות בריבוזומים המחוברים לתמליל הראשוני המתרגמים אותו באותו זמן שהוא מועתק מרצף ה- DNA המקביל.

לאור האמור לעיל, התרגום בפרוקריוטים רבים מתחיל בסוף 5 ', שכן סוף ה- 3' של ה- mRNA נותר מחובר לתבנית ה- DNA (ומתרחש במקביל לתעתיק).

אזורים לא מתורגמים

תאים פרוקריוטיים מייצרים גם mRNA באזורים לא-מתורגמים המכונים "תיבת שיין-דלגרנו" וששרשרת הקונצנזוס שלהם היא AGGAGG. כפי שניכר, אזורי ה- UTR של חיידקים קצרים משמעותית מאלו של התאים האוקריוטים, אם כי הם ממלאים פונקציות דומות במהלך התרגום.

תהליך

בחיידקים ובאורגניזמים פרוקריוטיים אחרים תהליך התרגום דומה למדי לזה של תאים אוקראוטיים. זה מורכב גם משלושה שלבים: התחלה, התארכות והפסקה, התלויים בגורמים פרוקריוטים ספציפיים, השונים מאלו שמשמשים את האוקריוטות.

התארכות, למשל, תלויה בגורמי התארכות ידועים כמו EF-Tu ו- EF-Ts, ולא בגורם ה- G של האוקריוטים.

הפניות

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Walter, P. (2007). ביולוגיה מולקולרית של התא. גרלנד מדע. ניו יורק, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) תרגום: DNA ל- mRNA לחלבון. חינוך לטבע 1 (1): 101.
3. גריפית'ס, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). מבוא לניתוח גנטי. מקמילן.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). ביולוגיה מולקולרית של התא. מקמילן.
5. נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.
6. רוזנברג, LE, ורוזנברג, DD (2012). גנים אנושיים וגנים: מדע. בריאות, חברה, 317-338.