پلی پپتیدها از مهمترین فراوردههای ژنها هستند. پروتئینها اعمال مختلفی را در بدن انجام میدهند که پیش از این با برخی از آنها آشنا شدهاید. اینکه چگونه ژنها و پروتئینهای حاصل از آن، صفات را ایجاد میکنند در آینده مورد بحث قرار میگیرند. در این گفتار به نحوه تبدیل اطلاعات وراثتی رنا، به پروتئین میپردازیم.
تبدیل زبان نوکلئیکاسیدی رنا به زبان پلیپیتیدی
دانستید که در فرایند رونویسی از روی توالیهای دنا، رنا ساخته میشود که هر دو از نوکلئوتید تشکیل شدهاند. ولی در ساختار پلیپپتیدها، آمینواسید وجود دارد. به ساخته شدن پلیپپتید از روی اطلاعات رنای پیک، ترجمه میگویند. طرح سادهای از ژن تا پلیپیتید را در شکل زیر مشاهده میکنید.
توالیهای ۳ نوکلئوتیدی رنای پیک تعیین میکند که کدام آمینواسیدها باید در ساختار پلیپپتید قرار بگیرد. به این توالیها، رمزه (کدون) گفته میشود. دریاخته ۶۴ نوع رمزه وجود دارد. نکته قابل توجه این است که رمزه آمینواسیدها در جانداران یکساناند. به نظر شما این موضوع بیانگر چه واقعیتی است؟
رمزههای UGA UAA وUAG هیچ آمینواسیدی را رمز نمیکنند که به آنها رمزه پایان میگویند، زیرا حضور این رمزهها در رنای پیک موجب پایان یافتن عمل ترجمه میشود. AUG رمزه آغاز یا رمزهای است که ترجمه از آن آغاز میشود. این رمزه، معرف آمینواسید متیونین نیز است.
بررسی کنید
الف. آیا کدون ممکن است مقابل کدون پایان آمینواسید بنشیند؟
پاسخ
خیر. کدون پایان همواره کدون پایان است و ترجمه نمیشود.
ب. آیا همه اگزونها در یک رنای پیرایش شده ترجمه میشوند؟
پاسخ
خیر. اگزونهایی که بعد از توالی پایان و قبل از توالی آغاز وجود دارند ترجمه نمیشوند.
پ. آیا اولین کدون ترجمه شده همواره AUG است؟
پاسخ
بله و همیشه اولین آمینواسید ترجمه شده متیونین است.
ت. آیا AUG فقط به عنوان اولین کدون نقش ایفا میکند؟ (آیا هر AUG لزوما کدون آغاز است؟)
پاسخ
خیر. این کدون میتواند بعد از کدون آغاز نیز قرار بگیرد. درواقع ممکن است رشته پلیپپتیدی ساخته شده بیش از یک آمینواسید متیونین داشته باشد.
عوامل لازم در ترجمه
ترجمه نیازمند عوامل مختلفی است. ترجمه را میتوان به یک فرایند آشپزی از روی کتاب آن تشبیه کرد. براساس دستورالعمل این کتاب، مواد اولیه به مقدار و ترتیب خاصی استفاده و غذای خاصی درست میشود. در ترجمه هم براساس رمزههای رنای پیک، پلیپتیدخاصی ساخته میشود. مواد اولیه مصرفی در ترجمه، آمینواسیدها هستند. رناتنها و رناهای ناقل از دیگر عوامل لازم در ترجمه هستند. انرژی لازم برای تهیه پلیپپتید هم از مولکولهای پر انرژی مانند ATP به دست میآید.
ساختار رنای ناقل
رنای ناقل پس از رونویسی دچار تغییراتی میشود. در ساختار نهایی رنای ناقل، نوکلئوتیدهای مکمل میتوانند پیوند هیدروژنی ایجاد کنند. به همین علت رنای تک رشتهای، روی خود تا میخورد. رنای ناقل تاخوردگیهای مجددی پیدا میکند که ساختار سه بعدی را به وجود میآورد. در این ساختار یک بخش محل اتصال آمینواسید و دیگری توالی ۳ نوکلئوتیدی به نام پادرمزه (آنتیکدون) است. به نظر شما علت این نامگذاری چیست؟ هنگام ترجمه، این توالی با توالی رمزه مکمل خود پیوند هیدروژنی مناسب برقرار میکند. در همه رناهای ناقل، به جز در ناحیه پادرمزهای، انواع توالیهای مشابهی وجود دارند. انتظار این است که به تعداد انواع رمزهها، پادزمزه وجود داشته باشد ولی تعداد انواع پادرمزهها کمتر از رمزهها است، مثلاً برای رمزههای پایان، رنای ناقل وجود ندارد.
بررسی کنید
الف. آیا نوکلئوتیدهای غیرمکمل ممکن است روبهروی هم قرار بگیرند؟
پاسخ
در ساختار نهایی TRNA میتواند نوکلئوتیدهای غیرمکمل روبهرو هم قرار بگیرند. دقت کنید این نوکلئوتیدها پیوند هیدروژنی تشکیل نمیدهند.
نحوه عمل رنای ناقل
همان طورکه گفته شد، آمینواسید به رنای ناقل متصل میشود. حال پرسش این است که آیا هر نوع آمینواسید به هر نوع رنای ناقل میتواند متصل شود؟ اهمیت بخش پادرمزهای در این اتصال چیست؟
در واقع در یاختهها، آنزیمهای ویژهای وجود دارند که براساس نوع توالی پادرمزه، آمینواسید مناسب را به رنای ناقل متصل میکنند: یعنی آنزیم با تشخیص پادرمزه در رنای ناقل، آمینواسید مناسب را یافته وبه آن وصل میکند. این فرایند نیازمند انرژی است.
حال بر اساس آنچه تاکنون درباره رمزه ها خواندهاید آیا میتوانید حدس بزنید رنای ناقل با چه توالی پادرمزهای میتواند به آمینواسید متیونین متصل شود؟
بررسی کنید
الف. کدامیک بر دیگری مقدم است؟
۱-اتصال TRNA به آنزیم
۲-اتصال آمینواسید به آنزیم
پاسخ
ابتدا TRNA به آنزیم متصل میشود و سپس آمینواسید.
ب. پروتئین در هنگام اتصال به TRNA از قسمت کربوکسیل متصل میشود یا از قسمت آمینی؟
پاسخ
از قسمت کربوکسیل متصل میشود.
پ. TRNA از قسمت فسفات به آمینواسید متصل میشود یا از طریق گروه OH؟
پاسخ
TRNA از قسمت OH و قندی خود به پروتئین متصل میشود.
ساختار رناتن
دانستیدکه رناتن در ساخت پلیپیتید نقش دارد. رناتنها از دو زیرواحد تشکیل شدهاند.
هر زیرواحد نیز از رنا و پروتئین تشکیل شده است. به یاد میآورید که رنای رناتنی به وسیله کدام رنابسپارازها ساخته میشود؟ در یاخته، پروتئینهای رناتنی ساخته شده و رنای مربوط به آنها در کنار هم قرار گرفته و زیرواحد کوچک و بزرگ رناتن را میسازد. رناتن در ساختار کامل، سه جایگاه به نام P ،A و E دارد که با آنها در ادامه آشنا خواهیم شد.
مراحل ترجمه
ترجمه نیز فرایندی پیوسته است که برای سادگی در یادگیری آن را به سه مرحله آغاز، طویل شدن و پایان تقسیم میکنند.
مرحله آغاز
در این مرحله بخشهایی از رنای پیک، زیرواحد کوچک رناتن را به سوی رمزه آغاز، هدایت میکند. سپس در این محل رنای ناقلی که مکمل رمزه آغاز است به آن متصل میشود. با افزوده شدن زیرواحد بزرگ رناتن به این مجموعه، ساختار رناتن کامل میشود.
در این مرحله جایگاه P در رناتن، محل قرارگیری رنای ناقل دارای آمینواسید است. این جایگاه در ابتدا توسط رنای ناقل متیونین اشغال میشود. جایگاه A محل قرارگیری رنای ناقل بعدی و آمینواسید متصل به آن خواهد بود. پیوند پپتیدی درجایگاه A برقرار میشود. جایگاه E محل خروج رنای ناقل بدون آمینواسید است. درمرحله آغاز فقط جایگاه P پر میشود و جایگاه A و E خالی میماند.
بررسی کنید
الف. در مرحله آغاز چه جایگاهی از ریبوزوم اشغال است؟
پاسخ
جایگاه P
ب. در مرحله آغاز رشته پلیپپتید در کدام جایگاه قرار دارد؟
پاسخ
در مرحله آغاز صرفا یک آمینواسید (متیونین) در رناتن قرار دارد.
پ. آیا در این مرحله پیوند پپتیدی تشکیل میشود؟
پاسخ
خیر. در این مرحله هیچ پیوند پپتیدی تشکیل نمیشود.
ت. آیا در این مرحله رنای ناقل بدون آمینواسید در رناتن دیده میشود؟
پاسخ
خیر.
مقایسه مرحله آغاز رونویسی و ترجمه
*
| وضعیت پیوند | آغاز رونویسی | آغاز ترجمه |
| شکست هیدروژنی | بین دو نوکلئوتید با قند دئوکسی ریبوز | نداریم |
| شکست اشتراکی | پیوند بین فسفات نوکلئوتید با قند ریبوز | نداریم |
| تشکیل هیدروژنی | بین دو نوکلئوتید با قند متفاوت | بین دو نوکلئوتید با قند یکسان |
| تشکیل اشتراکی | بین دو نوکلئوتید با قند ریبوز | نداریم |
مرحله طویل شدن
در این مرحله ممکن است رناهای ناقل مختلفی وارد جایگاه A رناتن شوند ولی فقط رنایی که مکمل رمزه جایگاه A است، استقرار پیدا میکند: در غیر این صورت جایگاه را ترک میکند. سپس آمینواسید جایگاه P از رنای ناقل خود جدا میشود و با آمینواسید جایگاه A پیوند بر قرار میکند. آیا میدانید پیوند حاصل چه نام دارد؟
پس از آن رناتن به اندازه یک رمزه به سوی رمزه پایان پیش میرود. دراین موقع رنای ناقل که حامل رشته پپتیدی در حال ساخت است در جایگاه P قرار میگیرد (علت نامگذاری جایگاه P) و جایگاه A خالی میشود تا پذیرای رنای ناقل بعدی باشد. رنای ناقل بدون آمینواسید نیز در جایگاه E قرارمیگیرد و سپس ازاین جایگاه خارج میشود. این فرایند بارها تکرار میشود و طول زنجیره آمینواسیدی بیشتر میشود تا رناتن به یکی از رمزههای پایان برسد.
بررسی کنید
الف. پیوند پپتیدی در چه جایگاهی تشکیل میشود؟
پاسخ
A
ب. در مرحله طویل شدن کدامیک بر دیگری مقدم است؟
۱-تشکیل پیوند هیدروژنی
۲-تشکیل پیوند پپتیدی
پاسخ
در مرحله دوم ابتدا پیوند هیدروژنی در جایگاه A شکل میگیرد. سپس پیوند پپتیدی نیز در همین جایگاه ایجاد میشود.
مقایسه مرحله طویلشدن رونویسی و ترجمه
*
| وضعیت پیوند | طویل شدن رونویسی | طویل شدن ترجمه |
| شکست هیدروژنی | بین دو نوکلئوتید با قند دئوکسیریبوز- بین دو نوکلئوتید با قند متفاوت | در جایگاه E – بین دو نوکلئوتید با قند ریبوز |
| شکست اشتراکی | پیوند بین فسفات نوکلئوتید با قند ریبوز | در جایگاه P – بین نوکلئوتید و آمینواسید |
| تشکیل هیدروژنی | بین دو نوکلئوتید با قند دئوکسیریبوز – بین دو نوکلئوتید با قند متفاوت | در جایگاه A بین TRNA و MRNA |
| تشکیل اشتراکی | بین دو نوکلئوتید با قند ریبوز | در جایگاه A – بین دو آمینواسید |
مرحله پایان
با ورود یکی از رمزههای پایان ترجمه در جایگاه A، چون رنای ناقل مکمل آن وجود ندارد، این جایگاه توسط پروتئینهایی به نام عوامل آزادکننده اشغال میشود. عوامل آزادکننده باعث جدا شدن پلیپپتید از آخرین رنای ناقل میشوند: همچنین باعث جدا شدن زیرواحدهای رناتن از هم و آزاد شدن رنای پیک میشوند. زیرواحدهای رناتنها میتوانند مجددا این مراحل را تکرار کنند تا چندین نسخه ازیک پلیپپتید ساخته شود.
بررسی کنید
الف. آیا در مرحله پایان هیچ رشته پلیپپتیدی در جایگاه A دیده نمیشود؟
پاسخ
دقت کنید عامل آزادکننده که در جایگاه A قرار میگیرد پروتئین و از رشته یا رشتههای پلیپپتیدی ساخته شده است.
ب. در مرحله پایان رناتن بدون آمینواسید از چه جایگاهی خارج میشود؟
پاسخ
در مرحله پایان رناتن از جایگاه P خارج میشود.
مقایسه مرحله پایان رونویسی و ترجمه
*
| وضعیت پیوند | پایان رونویسی | پایان شدن ترجمه |
| شکست هیدروژنی | بین دو نوکلئوتید با قند دئوکسیریبوز- بین دو نوکلئوتید با قند متفاوت | در جایگاه P – بین دو نوکلئوتید با قند ریبوز |
| شکست اشتراکی | پیوند بین فسفات نوکلئوتید با قند ریبوز | در جایگاه P – بین نوکلئوتید و آمینواسید |
| تشکیل هیدروژنی | بین دو نوکلئوتید با قند دئوکسیریبوز – بین دو نوکلئوتید با قند متفاوت | ندارد |
| تشکیل اشتراکی | بین دو نوکلئوتید با قند ریبوز | ندارد |
مقایسه ترجمه، همانندسازی و رونویسی در سلولهای مختلف
| نوع سلول | همانندسازی | رونویسی | ترجمه |
| سلولهایی که مرحله S را رد کردهاند | دارد | دارد | دارد |
| سلولهایی که در G0 هستند | ندارد | دارد | دارد |
| گلبول قرمز | ندارد | ندارد | دارد |
با توجه به کدونهای مختلف
الف. کدام کدون به A و P میرود ولی به E نمیرود؟
پاسخ
کدون قبل از کدون پایان
ب. کدام کدون به P و E میرود ولی وارد A نمیشود؟
پاسخ
کدون آغاز
پ. کدام کدون به A برخلاف T و E وارد میشود؟
پاسخ
کدون پایان
ت. کدام توالی سه نوکلئوتیدی از mRNA به E برخلاف A و P میرود؟
پاسخ
توالی سه نوکلئوتیدی قبل از کدون آغاز
با توجه به جایگاههای مختلف رناتن
الف. تنها جایگاهی که تشکیل پیوند پپتیدی در آن صورت میگیرد کدام است؟
پاسخ
A
ب. بیشترین TRNA بدون آمینواسید در کدام جایگاه دیده میشود؟
پاسخ
P
پ. در کدام جایگاه TRNA بدون آمینواسید دیده نمیشود؟
پاسخ
A
ت. جایگاهی که خروج TRNA در آن در دیده میشود کدام است؟
پاسخ
هر سه جایگاه. در جایگاه A زمانی که TRNA جدا میشود آمینواسید به آن اتصال دارد. این موضوع در مورد دو آمینواسید دیگر درست نیست.
ج. جایگاهی که هرگز شکست هیدروژنی در آن دیده نمیشود کدام است؟
پاسخ
A
چ. در کدام جایگاه میتوان دو نوع رشته پپتیدی دید؟
پاسخ
A
بررسی کنید
الف. جایگاهی که بیشترین کدون قابل ترجمه به آن وارد میشود کدام است؟
پاسخ
P
ب. تعداد کدون قابل ترجمهای که به جایگاه A وارد میشود با همین تعداد در کدام جایگاه برابر است؟
پاسخ
تعداد کدون قابل ترجمهای که به جایگاه A وارد میشود با همین تعداد در جایگاه E برابر است.
پ. تعداد جابهجایی با تعداد پیوند پپتیدی ایجاد شده برابر است؟
پاسخ
همواره تعداد جابهجایی با پیوند پپتیدی برابر است (همواره پس از تشکیل پیوند پپیتید جابهجایی داریم اما همواره پس از جابهجایی تشکیل پیوند هیدروژنی نداریم).
ت. جایگاهی که بیشترین TRNA در آن دیده میشود کدام است؟
پاسخ
A
محل پروتئینسازی و سرنوشت آنها
پروتئینها در بخشهای مختلفی از یاخته ساخته میشوند. به طور کلی پروتئینسازی در هر بخشی از یاخته که رناتنها حضور داشته باشند میتواند انجام شود.
همان طور که در شکل ۱۴ میبینید، پروتئینهای ساخته شده در سیتوپلاسم سرنوشتهای مختلفی پیدا میکنند. بعضی از این پروتئینها به شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی میروند و ممکن است برای ترشح به خارج رفته یا به بخشهایی مثل واکوئول (کریچه) وکافندهتن بروند. بعضی پروتئینها نیز در سیتوپلاسم میمانند و یا اینکه به راکیزهها، هسته و یا دیسهها میروند. در هر یک از این موارد براساس مقصدی که پروتئین باید برود، توالیهای آمینواسیدی در آن وجود دارد که پروتئین را به مقصد هدایت میکند.
بررسی کنید
الف. ریبوزوم با کدام زیرواحد خود به شبکه آندوپلاسمی متصل میشود؟
پاسخ
ریبوزوم با زیرواحد بزرگ خود به شبکه آندوپلاسمی زبر متصل میشود.
ب. پلیپپتید با کدام سر خود وارد شبکه آندوپلاسمی میشود؟
پاسخ
پلی پپتید با سر آمین آزاد خود وارد شبکه آندوپلاسمی زبر میشود.
سرعت و مقدار پروتئینسازی
به طور کلی سرعت و مقدار پروتئینسازی در یاختهها بسته به نیاز تنظیم میشود. در پروکاریوتها پروتئینسازی حتی ممکن است پیش از پایان رونویسی رنای پیک آغاز شود: زیرا طول عمر رنای پیک در این یاختهها کم است. برای پروتئینهایی که به مقدار بیشتری مورد نیازند، ساخت پروتئینها، به طور همزمان و پشت سر هم توسط مجموعهی از رناتنها انجام میشود تا تعداد پروتئین بیشتری در واحد زمان ساخته شود. در این مجموعه، رناتنها مانند دانههای تسبیح و رنای پیک شبیه نخی است که از درون این دانهها میگذرد. همکاری جمعی رناتنها به پروتئینسازی سرعت بیشتری میدهد.
تجمع رناتنها در یاختههای یوکاریوتی نیز دیده میشوند. البته در این یاختهها سازوکارهایی برای حفاظت رنای پیک در برابر تخریب وجود دارد. بنابراین، فرصت بیشتری برای پروتئینسازی هست. در مجموع، این عوامل موجب طولانیتر شدن عمر رنای پیک پیش از تجزیه میشود.