معلومة

لماذا طورت الترجمة كودون معين لبدء العمل؟


يتم بدء ترجمة mRNA بواسطة الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يقبل الميثيونين في كودون بدء محدد ، عادةً AUG (مكمل لـ tRNA anticodon). ومع ذلك ، فإن الترجمة في ظروف مناسبة (وإن كانت غير فسيولوجية) في المختبر لا تتطلب كودون بدء محددًا أو حمض أميني محدد ، لذلك ليس من الصعب تصور مرحلة مبكرة في تطور جهاز الترجمة حيث كان نظام البدء المحدد هذا غائبًا. بدلاً من ذلك ، ربما كان هناك بدء عشوائي أو بدء من نهاية 5 'من الرنا المرسال.

يضع كودون بدء محدد قيودًا على تسلسل الرنا المرسال ويضيف حمضًا أمينيًا غير ضروري إلى ن- المدة - التي تكون أحيانًا غير مرغوب فيها وتحتاج إلى إزالتها.

ما هي المزايا التي يمكن للمرء أن يتصورها عند البدء في موقع داخلي معين ، بدلاً من ، على سبيل المثال ، الطرف الخامس من الرنا المرسال؟

أقدر أنه من المستحيل إثبات العامل الذي كان مسؤولاً بالفعل أثناء التطور ، ولكن من خلال التماس تفسيرات ملموسة ، فأنا على ثقة من أن هذا السؤال صحيح مثل الأصل الذي اشتُق منه (ارى هامش).

هامش

تم توسيع هذا السؤال من جزء واحد من سؤال مكون من ثلاثة أجزاء تم نشره منذ بعض الوقت حول "لماذا AUG هو كود البدء؟". ظهر هذا مجددًا مؤخرًا ، وبما أنه لم يُجب أي شخص على هذا الجزء بالذات ، وبما أن من سياسة الموقع طرح سؤال واحد في كل مرة ، فقد قررت إزالته من الأصل وإعادة نشره هنا حتى يمكن النظر فيه بناءً على مزاياه الخاصة ، دون إلهاء أسئلة أخرى مثل اختيار الكودون أو الميثيونين على الأحماض الأمينية الأخرى. سأقدم إجابة مع بعض الأفكار الخاصة بي ، ولكن ، بالطبع ، يمكن لأي شخص الانضمام.


ليس من الواضح بالنسبة لي المكان الذي حدث فيه البدء في ترجمة عديد النيوكليوتيدات الاصطناعية مثل (جامعة كاليفورنيا)ن الذي استخدمه خورانا في التجارب التي ساعدت في فك الشفرة الوراثية بمتابعة عمل نيرنبرغ وماثاي. ربما حدث ذلك في مواضع عشوائية بدلاً من نهاية 5. من الواضح أن مثل هذا النمط من الترجمة كان سيضيعًا إذا حدث خلال التطور المبكر حيث سيتم تكوين مزيج من المنتجات ، وكثير منها سيكون غير نشط وقد يتنافس مع الأنواع النشطة. إذا كان هذا هو الوضع الأصلي ، فمن السهل أن ترى كيف سيكون التغيير في البدء عند نقطة معينة مفيدًا.

ولكن لماذا لا تبدأ من 5؟ تتعرف مجمعات بدء حقيقيات النوى المعاصرة على الطرف الخامس من الرنا المرسال ، على الرغم من أنها تفحص بعد ذلك أكثر للعثور على كودون بدء محدد يستجيب لبادئ الرنا الريباسي. نظرًا لعدم وجود فصل مادي للجينات على الكروموسوم ، فمن الواضح السبب النسخ يجب أن يبدأ عند نقطة معينة داخل الحمض النووي ، ولكن لا يلزم أن يكون ذلك صحيحًا بالنسبة لترجمة نصوص الرنا المرسال الفردية.

أستطيع أن أرى طريقتين للتعامل مع هذا السؤال.

الأول من وجهة نظر المعاصر "عالم الحمض النووي". تشمل الحجج التي يمكن للمرء تقديمها ما يلي:

  • بالمعنى العام ، يمكن اعتبار البدء 5'-end مقيدًا من حيث أنه لن يسمح للنهاية 5 'من mRNA لتوفير وظائف أخرى مثل تكوين بنية ثانوية لتنظيم سهولة الترجمة.
  • بدء 5'-end من شأنه أن يمنع الرنا المرسال متعدد الكريات الذي نراه في البكتيريا المعاصرة.
  • في البداية 5'-end ، قد يكون من الصعب التمييز بين نهايات mRNAs من RNAs الأخرى قبل أن يتم تطوير تعديل القواعد التي نراها في mRNAs المعاصرة حقيقية النواة.
  • وبالمثل ، على النحو الذي اقترحهJohn في تعليق على السؤال ، ربما تسبب البدء في النهاية 5 في ترجمة أجزاء من الحمض النووي الريبي أثناء تدهورها.
  • كان اختيار كودون معين ثانويًا للحاجة إلى بادئ واحد tRNA ، والذي تمت مناقشته فيما يتعلق بسؤال SE آخر ، على الرغم من أن الحجج هناك تتعلق بمراحل أكثر حداثة في التطور.

ومع ذلك ، هناك نهج آخر يعتبر الوضع مفترضًا "عالم RNA".

يتمثل الاختلاف هنا في أنه - مثل بعض فيروسات RNA وعاثمات البكتيريا المعاصرة - قد يكون الجينوم أيضًا هو mRNA ولكن بدون نظام لإنتاج نسخ عديدة من الخيط "plus" للترجمة. قد تكون الترجمة على الحمض النووي الريبي الجينومي.

  • لترجمة العديد من البروتينات ، كان من المفيد وجود العديد من مواقع البدء على ما كان يمكن أن يكون رسولًا متعدد الكريات (بدلاً من تخليق بروتين متعدد مثل فيروس شلل الأطفال).
  • قد لا يكون الطرف الخامس من الحمض النووي الريبي ، على أي حال ، متاحًا لتشفير البروتين لأنه قد يكون له وظيفة أخرى (مثل النسخ المتماثل) ، ومن الممكن أيضًا أن يكون جزء مما في الأنظمة المعاصرة جزءًا منفصلًا من تم دمج جهاز الترجمة فعليًا في الجينوم.

يبدأ تخليق البروتين بتكوين مركب البدء. في بكتريا قولونية، هذا المجمع يتضمن 30S الصغيرة الريبوسوم، ال نموذج مرنا, عوامل البدء وخاص البادئ tRNA. البادئ tRNA يتفاعل مع ابدأ كودون أغسطس. غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) ، وهو نيوكليوتيد ثلاثي الفوسفات البيورين ، يعمل كمصدر للطاقة أثناء الترجمة — في بداية الاستطالة وأثناء انتقال الريبوسوم & # 8217.

بمجرد تحديد AUG المناسب ، ترتبط الوحدة الفرعية 50S بمجمع Met-tRNAi و mRNA والوحدة الفرعية 30S. تكمل هذه الخطوة بدء الترجمة.


الجزيء الصغير يعرقل بدء الترجمة

يلعب عامل بدء حقيقيات النوى (eIF) 4A دورًا أساسيًا في بدء الترجمة في معظم جزيئات الرنا المرسال حقيقية النواة عن طريق فك هيكلها الثانوي للسماح بربط الريبوسوم والمسح الضوئي. المنتج الطبيعي hippuristanol يمنع بشكل انتقائي الأنماط المعتمدة على eIF4A- و eIF4A لبدء الترجمة.

حظيت آليات بدء الترجمة حقيقية النواة باهتمام متزايد بسبب أهميتها المركزية في العمليات البيولوجية المتنوعة ، من النمو الخلوي والتمايز إلى العدوى الفيروسية. يتضمن بدء الترجمة ربط الريبوسومات بـ mRNAs من خلال آليات متميزة خاصة بالـ mRNA والتي تختلف في متطلباتها لعوامل البدء ، ولا سيما eIF4A (النموذج الأولي لـ DEAD-box RNA Helicase). في الآونة الأخيرة ، حدد بيليتيير وزملاؤه مثبطات جديدة للترجمة حقيقية النواة 1. في الصفحة 213 من هذه المشكلة 2 ، أبلغوا عن تحديد hippuristanol ، وهو الستيرويد المؤكسد من الشعاب المرجانية إيزيس هيبوريس. Hippuristanol هو من بين المثبطات الأولى المحددة لعامل البدء المحدد. إنه يمنع البدء بطريقة خاصة بـ mRNA ، ويعمل بشكل أكثر فاعلية ضد mRNAs مع أعلى متطلبات لـ eIF4A ، والتي تشمل بعض mRNAs الفيروسية. يوضح تحديد hippuristanol إمكانات مثبطات الجزيئات الصغيرة للبدء كأدوية مضادة للفيروسات.


ماكينات تصنيع البروتين

بالإضافة إلى نموذج mRNA ، تساهم العديد من الجزيئات والجزيئات الكبيرة في عملية الترجمة. تتطلب الترجمة إدخال نموذج مرنا, الريبوسومات, الحمض الريبي النووي النقال، والعوامل الأنزيمية المختلفة.

الريبوسومات

الريبوسوم عبارة عن جزيء ضخم معقد يتألف من جزيئات الحمض النووي الريبي الهيكلية والحافزة ، والعديد من عديد الببتيدات المتميزة. توجد الريبوسومات في السيتوبلازم في بدائيات النوى وفي السيتوبلازم والشبكة الإندوبلازمية الخشنة في حقيقيات النوى. تتكون الريبوسومات من وحدتين. في بكتريا قولونية، الوحدة الفرعية الصغيرة توصف بـ 30S ، والوحدة الفرعية الكبيرة هي 50S ، بإجمالي 70S. تحتوي ريبوسومات الثدييات على وحدة فرعية صغيرة 40 ثانية ووحدة فرعية كبيرة 60 ثانية ، بإجمالي 80 ثانية. الوحدة الفرعية الصغيرة مسؤولة عن ربط قالب mRNA ، في حين أن الوحدة الفرعية الكبيرة تربط بالتسلسل الحمض الريبي النووي النقال.

الحمض الريبي النووي النقال

الحمض النووي الريبي (tRNAs) عبارة عن جزيئات هيكلية من الحمض النووي الريبي تم نسخها من الجينات بواسطة RNA polymerase III. تعمل كمحولات ، ترتبط tRNAs محددة بالتسلسلات الموجودة في قالب mRNA وتضيف الحمض الأميني المقابل إلى سلسلة polypeptide. لذلك ، فإن الحمض النووي الريبي هو الجزيئات التي تقوم في الواقع بترجمة & # 8220 & # 8221 لغة الحمض النووي الريبي إلى لغة البروتينات.

الشكل 2. الحمض الريبي النووي النقال فينيلالانين

من بين 64 كودون mRNA ممكن - أو مجموعات ثلاثية من A و U و G و C - تحدد ثلاثة منها إنهاء تخليق البروتين و 61 تحدد إضافة الأحماض الأمينية إلى سلسلة البولي ببتيد. من بين هؤلاء الـ 61 ، كودون واحد (AUG) يُعرف أيضًا باسم & # 8220start codon & # 8221 يشفر بدء الترجمة. يمكن لكل مضاد tRNA anticodon أن يقترن بأحد أكواد mRNA وإضافة حمض أميني أو إنهاء الترجمة ، وفقًا للشفرة الجينية. على سبيل المثال ، إذا حدث التسلسل CUA على قالب mRNA في إطار القراءة المناسب ، فسيؤدي ذلك إلى ربط الحمض الريبي النووي النقال الذي يعبر عن التسلسل التكميلي ، GAU ، والذي سيتم ربطه مع ليسين الأحماض الأمينية.

تأخذ tRNAs الناضجة بنية ثلاثية الأبعاد من خلال رابطة هيدروجين داخل الجزيئية لوضع موقع ارتباط الأحماض الأمينية في أحد طرفيها. أنتيكودون في الطرف الآخر (الشكل 2). إن anticodon هو تسلسل ثلاثي النيوكليوتيدات في الحمض الريبي النووي النقال الذي يتفاعل مع كودون mRNA من خلال الاقتران الأساسي التكميلي.

تحتاج الحمض الريبي النووي النقال للتفاعل مع ثلاثة عوامل:

  1. يجب التعرف عليها من خلال مركب الأمينو أسيل المناسب.
  2. يجب التعرف عليها بواسطة الريبوسومات.
  3. يجب أن ترتبط بالتسلسل الصحيح في mRNA.

Aminoacyl tRNA Synthetases

من خلال عملية tRNA & # 8220charging & # 8221 ، يرتبط كل جزيء tRNA بالحمض الأميني الصحيح عن طريق مجموعة من الإنزيمات تسمى aminoacyl tRNA synthetases. نوع واحد على الأقل من aminoacyl tRNA synthetase لكل من الأحماض الأمينية العشرين.


ترجمة في بدائيات النوى | علم الوراثة

تسمى العملية التي يتم من خلالها إنتاج البروتينات بتسلسل الأحماض الأمينية المحددة بواسطة تسلسل الكودونات في الرنا المرسال بالترجمة. الترجمة هي المرحلة الأولى من عملية التخليق الحيوي للبروتين.

النقاط الرئيسية حول الترجمة في بدائيات النوى مذكورة أدناه:

تحدث الترجمة في السيتوبلازم حيث توجد الريبوسومات. تتكون الريبوسومات من وحدة فرعية صغيرة وكبيرة تحيط بالـ mRNA. في الترجمة بدائية النواة ، يتم استخدام 70S ريبوسومات مع وحدات فرعية 30S و 50S. يتم تصنيع الرنا المرسال من الحمض النووي فقط. في بدائيات النوى ، هناك العديد من مواقع البدء والانتهاء.

في الترجمة ، يتم فك تشفير الرنا المرسال (mRNA) لإنتاج بولي ببتيد معين وفقًا للقواعد المحددة بواسطة الشفرة الجينية. يستخدم هذا تسلسل mRNA كقالب لتوجيه تركيب سلسلة من الأحماض الأمينية التي تشكل بروتينًا. لا يتم بالضرورة ترجمة العديد من أنواع الحمض النووي الريبي المنسوخ ، مثل نقل الحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبوزي ، والحمض النووي الريبي النووي الصغير إلى تسلسل الأحماض الأمينية.

تتطلب عملية الترجمة mRNA و rRNA و ribosomes و 20 نوعًا من الأحماض الأمينية و tRNAs الخاصة بهم.

في بدائيات النوى ، تشارك ثلاثة عوامل في بدء الترجمة [IF 1 ، IF 2 و IF 3] ، عامل واحد في استطالة سلسلة البولي ببتيد وثلاثة عوامل في إنهاء السلسلة [RF1 ، RF2 و RF3] ،

يتم استخدام نوعين من الإنزيمات في الترجمة. Aminoacyl tRNA synthetase (إنزيم) يحفز الترابط بين الحمض الريبي النووي النقال المحدد والأحماض الأمينية. يربط إنزيم peptidyl transferase موقع A وموقع P عن طريق تكوين رابطة ببتيدية [رابطة الكربون النيتروجينية] أثناء مرحلة الاستطالة.

في عملية الترجمة ، يتم تضمين نوعين من الكودونات ، أي كود بدء التشغيل وإيقاف الكودونات. يبدأ الكودون ، AUG ، في عملية الترجمة ويتم استخدام أحد أكواد الإيقاف الثلاثة ، أي UAA أو UAG أو UGA لإنهاء السلسلة.

7. بدء الأحماض الأمينية:

في بدائيات النوى ، بدء الحمض الأميني هو N-formyl methionine. علاوة على ذلك ، هناك تداخل في النسخ والترجمة.

آلية الترجمة في بدائيات النوى:

تتكون عملية الترجمة من ثلاث مراحل أو مراحل رئيسية ، أي:

وتناقش هذه لفترة وجيزة أدناه:

هذه هي المرحلة الأولى من الترجمة. رمز البدء أو البدء [AUG] مسؤول عن بدء عملية الترجمة.

يتضمن بدء الترجمة في بدائيات النوى تجميع مكونات نظام الترجمة وهي: وحدتان ريبوزوميتان (صغيرتان وكبيرتان) ، و mRNA المراد ترجمته ، وأول (Formyl) aminoacyl tRNA (الحمض الريبي النووي النقال المشحون بالحمض الأميني الأول ) ، GTP (كمصدر للطاقة) ، وثلاثة عوامل بدء (IF 1 و IF 2 و IF 3) التي تساعد على تجميع مجمع البدء.

يتكون الريبوسوم من ثلاثة مواقع ، موقع A ، وموقع P ، وموقع E. الموقع A هو نقطة دخول aminoacyl tRNA (باستثناء أول aminoacyl tRNA ، fMet-tRNAF Met ، الذي يدخل في موقع P). موقع P هو المكان الذي يتشكل فيه peptidyl tRNA في الريبوسوم. والموقع E وهو موقع خروج الحمض النووي الريبي غير المشحون الآن بعد أن يعطي حمضه الأميني لسلسلة الببتيد المتنامية.

تبدأ الترجمة بربط الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة بتسلسل محدد في سلسلة الرنا المرسال. يبدأ بدء الترجمة بالوحدات الفرعية الريبوسومية 50S و 30S. يحظر IF1 (عامل البدء 1) الموقع A للتأكد من أن IMet-tRNA يمكن أن يرتبط فقط بموقع P وأنه لا يمكن ربط aminoacyl-tRNA آخر في الموقع A أثناء البدء ، بينما يحظر IF3 الموقع E ويمنع الاثنين الوحدات الفرعية من الارتباط.

IF2 عبارة عن قاعدة GTPase صغيرة تربط fmet-tRNAF التقى ويساعد في ربطه مع الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة. تتعرف النهاية 3 & # 8242 من الرنا الريباسي 16S للوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة 30S على موقع ربط الريبوسوم على mRNA (تسلسل Shine-Dalgarno أو SD) ، من خلال تسلسلها المضاد لـ SD ، 5-10 أزواج قاعدية المنبع من كود البدء. تم العثور على تسلسل Shine-Dalgarno فقط في بدائيات النوى.

يساعد هذا في وضع الريبوسوم بشكل صحيح على mRNA بحيث يكون موقع P مباشرة على كودون البدء AUG. IF3 يساعد على وضع fMet-tRNAF التقى في موقع P ، مثل أن fMet-tRNAF يتفاعل met عبر الاقتران الأساسي مع كودون بدء mRNA (AUG). ينتهي البدء عندما تنضم الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة إلى المجمع مما يتسبب في تفكك عوامل البدء.

ترتبط الوحدة الفرعية الصغيرة عبر الاقتران الأساسي التكميلي بين إحدى وحداتها الفرعية الداخلية وموقع ربط الريبوسوم. هذا الموقع عبارة عن تسلسل من حوالي عشرة نيوكليوتيدات على الرنا المرسال. يقع في أي مكان من 5 و 11 نيوكليوتيدات من الكودون البادئ [AUG] ،

بعد ربط الوحدة الفرعية الصغيرة ، يتعرف جزيء الحمض الريبي النووي النقال الخاص ، المسمى N-formyl methionine ، أو fMet ، على الكودون البادئ ويرتبط به. ثم تترابط الوحدة الفرعية الكبيرة مما يؤدي إلى تكوين مجمع البدء. بمجرد تكوين مجمع البدء ، يحتل fMet-tRNA موقع P للريبوسوم ويترك الموقع A فارغًا.

يتم تسهيل عملية البدء بأكملها بواسطة بروتينات إضافية ، تسمى عوامل البدء التي تساعد في ربط الوحدات الفرعية الريبوسومية و tRNA بسلسلة mRNA.

هذه هي المرحلة الثانية أو المرحلة الوسطى من الترجمة. يبدأ الاستطالة بعد تكوين مجمع البدء. يتضمن استطالة سلسلة البولي ببتيد إضافة الأحماض الأمينية إلى نهاية الكربوكسيل لسلسلة النمو. يخرج البروتين المتنامي من الريبوسوم عبر نفق خروج عديد الببتيد في الوحدة الفرعية الكبيرة.

يبدأ الاستطالة عندما يدخل fmet-tRNA إلى موقع P ، مما يتسبب في تغيير توافقي يفتح الموقع A لربط aminoacyl-tRNA الجديد. يتم تسهيل هذا الارتباط بواسطة عامل الاستطالة T4 (EF-T4) ، وهو قاعدة GTPase صغيرة. الآن يحتوي موقع P على بداية سلسلة الببتيد للبروتين المراد تشفيره والموقع A يحتوي على الحمض الأميني التالي لإضافته إلى سلسلة الببتيد.

ينفصل البولي ببتيد المتنامي المتصل بـ tRNA في موقع P عن الحمض الريبي النووي النقال في موقع P وتتشكل رابطة الببتيد بين آخر الأحماض الأمينية لعديد الببتيد والحمض الأميني الذي لا يزال مرتبطًا بالـ tRNA في الموقع A.

يتم تحفيز هذه العملية ، المعروفة باسم تكوين الرابطة الببتيدية ، بواسطة الريبوزيم ، peptidyltransferase ، وهو نشاط جوهري في الحمض النووي الريبي 23S في الوحدة الفرعية الريبوسومية 50S. الآن ، يحتوي الموقع A على ببتيد مكون حديثًا ، بينما يحتوي موقع P على tRNA غير محمل (tRNA بدون أحماض أمينية). في المرحلة الأخيرة من الاستطالة ، الإزاحة ، يتحرك الريبوسوم 3 نيوكليوتيدات باتجاه نهاية الرنا المرسال 3 & # 8242.

نظرًا لأن tRNAs مرتبطة بـ mRNA عن طريق الاقتران الأساسي بين الكودون والمضاد للكودون ، فإن الحمض النووي الريبي يتحرك بالنسبة إلى الريبوسوم يأخذ بولي ببتيد الناشئ من موقع A إلى موقع P وينقل الحمض الريبي النووي النقال غير المشحون إلى موقع الخروج E.

يتم تحفيز هذه العملية بواسطة عامل الاستطالة G (EF-G). يستمر الريبوسوم في ترجمة الكودونات المتبقية على الرنا المرسال حيث يرتبط المزيد من aminoacyl-tRNA بالموقع A ، حتى يصل الريبوسوم إلى كودون توقف على mRNA (UAA أو UGA أو UAG).

عندما يفتح الموقع A مرة أخرى ، يمكن أن يرتبط aminoacyl tRNA المناسب التالي ويحدث نفس التفاعل ، مما ينتج عنه سلسلة ببتيد من ثلاثة أحماض أمينية. تتكرر هذه العملية ، مما يؤدي إلى إنشاء سلسلة متعددة الببتيد في موقع P للريبوسوم. يمكن لريبوسوم واحد أن يترجم 60 نيوكليوتيد في الثانية. يمكن زيادة هذه السرعة بشكل كبير عندما تتحد الريبوسومات معًا لتشكيل polyribosomes.

هذه هي المرحلة الأخيرة من الترجمة. يحدث الإنهاء عندما ينتقل أحد أكواد الإنهاء الثلاثة إلى الموقع A. لا يتم التعرف على هذه الكودونات من قبل أي tRNAs. بدلاً من ذلك ، يتم التعرف عليها بواسطة بروتينات تسمى عوامل الإطلاق ، وهي RF1 (التعرف على أكواد التوقف UAA و UAG) أو RF2 (التعرف على أكواد التوقف UAA و UGA).

تؤدي هذه العوامل إلى التحلل المائي لرابطة الإستر في peptidyl-tRNA وإطلاق البروتين المركب حديثًا من الريبوسوم. يحفز عامل الإطلاق الثالث RF-3 إطلاق RF-1 و RF-2 في نهاية عملية الإنهاء.


ابدأ Codon

كود البدء هو نقطة البداية للترجمة في الخلية. اقرأ المقالة التالية للحصول على مزيد من المعلومات حول هذا الموضوع.

كود البدء هو نقطة البداية للترجمة في الخلية. اقرأ المقالة التالية للحصول على مزيد من المعلومات حول هذا الموضوع.

ما هو الكودون؟

الكودون هو نوع من الكود الجيني ، وهو عبارة عن مجموعة من القواعد ، يتم من خلالها ترميز معلومات معينة في المادة الجينية التي قد تكون إما تسلسلات DNA أو mRNA ، حيث يتم ترجمتها إلى بروتينات. تتكون هذه البروتينات من أحماض أمينية مرتبطة ببعضها البعض في تسلسل معين. أي تغيير في هذا التسلسل يدل على تغيير في الترميز وهذا عادة ما يُرى في حالات الطفرات الجينية. يتكون كل كودون من ثلاث قواعد ، وهي عبارة عن أكواد لحمض أميني واحد ، وتشكل خريطة مشفرة في الحمض النووي الريبي للكائن الحي. إجمالاً ، هناك أربع قواعد موجودة في الحمض النووي: الأدينين ، والسيتوزين ، والجوانين ، والثايمين.

ما هو Start Codon؟

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

يبدأ كودون البداية في الحمض النووي في ترجمة أول حمض أميني في سلسلة البولي ببتيد. القواعد الثلاثة الأولى لتسلسل تشفير mRNA المراد ترجمتها إلى بروتينات ، هو المكان الذي يوجد فيه كودون البدء. هذه بنية مهمة ، لأن تسلسل البروتين الفعلي الذي يتم ترجمته يتم تحديده بواسطة كودون البداية. غالبًا ما يسبق كودون البدء منطقة غير مترجمة تسمى 5 & # 8242 UTR ، والتي تُعرف أيضًا باسم تسلسل القائد. إنه قسم معين من mRNA ، والذي يبدأ عند موضع +1. هذه هي المنطقة التي يبدأ فيها النسخ وينتهي ، قبل بدء الكودون في منطقة الترميز.

عادة ما يكون هذا هو أول كودون AUG في تسلسل mRNA. بالإضافة إلى ذلك ، في حالات أكواد بدء الحمض النووي ، تتكون المادة عادةً من قواعد كودون ATG. فقط في حالات نادرة جدًا ، تحتوي الكائنات الحية العليا ، أي حقيقيات النوى ، على أكواد بدء غير AUG. ومع ذلك ، بالإضافة إلى AUG ، هناك أيضًا بعض البدائل البديلة مثل GUG و UUG. تظهر هذه في الكائنات الحية الأقل تمايزًا ، أي في بدائيات النوى. على سبيل المثال ، تستخدم الإشريكية القولونية ATG (AUG) 83٪ من الوقت ، و GTG (GUG) 14٪ من الوقت ، و TTG (UUG) 3٪ من الوقت. نادرًا ما يُرى واحد أو اثنان آخران ، مثل ATT و CTG. في كل مرة ، قد لا يكون هناك نفس كودون البداية حتى داخل نفس النوع. تحتوي البكتيريا والأركيا على UUG و GUG ككودونات بدء في معظم المناسبات. ومع ذلك ، فقد لوحظ أنه في بعض الحالات النادرة ، قد تستخدم بروتينات معينة رموز بدء بديلة ، والتي قد لا تستخدمها تلك الأنواع.

تبدأ جميع الكودونات في ترميز الميثيونين ، حيث أن هذا هو أول حمض أميني يتم ترميزه أثناء تخليق البروتين. حتى في حالة وجود أكواد بدء بديلة ، يتم ترجمتها في النهاية على أنها ميثيونين ، حتى لو كان الكودون الموجود عادة يشفر لحمض أميني مختلف. يحدث هذا بسبب استخدام tRNA منفصل للشروع في مثل هذه الحالات. تبدأ الترجمة ببدء السلسلة أو بدء الكود. هناك فرق رئيسي واحد بين بدء كودون وإيقاف كودون. على عكس ما حدث لاحقًا ، فإن الأول وحده لا يكفي لبدء عملية تخليق البروتين. التسلسلات القريبة وبعض عوامل البدء مطلوبة أيضًا لبدء عملية الترجمة.

في حالات بدء طفرة الكودون ، كالمعتاد ، سيتم تحويل الرنا المرسال المتحور إلى الريبوسومات ، لكن الترجمة لن تحدث. هذا لأن كود البدء مسؤول عن بدء الترجمة ، وليس كود بدء النسخ. ومن ثم ، لا يمكنها بالضرورة إنتاج بروتينات ، لأن هذا الكودون يفتقر إلى تسلسل نوكليوتيد مناسب يمكن أن يعمل كإطار قراءة.

المعلومات المقدمة أعلاه عبارة عن نظرة ثاقبة مختصرة حول بنية رمز البدء ووظيفته وما يحدث عندما يكون هناك طفرة في رمز البدء هذا. يلعب هذا الكودون دورًا محوريًا في الترجمة ، وبالتالي فهو مكون مهم جدًا في التركيب الجيني لكل خلية.

المنشورات ذات الصلة

هل تعلم حقيقة أن الفطريات تفتقر إلى الكلوروفيل؟ يمكن أن يسبب هذا النوع من أشكال الحياة أمراضًا للإنسان ويمكن أيضًا استخدامه لصنع الجبن من خلال العملية والهيليب

لطالما أثارت الخلايا النباتية فضول طلاب علم الأحياء ، إلى جانب الآخرين. ومن ثم ، هنا في هذه المقالة ، قدمت بعض المعلومات التفصيلية.

التكاثر الجنسي واللاجنسي هما وسيلتان لإنتاج النسل. اقرأ هذه المقالة للحصول على مزيد من المعلومات حول التكاثر اللاجنسي في مملكة الحيوان.


توافر البيانات

تم إيداع خمس خرائط في EMDB برموز الانضمام: EMDB: 4328 ، EMDB: 4330 ، EMDB: 4331 ، EMDB: 4327 ، EMDB: 4329 ، للخريطة النموذجية 1 ، الخريطة A ، الخريطة B ، الخريطة C1 والخريطة C2 ، على التوالي . تم إيداع نموذجين للإحداثيات الذرية في PDB مع رموز الانضمام PDB: 6FYX ، PDB: 6FYY ، للنماذج التي تظهر TC في التشكل 1 والتشكيل 2 ، على التوالي. تم تضمين جميع البيانات التي تم إنشاؤها أو تحليلها خلال هذه الدراسة في المخطوطة والملفات الداعمة. تم توفير ملفات بيانات المصدر للجدولين 4 و 5 والشكلين 4 و 5


الارتباط بين طي mRNA ومعدل الترجمة

غالبًا ما تفترض جزيئات mRNA في الخلية بنية ثانوية وثالثية قد تكون ضيقة لبعض الجينات ، وفضفاضة للبعض الآخر. لكي تستمر الترجمة ، يجب أن يتم تمرير هذه البنية عبر الريبوسوم. هذه فرصة أخرى لتنظيم وتحفيز تباين واسع في كفاءة ترجمة الجينات - قد يتحكم ضيق بنية mRNA الخاصة بها في كل من ارتباط الريبوسوم ومعدل تدفقه عبرها. تشير الأدلة المبكرة إلى أن استقرار الاقتران الأساسي في موقع ربط الريبوسوم أو في محيطه هو محدد رئيسي لكفاءة بدء الترجمة في بدائيات النوى (Schauder and McCarthy ، 1989). في الكائنات حقيقية النواة ، تبين أن الهياكل الثانوية الضيقة على طول 5-UTR تقلل من كفاءة الترجمة ، خاصة إذا كانت موجودة بالقرب من موقع بدء الترجمة ، على الأرجح عن طريق إعاقة ارتباط الريبوسوم (Wang and Wessler ، 2001).

تم فك شيفرة تأثير بنية الرنا المرسال على الترجمة تقليديًا عن طريق فحص الجينات الطبيعية من الجينومات المختلفة (Jia and Li ، 2005). الآن ، قد تكمل البيولوجيا التركيبية هذه الصورة من خلال السماح للباحثين بالتلاعب بخاصية واحدة للجين ، مع الحفاظ على العديد من الخصائص الأخرى ثابتة. مؤخرًا ، كودلا وآخرون قدم (2009) مثالًا جيدًا لهذا الاتجاه الحديث من خلال توليف مكتبة من 154 GFP الجينات التي اختلفت عشوائيًا في المواقع المترادفة ، مع ترميز نفس تسلسل الأحماض الأمينية. عبروا عن جينات GFP في بكتريا قولونية، واكتشف تباينًا بمقدار 250 ضعفًا في مستويات التعبير. ووجدوا أن الهيكل المحكم في نهاية 5 من الرنا المرسال يمنع الترجمة ، في حين أن الهياكل السائبة تعززها. تتوافق هذه النتائج مع فكرة أن خطوة البدء لها أهمية قصوى في تحديد مستويات التعبير الجيني. في بدائيات النوى ، يحدث ارتباط الريبوسوم في تسلسل SD (Shine and Dalgarno ، 1974) الموجود في المنبع من كودون البداية. ومن المثير للاهتمام ، أنه قد ظهر قبل أن إخفاء موقع البدء بواسطة بنية ثانوية محكمة يمكن تعويضه عن طريق تفاعل SD أقوى من المعتاد (De Smit and van Duin ، 1994 Olsthoorn وآخرون، 1995). كما كودلا وآخرون (2009) فقط تنوع منطقة ترميز GFP ، ولم يتم اختبار هذا الاحتمال في دراستهم الأخيرة.

يتم دعم الارتباط بين استقرار الهياكل الثانوية في منطقة بدء الترجمة وكفاءة الترجمة من خلال التحليل الحسابي واسع النطاق (Gu وآخرون، 2010) ، مما يشير إلى اتجاه الجينوم الواسع لانخفاض استقرار الرنا المرسال بالقرب من كودون البداية لكل من الأنواع بدائية النواة وحقيقية النواة. هنا أيضًا ، تم تعزيز الاتجاه بين الجينات المعبر عنها بشكل كبير ، مما يشير إلى تأثير كفاءة الترجمة.


خلفية

يعد تحديد إطارات القراءة المفتوحة المترجمة (ORFs) خطوة حاسمة نحو شرح الجينات وفهم الجينوم. أدت التطورات السريعة في التسلسل إلى طوفان من الجينومات الجديدة ، مما جعل التعليقات التوضيحية اليدوية مستعصية على الحل وتطوير طرق آلية دقيقة. في بدائيات النوى ، يمثل ترسيم ORF تحديًا خاصًا لأن الجينات غالبًا ما تكون معبأة بإحكام ومتداخلة في كثير من الأحيان. يتم إجراء تحديد الجينوم الكامل ORF في بدائيات النوى بشكل شائع في السيليكو ، باستخدام مجموعة متنوعة من ميزات التسلسل ، مثل تحيز كودون الجوانين والسيتوزين (GC) ، والزخارف ، مثل موقع الربط الريبوزومي أو تسلسل Shine-Dalgarno (SD) [1 ، 2،3] ، لتمييز تلك ORFs التي يعتقد أنها وظيفية عن تلك التي تحدث في الجينوم عن طريق الصدفة. في حين أن هذه التقنيات قادرة على تحديد المناطق الجينومية التي تحتوي على ORFs بدقة عالية [3] ، فإن التنبؤ بمواقع بدء الترجمة (TIS) ، وبالتالي البداية الدقيقة لتسلسل تشفير البروتين (CDS) ، يعد أكثر صعوبة إلى حد كبير. بالإضافة إلى توفير المعلومات الوظيفية عبر تسلسل الببتيد ، غالبًا ما يتم احتواء المعلومات التنظيمية والاستهدافية في البروتين N-termini [4 ، 5] ، مما يجعل التحديد الدقيق لبداية ORFs ضروريًا. وقد أدى ذلك إلى تطوير عدد من طرق تحديد TIS القائمة على السيليكون والتي تعتمد على مجموعة متنوعة من ميزات التسلسل [6،7،8،9] ، يتم تطبيقها عادةً بعد التعليق التوضيحي الأولي لـ ORF من أجل إعادة التعليق التوضيحي الذي تم توقعه بشكل خاطئ في كثير من الأحيان هذا.

تمتلك بروتينات الجينوميات عالية الإنتاجية القدرة على تمكين تحديد البروتين N-termini ، وبالتالي TISs ، من بروتين كامل. من الناحية العملية ، فإن التباين في مستويات التعبير عن البروتين ، والخصائص الفيزيائية ، وعدم توافق MS ، وحدوث تعديلات البروتين يحد من عدد البروتين N-termini القابل للاكتشاف [10 ، 11]. في بدائيات النوى ، تلتقط البروتينات الطرفية N عادةً الببتيدات المقابلة من مئات إلى آلاف الجينات المنخفضة [11]. على سبيل المثال ، حددت دراسة حديثة الببتيدات N-terminal 910 من 4140 (22٪) من الجينات المشروحة في الإشريكية القولونية [12]. على الرغم من عدم توفير شرح توضيحي كامل للجينوم ، فإن مجموعات البيانات هذه توفر وسيلة فعالة للتحقق من صحة TIS التجريبي.

يمكن تحقيق تغطية أعلى بشكل ملحوظ لـ TIS من خلال التقنيات القائمة على التسلسل. من خلال التركيز بشكل خاص على القراءات المحمية من الريبوسوم ، فإن تحديد سمات الريبوسوم (تسلسل الريبوز) [13] يشير إلى أي أجزاء من النسخ تخضع للترجمة بشكل نشط. باختصار ، يهدف ribo-seq إلى التقاط واختيار وتسلسل قراءات mRNA المرتبطة بالريبوسومات ، وعادةً ما تكون قراءة 26-34 nt (حقيقية النواة) [14 ، 15] أو 20-40 nt (بدائية النواة) [16 ، 17] . يتم بعد ذلك تعيين هذه القراءات بشكل عام إلى إزاحة ثابتة [15 ، 17 ، 18 ، 19 ، 20] ، أو إزاحة تعتمد على الطول [14 ، 21 ، 22] ، من أجل حل الكودون المترجم الذي يمثله كل قراءة. بهذه الطريقة ، تم استخدام ribo-seq لإثبات ترجمة العديد من RNAs والمناطق التي لم يُعتقد أنها مرتبطة بالريبوزومات [14 ، 18 ، 21 ، 23 ، 24 ، 25 ، 26]. القدرة على تحديد الترجمة على نطاق واسع النطاق لها تطبيق واضح على شرح ORF وقد تم تطوير عدد من المنهجيات للتنبؤ بترجمة ORFs [15 ، 18 ، 21 ، 22 ، 27]. تعتمد هذه الأساليب على عدد من الميزات ، مثل دورية الكودون ، وقراءة السياق وأطوال القراءة ، لتمييز آثار الأقدام التي تشير إلى الترجمة عن آثار الأقدام الأخرى غير المترجمة التي يتم ملاحظتها بشكل متكرر في بيانات التسلسل الريبي. في حين تم إحراز تقدم في العثور على مناطق مترجمة ، فقد حظي ترسيم حدودها الدقيقة باهتمام أقل. يمكن استخدام العلاج بالمضادات الحيوية لوقف والتقاط آثار أقدام من الريبوسوم البادئ [14 ، 28 ، 29] ، لكن العثور على مركب مناسب كان بعيد المنال في بدائيات النوى ، مع توفر مجموعة بيانات واحدة فقط حتى الآن [30].

هنا ، نقدم طريقة قابلة للتطبيق بشكل عام لا تعتمد على معالجة كيميائية متخصصة ، ولكن يمكن الاستفادة من هذه البيانات (الشكل 1 أ). باستخدام البروتينات الطرفية N ، نظهر دقتها العالية ونبين أنها متوافقة مع الميزات الأخرى المرتبطة ببدء الترجمة. بتطبيق النموذج ، نتوقع العديد من مواقع البدء الجديدة في السالمونيلا المعوية التيفيموريوم المصلي والعديد من الجينات الجديدة.

تصنيف موقع بدء الترجمة باستخدام أنماط طول قراءة ribo-seq. أ تمثيل تخطيطي لاستراتيجية التصنيف. ب ملفات تعريف Ribo-seq meta في النوافذ حول أكواد البدء لجميع تسلسلات التشفير المشروحة في ملف س. جينوم التيفيموريوم (عينة أحادية ، ن = 4187) ، يتم تحجيم المساهمات من كل جين لمجموع واحد (اللوحة العلوية) نسبة قراءة ribo-seq 5 'لكل موضع نيوكليوتيد ، ملونة حسب موضع الكودون (أقحم) نسب عدد قراءة ribo-seq لكل موضع نيوكليوتيد ، بعد الضبط عن طريق إزاحة طول القراءة (انظر الطرق) (اللوحة السفلية) خرائط درجات الحرارة لـ z-scores لـ 5 'ribo-seq read counts لكل طول قراءة


شكر وتقدير

نشكر T.M.A. ويلسون لـ (CAA)ن-GUS بلازميد ، I.N. شاتسكي لاقتراحه استخدام (CAA)ن-GUS mRNA و F. Dardel للإشارة إلى التشابه في هياكل eIF1 و IF3 وكريستوفر هيلين لإجراء مناقشات مفيدة والمساعدة في إعداد هذه المخطوطة. تم دعم هذا العمل بمنحة R01 GM59660 من المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة.

تم تحمل تكاليف نشر هذا المقال جزئيًا عن طريق دفع رسوم الصفحة. لذلك يجب وضع علامة "إعلان" على هذه المقالة وفقًا للمادة 18 USC القسم 1734 فقط للإشارة إلى هذه الحقيقة.


شاهد الفيديو: جهاز المترجم الفوري المحمول (كانون الثاني 2022).