پروتئین سازی و ترجمه چیست؟ – به زبان ساده

پروتئین‌ سازی در سلول‌

فیلم آموزش زیست‌ شناسی دوازدهم بخش ۱

کلیک کنید

• رونویسی (Transcription): در این مرحله، توالی DNA یک ژن به شکل RNA «رونویسی» (Transcription) می‌شود. در یوکاریوت‌هایی مانند انسان، RNA برای تولید محصول نهایی یعنی پروتئین‌ها، به شکل مولکول‌هایی به نام RNA پیام‌رسان یا mRNA در می‌آیند.
• ترجمه (Translation): در این مرحله، mRNA رمزگشایی می‌شود تا پروتئین‌ها (یا زیر واحدهای یک پروتئین) که حاوی یک توالی اختصاصی از اسیدهای آمینه هستند، تشکیل شوند.

در ادامه به بررسی تفضیلی مراحل و نحوه ترجمه و سنتز پروتئین می‌پردازیم.

کدهای ژنتیکی

در حین پروتئین سازی، اندامک‌های سنتز پروتئین در سلول، اطلاعاتی را از روی RNA پیام‌رسان (mRNA) می‌خوانند و از آن‌ها برای ساخت پروتئین استفاده می‌کنند. در حقیقت، یک mRNA همیشه برای تولید یک پروتئین عملکردی مانند آنزیم‌ها رمزگذاری و رمزگشایی نمی‌شود و از این رو نمی‌توان گفت که mRNA‌ها همیشه دستورالعمل‌هایی که برای سنتز یک پروتئین کامل لازم است را ارائه می‌کنند. در عوض، آنچه ما با اطمینان می‌توانیم بگوییم این است که mRNAها همیشه یک پلی‌پپتید یا زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه را رمزگذاری می‌کنند.

سوالی که این جا مطرح می‌شود این است که پروتئین کامل چه تفاوتی با پلی‌پپتیدها دارد؟ در ادامه با تعریف هر یک از این دو ترکیب، تفاوت‌های آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم:

• پروتئین کامل: پروتئین یک ماکرومولکول عملکردی است که به طور کامل درون یک سلول تشکیل می‌شود. برخی از پروتئین‌ها فقط از یک زنجیره اسید آمینه یا پلی‌پپتید تشکیل شده‌اند، در حالی که برخی دیگر شامل چندین یا تعداد زیادی از رشته‌های پلی‌پپتیدی هستند.
• پلی پپتید: این ترکیب فقط اصطلاح دیگری برای یک توالی از یک زنجیره اسید آمینه است. یک پلی‌پپتید ممکن است به خودی خود یک پروتئین عملکردی را تشکیل دهد و یا ممکن است، لازم باشد با دیگر پلی پپتیدها برای ساختن یک پروتئین عملکردی کمپلکس تشکیل دهد.

برای اسیدهای آمینه، 61 کدون وجود دارد و برای مشخص کردن یک اسید آمینه خاص از 20 اسید آمینه معمول موجود در پروتئین‌ها، یک کد اختصاصی باید خوانده شود. یک کدون مانند AUG، اسید آمینه متیونین را مشخص می‌کند و همچنین به عنوان «کدون شروع» (Start Codon) فرایند ترجمه و سنتز پروتئين به شمار می‌آيد.

سه کدون دیگر وجود دارند که اسیدهای آمینه خاصی را مشخص نمی‌کنند. این کدون‌ها را «کدون‌های پایان» (Stop Codons) یا متوقف کننده سنتز پروتئین می‌نامند. این کدون‌های پایان شامل کدون‌های UAA ،UAG و UGA هستند. هنگامی ‌که در مسیر ترجمه یک پلی‌پپتید، یکی از این کدون‌های پایان قرار بگیرد، پیام توقف و تکمیل سنتز پروتئین به اندامک سنتز کننده پروتئین یعنی ریبوزوم داده می‌شود. در مجموع، به روابط کدون و اسید آمینه‌های مربوط به آن، «کد ژنتیکی» (Genetic Code) می‌گویند، زیرا این کدهای ژنتیکی به سلول‌ها اجازه می‌دهند تا mRNA را در زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه رمزگشایی کنند.

ترجمه و پروتئین سازی چیست؟

رشته‌های mRNA برای ساختن پلی‌پپتیدها، رمزخوانی و ترجمه می‌شوند. دو نوع مولکول و یک اندامک سلولی با نقش‌های کلیدی در این فرایندها دخیل هستند. در سلول، اندامک ریبوزوم که در سیتوپلاسم قرار دارد، مسئول ترجمه mRNA است. در این فرایند دو مولکول rRNA و tRNA نیز نقش‌های کلیدی دارند.

فیلم آموزش ساختار و عملکرد ریبوزوم در فرادرس

کلیک کنید

RNA‌های انتقال دهنده یا tRNA

tRNA‌ها انواع مختلفی دارند. هر نوع از آن‌ها یک یا چند کدون را رمزگشایی می‌کنند و اسید آمینه مناسب را مطابق با آن کدون‌ها برای سنتز پروتئین به ریبوزوم می‌آورند.

ریبوزوم

ریبوزوم‌ها اندامک‌های سلولی هستند که در آن‌ها پلی‌پپتیدها یا پروتئین‌ها ساخته می‌شوند. ساختار ریبوزوم‌ها از پروتئین و RNA که شامل  RNA ریبوزومی‌ یا rRNA است، تشکیل شده‌اند. هر ریبوزوم دارای دو زیر واحد بزرگ و کوچک است. این زیر واحدها طوری در کنار یکدیگر جای می‌گیرند که در میان آن‌ها محلی برای قرارگیری یک رشته mRNA به وجود می‌آید.

ترجمه و پروتئین سازی

• شروع (Initiation)
• افزایش طول (Elongation)
• خاتمه (Termination)

مرحله شروع ترجمه

در این مرحله، ریبوزوم توسط دو زیر واحد کوچک و بزرگ خود رشته mRNA را در بر می‌گیرد و اولین tRNA (حامل اسید آمینه متیونین که با کدون شروع، AUG مطابقت دارد) به مجموعه ریبوزوم و mRNA متصل می‌شود. این مجموعه را کمپلکس آغازین ترجمه می‌نامند که برای شروع پروتئین سازی تشکیل این کمپلکس ضروری است.

در باکتری‌ها، وضعیت کمی متفاوت است. در این ارگانیسم‌ها، زیر واحد ریبوزومی کوچک از انتهای '5 mRNA به آن متصل نمی‌شود و به سمت انتهای '3 حرکت نمی‌کند. در عوض، زیر واحد کوچک ریبوزومی مستقیماً به توالی‌های خاصی در mRNA متصل می‌شود. این توالی‌ها به نام توالی‌های «شاین دال‌گارنو» (Shine-Dalgarno) معروف هستند و درست قبل از کدون شروع قرار گرفته‌اند و محل شروع ترجمه را به ریبوزوم نشان می‌دهند.

طویل شدن زنجیره اسید آمینه یا مرحله افزایش طول

افزایش طول، مرحله‌ای است که زنجیره اسید آمینه شکل گرفته و طویل می‌شود. در این مرحله، از روی mRNA به طور هم زمان، یک کدون رمزگشایی شده و اسید آمینه مطابق با هر کدون، توسط tRNA به زنجیره پروتئینی در حال رشد اضافه می‌شود.

فیلم آموزش پیوند پپتیدی و خواص آن در فرادرس

کلیک کنید

هر بار که یک کدون جدید در جایگاه خالی اسید آمینه قرار می‌گیرد، یک tRNA مطابق با کدون به این جایگاه متصل می‌شود و زنجیره اسید آمینه موجود (پلی پپتید) از طریق یک واکنش شیمیایی (آنزیم پپتیدیل ترانسفراز) به اسید آمینه متصل به tRNA جدید می‌پیوندد.

بعد از ورود و اتصال اسید آمینه جدید، رشته mRNA به اندازه یک کدون در ریبوزوم به جلو می‌رود تا یک کدون جدید را برای خواندن در جایگاه اتصال tRNA قرار دهد.

در طول مرحله طویل شدن، همان طور که در شکل زیر مشاهده می‌شود، tRNA‌ها از طریق جایگاه‌‌های A ،P و E در ریبوزوم حرکت می‌کنند. این فرآیند بارها تکرار می‌شود تا تمام کدون‌های موجود در رشته mRNA رمزگشایی شده و اسیدهای آمینه جدید به توالی در حال تشکیل اضافه ‌شوند.

مرحله تکمیل و خاتمه پروتئین سازی

خاتمه پروتئین سازی مرحله‌ای است که در آن زنجیره پلی‌پپتید تکمیل شده و از ریبوزوم آزاد می‌شود. این مرحله زمانی شروع می‌شود که یک کدون توقف یا خاتمه (UAG، UAA یا UGA) از رشته mRNA وارد جایگاه ریبوزوم شود. با ورود کدون خاتمه به ریبوزوم یک سری از وقایع به صورت متوالی انجام می‌شود که در نهایت منجر به جدایی زنجیره از tRNA شده و در این حالت رشته پلی‌پپتید ساخته شده، می‌تواند از ریبوزوم رها شود.

پلی‌پپتید ساخته شده پس از خاتمه پروتئین سازی، ممکن است نیاز به تغییراتی برای برخورداری از ویژگی‌های عملکردی داشته باشد. برای این منظور این زنجیره پلی‌پپتیدی باید به شکل سه بعدی در آید و تحت پردازش‌های خاصی قرار گیرد. برای انجام این پردازش‌ها (مانند جدا کردن یا اتصال برخی از اسیدهای آمینه) رشته‌های ساخته شده در ریبوزوم به محل مناسبی در سلول فرستاده می‌شوند. در برخی مواقع، رشته‌های پلی‌پپتیدی برای ایجاد پروتئین‌های عملکردی با یکدیگر ترکیب می‌شوند و مجموع چند رشته پلی‌پپتیدی با هم یک پروتئین عملکردی را برای سلول می‌سازند.

اگر مطالعه این مطلب برای شما مفید بود، آموزش‌ها و مطلب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شود:

• مجموعه آموزش‌های زیست‌شناسی
• آموزش زیست شناسی سلولی و مولکولی — مبانی و مفاهیم مقدماتی
• مجموعه آموزش‌های علوم پزشکی
• باکتری چیست؟ -- به زبان ساده
• چرخه سلولی — به زبان ساده
• آزمایش خون — از صفر تا صد

^^