دزآزما

در این ویدئو، قصد دارم ضمن معرفی اسیدهای نوکلئیک، ویروس کووید19 و ساختار ژنتیکی آن را برایتان توضیح دهم.

ویدئو: معرفی ساختار اسیدهای نوکلئیک و کروناویروس

کووید 19 (COVID-19) یک نوع کرونا ویروس است که بدلیل سرعت شیوع و شدت ابتلا، به یکی از معضلات علم پزشکی در قرن 21 تبدیل شده است و تاکنون هیچیک از روشهای درمانی یا پیشگیری، قادر به مهار این ویروس نشده است. اگرچه پیشرفت های زیادی در زمینه شناخت این ویروس انجام شده است، ولی یکه تازی ویروس همچنان ادامه دارد:

طبق آمار سازمان بهداشت جهانی، تا انتهای مردادماه امسال، بیش از 21 میلیون نفر به این بیماری مبتلا شده اند و بیش از 760 هزار نفر جان خود را از دست داده اند:

امیدوارم ویدئوی آموزشی، برایتان مفید واقع گردد.

دکتر هادی انصاری هادی پور

بیوشیمی بالینی

دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اراک

محقق : رضا حاج اسفندیاری

برای مطالعه کامل تحقیق با عکس های مربوطه فایل word را دانلود کنید

فرآيندي است كه طي آن اطلاعات موجود در mRNA براي ساخت پروتئين مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به بيوسنتز پروتئين ترجمه نيز گفته مي‌شود. زيرا در طي اين فرايند اطلاعات از زبان چهار حرفي موجود در اسيدهاي نوكلئيك به زبان 20 حرفي پروتئيني ترجمه مي‌شوند. فرآيند ترجمه به عوامل متعددي نياز دارد. پس از ساخته شدن پروتئين‌ها، بلوغ و پردازش آنها از طريق تغييراتي كه روي آنها صورت مي‌گيرد انجام مي‌شود. به كمك اين تغييرات ساختمان و عمل پروتئين‌ها تغيير مي‌يابد. تنظيم سرعت ساخت پروتئين‌ها به دو صورت كلي و اختصاصي انجام مي‌شود و در نهايت نيز وقتي نيازي به وجود پروتئين نباشد، در اثر كاتابوليسم، آنها را تجزيه مي‌كند ، از اسيدهاي آمينة آنها براي ساخت پروتئينهاي ديگر استفاده مي‌كند. سلول‌ها از نظر سنتز پروتئين متفاوت از يكديگرند، به گونه‌اي كه در گلبول‌هاي قرمز كاملا تمايز يافته،كه فاقد هسته بوده  بيوسنتز پروتئين صورت نمي‌گيرد. در ساير سلول‌ها براي حفظ غلظت آنزيم و ساير پروتئين‌ها ، مقدار زيادي پروتئين سنتز مي‌شود.

عوامل لازم براي ترجمه

1- الگو (mRNA)

2- مصالح ساختماني

3- آنزيم‌ها

4- انرژي

5- فاكتورهاي پروتئيني

6- tRNA

7- ريبوزوم‌ها

الگو كد ژنتيكي (Genetic Code)

اطلاعات سلولي به شكل توالي خطي و نوكلئوتيدها در DNA ذخيره مي‌شوند كه مشابه قرار گرفتن حروف الفبا در كنار هم و ساختن كلمات مختلف است. زبان DNA – چهار حرف دارد كه دو حرف آن بازهاي پوريني (آدنين و گوانين) و دو حرف ديگر بازهاي پيريميديني (ستوزين و تيمين) هستند. mRNA رونويسي شده از روي DNA نيز يك زبان چهار حرفي دارد. ولي با اين تفاوت كه در آن به جاي باز تيمين، باز اوراسيل وجود دارد. به اين ترتيب ملاحظه مي‌شود زبان DNA و RNA عمدتا يكسان هستند ولي از آنجا كه اطلاعات ژنتيكي بايد به زباني (پروتئين) ترجمه شوند كه داراي بيست حرف الفبا (اسيد آمينه) است. اين ترجمه موضوع پيچيده‌اي است كه به عوامل متعددي نياز دارد. قبل از همه بهتر است ببينيم كه مسئله انطباق حرف الفبايي دو زبان متفاوت چگونه حل شده است. درواقع از آنجا كه براي هريك از اسيدهاي آمينه بايستي حداقل يك رمز (كدون) وجود داشته باشد، بنابراين كدون هاي موجود در mRNA از گروه هاي سه بازي تشكيل شده اند. باتوجه به چهار نوع نوكلئوتيد، به طور كلي (64)4³ نوع تركيب سه حرفي وجود دارند كه از بين آنها، 61 نوع رمز 20 اسيد آمينه و سه كدون باقيمانده (UAG, UGA, UAA) كه به نام «كدون هاي خاتمه دهنده» ناميده مي‌شوند، مسئول خاتمه ترجمه هستند.

به كدون هاي مربوط به اسيدهاي آمينه «با معني» (Sense) و به كدون هاي خاتمه دهنده «بي معني» (Nonsense) نيز گفته مي‌شود. از آنجا كه 61 نوع كدون مربوط به 20 نوع اسيد آمينه است، بيشتر اسيدهاي آمينه داراي چند كدون هستند. متيونين و تريپتوفان داراي يك كدون و آرژنين و لوسين و سرين هريك داراي 6 كدون هستند. به چند كدوني كه مربوط به رمز يك اسيد آمينه باشند در اصطلاح «كدون هاي مترادف» (Synoymous codons) گفته مي‌شود. تفاوت‌ كدون‌هاي مترادف عمدتا در باز سوم (باز 3’) آنها است. به اين خاصيت، چند رمزينگي (Degenerate code) گفته مي‌شود. به جز چند مورد استثنا (از قبيل اختلاف چند كدون باكتريايي و ميتوكندريايي با كدون‌هاي هسته‌اي در يك جاندار) كدون‌هاي ژنتيكي عمدتا در تمام موجودات يكسان هستند.

مصالح ساختماني:

اسيدهاي آمينه واحدهاي سازندة پروتئينها هستند و براي آن كه در ساختمان پروتئين قرار بگيرند بايد به tRNA هاي اختصاصي خود وصل شوند. به اين عمل فعال شدن اسيدهاي آمينه گفته مي‌شود.

فعال شدن اسيدهاي آمينه

پيام mRNA پس از اتصال آن به ريبوزوم توسط tRNA ها خوانده مي‌شود. tRNA ها درواقع مولكول هاي آداپتوري (Adaptor molecules) هستند كه هريك مختص يك نوع اسيد آمينه هستند كه با پيوند كووالان به آنها متصل شده‌اند. اين اتصال توسط آنزيم «tRNA آمينواسيل سنتتاز» (tRNA- aminoacyl synthetase) صورت مي‌گيرد. يك اسيد آمينه ممكن است داراي يك يا بيشتر tRNA باشد. آنزيم‌هاي آمينواسيل tRNA سنتتازها، اسيد آمينه را به انتهايي 3’ مولكول tRNA متصل مي‌كند. براي هر اسيد آمينه حداقل يك و گاهي اوقات دو آنزيم آمينواسيل tRNA سنتتاز وجود دارد. اين آنزيم ها در اتصال اسيد آمينه به tRNA بسيار اختصاصي عمل مي‌كنند. اتصال اسيدهاي آمينه به tRNA طي سه مرحله انجام مي‌گيرد.

1- ابتدا اسيد آمينه با استفاده از ATP فعال مي‌شود (واكنش 1). سپس tRNA وارد عمل شده AMP را از اسيد آمينه جدا و خود به آن وصل مي‌شود. در مرحلة سوم گروه پيروفسفات PP_i تجزيه مي‌شود تا واكنش شماره 3 به صورت يك طرفه انجام شود. مجموع مراحل فوق را مي‌توان به صورت زير نشان داد:

+ PP_i aa – + ATP ————à AMP aa                                            واكنش (1)

+  AMP  aa – tRNA ————à AMP  +  tRNA – aa                                           واكنش (2)

PPi ———————- 2Pi                                          واكنش (3)

+ AMP + 2Pi +  ATP+  tRNA  ————àtRNA- aa aa                                             واكنش كلي

واكنش كدون – آنتي كدون (Codon-anticodon interaction)

خواندن  mRNA از جهت صورت مي‌گيرد و جفت شدن بازهاي mRNA و tRNA به صورت موازي و مختلف الجهت (Antiparallel) انجام مي‌شود. به طور كلي براي هريك از كدون‌هاي mRNA يك نوع tRNA وجود دارد.

فرضيه وابل (Wobble hypothesis)

برطبق اين فرضيه اگر نوكلئوتيدهاي mRNA در جهت  خوانده شوند، نوكلئوتيد سوم (انتهاي 3’) هر كدون مي‌تواند با نوكلئوتيد اول آنتي كدون (انتهاي 5’) مربوط جفت شود. همان‌گونه كه قبلا گفته شد، تفاوت كدون‌هاي مترادف كه مربوط به يك نوع اسيد آمينه هستند، درمورد نوكلئوتيد سوم آنهاست. اتصال اين نوكلئوتيد با اولين نوكلئوتيد آنتي كدون خيلي دقيق صورت نمي‌گيرد. به عبارت ديگر يك tRNA مي‌تواند به بيش از يك نوع كدون مربوط به يك اسيد آمينه متصل شود. چنين عدم دقت ظاهري در اتصال نوكلئوتيد اول tRNA «وابل» ناميده مي‌شود.

آنزيم‌ها

علاوه بر بيست نوع آنزيم آمينوآسيل tRNA سنتتاز، كه مسئول فعال سازي اسيدهاي آمينه هستند، دو نوع فعاليت آنزيمي زير در سنتز پروتئين وجود دارد.

پپتيديل ترانسفراز: اين فعاليت آنزيمي درواقع حاصل عملكرد متقابل RNA ريبوزومي زير واحد بزرگ و پروتئين‌هاي ريبوزومي است. درواقع اين آنزيم نوعي ريبوزيم است كه باعث ايجاد پيوند پپتيدي بين اسيدهاي آمينه متصل به tRNA هاي موجود در جايگاه P و A مي‌شود.

پپتيديل ترانس لوكاز: اين فعاليت آنزيمي هم وابسته به وجود RNA ريبوزومي و پروتئين‌هاي ريبوزومي (ريبوزيم) است. پپتيديل لوكاز باعث جابجايي tRNA موجود در جايگاه A به جايگاه P مي‌شود. عمل اين آنزيم با مصرف GTP صورت مي‌گيرد. به همين جهت به آن فاكتور G نيز گفته مي‌شود. بعدا خواهيم ديد سمومي مانند سم سياه سرفه و ديفتري باعث كار افتادن اين آنزيم مي‌شوند.

انرژي

انرژي مورد استفاده در سنتز پروتئين‌ها از دو منبع GTP, ATP تأمين مي‌شود.

tRNA ها

ساختمان tRNA هادر ترم اول توضيح داده شده است. . اجزاي سازنده tRNAها  و نقش هر يك از آنها در نمودار زير آمده است.

ريبوزوم

ساختمان كلي ريبوزوم در پروكاريوت‌ها و يوكاريوت‌ها شباهت اساسي دارد و از دو زير واحد كوچك و بزرگ ساخته شده‌اند. هريك از زير واحدها از دو بخش پروتئيني و RNA ريبوزومي ساخته شده است كه داراي نقش هاي ساختماني و آنزيمي مي‌باشند. ريبوزوم درواقع جايگاه سنتز پروتئين است و امكان برقراري ارتباط بين كدون‌هاي موجود در mRNA را با آنتي كدون‌هاي موجود در tRNA فراهم مي‌كند. همچنين با داشتن دو فعاليت آنزيمي باعث ايجاد پيوند پپتيدي و طويل شدن رشته‌هاي پلي پپتيدي در حال ساخت مي‌شود. اجزاي سازنده ريبوزوم ها  و نقش هر يك از آنها در نمودار زير آمده است.

فاكتورهاي پروتئيني

به عوامل پروتئيني گفته مي‌شود كه در هريك از مراحل مختلف شروع، ادامه و خاتمة سنتز پروتئين شركت مي‌كنند. اين فاكتورها برحسب مرحله‌اي كه وارد آن مي‌شوند به نام فاكتورهاي شروع (IF) ادامه (EF) و خاتمه (RF) ناميده مي‌شوند. تنوع فاكتورهاي مختلف پروتئيني در يوكاريوت‌ها بيسار بيشتر از پروكاريوت‌ها است. به اين ترتيب امكان تنظيم دقيق تر سنتز پروتئين در يوكاريوت‌ها وجود دارد.

مراحل سنتز پروتئين

باوجود تفاوت هاي كوچك، به طور كلي مراحل سنتز پروتئين در يوكاريوت‌ها و پروكاريوت‌ها بسيار شبيه به يكديگر و شامل مراحل زير است:

1- مرحله شروع

2- مرحلة ادامه يا مرحله طويل شدن

3- مرحلة خاتمه

4- مرحلة پردازش

بيوسنتز پروتئين در پروكاريوت‌ها

1- مرحله شروع

الف) تشكيل كمپلكس آغازگر S 30 اولين واقعه براي سنتز پروتئين محسوب مي‌شود.

تشكيل اين كمپلكس به موارد ذيل نياز دارد:

– يك رشته  mRNA : mRNA پروكاريوت‌ها عمدتا پلي سيستروني است يعني داراي چندين كدون شروع است كه به هريك از آنها يك ريبوزوم مي‌تواند متصل گردد و ترجمه را انجام دهد.

– فاكتورهاي شروع (IF₃ , IF₂ , IF₁)

– GTP

– زير واحد s 30 ريبوزومي

– tRNA حامل فرميل متيونين (N-Fomyl methionyl – tRNA = fmet-tRNA)

اين tRNA با وجودي كه آنتي كدون مشابه tRNA متيونين دارد ولي متمايز از آن است. قرار گرفتن فرميل متيونين بر روي tRNA مربوط به آن طي دو مرحله انجام مي‌شود:

1- آنزيم آمينوآسيل tRNA سنتتاز متيونين را به tRNA_fmet متصل مي‌كند.

2- سپس آنزيم ترانس فرميلاز (Transformylase) يك گروه فرميل را از N¹⁰ فرميل – تتراهيدروفولات (THF) به گروه آمين متيونين اضافه مي‌كند.

ب) مراحل تشكيل كمپلكس آغازگر s 30 به شرح زير است:

1- زير واحد s 30 همراه با    IF₁ و  IF₃ به مكان ويژه‌اي از mRNA وصل مي‌شود. در اين حالت توالي غني از بازهاي پوريني (AGG AGGU) كه تحت عنوان توالي «شاين – دالگارنو» (Shine-Dalgarno sequence) ناميده مي‌شود، با توالي پيريميدني مكمل خود در s 16 rRNA جفت مي‌شود.در اين وضعيت كدون آغاز گر AUG در موقعيت مناسبي از زير واحد s 30 وصل مي‌شود و آنتي كدون فرميل متيونيل tRNA  كه به IF2وصل است در جايگاه P قرار مي‌گيرد به اين مجموعه كمپلكس آغازگر s 30 گفته مي شود. سپس هر سه  IF از كمپلكس آغازگر s 30  جدا شده بنابراين  زير واحد S 50 به آن وصل مي‌شود. به اين ترتيب كمپلكس آغازگر S 70 ايجاد مي‌گردد.

همانگونه كه قبلا گفته شد در ريبوزوم ، دو جايگاه براي قرار گرفتن آمينوآسيل tRNA وجود دارد كه تحت عنوان «جايگاه P» (Peptide site) و جايگاه «A» (Amino acid site) ناميده مي‌شوند.

فرميل ميتونيل tRNA. به طور كلي به استثناء فرميل متيونين  tRNA   كه در جايگاه P قرار مي‌گيرد ، ساير tRNA هاي حامل اسيد آمينه در جايگاه A قرار مي‌گيرند.

2– مرحله ادامه (طويل شدن)

– عوامل موردنياز

در طي اين مرحله به تدريج tRNA هاي حامل اسيد آمينه كه آنتي كدون آنها مكمل با كدون‌هاي mRNA است كه در جايگاه A ظاهر مي‌شوند، قرار مي‌گيرند. براي انجام اين مرحله به دو فاكتور طويل كننده يعني EF-G, EF_T و انواع tRNA هاي حامل اسيد آمينه احتياج است. EF_T خود از دو جزء T_U, T_S تشكيل شده است. پس از قرار گرفتن اسيد آمينه دوم در جايگاه A، گروه كربوكسيل فرميل متيونين با گروه آمين اسيد آمينه دوم به كمك آنزيم پپتيديل ترانسفراز (Peptidyl transferase) از طريق پيوند پپتيدي به يكديگر وصل مي‌شوند. وجود rRNA 23S در عملكرد آنزيم پپتيديل ترانسفراز نقش اساسي دارد و در واقع مانند يك ريبوزيم عمل مي‌كند. تمامي tRNA هايي كه در مرحله طويل شدن عمل مي‌كنند و حامل اسيدهاي آمينه به جزء فرميل متيونين هستند براي عمل خود بايد به فاكتور GTP, EF_T وصل باشند. با ايجاد پيوند پپتيدي tRNA_fmet كه حالا فاقد اسيد آمينه است در جايگاه P و tRNA مربوط به اسيد آمينه دوم كه حالا حامل يك دي پپتيد است در جايگاه A قرار دارند.

مرحله جابجايي (ترانس لوكاسيون)

در مرحله بعد، ريبوزوم به اندازه سه نوكلئوتيد ( يك كدون) در جهت  در روي mRNA حركت مي‌كند كه در نتيجة آن tRNA حامل دي پپتيد به جايگاه P منتقل مي‌شود و tRNA اول خارج مي‌شود و جايگاه A براي پذيرش آمينو آسيل tRNA بعدي خالي مي‌شود. عمل جابه جايي توسط EF-G و با هيدروليز GTP انجام مي‌شود.

خاتمه:

عمل طويل شدن تا رسيدن به كدون خاتمه ادامه مي‌يابد. هنگامي كه يك كدون ختم در مقابل جايگاه A قرار گيرد، چون هيچكدام از انواع tRNA نمي‌توانند با كدون ‌هاي ختم جفت شوند، فاكتورهاي ختم(releasing factor)  RF₁ يا RF₂ وارد عمل مي‌شوند. فاكتورهاي ختم با القاي پپتيديل ترانسفراز موجب هيدروليز پيوند بين tRNA  و پلي پپتيد و در نتيجه آزاد شدن پلي پپتيد از جايگاه P مي‌شوند و در آخرين مرحله با وارد شدن فاكتور IF₃ زير واحدهاي ريبوزومي از يكديگر جدا مي‌شوند.

هدف يابي پروتئين‌هاي ترشحي و غشائي

بيوسنتز پروتئينهاي ترشحي و غشائي بر روي ريبوزوم هايي كه در قسمت داخلي غشاي سيتوپلاسمي پروكاريوت ها قرار گرفته اند صورت مي‌گيرد و شباهت زيادي به بيوسنتز پروتئينهاي ترشحي و غشائي يوكاريوت‌ها بر روي ريبوزوم هاي متصل به شبكه آندوپلاسمي دارد.

بيلان انرژي بيوسنتز پروتئين

تشكيل هر پيوند پپتيدي نياز به چهار پيوند پر انرژي فسفات دارد. اين انرژي صرف اتصال اسيد آمينه به tRNA ، عمل شناسايي كدون – آنتي كدون و جا بجايي پپتيد از جايگاه A به P مي‌شود.

بيوسنتز پروتئين در يوكاريوت‌ها

مكانيسم بيوسنتز پروتئين در يوكاريوت‌ها مشابه پروكاريوت‌هاست و اختلافي كه بين بيوسنتز آنها مشاهده مي‌شود، ناشي از سازمان پيچيده‌تر سلول يوكاريوتي است.

مراحل سنتز

آغاز: مراحل شروع بيوسنتز پروتئينها در يوكاريوت‌ها به شرح زير است:

الف) تشكيل كمپلكس آغازگر S 40: تشكيل اين كمپلكس به موارد ذيل نياز دارد:

1- mRNA:  mRNA يوكاريوتها مونوسيتروني بوده و فاقد توالي شاين دالگارنو است ولي داراي يك توالي ترجمه نشدني است كه در انتهاي َ5 آن كلاهك 7- متيل گوانوزين تري فسفات قرار گرفته است. توالي ترجمه نشدني عمدتا در تنظيم سرعت رونويسي و كلاهك در حفاظت از انتهاي َ5 mRNA و نيز كمك به اتصال به ريبوزوم نقش دارد.

2– فاكتورهاي آغازگر

حداقل 10 فاكتور آغازگر در يوكاريوت ها شناخته شده كه به صورت (Eukaryotic initation factor) eIF نمايش داده مي‌شوند.

3- زير واحد S 40 ريبوزومي

4- tRNA (tRNA شروع): در يوكاريوت‌ها tRNA آغازگر (tRNA_i)  متيونين غير فرميله را به كمپلكس S 40 منتقل مي‌كند. درواقع در يوكاريوت ها دو نوع tRNA مي‌توانند متيونين را منتقل كنند. نوع tRNA_i و tRNA_m با وجودي كه tRNA_i فقط در شروع شركت مي‌كند و tRNA_m متيونين‌هاي ديگر پروتئين را در آن قرار مي‌دهد ولي آنتي كدون هر دو نوع tRNA، كدون AUG را شناسايي مي‌كنند.

ب) مراحل تشكيل كمپلكس شروع S 40

ابتدا يك كمپلكس شروع اوليه توسط GTP, eIF₂ و tRNA-met و زيرواحد S 40 به نام «كمپلكس سه تايي» (Ternary complex) به وجود مي‌آيد. در ادامه mRNA طي روندي پيچيده‌تر از پروكاريوت‌ها به اين كمپلكس منتقل مي‌شود. در مرحله بعد A 4 eIF- به وسيله يكي از زير واحدهاي خود به نام (Cap-Binding Protein) “CBP” به كلاهك متصل مي‌شود. متعاقب اين واكنش ساختمان دوم mRNA باز مي‌شود و زير واحد S40 ريبوزومي در طول آنها حركت مي‌كند تا اينكه به اولين AUG برسد. حركت اين زير واحد نياز به انرژي حاصل از هيدروليز ATP دارد. در مرحله بعد زير واحد S 60 به كمپلكس شروع S 40 وصل مي‌شود. براي اين اتصال و تشكيل كمپلكس S 80 نياز به eIF-5 و eIF-4C است. با تكميل اين كمپلكس فاكتورهاي آغاز كننده آزاد مي‌شوند.

مرحله طويل شدن

مشابه پروكاريوت هاست و به كمپلكس آغازگر S 80، tRNA هاي ناقل اسيدهاي آمينه، GTP و فاكتورهاي طويل كننده (Eukaryotic elongation Factor) eEF1 ,eEF₂, eEF1 يا آنزيم ترانس لوكاز (Translocase) نياز دارد.

در مرحله اول آمينواسيل tRNA به صورت كمپلكس سه تايي.aa-tRNA, GTP)(eEF-1 وارد ريبوزوم مي‌شود. درحاليكه به آن فاكتورهاي ادامه  eEF-1،eEF1 متصل هستند. eEF-1 مشابه EF-TU پروكاريوتي وeEF-1 مشابه EFG- است.

مرحله ختم

مشابه مرحله ختم در  پروكاريوت‌هاست. ابتدا يك فاكتور آزاد كننده همراه با GTP ،كدون ختم را شناسايي مي‌كند و با اتصال آن به ريبوزوم، عمل ختم به وسيلة پپتيديل ترانسفراز انجام مي‌شود و بالاخره جدا شدن زير واحدهاي ريبوزومي با هيدروليز ATP صورت مي‌گيرد.

بيوسنتز پروتئين‌هاي ترشحي و غشائي

در سلول‌هاي يوكاريوتي، بخش زيادي از بيوسنتز پروتئين در سيتوپلاسم صورت مي‌گيرد. از طرف ديگر، آن دسته از پروتئين‌هايي كه بايد ترشح شوند يا در غشاء قرار گيرند توسط ريبوزوم هاي روي شبكه آندوپلاسمي ساخته مي‌شوند. درواقع اين پروتئين‌ها پيش از آنكه به محل عمل اصلي خود برسند بايد از غشاء شبكه آندوپلاسمي عبور كنند. ساخت پروتئين‌هاي ترشحي در پروكاريوت‌ها بر روي ريبوزوم‌هاي متصل بر روي غشاي پلاسمايي صورت مي‌گيرد. در اينجا وضعيت ساخت اين پروتئين‌ها توضيح داده مي‌شود. پروتئين‌هاي ساخته شده بر روي شبكه آندوپلاسمي به صورت پيش ساز بوده و قبل از شكل گيري نهايي، پردازش مي‌شوند. پروتئين‌هاي ترشحي در انتهاي آميني يا در مجاورت انتهاي آميني خود حاوي يك توالي اسيدهاي آمينه هيدروفوب هستند كه به نام «پپتيد علامتي» (Signal peptide) ناميده مي‌شود. با وجودي كه پپتيد علامتي پروتئين‌هاي مختلفيكسان نيست ولي  شناسايي آنها به طور معيني صورت مي گيرد. مراحل شناسايي پپتيد علامتي و هدايت سنتز پروتئين از سيتوزول به شبكة آندوپلاسمي به شرح ذيل است:

1- شناسايي توالي علامتي به وسيلة ذره شناساگر علامت يا :(Signal Recognition Particle) SRP در مراحل اوليه بيوسنتز پروتئين، 30-15 اسيد آمينه پپتيد علامتي كه از ريبوزوم خارج شد اين پپتيد به SRP موجود در سيتوزول وصل مي‌شود. SRP كمپلكسي از 6 نوع پروتئين مختلف و يك نوع RNA كوچك با ضريب ته نشنيني S 5 است. با اتصال پپتيد علامتي به SRP بيوسنتز پروتئين به طور موقت متوقف مي‌شود و امكان اتصال ريبوزوم به شبكه آندوپلاسمي ايجاد مي‌شود.

2– اتصال كمپلكس پپتيد علامتي –SRP– ريبوزوم به شبكه آندوپلاسمي و ادامه يافتن سنتز پروتئين در داخل لومن شبكه آندوپلاسمي:

با تشكيل كمپلكس پپتيد علامتي –SRP – ريبوزوم و توقف عمل ترجمه، اين كمپلكس به رسپتور SRP كه به پروتئين لنگري (Docking Protein) نيز معروف است و در سطح سيتوزولي غشاء واقع شده، متصل مي‌شود. به دنبال اين اتصال، ريبوزوم به رسپتور ريبوزومي واقع در غشاء شبكه آندوپلاسمي كه تحت عنوان «ترانس لوكون» (Translocon) ناميده مي‌شود، انتقال مي‌يابد. از سوي ديگر SRP آزاد شده و مي‌تواند مجددا به ريبوزوم ديگري متصل شود و آنها را به طرف شبكه آندوپلاسمي بياورد. با اتصال ريبوزوم به رسپتور مربوط در روي شبكه آندوپلاسمي، بيوسنتز پروتئين از سر گرفته مي‌شود. در اين حالت، پپتيد علامتي از طريق كانالي كه توسط پروتئين ترانس لوكون ايجاد شده است، به داخل شبكه آندوپلاسمي وارد مي‌شود.

در مرحله بعد، آنزيم سيگنال پپتيداز (Signal Peptidase) كه يك پروتئين انتگرال غشايي است و در سطح لومني شبكه آندوپلاسمي قرار دارد، پپتيد علامتي را جدا مي‌كند و بقيه پروتئين در حال ساخت به تدريج به داخل شبكه آندوپلاسمي وارد مي‌شود. در نهايت در شبكه آندوپلاسمي و دستگاه گلژي پروتئين ساخته شده گليكوزيله مي‌شود. گليكوزيلاسيون از طريق  اتصال يك گروه اوليگوساكاريدي به وسيلة دوليكول فسفات موجود در سطح سيتوزولي غشاء آندوپلاسمي صورت مي گيرد. دوليكول فسفات در واقع به عنوان پذيرندة -N استيل گلوكز آمين عمل مي‌كند به تدريج گروه اوليگوساكاريدي بر روي آن تشكيل مي‌شود. سپس اوليگو ساكاريدي كه به اين ترتيب تشكيل مي‌شود، از روي دوليكول به روي ريشة آسپارژين پلي پپتيد منتقل مي‌شود. عمل گليكوزيلاسيون ممكن است. همزمان با ساخت پروتئين و يا بعد از اتمام ساخت آن صورت گيرد.

بيوسنتز پروتئين‌هاي سرتاسري يا انتگرال (Integral) غشايي

بيوسنتز اين نوع پروتئينها مشابه بيوسنتز پروتئين‌هاي ترشحي بوده ولي به دليل وجود يك توالي هيدروفوب در پروتئين در حال ساخت كه به نام «توالي متوقف كننده» (Stop-transfer signal) ناميده مي‌شود، انتقال پروتئين از عرض غشاء متوقف مي‌شود و بدين ترتيب توالي فوق در عرض غشاء قرار مي‌گيرد. بعضي از پروتئين‌ها چندين بار از عرض غشاء عبور مي‌كنند. مكانيسم‌هاي اختصاصي مربوط به تعيين موقعيت قرار گرفتن صحيح پروتئين‌ها در غشاء خارج از حوصله اين بحث است.

مهار كننده‌هاي بيوسنتز پروتئين

آنتي بيوتيك هايي كه جنبه درماني دارند

1- استرپتومايسين

آمينوگليكوزيدي است كه اغلب براي درمان عفونت‌هاي قلبي به كار مي‌رود. اين آنتي بيوتيك مانع از اتصال فرميل متيونيل tRNA به جايگاه P كمپلكس آغازگر بيوسنتز پروتئين مي‌شود. اثر اين آنتي بيوتيك بر روي پروتئين S₁₂ از زير واحد S 30 ريبوزومي است. ضمن اينكه اين آنتي بيوتيك باعث اشتباه در قرائت توالي mRNA نيز مي‌شود.

2- تتراسايكلين

آنتي بيوتيك وسيع الطيفي است كه با اتصال به زير واحد S 30 ريبوزوم باكتريايي، مانع از اتصال آمينوآسيل tRNA به جايگاه A مي‌شود.

3- كلرامفنيكل

آنتي بيوتيك وسيع الطيفي است كه به زير واحد S 50 ريبوزومي متصل مي‌شود و موجب مهار واكنش پپتيديل ترانسفراز مي‌شود.

4- اريترومايسين

داراي خاصيت ضد باكتريايي است و با اتصال به زير واحد S 50 ريبوزومي، مانع از واكنش ترانس لوكاسيون مي‌شود.

آنتي بيوتيك‌هايي كه جنبه تحقيقاتي دارند:

آنتي بيوتيك هايي هستند كه جنبه درماني ندارند ولي در كارهاي تحقيقاتي براي مهار بيوسنتز پروتئين به كار مي‌روند.

1- سيكلوهگزيميد (Cycloheximide)

با اتصال به زير واحد S 40 ريبوزومي مانع از واكنش پپتيديل ترانسفراز مي‌شود.

2- پورومايسين (Puromycin)

اين آنتي بيوتيك به دليل شباهت با tRNA حامل تيروزين مانع قرار گرفتن tRNA در جايگاه A مي‌شود. به عبارت ديگر با قرار گرفتن اين آنتي بيوتيك در جايگاه A، آنزيم پپتيديل ترانسفراز، گروه آمين اين آنتي بيوتيك را به گروه كربوكسيل پپتيديل tRNA موجود در جايگاه P وصل مي‌كند و همين امر باعث ختم زودرس بيوسنتز پروتئين مي‌شود.

محقق : عاطفه ترابی ، مامایی 87

ساختمان شیمیایی و فضایی RNA

RNA ، مخفف اسید ریبونوکلئیک است که یکی از انواع اسید های نوکلئیک میباشد. در داخل سلول ها انواع مختلف ) RNAصرفنظر از انواعی که دارای ساختار های خاص هستند)، بر خلاف  DNA که ساختمان مار پیچ دو رشته ای دارد ، معمولا یک رشته ای ، تقریبا صاف، بدون تا خوردگی و به صورت کلاف است. علت اصلی عدم تشکیل مارپیچ دو رشته ای RNA ،مزاحمت فضایی گروه  OHمتصل به کربن شماره 2-قند ریبوز است،که مانع پیچش لازم میشود.زیرا گروه OH به طرف داخل محور مارپیچ قرار میگیرد و مانع تشکیل فرم پایدار میشود. بنا بر این حتی در مقابل  DNAالگو که دقیقا مکمل RNA است،  RNAنمیتواند به شکل مارپیچ به ان متصل  شود.قند به کار رفته در RNA ریبوز است و در سلختمان آن باز های آلیA،U،C،G وجود دارد.( Uدر RNA و TدرDNA   وجود دارد.)

نقش بیوشیمیایی هر نوع RNA

انواع  RNAشامل : mRNA , rRNA , tRNA , hnRNA , snRNA , scRNA  میباشد.

mRNA:  mRNAها ،  RNAهای پیک هستند که به صورت تک رشته ای میباشند و وظیفه اصلی پروتئین سازی  را بر عهده دارند . زیرا دارای کد های ژنتیکی برای ساخت پروتئین هستند . و بعد از خروج از هسته به ریبوزوم ها متصل شده و در فرایند ترجمه،رشته پلی پپتید را میسازند.

RNA : rRNA ریبوزومی میباشند و اصلی ترین جزء تشکیل دهنده ریبوزوم ها هستند.نام ریبوزوم نیز از ریبو نوکلئیک اسید گرفته شده است.

tRNA: tRNA ها مولکول های RNA  کوچکی هستند که طول انها 75 تا 85 نوکلئوتید است.وظیفه انها انتقال اسید امینه ها به داخل جایگاه خاص ریبوزوم میباشد.به همین دلیل به انها  RNAناقل میگویند.در واقع عمل اصلی ترجمه در پروتئین سازی را  tRNAها بر عهده دارند، زیرا از یک طرف یک کد سه تایی روی  mRNAرا تشخیص میدهند و از طرف دیگر اسید امینه خاص مربوط به این کد سه تایی را حمل میکنند که به زنجیره پلی پپتید اضافه میشود.در داخل سلول های مختلف ، تعداد متفاوتی از  RNAیافت میشود ولی حداقل 20 خانواده از   tRNA ها وجود دارند که هر خانواده یک اسید امینه را حمل میکند.شکل کلی  tRNAبه صورت برگ شبدری میباشد.اتصال اسید امینه به tRNA به وسیله انزیم خاصی به نام امینو اسیل  tRNAسنتتاز انجام میشود

hnRNA: این نوع RNA  ها مخصوص سلول های یوکاریوتی هستند و در داخل هسته قرار دارند.در داخل هسته RNA ها به صورت رشته های حاوی نواحی کد کننده و غیر کد کننده ساخته میشوند.به نواحی کد کننده اگزون و به نواحی غیر کد کننده اینرون می گویند.به این نوع  RNAکه دارای نواحی اضافه است  hnRNA می گویند،که بعد از اتمام فرایند اصلاح،تبدیل به   mRNAمیشود.

snRNA:snRNA  ها قطعات کوچکی ازRNA  هستند که در داخل هسته قرار دارند و وظایف مختلفی را به انها نسبت می دهند.گروهی معتقدند که این RNA ها، همان پرایمر های شروع همانند سازی RNA در سلول هستند  و گروهی دیگر عمل دخالت در فرایند اصلاح  RNAرا به انها نسبت میدهند.گروهی نیز این قطعات را حاصل اینترون ها میدانند.

scRNA:  این نوع RNAها قطعات کوچکی ازRNA  هستند  که در سیتوپلاسم حضور دارند.عمل انها همانند snRNA ها مشخص نیست ولی گروهی از دانشمندان معتقدند scRNA ها به عنوان قسمتی از بعضی انزیم ها عمل می کنند .

مراحل سنتز انواع RNA

در یوکاریوت ها سه نوع انزیم  RNAپلی مراز وجود دارد.که هر کدام از این انزیم ها با انجام عمل رو نویسی از روی  DNAالگو RNA مورد نظر را می سازند.

mRNA: وظیفه اصلی سنتز mRNA بر عهده  RNAپلی مرازII  است.وظیفه این انزیم علاوه بر ساختن mRNA  سنتز تعداد کمی  RNAکوچک مانند  snRNA  نیز می باشد.

rRNA: وظیفه ساخت ان بر عهده  RNAپلی مراز  Iاست.

tRNA: وظیفه ساخت این نوع  RNAبر عهده  RNAپلی مراز   IIIمیباشد.

مراحل تجزیه RNA

همانطور که گفته شد، گروه  OHمتصل به کربن شماره 2-قند ریبوز، مانع پیچش   RNAمیشود،زیرا گروه          OHبه طرف داخل محور مارپیچ قرار میگیرد .همین خاصیت RNA باعث عدم پایداری ان در محیط قلیایی میشود،به طوریکه  RNAدر محیط قلیایی به مونونوکلئوتید ها میشود.در حالیکه  DNAدر محیط قلیایی فقط به صورت تک رشته در میاید و تجزیه نمیشود.

در مورد mRNA باید گفت که پایداری ان کم است به طوریکه گاهی پس از 2 دقیقه بوسیله RNase  ها تجزیه میشود.به همین دلیل استخراج ان مشکل است،گاهی هنوز ترجمه قسمت انتهایی ان تمام نشده که ابتدای ان تجزیه میشود.ولی در یوکاریوت ها با مکانیسم های خاص پایداری ان افزایش یافته است و گاهی به 10 ساعت هم میرسد..

rRNAها نسبت به mRNA ها پایدارترند.همچنین پروتئین های ریبوزومی نیز به انها متصل شده و پایداری انها را بیشتر میکنند و همیینطور باعث عدم تجزیه انها در مقابل RNase  ها میشوند.

کنترل نسخه برداری

غالبا تنظیم بیان ژن در یوکاریوت ها ، هنگام رونویسی است.در یوکاریوت ها، بر خلاف پروکاریوت ها ،انزیم RNA  پلی مراز به تنهایی نمیتواند راه انداز را شناسایی کند.شناسایی راه انداز به کمک پروتئین های مخصوصی به نام عوامل رونویسی صورت میگیرد.عوامل رونویسی متعددند و ترکیب های مختلفی از آنها ایجاد میشود.این ترکیب ها ، نقش های مختلفی را در تنظیم بیان ژن دارند.

گروهی از عوامل رونویسی به راه انداز متصل میشوند و بعد آنزیم  RNA پلیمراز به آنها می پیوندد.در یوکاریوت ها علاوه بر راه انداز معمولا توالی های دیگری ازDNA نیز در رونویسی دخالت دارد که عوامل رونویسی به آنها نیز متصل می شوند.افزاینده بخشی از مولکول DNA است که به کمک عوامل رونویسی متصل به آن،عمل رونویسی را تقویت میکند.افزاینده بر خلاف راه انداز ، ممکن است هزاران نوکلئوتید از ژن فاصل داشته باشد.در این صورت این پرسش مطرح میشود که افزاینده چگونه اثر خود را بر ژن اعمال میکند؟

افزاینده و عوامل رونویسی متصل به آن (موسوم به فعال کننده ) با تشکیل یک حلقه درDNA در کنار RNA پلی مراز و سایر عوامل رونویسی روی راه انداز قرار میگیرند.با قرار گرفتن کلیه این عوامل در کنار هم، عوامل رونویسی که به توالی افزاینده متصل هستند ، میتوانند عوامل رونویسی متصل به راه انداز را فعال کنند.

تنظیم بیان ژن که کار تحقیقی خانم سحر شمسی بوده است …

دستگاهی پیچیده شامل حدود 50 پروتئین منحصر به فرد وظیفة رونویسی دقیق و قابل تنظیم از ژن های یوکاریوتی را به عهده دارد . RNA پلیمراز (پلیمرازهای I,II,III به ترتیب برای ژن های دستة III, II ,I ) اطلاعات موجود در رشتةه الگوی DNA را به صورت TNA رونویسی می کنند . برای شروع کردن رونویسی از محل صحیح ، این پلیمرازها باید محل خاصی را در پروموتر شناسایی کنند . RNA پلیمرازعای یوکاریوتی بر خلاف یورکایوت ها ، به تنهایی ، ناتوان از تشخیص توالی های پیشبرد از سایر مناطق DNA هستند  ، بنابراین پروتئین های دیگر وجود دارند که متصل شده این آنزیم به پروموتر خاص و همچنین تشکیل پیش از شروع را تسهیل می کنند . گروه دیگری از پروتئین ها به نام کمک فعال گرها با تعامل با فعال کننده های رونویسی که به عناصر بالادست DNA اتصال می یابند ، به تنظیم سرعت آغاز رونویسی کمک می کنند .

برخلاف تصورات ابتدایی که TFIID را یک پروتئین واحد فرض می کردند ، شواهد مهم ، منجر به این کشف مهم شدند که TFIID در حقیق کمپلکس متشکل از TBP و هشت TAF است . TAF ها برای این رونویسی تقویت شده با فعال گرها ضروریند . هنوز مشخص نیست که آیا یک شکل TFIID وجود دارد یا چند شکل که در آنها مجموعة TAF های همراه با TBP فوق دارد . این موضوع قابل قبول به پیشبردهای گوناگون متصل شوند، شواهد و بررسی اخیر هم این نکته را تأیید می کنند که این امر ممکن است عامل فعال شدن انتخابی میشهود در پروموترهای مختلف قدرت متفاوت پروموترهای معین باشد . اغلب TAF ها را کمک فعالگر می نامند چون اثر فعالگرها نیاز دارند بنابراین سه گروه فاکتور رونویسی در تنظیم ژن های دستة II نقش دارند : فاکتورهای پایه ، کمک فعال گرها ، فعال گرها سرکوبگر سوالی که اهمیت کلیدی دارد این است که گروه های پروتئینی مذکور برای کنترل محل رونویسی ، چگونه تعامل می کنند .

مناطق کد کنندة DNA که رونوشت آنها در نهایت به شکل یک مولکول واحد mRNA در سیتوپلاسم ظاهر می شود . معمولاً در ژنوم یوکاریوت ها به وسیله توالی هایی از DNA غیر کد کننده کسسته شده اند . بنابراین رونوشت اولیه یا HnRNA شامل توالی هایی از RNA است که باید طی فرایند (پردازشmRNA) برداشته شوند . در جریان این فرایند ، مناطق کدکننده مناسب ، به هم می چسبند و mRNA بالغ را می سازند . به انی توالی ها یا اینترون گفته می شود . حداقل یک اینترون در اکثر توالی های مرتبط با mRNA ها در ژنوم ( و در نتیجه در رونوشت اولیه) وجود دارد . اینترون ها در بیشتر موارد بسیار طولانی تر از مناطق پیوستة کد کننده (اگزون ها) هستند .

اوپرون لاکتوز شامل سه ژن ساختاری کنار هم است . ژن LacZ رمز کنندة گالاکتوزیداز است . گالاکتوزیداز مشتمل بر چهار زیر واحد یکسان است که هر کدام حاوی 1021 اسید آمینه می باشند . ژن LacY پرمه از را رمز می کند که پروتئینی با 275 اسید آمینه بوده و در غشای سلول در انتقال قندها از جمله لاکتوز از خلال غشاء شرکت می کند . ژن LacA ، گالاکتوزید ترانس استیلاز را رمز می کند که آنزیمی 275 اسید آمینه بوده و یک گروه استیل را از استیل CoA به گالاکتوزید منتقل می کند . از بین سه پروتئین فوق ، تنها گالاکتوزیداز در یک مسیر متابلویکی شناخته شده شرکت می کند . پرمه از به لاکتوز کمک می کند تا از عرض غشای سلولی عبور می کند . ترانس استیلاز ممکن است با سم زدایی و واکنش های دفع آنالوک های غیر متابلولیکی گالاکتوزیدها در ارتباط باشد .

اوپرون تریپتوفان شامل پنج ژن ساختمانی است که رمزکننده این سه آنزیم می باشند (2 ژن مسئول دو زیر واحد مختلف از یکی از آنزیم ها هستند) . در قسمت بالا دست این مجموعه ژنی ، پروموتری وجود دارد که رونویسی را آغاز کرده و یک اوئپراتوری نیز وجود دارد که یک پروتئین رپرسور را با یک ژن جداگانه trpR رمز می نماید . رونویسی از اپرون لاکتوز معمولاً در حالت خاموش است (یا مهار شده است) ، مگر این که با یک مولکول فعال کننده کوچک القاء شود . از سویی دیگر اوپرون تریپتوفان همواره فعال بوده و یا مهار از روی آن برداشته شده است ، مگر این که با مولکول کوچکی به نام کمک سد کننده مهار گردد . این مهار کننده درمورد اوپرون تریپتوفان ،خود اسید آمینه تریپتوفان است .

بیوسنتز تریپتوفان هم با میزان ساخت و هم با فعال شدن آنزیم های کاتالیز کننده مسیر تنظیم می شوند . برای مثال آنترانیلات سنتتاز که نخستین مرحله این مسیر را کاتالیز می کند ، شامل دو زیر واحد رمز شده به وسیله ژن های trpE , trpD بوده و فعالیت آنزیمی آن با مهار پس نورد تنظیم می گردد . این یک مسیر کوتاه از تنظیم نخستین مرحله در یک راه متابولیکی است . پریتوفان می تواند به یک جایگاه آلوستریکی روی آنترانیلات سنتتاز متصل گشته و فعالیت آنزیمی آن را مهار کند. بنابراین همان طور که غلظت تریپتوفان افزایش مییابد ، آنترانیلات سنتتاز را مهار می کند و هم چنین تریپتوفان یک کمک سد کننده است و رونویسی اوپرون تریپتوفان را خاموش می کند . مهار پس نورد ، یک روش کنترلی کوتاه مدت با یک اثر فوری بر روی راه متابلولیکی است ، در حالی که بازدارندگی در زمانی طولانی تر رخ می دهد ، اما اثر بیشتری بر روی مهار رونویسی دارد .

منبع تحقیق :

بیوشیمی دولین – مولف : توماس دولین   – مترجم  : جواد محمد نژاد و رویا شریفی – ویرایش ششم – نوبت چاپ : 1387

و خلاصه ی رونویسی کاری از آقای محمد سعید سعیدی

سلول­های پروکاریوت فقط یک نوع RNA پلیمراز دارند. (RNA پلیمراز پروکاریوتی، پروتئینی است؛ که تمام مراحل فرایند رونویسی را انجام می­دهد.)

سلولهای یوکاریوتی دارای سه نوع RNA پلیمراز هستند:

RNA پلیمراز I: رونویسی از ژن­های rRNA

RNA پلیمراز II: رونویسی از پیش ساز­های mRNA و برخی RNA های کوچک

RNA پلیمراز III: رونویسی از ژن­های tRNA و نیز بعضی دیگر از RNA های کوچک

مراحل فرایند رونویسی

بر اثر فرآیند رونویسی mRNA ساخته می­شود مهم است بدانید که: تمام DNA رونویسی نمی­­گردد و فقط بعضی از قسمتهای DNA رونویسی می­گردد( قطعاتی از DNA که به صورت mRNA رونویسی می­گردند ژن نام دارند.) فرآیند رونویسی در سلول­های یوکاریوت کمی پیچیده­تر از سلول­های پروکاریوتی است. تنها یکی از دو زنجیره DNA رونویسی می­گردد( ولی همیشه همان زنجیره DNA رونویسی نمی­گردد. به طوری که برای بعضی از ژن­ها یک زنجیره و برای ژن­های دیگر زنجیره دیگر، رونویسی می­گردد.

پروموتر:

قسمتی از ژن یا مولکول DNA (بخشی تنظیمی ژن) است که امکان آغاز صحیح رونویسی را به RNA پلی مراز می دهد.

محل راه انداز: درست در قبل از محلی قرار گرفته که رونویسی از آنجا آغاز می گردد. (در نزدیکی آغاز رونویسی)

جایگاه آغاز رونویسی: اولین نوکلئوتیدی که از DNA رونویسی میگردد. (طبق قرارداد آن را با 1+ نشان میدهند.)

نکته:

هنگامیکه RNA پلی مراز با ناحیه راه انداز بر هم کنش اختصاصی و محکمی برقرار می کند، DNA دو رشته ای را در این محل از هم باز می کند، که اصطلاحا این ساختمان را حباب رونویسی میگویند.

مرحله طویل شدن زنجیره­ی RNA :

• آنزیم RNA­پلی مراز روی مولکول DNA (روی یکی از رشته های DNA ) حرکت می کند.
• آنزیم RNA پلی مراز در مقابل هر یک از دئوکسی ریبونوکلئوتیدهای  DNA ، ریبونوکلئوتیدهای RNA مکمل را قرار می دهد.
• آنزیم RNA پلی مراز هر ریبونوکلئوتید جدید را به ریبونوکلئوتید قبلی متصل می کند. (پیوند فسفودی­استر)

نکته:

در فرایند رونویسی قواعد جفت شدن رعایت میشود و فقط یک تفاوت وجود دارد:

در مقابل دئوکسی ریبونوکلئوتید آدنین دار (A) در DNA ریبونوکلئوتید اوراسیل­دار (U) در  RNA قرار میگیرد.

مرحله پایان رونویسی:

• آنزیم RNA پلی مراز از جایگاه پایان رونویسی عبور کرده و از آنجا رونویسی می کند.
• جدا شدن RNA پلی مراز، DNA و mRNA تازه ساخته شده از یکدیگر.
• آزاد شدن mRNA برای مرحله ترجمه.

مقایسه فرآیندهای رونویسی و همانندسازی:

شباهت:

در هر دو مکانیسم از دئوکسی ریبونوکلئوتیدهای DNA به عنوان الگو برای ساخت مولکول جدید استفاده می شود.

تفاوتها:

1-   در همانندسازی DNA ساخته میشود ولی در رونویسی RNA ساخته می شود.

2-   در همانندسازی هر دو رشته DNA به عنوان الگو مورد استفاده قرار می گیرد ولی در رونویسی فقط یکی از رشته های DNA الگو قرار می گیرد.

3-   در رونویسی همزمان تعداد زیادی RNA از روی DNA ساخته میشود.

خلاصه مطلب به شرح زیر است :

آنزیمهای پلیمراز

آنزیمهایی هستند که پلیمر شدن زنجیره‌های پلی‌نوکلئوتیدی را کاتالیز می‌کنند. تا کنون سه نوع آنزیم پلیمراز به نامهای Ι و ΙΙ و ΙΙΙ جداسازی و مشخصات آنها ارائه شده‌اند. از بین آنها آنزیم پلیمراز ΙΙΙ نقش اصلی را در سنتز DNA دارد. از خصوصیات مهم آن ، این است که منحصرا نوکلئوتیدها را در جهت ‘5 به ‘3 بهم متصل می‌کنند و در جهت عکس نمی‌تواند عمل کند. آنزیم پلیمراز ΙΙ نیز در مرحله‌ای از سنتز DNA وارد شده و سنتز را در جهت ‘3 به ‘5 پیش می‌برد. و آنزیم پلیمراز I عمل ترمیم همانند سازی را انجام می‌دهد.

آنزیم هلیکاز

این آنزیم به مولکول DNA دو رشته‌ای متصل شده و با عمل خود موجب باز شدن دو رشته از یکدیگر می‌شود.

آنزیم لیگاز

در مرحله‌ای از سنتز DNA وارد عمل شده و دو رشته DNA را بهم پیوند می‌دهد.

آنزیم پریماز

آنزیمی است که در ساختن قطعه کوچک RNA پرایمر ، هنگام همانند سازی وارد عمل شده و نوکلئوتیدهایی از نوع اسید ریبونوکلئوتید را به یکدیگر متصل می‌کند. تعدادی پروتئینهای ویژه وجود دارند که پس از باز شدن دو رشته DNA از یکدیگر به محلهای باز شده متصل شده و مانع اتصال مجدد دو رشته به یکدیگر می‌شوند.

آنزیم های خاصی باعث ایجاد ((شکافهایی))در یکی از مارپیچ مضاعف باز شده می شود و به این ترتیب امکان ادامه یافتن روند باز شدن مارپیچ فراهم می گردد. آنزیم های باز کننده شکافها DNA  توپوایزومراز نامیده می شود.

کمپلکس DNA پلیمراز

تعدادی از مولکول های مختلف dna پلیمراز در همانند سازی شرکت دارند.این مولکول ها سه خاصیت مشترک دارند

-طویل شدن زنجیره

-پیشرفت

-تصحیح

پلیمراز 2 بیشتر با تصحیح و ترمیم ارتباط دارد . پلیمراز 1 سنتز زنجیره را بین قطعات اکازاکی واقع بر رشته دنباله رو دنبال می کند

مناطق غیر طبیعی DNA چه بر اثر خطا در نسخه برداری و چه بر آسیب DNA طی سه مکانیسم جایگزین می شوند

– ترمیم بد

– ترمیم با خارج کردن باز

– ترمیم با خارج کردن نوکلئوتید

محقق : ثریا مظفری-علوم آزمایشگاهی

RNA صرف نظر از انواعي که دارد داراي ساختمان خاصي است . برخلاف DNA که ساختمان مارپيچي دو رشته اي دارد  RNA معمولا يک رشته اي و تقريبا صاف و بدون تاخوردگي است . علت اصلي عدم تشکيل مارپيچ دو رشته اي RNA مزاحمت فضايي گروه OH متصل به کربن شماره 2- قند ريبوز است که مانع پيچش لازم مي شود . زيرا گروه OH- به طرف داخل محور مارپيچ قرار مي گيرد و مانع ايجاد فرم پايدار مي گردد . بنابراين حتي در مقابل DNA الگو که دقيقا مکمل RNA است ، RNA نمي تواند به شکل مارپيچي به آن متصل شود . همين خاصيت RNA باعث عدم پايداري آن در محيط قليايي مي شود به طوري کهدر محیط قليايي RNA به مونوکلئو تيد ها تجزيه مي شوند . در حالي که DNA در محيط قليايي فقط به صورت تک رشته اي در مي آيد ولي تجزيه نمي شود .

انواع RNA :

m RNA . به صورت تک رشته اي است . وظيفه اصلي پروتئين سازي را بر عهده دارد و حاوي کد هاي ژنتيکي براي ساخت پروتئين مي باشد . پايداري آن کم است به طوريکه گاهي پس از 20 دقيقه به وسيله ي RNase تجزيه مي شود و به همين دليل استخراج m RNA  مشکل است . گاهي هنوز ترجمه ي قسمت انتهايي m RNA تمام نشده است که ابتدايm RNA تجزيه مي شود . ولي در يوکاريوتها با مکانیسم هاي خاصي پايداري m RNAافزايش يافته است . به طوريکه گاهي پايداري m RNA در سلول يوکاريوت به 10 ساعت مي رسد .

r RNA : r RNA اصلي ترين اجزا تشکيل دهنده ي ريبوزوم ها مي باشند و نام ريبوزوم نيز از ريبونوکلئيک اسيد گرفته شده است .

RNA هاي ريبوزومي نسبت به m RNA ها پايدار ترند زيرا داراي قسمت هاي مکمل داخلي مي باشند و در داخل سلول به صورت کلاف در مي آيند . هم چنين پروتئين هاي ريبوزومي نيز به آنها متصل مي شوند و باعث پايداري و عدم تجزيه r RNA ها در مقابل RNase مي شوند . r RNA پروکاريوتي شامل s16 – s23- s5- r RNA هاي يوکاريوتي شامل s18 – s28 –s5 – s8/5 مي باشند .

t RNA : t RNAها مولکولهاي RNA کوچک به طول 75 تا 85 نوکلئو تيد هستند که وظيفه آنها انتقال اسيد آمينه به داخل جايگاه خاص ريبوزوم مي باشد . درواقع عمل اصلي ترجمه در پروتئين سازي را t RNA به عهده دارد . زيرا از يک طرف يک کد سه تايي روي m RNA را تشخيص مي دهد و ازطرف ديگر نيز اسيد آمينه خاص مربوط به اين کد سه تايي راحمل مي کند که به زنجيره ي پلي پپتيدي اضافه مي شود . در داخل سلول هاي مختلف تعداد متفاوتي از t RNA يافت می شود . ولي حداقل 20 خانواده از t RNA ها وجود دارد که هر خانواده يک اسيد آمينه را حمل مي کند . شکل دهي t RNA به صورت برگ شبدر مي باشد . اتصال اسيد آمينه به t RNA به وسيله ي آنزيم خاصي به نام آمينو اسيل – t RNA سنتتاز انجام مي شود .

hn RNA: ( heterogeneous nuclear RNA) اين نوع RNA مخصوص سلولهاي يو کاريوت مي باشد که در آنها مواد ژنتيکي در داخل هسته قرار دارند . در داخل هسته RNA در ابتدا به صورت رشته هاي حاوي نواحي کد کننده و غير کننده ساخته مي شود . به نواحي کد کننده اگزون و به نواحي غير کد کننده اينترون گفته مي شود . اين RNA براي تبديل شدن به m RNA بايد فرآيند هاي خاصي را پشت سر بگذارد و قسمت هاي اينترون آن حذف شود . به اين RNA حاوي نواحي اضافي hn RNA گفته مي شود  که پس از اتمام فرآيند اصلاح تبديل به mr RNA مي شود .

sn RNA : ( small nuclear RNA) sn RNA قطعات کوچک RNA هستند که در داخل هسته وجود دارند و وظايف مختلفي را برعهده دارند و گروهي معتقدند که اين RNA ها همان پرايمرهاي شروع همانند سازي DNA در سلول ها هستند و گروهي ديگر عمل دخالت در فرآيند اصلاح RNA را به آنها نسبت مي دهند . گروهي نيز اين قطعات را حاصل از اينترون ها مي دانند .

Sc RNA ( small cytoplasmic RNA) . sc RNA ها قطعات کوچک RNA موجود در سيتو پلاسم مي باشند که مانند sn RNA عمل اصلي آنها هنوز مشخص نيست ولي گروهي از دانشمندان معتقدند که sc RNA به عنوان قسمتي از بعضي آنزيم ها عمل مي کنند.

محقق : عاطفه ترابی-مامایی

RNA ، مخفف اسید ریبونوکلئیک است که یکی از انواع اسید های نوکلئیک میباشد. بر خلاف  DNA که ساختمان مار پیچ دو رشته ای دارد ، RNA معمولا یک رشته ای ، تقریبا صاف، بدون تا خوردگی و به صورت کلاف است. علت اصلی عدم تشکیل مارپیچ دو رشته ای RNA ،مزاحمت فضایی گروه  OHمتصل به کربن شماره 2-قند ریبوز است،که مانع پیچش لازم میشود.زیرا گروه OH به طرف داخل محور مارپیچ قرار میگیرد و مانع تشکیل فرم پایدار میشود. بنا بر این حتی در مقابل  DNAالگو که دقیقا مکمل RNA است،  RNAنمیتواند به شکل مارپیچ به ان متصل  شود.قند به کار رفته در RNA ریبوز است و در سلختمان آن باز های آلیA،U،C،G وجود دارد.( Uدر RNA و TدرDNA   وجود دارد.)

نقش بیوشیمیایی هر نوع RNA

انواع  RNAشامل : mRNA , rRNA , tRNA , hnRNA , snRNA , scRNA  میباشد.

mRNA:  mRNAها ،  RNAهای پیک هستند که به صورت تک رشته ای میباشند و وظیفه اصلی پروتئین سازی  را بر عهده دارند . زیرا دارای کد های ژنتیکی برای ساخت پروتئین هستند . و بعد از خروج از هسته به ریبوزوم ها متصل شده و در فرایند ترجمه،رشته پلی پپتید را میسازند.

RNA : rRNA ریبوزومی میباشند و اصلی ترین جزء تشکیل دهنده ریبوزوم ها هستند.نام ریبوزوم نیز از ریبو نوکلئیک اسید گرفته شده است.

tRNA: tRNA ها مولکول های RNA  کوچکی هستند که طول انها 75 تا 85 نوکلئوتید است.وظیفه انها انتقال اسید امینه ها به داخل جایگاه خاص ریبوزوم میباشد.به همین دلیل به انها  RNAناقل میگویند.در واقع عمل اصلی ترجمه در پروتئین سازی را  tRNAها بر عهده دارند، زیرا از یک طرف یک کد سه تایی روی  mRNAرا تشخیص میدهند و از طرف دیگر اسید امینه خاص مربوط به این کد سه تایی را حمل میکنند که به زنجیره پلی پپتید اضافه میشود.در داخل سلول های مختلف ، تعداد متفاوتی از  RNAیافت میشود ولی حداقل 20 خانواده از   tRNA ها وجود دارند که هر خانواده یک اسید امینه را حمل میکند.شکل کلی  tRNAبه صورت برگ شبدری میباشد.اتصال اسید امینه به tRNA به وسیله انزیم خاصی به نام امینو اسیل  tRNAسنتتاز انجام میشود

hnRNA: این نوع RNA  ها مخصوص سلول های یوکاریوتی هستند و در داخل هسته قرار دارند.در داخل هسته RNA ها به صورت رشته های حاوی نواحی کد کننده و غیر کد کننده ساخته میشوند.به نواحی کد کننده اگزون و به نواحی غیر کد کننده اینرون می گویند.به این نوع  RNAکه دارای نواحی اضافه است  hnRNA می گویند،که بعد از اتمام فرایند اصلاح،تبدیل به   mRNAمیشود.

snRNA:snRNA  ها قطعات کوچکی ازRNA  هستند که در داخل هسته قرار دارند و وظایف مختلفی را به انها نسبت می دهند.گروهی معتقدند که این RNA ها، همان پرایمر های شروع همانند سازی RNA در سلول هستند  و گروهی دیگر عمل دخالت در فرایند اصلاح  RNAرا به انها نسبت میدهند.گروهی نیز این قطعات را حاصل اینترون ها میدانند.

scRNA:  این نوع RNAها قطعات کوچکی ازRNA  هستند  که در سیتوپلاسم حضور دارند.عمل انها همانند snRNA ها مشخص نیست ولی گروهی از دانشمندان معتقدند scRNA ها به عنوان قسمتی از بعضی انزیم ها عمل می کنند .

مراحل سنتز انواع RNA

در یوکاریوت ها سه نوع انزیم  RNAپلی مراز وجود دارد.که هر کدام از این انزیم ها با انجام عمل رو نویسی از روی  DNAالگو RNA مورد نظر را می سازند.

mRNA: وظیفه اصلی سنتز mRNA بر عهده  RNAپلی مرازII  است.وظیفه این انزیم علاوه بر ساختن mRNA  سنتز تعداد کمی  RNAکوچک مانند  snRNA  نیز می باشد.

rRNA: وظیفه ساخت ان بر عهده  RNAپلی مراز  Iاست.

tRNA: وظیفه ساخت این نوع  RNAبر عهده  RNAپلی مراز   IIIمیباشد.

مراحل تجزیه RNA

همانطور که گفته شد، گروه  OHمتصل به کربن شماره 2-قند ریبوز، مانع پیچش   RNAمیشود،زیرا گروه          OHبه طرف داخل محور مارپیچ قرار میگیرد .همین خاصیت RNA باعث عدم پایداری ان در محیط قلیایی میشود،به طوریکه  RNAدر محیط قلیایی به مونونوکلئوتید ها میشود.در حالیکه  DNAدر محیط قلیایی فقط به صورت تک رشته در میاید و تجزیه نمیشود.

در مورد mRNA باید گفت که پایداری ان کم است به طوریکه گاهی پس از 2 دقیقه بوسیله RNase  ها تجزیه میشود.به همین دلیل استخراج ان مشکل است،گاهی هنوز ترجمه قسمت انتهایی ان تمام نشده که ابتدای ان تجزیه میشود.ولی در یوکاریوت ها با مکانیسم های خاص پایداری ان افزایش یافته است و گاهی به 10 ساعت هم میرسد..

rRNAها نسبت به mRNA ها پایدارترند.همچنین پروتئین های ریبوزومی نیز به انها متصل شده و پایداری انها را بیشتر میکنند و همیینطور باعث عدم تجزیه انها در مقابل RNase  ها میشوند.

کنترل نسخه برداری

غالبا تنظیم بیان ژن در یوکاریوت ها ، هنگام رونویسی است.در یوکاریوت ها، بر خلاف پروکاریوت ها ،انزیم RNA  پلی مراز به تنهایی نمیتواند راه انداز را شناسایی کند.شناسایی راه انداز به کمک پروتئین های مخصوصی به نام عوامل رونویسی صورت میگیرد.عوامل رونویسی متعددند و ترکیب های مختلفی از آنها ایجاد میشود.این ترکیب ها ، نقش های مختلفی را در تنظیم بیان ژن دارند.

گروهی از عوامل رونویسی به راه انداز متصل میشوند و بعد آنزیم  RNA پلیمراز به آنها می پیوندد.در یوکاریوت ها علاوه بر راه انداز معمولا توالی های دیگری ازDNA نیز در رونویسی دخالت دارد که عوامل رونویسی به آنها نیز متصل می شوند.افزاینده بخشی از مولکول DNA است که به کمک عوامل رونویسی متصل به آن،عمل رونویسی را تقویت میکند.افزاینده بر خلاف راه انداز ، ممکن است هزاران نوکلئوتید از ژن فاصل داشته باشد.در این صورت این پرسش مطرح میشود که افزاینده چگونه اثر خود را بر ژن اعمال میکند؟

افزاینده و عوامل رونویسی متصل به آن (موسوم به فعال کننده ) با تشکیل یک حلقه درDNA در کنار RNA پلی مراز و سایر عوامل رونویسی روی راه انداز قرار میگیرند.با قرار گرفتن کلیه این عوامل در کنار هم، عوامل رونویسی که به توالی افزاینده متصل هستند ، میتوانند عوامل رونویسی متصل به راه انداز را فعال کنند.