معلومة

كيف يتحرك الريبوسوم على طول الرنا المرسال؟

كيف يتحرك الريبوسوم على طول الرنا المرسال؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد كنت أقرأ في ويكيبيديا مؤخرًا أحاول معرفة المزيد عن مختلف الآليات الحيوية. أنا مفتون بالريبوسومات - نظرًا لصغر حجمها ، فهي في الأساس آلات كيميائية مما يمكنني قوله. لدي فكرة عامة عن ماذا او ما يفعلون ذلك ، وهو موضح بشكل جيد في GIF الشائع الفائق أدناه:

سؤالي هو كيف يحدث هذا على نطاق جزيئي / كيميائي. حتى في GIF ، فإن الطريقة التي يتم بها تغذية الرنا المرسال ميكانيكيًا من خلال الريبوسوم في الأوقات المناسبة بالضبط تبدو متعمدة للغاية ، ولا يمكنني تخيل عملية كيميائية تقوم بذلك بشكل جيد. يبدو أننا نعرف البروتين الدقيق من خلال بنية البروتين لأنواع قليلة من الريبوسوم ؛ على هذا النحو ، أفترض بسذاجة أنه يمكننا تحديد لماذا وكيف يفعل كل شيء بالضبط. أنا متأكد من أنه ليس سؤالًا بسيطًا - إذا لم يكن حقًا قابلاً للإجابة في سؤال هذا الموقع ، فأعتقد أن سؤالي يصبح أين يجب أن أقرأ لتعلم ذلك.


تنصل

ليس من الواضح بالنسبة لي أن طلبات المراجع تتعلق بالموضوع هنا. بشكل عام ، لا أعتقد ذلك ، لأنها ذاتية وليست متعلقة بالبيولوجيا في حد ذاته. لذلك أنا لا ألتمس التصويت أو الموافقة على هذه الإجابة. كنت سأستخدم منطقة التعليق لتقديم المراجع ، ولكن لا توجد مساحة كافية حقًا ، لذلك قررت أن أجسدها في ما يلي.

المنظور العام للاستطالة في تخليق البروتين

الشاغل الرئيسي للسؤال هو حركة mRNA أثناء الترجمة ، لذلك سأركز على الاستطالة (بدلاً من البدء). تعتمد معظم معرفتنا التفصيلية عن الريبوسوم على "آراء" ثابتة للريبوسوم في مراحل مختلفة ، على الرغم من وجود ورقة (تمت مراجعتها في طبيعة سجية بواسطة Ehrenberg) التي تم فيها استنتاج الديناميات من ملايين الصور المجهرية الإلكترونية التي تم حلها عبر الزمن. أشك في ما إذا كان هذا هو ما تستند إليه الرسوم المتحركة في مقالة ويكيبيديا ، أم لا.

بعد مقدمة للموضوع من ويكيبيديا ، أوصي بشدة بالتخرج إلى كتاب نصي جيد. تتميز الكتب النصية عن ويكيبيديا بأنها شاملة ومتكاملة ومصورة بشكل احترافي ومرسلة من قبل الناشرين للمراجعة. بيرج وآخرون. من المحتمل أن تكون مفصلة كما ستجد في نص عام ، إصدار 2002 متاح على الإنترنت (مثل الآخرين مثل ألبرتس وآخرون. ولوديش وآخرون.) من خلال NCBI Bookshelf.

الشكل 29.24 من بيرج وآخرون. يوفر نظرة عامة ثابتة للاستطالة:

أنت بحاجة إلى النص المرتبط لفهم ذلك بشكل صحيح ، ولكن الخطوة التي يعتقد أن mRNA يتحرك فيها فيما يتعلق بالريبوسوم هي الخطوة قبل الأخيرة في الرسم التخطيطي: النقل.

لسوء الحظ ، لا يمكنك قراءة الكتب على NCBI Bookshelf فقط - عليك البحث عن مواضيع معينة. لكن الفصل 29 بيرج وآخرون. هو ما تحتاجه ، والروابط إلى الأقسام ذات الصلة هي:

كيف بالضبط يتحرك mRNA؟

يتم استنتاج تفاصيل الخطوات الفردية في تخليق البروتين من فحص الهياكل عالية الدقة للمجمعات في مراحل مختلفة. بالنسبة للطالب الذي يمكنه تجاوز الحسابات في الكتب المدرسية العامة ، ربما تكون مراجعة مثل تلك التي نشرها Schmeing و Ramakrishnan في عام 2009 هي منفذ الاتصال التالي. لكن ، حذار من الكيماويات العذارى ، هذه بيولوجيا هيكلية ، ولا توجد إجابة بسيطة يمكنك خربشتها على منديل المائدة!


يتحرك الريبوسوم: ميكانيكا الحمض النووي الريبي والانتقال

أثناء تخليق البروتين ، يجب نقل mRNA و tRNAs بسرعة عبر الريبوسوم مع الحفاظ على إطار القراءة متعدية. تقترن هذه العملية بإعادة ترتيب مطابقة كبيرة وصغيرة الحجم في الريبوسوم ، خاصة في الرنا الريباسي الخاص به. من المحتمل أن يتم استخدام الطاقة المجانية من تكوين رابطة الببتيد والتحلل المائي GTP لفرض الاتجاه على تلك الحركات. نقترح أن تقترن الطاقة الحرة بقطعتين ، هما tRNA و EF-G ، مما يمكّن آليتين من السقاطة من العمل بشكل منفصل ومتسلسل على الوحدتين الفرعيتين الريبوسوميتين.


احماض نووية

يوجد نوعان من الأحماض النووية في الطبيعة ، DNA و RNA. الأحماض النووية هي جزيئات كبيرة لأنها تتكون من سلاسل طويلة جدًا من الوحدات الفرعية المتكررة ، أو المونومرات ، والتي تسمى النيوكليوتيدات. تتكون النيوكليوتيدات نفسها من ثلاثة مكونات كيميائية مميزة: سكر مكون من خمسة كربون ، ومجموعة واحدة إلى ثلاث مجموعات فوسفاتية ، وواحدة من أربع قواعد غنية بالنيتروجين (نيتروجين).

في الحمض النووي ، مكون السكر هو ديوكسيريبوز، بينما هو موجود في RNA ريبوز. تختلف هذه السكريات فقط في أن الريبوز يحمل مجموعة هيدروكسيل (-OH) مرتبطة بكربون خارج الحلقة المكونة من خمسة أعضاء حيث يحمل الديوكسيريبوز ذرة هيدروجين فقط (-H).

القواعد النيتروجينية الأربعة المحتملة في الحمض النووي هي أدينين (A) ، سيتوزين (C) ، جوانين (G) و الثايمين (T). يحتوي RNA على الثلاثة الأولى ، لكنه يشمل اليوراسيل (يو) بدلا من الثايمين. الحمض النووي مزدوج الشريطة ، مع وجود خيطين مرتبطين في قواعدهما النيتروجينية. دائمًا ما يقترن A مع T و C دائمًا مع G. تشكل مجموعات السكر والفوسفات العمود الفقري لكل ما يسمى حبلا تكميلية. التكوين الناتج هو حلزون مزدوج ، تم اكتشاف شكله في الخمسينيات من القرن الماضي.

  • في DNA و RNA ، يحتوي كل نوكليوتيد على مجموعة فوسفات واحدة ، لكن النوكليوتيدات الحرة غالبًا ما تحتوي على مجموعتين (على سبيل المثال ، ADP ، أو ثنائي فوسفات الأدينوزين) أو ثلاثة (على سبيل المثال ، ATP ، أو ثلاثي فوسفات الأدينوزين).

وظائف الريبوسوم على الشبكة الإندوبلازمية

ما هو الاختلاف في البروتين المخصص للشبكة الإندوبلازمية الخشنة؟

[ملاحظة: يصف هذا القسم العمل الذي أدى إلى جائزة نوبل في الطب وعلم وظائف الأعضاء للدكتور غونتر بلوبيل. لمزيد من المعلومات حول عمل الدكتور بلوبيل والاكتشافات الرائدة ، انقر فوق: http://www.nobel.se/medicine/laureates/1999/]

الاختلاف الرئيسي هو حقيقة أنه يحتوي على تسلسل إشارة كاره للماء. يوضح هذا الكارتون المبسط أن هذا هو الجزء الأول من البروتين المنتج. بعد اكتمال تسلسل الإشارة ، يتم تثبيط تخليق البروتين بشكل أكبر. هذا للسماح بتفاعل تسلسل الإشارة مع معقد على الشبكة الإندوبلازمية الخشنة. في الرسم الكرتوني أعلاه ، لاحظ أنه يُسمح لببتيد الإشارة بالدخول وتوجيه البروتين بشكل أساسي إلى تجويف الشبكة الإندوبلازمية الخشنة. بمجرد اكتشاف تسلسل الإشارة ، يُستأنف تخليق البروتين ويتم إدخال باقي البروتين في اللومن. لاحظ أن إشارة الببتيداز بالقرب من السطح الداخلي للغشاء تعمل على قطع تسلسل الإشارة من الببتيد المتنامي.

قراءة النص لهذه المناقشة هي ألبرتس وآخرون ، البيولوجيا الجزيئية للخلية ، الطبعة الثالثة ، جارلاند للنشر ، 1994 ، ص 577-588 (الفصل 12) والصفحات 599-616.

]

المجمع في الواقع أكثر تعقيدًا مما سبق. يُظهر الرسم الكارتوني الموجود على اليسار عرضًا لربط تسلسل الإشارة والتفاعل. لاحظ أن تسلسل الإشارة يتم التعرف عليه بواسطة جسيم التعرف أو SRP. ثم يرتبط هذا بمستقبل. هذا المركب يوجه البروتين من خلال قناة مثل المنطقة. ويتكون أيضًا من موقع لرسو الريبوسوم.

يُظهر عرض كرتوني آخر لهذه العملية ببتيد مستقبل الإشارة (SRP) الذي يرتبط بالوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم التي تسمح بالارتباط بالمستقبل على الشبكة الإندوبلازمية الخشنة.

بعد تصنيع البروتين ، ينفصل الريبوسوم إلى وحدات فرعية كبيرة وصغيرة ويفقد SRP أيضًا ارتباطه بالمستقبل.

الدراسات الحالية لتفاعلات الريبوسوم مع ER:

أندريا نيوهوف ، م. رولز ، بي جونغنيكل ، كيه يو كالييس وتي إيه رابوبورت ، يعطي ربط جسيم التعرف على الإشارة لمجمعات الريبوسوم / السلسلة الوليدة ميزة تنافسية في تفاعل غشاء الشبكة الإندوبلازمية. البيولوجيا الجزيئية للخلية ، 9: 103-115. 1997

  • Ø البروتينات الموجهة لفرز RER تصنع تسلسل إشارة.
  • Ø مع استطالة تسلسل الإشارة ، يتم ربطه بجسيم التعرف على الإشارة (SRP54) (الارتباط المعتمد على GTP).
  • Ø ثم يرتبط SRP بمستقبل SRP (بروتين الالتحام) على غشاء ER.
  • Ø في نفس الوقت ، ترتبط الريبوسومات بقناة انتقال RER التي شكلها مجمع Sec61p.
  • Ø هذا المركب Sec61p هو مكون رئيسي لقناة موصلة للبروتين والتي تتضمن أيضًا "بروتين الغشاء المرتبط بسلسلة انتقالية" أو TRAM. هذا يوصل البروتين إلى كيس RER.

طرح Neuhof et al، 1997 السؤال التالي: ما الذي يحفز خصوصية الالتحام الريبوزومي؟

  • Ø تم طرح السؤال لأن الريبوسومات ترسو في مجمع Sec61p حتى بدون تسلسل الإشارة. بعض القرائن:
  • Ø عندما يبدأ تسلسل الإشارة في الظهور (قصير) Ø يمكن إزالته من غشاء ER بتركيزات عالية من الملح.
  • Ø مع استطالة تسلسل الإشارة ، يصبح ارتباط الريبوسوم أقوى ويصبح مركب الريبوسوم غير حساس للبروتياز والملح العالي.

Ø افترضت دراسة Neuhof أن وجود ببتيد الإشارة كان حاسمًا للربط المحدد. تصميم الدراسة: ü تمت إضافة الريبوسومات غير المترجمة للتنافس مع ترجمة الريبوسومات بتنسيق في المختبر النظام.

  • ü إذا كان بروتين مستقبل الإشارة (SRP) غائبًا ، ü فإن الريبوسومات غير المترجمة مرتبطة بمستقبل Sec61p على أغشية ER.
  • ü أيضًا ، تنافست الريبوسومات غير المترجمة مع الريبوسومات المترجمة.

ü تمت إضافة SRP لربط إشارة الببتيد.

  • ü ربطت الريبوسومات المترجمة بإحكام ولم يتم إزاحتها.
  • ü بعد ذلك ، فشلت الريبوسومات غير المترجمة في التنافس على مواقع مستقبلات Sec61p.

ومن ثم ، فإن SRP يمنح الريبوسوم المترجم ميزة تنافسية بمجرد أن يبدأ في ترجمة تسلسل الإشارة.

يمكنك أن ترى منظرًا أفضل للسطح في هذا الكارتون. الرسوم المتحركة من النص الخاص بك. يُظهر الريبوسوم جالسًا على المستقبل بجوار المسام. لوحظ إشارة الببتيد باللون الأحمر. تتم قراءة ما تبقى من الكود بينما يتحرك الريبوسوم على طول الرنا المرسال. تسمح سيولة الغشاء للريبوسوم بالالتحام في موقع المستقبل والتحرك أيضًا على طول الرنا المرسال. يضاف كل حمض أميني إلى سلسلة النمو ويصبح البولي ببتيد أطول.

هذا الكارتون هو أيضا من النص الخاص بك. يظهر النظام بدون الريبوسوم. هنا تحصل على عرض أفضل للمسام التي من خلالها يدخل البروتين في اللومن وتسلسل الإشارة.

كيف يتم إدخال البروتينات المصنعة حديثًا في الغشاء؟

تختلف الآلية باختلاف نوع البروتين.

النوع الأول: يدخل تسلسل الإشارة على الطرف الأميني أولاً ويستمر في الاستطالة. يتم تمرير البروتين عبر قناة النقل (منطقة مفتوحة في غشاء rer) حتى يتم الوصول إلى تسلسل توقف كاره للماء. يتم بعد ذلك إدخال تسلسل التوقف المضاد للماء (الذي يُنظر إليه على أنه منطقة فقس في البروتين) في الغشاء ويشكل المرساة لهذا البروتين. يتم شق الإشارة بواسطة البروتياز داخل التجويف. النوع الثاني: لا يوجد تسلسل إشارة قابل للكسر. تحتوي هذه البروتينات على مناطق طويلة مسعورة إلى حد ما والتي سيتم تثبيتها في الغشاء. يتم ربط بروتينات النوع الثاني في التجويف باستخدام الطرف C. يستمر إدخال البروتين حتى يصل إلى تسلسل إشارة التوقف الكارهة للماء. النوع الثالث: مثل النوع الثاني ، فقط الطرف N يؤدي إلى اللومن.

ما الذي ينظم اتجاه بروتينات النوع الثاني والثالث؟

Wahlberg ، جم. وسبيس ، م. محددات متعددة توجه اتجاه بروتينات مرساة الإشارة: الدور الطوبوجيني لمجال الإشارة الكارهة للماء. بيولوجيا الخلية J 137: 555-562.

اختبار الأحماض الأمينية المشحونة وطول تسلسل إشارة كارهة للماء. تنص "القاعدة الداخلية الإيجابية" على أن بقايا الأحماض الأمينية الأقرب للجانب العصاري الخلوي من تسلسل المرساة الكارهة للماء أكثر إيجابية من تلك الأقرب للجانب التجويفي. لذلك ، أيًا كان الطرف الذي يحتوي على أقل شحنات موجبة بالقرب من تصحيح مرساة الإشارة ، فسيتم إدخاله في تجويف ER. يمكن للمرء أن يغير اتجاه انتقال البروتين (عكسه) عن طريق تحور البروتين وتكوين مجموعات أكثر إيجابية الشحنة بالقرب من رقعة المرساة في الطرف الآخر. أدناه ، يُظهر الرسم الكارتوني أنه يمكن القيام بذلك لتغيير بروتين من النوع الثاني (COOH يدخل ER lumen) إلى النوع III (الذي يحتوي على طرف أميني يدخل في التجويف).

اختبر واشبورن وسبيس (JCB 137: 555-562 ، 1997) أيضًا طول تسلسل مرساة الإشارة الكارهة للماء. يوضح الرسم الكرتوني التالي أن تسلسل مرساة أطول كاره للماء (يُنظر إليه على أنه الجزء الذي يمر عبر الغشاء) يعزز الدخول مع المحطة الأمينية المؤدية إلى التجويف.

تحتوي البروتينات المخصصة للإدخال في الأغشية ، مثل القنوات الأيونية أو المستقبلات ، على رموز mRNA لبدء وإيقاف التسلسلات التي تسمح بمرور عدة مرات عبر الغشاء. يمكن تشكيل تسلسل الإشارات (بقع) كما هو موضح في الرسوم المتحركة أعلاه. يُظهر إدخال بروتين عبر الغشاء مزدوج التمرير مع الحلقة داخل الشبكة الإندوبلازمية الخشنة. تحتوي رقعة الإشارة الحمراء على شحنات + بالقرب من العصارة الخلوية وتبدأ عملية الإدراج. يستمر هذا حتى يتم الوصول إلى رقعة إشارة التوقف الكارهة للماء. هذا يثبت مرور الغشاء الثاني. لاحظ أن كلا من الأجزاء الطرفية C و N موجودة في العصارة الخلوية وهكذا ، إذا كان هذا البروتين موجهًا لغشاء البلازما ، فإن تلك الحلقة في تجويف ER ستظهر في النهاية خارج الخلية

بروتينات الغشاء التي تمر عبر الغشاء عدة مرات (تسمى بروتينات الغشاء متعدد الكتلة) لها إشارات بدء وإيقاف متعددة. وهي تتماشى مع الأجزاء المحبة للماء والكارهة للماء من طبقة ثنائية الدهون كما هو موضح في محاضرة عن الأغشية. وهذا موضح في ما يلي كرتون


يتصور الباحثون حالات جديدة لترجمة الريبوسوم باستخدام cryo-EM

الائتمان: Pixabay / CC0 Public Domain

تم الكشف عن المراحل التي تقوم فيها الريبوسومات بتجميع البروتينات التي تحافظ على الحياة بتفاصيل غير مسبوقة في الوقت الفعلي من قبل علماء الأحياء الهيكلية في كلية الطب UMass أندريه كوروستيليف ، دكتوراه ، وآنا لوفلاند ، دكتوراه. نشرت المجلة دراستهم الجديدة لهذه الآلية الجزيئية الأساسية ، التي تم التقاطها باستخدام أحدث مجهر إلكتروني تم حله بمرور الوقت. طبيعة سجية في 1 يوليو.

الريبوسومات هي الآلات الجزيئية التي تقرأ التعليمات الجينية التي يحملها الرنا المرسال (mRNA) وترجم التعليمات إلى بروتينات من خلال الانضمام إلى الأحماض الأمينية المختلفة. (يتم إحضار الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات عن طريق نقل الحمض النووي الريبي المقابل [الحمض النووي الريبي].)

قال الدكتور كوروستيليف ، الأستاذ المشارك في علاجات الحمض النووي الريبي: "إن فهم كيفية فك الريبوسومات بدقة mRNA و" التدقيق اللغوي "لكل حمض tRNA يتم تسليمه إليهم كان تحديًا". "أظهر اختبار EM Cryo-EM الذي تم حله بمرور الوقت لتخليق البروتين على الريبوسوم كيف أن التدقيق اللغوي يجعل الترجمة عملية دقيقة للغاية ، وهو أمر ضروري لجميع أشكال الحياة."

استخدم فريق البحث ، بما في ذلك مختبر ما بعد الدكتوراة السابق في مختبر Korostelev ، Gabriel Demo ، الحاصل على درجة الدكتوراه ، والذي أصبح الآن قائدًا لمجموعة في جامعة Masaryk ، تقنية cryo-EM لتصور توصيل الحمض النووي الريبي (tRNA) المرتبط بالأحماض الأمينية إلى الريبوسوم. قدم تصور المجموعات الهيكلية في نقاط زمنية مختلفة رؤية غير مسبوقة للتفاعل الكامل ، من الاختيار الأولي إلى تصحيح التجارب المطبعية للـ tRNA وإضافة حمض أميني إلى البروتين المتنامي. كشفت مقارنة التفاعلات مع tRNAs الصحيحة وغير الصحيحة أن الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة تحمل بقوة الحمض النووي الريبي الصحيح وتدور للسماح بالتنقل في المركز التحفيزي للريبوسوم على الوحدة الفرعية الكبيرة. على النقيض من ذلك ، لا توفر الوحدة الفرعية الصغيرة أي دعم تقريبًا للـ tRNA غير الصحيح بعد الاختيار الأولي ، لذا فإنها تسقط ، مما يمنع إضافة حمض أميني غير صحيح إلى البروتين النامي.

قال كوروستيليف: "لقد كنت متحمسًا لرؤية العديد من الهياكل أو الدول المختلفة ، بما في ذلك الدول قصيرة العمر العابرة". "هذه الحالات العابرة حاسمة لأنها الحالات التي يتم فيها اتخاذ القرار للريبوسوم لقبول الحمض الريبي النووي النقال الصحيح ورفض تلك غير الصحيحة."

Cryo-EM هي تقنية رائعة لتصور الهياكل الخلوية التفصيلية ، بما في ذلك الفيروسات والريبوزومات بدقة شبه ذرية ، مع تطبيقات واسعة في البيولوجيا الهيكلية وتصميم الأدوية. كان كوروستيليف أحد أعضاء هيئة التدريس الذين عملوا على اقتراح إنشاء منشأة ماساتشوستس للميكروسكوب بالتبريد والإلكترون في UMMS في عام 2016. يدرس مختبر كوروستيليف ، حيث يعمل دكتور لوفلاند ما بعد الدكتوراة ، كيفية استخدام الخلايا لمركبات الريبوسوم لصنع البروتينات.

قال لوفلاند: "الفارق الكبير بين العمل الحالي والعمل الماضي هو أننا تمكنا من مراقبة حالات أكثر تفصيلاً لم تكن مرئية من قبل". "من خلال مقارنة التفاعل الصحيح مع التفاعل غير الصحيح ، يمكننا أن نرى كيف يفضل الريبوسوم صنع البروتينات الصحيحة. في الماضي ، حصلنا نحن وآخرون على لقطات لأجزاء مختلفة من العملية تعطلت بسبب المثبطات ، في حين أننا تصورنا الآن إجماليًا من 33 ولاية على طول هذا المسار ونفهمه بمزيد من التفصيل ".

في الخلية ، يمكن أن تنضم الريبوسومات إلى أكثر من عشرة أحماض أمينية في الثانية ، لذا فإن رؤية تفاعل كامل لانتقاء الحمض النووي الريبي المرتبط بالأحماض الأمينية بتفاصيل قريبة من الذرات يمثل تحديًا. طور Loveland منهجًا لتصور ردود الفعل هذه باستخدام cryo-EM في منشأة UMMS cryo-EM.

وأوضحت: "لقد اضطررنا وآخرين سابقًا إلى منع تفاعلات الريبوسوم - وبعبارة أخرى المماطلة - من أجل رؤية حالة واحدة". "لقد وجدنا الآن أنه من خلال إبطاء التفاعل عن طريق تبريده على الجليد قبل التبريد الكهرومغناطيسي ، يمكننا حل العديد من الحالات التي لا نحتاج فيها إلى تلك المثبطات. يتيح لنا هذا النهج مراقبة ما يحدث على رد فعل كامل ، وهو أكثر شبهاً بما يحدث بالفعل في الخلية ".

تؤكد هذه الدراسات على أن تقنية التجميد الكهرومغناطيسي عالية الدقة والتي تم حلها بمرور الوقت يمكن أن تصبح طريقة الكيمياء الحيوية الهيكلية الحسنة النية لتصور المسارات الكيميائية الحيوية المعقدة بدون مثبطات. توفر القدرة على تصور التفاعلات بدقة وخصوصية وتفاصيل أكبر إمكانية لإجراء تحقيقات مستقبلية.

(من اليسار) آنا لوفلاند ، دكتوراه ، أندريه كوروستيليف ، طالبة الدكتوراه و GSBS كريستين كاربوني تفحص الصور في منشأة cryo-EM في كلية الطب UMass. الائتمان: كلية الطب بجامعة ماساتشوستس

قال كوروستيليف: "إن إنجاز آنا باستخدام تقنية EM cryo-EM التي تم حلها بمرور الوقت مكننا من إنشاء" فيلم "لتفاعل فك تشفير mRNA الكامل". "على حد علمنا ، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تصور العديد من الحالات المتميزة بدون مثبط. يمكننا الآن استكشاف تفاعلات صعبة أخرى وإعادة النظر في الدراسات التي أجريت سابقًا مع المثبطات لمعرفة المزيد."

من بين العديد من التطبيقات المستقبلية المحتملة لـ cryo-EM التي تم حلها عبر الزمن ، يمكن استخدام هذه التقنية لمعرفة كيفية تحرك الريبوسومات على طول الحمض النووي الريبي المرسال أثناء قراءة الشفرة الجينية. إن تغيير الإطار ، حيث يمكن للريبوسومات أن تنزلق مثل التروس على الرنا المرسال الفيروسي لمساعدة الفيروسات على صنع بروتينات مختلفة ، أمر ضروري للبقاء على قيد الحياة وتكرار بعض الفيروسات. وتشمل هذه فيروس COVID-19 المتفشي الآن ، لذلك يمكن أن تكون آلية تغيير الإطار هدفًا للأدوية في المستقبل.


مجمع بدء 70S

تتضمن مرحلة البدء في تخليق البروتين تكوين معقد بين الوحدات الفرعية الريبوسومية ، قالب مرنا و tRNAfmet (الشكل 8.5). تعلق الوحدة الفرعية 30S بموقع ربط الريبوسوم كما هو موضح أعلاه. ثم يتفاعل tRNAfmet مع كودون البدء AUG ، وأخيرًا يتم إرفاق الوحدة الفرعية الريبوسومية 50S. اكتمل الريبوسوم الآن ، وتم وضع أول الحمض النووي الريبي (tRNA) وحمضه الأميني في موقع P من الريبوسوم. تم تشكيل معقد بدء 70S ، ويمكن أن يبدأ تخليق البروتين. يتم توجيه الريبوسوم بحيث يتحرك على طول mRNA في اتجاه 5 إلى 3 ، وهو الاتجاه الذي تُقرأ فيه المعلومات المشفرة في جزيء mRNA.

هناك حاجة لثلاثة بروتينات تسمى عوامل البدء 1 و 2 و 3 ، جنبًا إلى جنب مع نيوكليوتيد ذرق الطائر الجيب ثلاثي الفوسفات ، للمساعدة في شكل معقد البدء 70S. يتم إرفاق عوامل البدء 1 و 3 بالوحدة الفرعية 30S. يساعد عامل البدء 3 في التعرف على موقع ربط الريبوسوم على الرنا المرسال. يتعرف عامل البدء 2 على وجه التحديد على tRNAfmet ويربطه بالريبوسوم. عند إرفاق الوحدة الفرعية 50S ، يتم إطلاق عوامل البدء الثلاثة ويتم تحلل ثلاثي فوسفات الغوانوزين ، مما يفقد فوسفاته y ليصبح ثنائي فوسفات الغوانوزين.


فهم الريبوسومات: تعريف الوظيفة & # 038

الريبوسومات عبارة عن ورش خلوية صغيرة يتم فيها تجميع البروتينات ، المعروفة أيضًا باسم polypeptides ، في عملية تعرف باسم الترجمة. إن Messenger RNA ، أو mRNA ، المنسوخ من DNA ، هو قالب لتخليق البروتينات الضرورية للوظيفة البيولوجية. أثناء الترجمة ، يتم ربط الأحماض الأمينية معًا لتشكيل سلسلة خطية متعددة الببتيد. يتم تصنيع بعض البروتينات على ريبوسومات قائمة بذاتها وتبقى داخل الخلية. تصنع بروتينات أخرى على ريبوسومات متصلة بسطح الشبكة الإندوبلازمية ، وهي شبكة من الأغشية والحويصلات داخل الخلية. يمكن إرسال هذه البروتينات إلى غشاء الخلية أو تصديرها للعمل خارج الخلية. تسهل الريبوسومات التخليق الحيوي للبروتين من خلال التعرف على كل كودون ثلاثي القاعدة على الرنا المرسال المراد ترجمته. يشير كل كودون إلى حمض أميني محدد ليتم إضافته إلى سلسلة البولي ببتيد. تمتلك الريبوسومات أيضًا نشاطًا إنزيميًا مسؤولاً عن ربط كل حمض أميني جديد بسلسلة البولي ببتيد المتنامية. إنها تتحرك على طول mRNA في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، مما يسمح بإضافة الأحماض الأمينية بطريقة خطية.

الريبوسومات هي مجمعات بروتينية / رنا مكونة من وحدتين فرعيتين. يقع إنزيم البيبتيديل ترانسفيراز على الوحدة الفرعية الريبوسومية الأكبر ، ويحفز تكوين رابطة الببتيد ، وهي الرابطة التي تنضم إلى اثنين من الأحماض الأمينية. في بداية الترجمة ، ترتبط الوحدة الفرعية الأصغر بالنهاية 5 & # 8242 من mRNA ، وتتحرك في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، وتفحص mRNA حتى تصل إلى كود البدء AUG. هنا يرتبط RNA (tRNA) البادئ الذي يحمل الحمض الأميني methionone (Met) بكودون البدء على mRNA. يحتوي كل tRNA على حمض أميني واحد و anticodon مكمل لكودون mRNA. ثم تقترن الوحدة الفرعية الأكبر بالوحدة الفرعية الأصغر للريبوسوم المكتمل ، وتتميز بمواقع ربط لـ tRNA ، وموقع Aminoacyl (A) ، وموقع Peptidyl (P). الآن Met tRNA في مكانه ، في موقع P للريبوسوم ، جاهز لحمض أميني آخر.

بعد ذلك ، يتم توجيه جزيء tRNA جديد يحتوي على حمض أميني مكمل لكودون mRNA التالي إلى الموقع A بواسطة بروتينات تعرف باسم عوامل الاستطالة. يجب أن يكون anticodon الخاص بـ tRNA مكملًا لكودون mRNA إذا كان تخليق السلسلة سيستمر. يعمل الريبوسوم على تثبيت Met tRNA البادئ في موقع P و tRNA الثاني في الموقع A بينما يحفز peptidyl transferase تكوين رابطة الببتيد. ينفصل Met بعد ذلك عن الحمض الريبي النووي النقال البادئ ، تاركًا الحمض النووي الريبي واحدًا في الموقع A مع اثنين من الأحماض الأمينية المرتبطة به.

ينتقل الريبوسوم الآن إلى كودون mRNA التالي. تتطلب حركة الريبوسوم مدخلات من الطاقة من ATP. أثناء تحرك الريبوسوم ، ينتقل الحمض النووي الريبي الذي يحمل ثنائي الببتيد من الموقع A إلى موقع P ، ويتم توجيه الحمض الريبي النووي النقال الجديد الذي يحتوي على حمض أميني مكمل للكودون التالي إلى الموقع الفارغ. ثم يحفز البيبتيديل ترانسفيراز تكوين رابطة ببتيدية ثانية ، مما يولد سلسلة من ثلاثة أحماض أمينية. يستمر التجميع بهذه الطريقة حتى يكتمل عديد الببتيد. يمكن أن يشارك أكثر من ريبوسوم في تكوين عديد ببتيد ، بحيث يمكن إنتاج العديد من نسخ البروتين من مرنا واحد. أوقف الكودونات ، أو الأكواد غير المنطقية UAG ، أو UAA ، أو UGA ، تشير إلى نهاية تخليق البروتين. تساعد بروتينات عامل الإطلاق في تفكك الريبوسوم من الحمض الريبي النووي النقال ، و mRNA ، و polypeptide الجديد.

توفر الريبوسومات موقع بناء لبناء البروتينات. بدون المسح الريبوزومي للـ mRNA ، ستكون مطابقة الكودون والمضاد للكودون عملية صعبة وغير فعالة ، ولن تتم ترجمة تعليمات الحمض النووي الريبي المرسال ، ولا يمكن تصنيع البروتينات. بدون النشاط التحفيزي لـ peptidyl transferase ، ستكون طاقة التنشيط المطلوبة لتكوين الرابطة كبيرة جدًا. تؤدي البروتينات العمل المطلوب لبقاء الخلية ، بما في ذلك انقسام الخلايا ، والتمثيل الغذائي ، والتنفس الخلوي. لن تكون الحياة كما نعرفها ممكنة بدون البروتينات ، ولن تكون البروتينات ممكنة بدون هذا الكيان الخلوي الصغير الصغير المعروف باسم الريبوسوم.


كم عدد الريبوسومات في الخلية؟

يوجد حوالي 10 مليارات جزيء بروتين في خلية الثدييات ، وتنتج الريبوسومات معظمها. يمكن أن تحتوي خلية الثدييات سريعة النمو على حوالي 10 ملايين ريبوسوم. يعتمد هذا الرقم بشكل كبير على أنواع الخلايا وحالة الخلايا.

تتواجد الريبوسومات بكثرة في الخلايا التي تصنع كميات كبيرة من البروتين. على سبيل المثال ، البنكرياس مسؤول عن تكوين العديد من الإنزيمات الهاضمة ، وتحتوي الخلايا التي تنتج هذه الإنزيمات على العديد من الريبوسومات. مثال آخر هو خلايا الدم الحمراء غير الناضجة (الخلايا الشبكية). قبل أن يصبحوا ناضجين ، يجب عليهم تصنيع الكثير من الهيموجلوبين. خلال عملية التمايز هذه ، تكون الريبوسومات وفيرة بشكل خاص في الخلايا الشبكية غير الناضجة.

[في هذا الشكل] تحتوي الخلايا الشبكية على نقاط زرقاء داكنة وهياكل خطية منحنية (شبكية) في السيتوبلازم. أطلقوا عليها اسم الخلايا الشبكية لأن الشبكة الشبيهة بالشبكة من الحمض النووي الريبوزي تصبح مرئية تحت المجهر مع بعض البقع.
مصدر الصورة: Ed Uthman، MD

في البكتيريا ، توجد خلية واحدة من الإشريكية القولونية (بكتريا قولونية) يحتوي على ما يصل إلى 15000 ريبوسوم وهذا يمثل ربع الكتلة الإجمالية للخلية.


نموذج max-plus لديناميكيات الريبوسوم أثناء ترجمة mRNA

  • APA
  • اساسي
  • هارفارد
  • فانكوفر
  • مؤلف
  • BIBTEX
  • RIS

مخرجات البحث: المساهمة في المجلة ›المقال› مراجعة الأقران

T1 - نموذج max-plus لديناميكيات الريبوسوم أثناء ترجمة mRNA

AU - براكلي ، كريستوفر أ.

N1 - يتوفر خيار الوصول المفتوح المدفوع لهذه المجلة. الإيداع الطوعي من قبل مؤلف ما قبل الطباعة مسموح به على موقع المؤسسات الأكاديمي المفتوح وخوادم ما قبل الطباعة. توجد اتفاقية منفصلة بين المستودع والناشر. سيتم إرسال المقالات إلى PubMed Central after & ltnum & gt12 & lt / num & gt & ltperiod Units = "month" & gtmonths & lt / period & gt. يمكن للمؤلفين الذين يطلب منهم الإيداع في مستودعات حسب الموضوع استخدام خيار الرعاية أيضًا

N2 - ندرس ديناميكيات مرحلة الترجمة لإنتاج البروتين الخلوي ، حيث تتحرك الريبوسومات بشكل أحادي على طول حبلا الرنا المرسال ، وتبني سلاسل الأحماض الأمينية أثناء انتقالها. نصف النظام باستخدام رسم بياني للأحداث الموقوتة - فئة من شبكة بتري مفيدة لدراسة الأحداث المنفصلة ، والتي يجب أن تفي بالقيود. نحن نستخدم جبر max-plus لوصف نسخة حتمية من النموذج ، حيث تمثل القيود تأثيرات جامدة تمنع أكثر من ريبوسوم واحد من قراءة كودون معين في وقت معين والتأخيرات المرتبطة بتوافر الحمض الريبي النووي النقال المختلف. نحسب معدل إنتاج البروتين وكثافة الريبوسومات على الرنا المرسال ونجد اتفاقًا دقيقًا بين هذه النتائج التحليلية والمحاكاة العددية للنموذج القطعي ، حتى في حالة الرنا المرسال غير المتجانسة.

AB - ندرس ديناميكيات مرحلة الترجمة لإنتاج البروتين الخلوي ، حيث تتحرك الريبوسومات بشكل أحادي على طول خيط الرنا المرسال ، وتبني سلاسل الأحماض الأمينية أثناء انتقالها. نصف النظام باستخدام رسم بياني للأحداث الموقوتة - فئة من شبكة بتري مفيدة لدراسة الأحداث المنفصلة ، والتي يجب أن تفي بالقيود. نحن نستخدم جبر max-plus لوصف نسخة حتمية من النموذج ، حيث تمثل القيود تأثيرات جامدة تمنع أكثر من ريبوسوم واحد من قراءة كودون معين في وقت معين والتأخيرات المرتبطة بتوافر الحمض الريبي النووي النقال المختلف. نحسب معدل إنتاج البروتين وكثافة الريبوسومات على الرنا المرسال ونجد اتفاقًا دقيقًا بين هذه النتائج التحليلية والمحاكاة العددية للنموذج القطعي ، حتى في حالة الرنا المرسال غير المتجانسة.


مدخلات ومخرجات الريبوسوم؟

في تخليق البروتين ، يتم استهلاك / تقييم ثلاثة توائم من الحمض النووي الريبي في الريبوسوم لتوجيه اختيار الأحماض الأمينية ، أريد أن أعرف ما إذا كانت العملية مدمرة لشريط الحمض النووي الريبي أم لا أو كلاهما ممكن

عموما لا. يقوم الريبوسوم بمسح mRNA وينسق تخليق البروتين باستخدام الشفرة الثلاثية والأحماض الأمينية tRNA. بعد أن يمر الريبوسوم بمنطقة من الرنا المرسال ، يأتي ريبوسوم آخر يصنع نسخة أخرى من هذا البروتين من نفس الرنا المرسال. بهذه الطريقة يمكننا عمل نسخ عديدة من البروتينات من مرنا واحد.

أثناء الترجمة ، يسمى mRNA الذي يحتوي على ريبوسوم واحد بـ monosome ، بينما يسمى mRNA الذي يحتوي على العديد من الريبوسومات على polysome.

ومع ذلك ، إذا وعندما يتم حظر الريبوسومات أو توقفها على الرنا المرسال ، فيمكنها إطلاق عمليات تسمى تحلل الحمض النووي الريبي مثل تحلل الحمض النووي الريبي غير المعقول ، أو تحلل الحمض النووي الريبي Staufen الوسيط.

لا تؤدي الريبوسومات إلى تحطيم الرنا المرسال نفسها ، بل إن عدم قدرتها على المضي قدمًا على طول الرنا المرسال يؤدي إلى التدهور


شاهد الفيديو: 8 - الأحماض النووية - أنواع RNA ودور كل منها (أغسطس 2022).