سنتز پروتئین در ۲۶ پرسش و پاسخ آسان شد

کد ژنتیکی

۱. کد ژنتیکی چیست؟

کد ژنتیکی کلید تبدیل توالی‌های نوکلئوتیدی DNA (و در نتیجه توالی‌های نوکلئوتیدی RNA) به توالی‌های اسید آمینه‌ای است که پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند.

• سنتز پروتئین – تنوع تصویر: کد ژنتیکی

۲. کدام مولکول حاوی اطلاعات ژنتیکی است که به صورت ارثی منتقل می شود و کدام مولکول عملکرد سلولی را کنترل می کند؟

مولکول ارثی که عملکرد سلولی را کنترل می کند DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) است. DNA حاوی اطلاعاتی برای سنتز پروتئین در سلول ها است.

۳. مفاهیم DNA، ژن ها، پروتئین ها و ویژگی های موجودات زنده چگونه به هم مرتبط هستند؟

ویژگی های موجودات به واکنش های شیمیایی که در داخل آنها رخ می دهد بستگی دارد. این واکنش ها توسط آنزیم هایی که پروتئین های بسیار اختصاصی هستند کاتالیز می شوند. هر پروتئین یک موجود زنده از اطلاعات موجود در مولکول های RNA ساخته شده است که بر اساس الگوی مبتنی بر دنباله ای از نوکلئوتیدهای یک زنجیره DNA ساخته شده اند.

یک ژن یک توالی پلی نوکلئوتیدی DNA است که حاوی اطلاعاتی برای تولید یک پروتئین است.

RNA و ریبوزوم ها

۴. نقش RNA پیام رسان و ریبوزوم ها در سنتز پروتئین چیست؟

RNA پیام رسان (mRNA) در هسته یک سلول تولید می شود و به سیتوپلاسم مهاجرت می کند، جایی که به ریبوزوم ها متصل می شود و ساخت توالی اسیدهای آمینه را هدایت می کند که پروتئین ها را تشکیل می دهند. ریبوزوم ها مکان هایی برای ملاقات و اتصال mRNA و انتقال RNA (tRNA) هستند. آنها ساختارهایی هستند که در آن اسیدهای آمینه منتقل شده توسط tRNA توسط پیوندهای پپتیدی برای تشکیل زنجیره های پلی پپتیدی (پروتئین ها) متحد می شوند.

• سنتز پروتئین – تنوع تصویر: RNA پیام رسان

۵. ریبوزوم ها را از چه زیر واحدهایی تشکیل می دهند؟

ریبوزوم ها از دو زیر واحد تشکیل شده اند، زیر واحد کوچک و زیر واحد بزرگ. این زیر واحدها از RNA ریبوزومی (rRNA) و پروتئین ها ساخته شده اند. ریبوزوم ها دارای سه محل اتصال هستند، یکی برای mRNA و دو محل برای tRNA.

• سنتز پروتئین – تنوع تصویر: ساختار ریبوزوم

۶. محل ریبوزوم ها در سلول های یوکاریوتی و پروکاریوتی چقدر متفاوت است؟

در پروکاریوت ها، ریبوزوم ها به صورت آزاد در سیتوپلاسم یافت می شوند. در سلول‌های یوکاریوتی، می‌توان آنها را آزاد در سیتوپلاسم نیز یافت، اما عمدتاً به غشای خارجی کاریوتکا و شبکه آندوپلاسمی خشن متصل هستند.

۷. وجود ریبوزوم در داخل میتوکندری و کلروپلاست چگونه توضیح داده می شود؟

یک فرضیه تأیید شده بیان می‌کند که میتوکندری‌ها و کلروپلاست‌ها پروکاریوت‌هایی بودند که رابطه متقابلی با سلول‌های یوکاریوتی ایجاد کردند (به دست آوردن محافظت و ارائه انرژی). این توضیح می دهد که چرا این اندامک ها حاوی DNA و ماشین های سنتز پروتئین از جمله ریبوزوم هستند. این فرضیه به عنوان فرضیه درون همزیستی در مورد منشا میتوکندری ها و کلروپلاست ها شناخته می شود.

۸. چند نمونه از سلول های انسانی که پروتئین برای صادرات تولید می کنند چیست؟ کدام اندامک سیتوپلاسمی باید در آن سلول ها به خوبی رشد کرده و فراوان باشد؟

سلول های تخصصی غدد، مانند سلول های لانگرهانس پانکراس (که انسولین تولید می کنند) یا سلول های تولید کننده بزاق، نمونه هایی از سلول های ترشحی هستند. در سلول‌های تخصصی ترشح، شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی به خوبی توسعه یافته‌اند، زیرا در ذخیره‌سازی و پردازش پروتئین‌ها برای صادرات شرکت می‌کنند.

• سنتز پروتئین – تنوع تصویر: سلول های ترشحی

۹. کدام ریبوزوم ها در سلول های ترشحی فراوان ترند، ریبوزوم های آزاد در سیتوپلاسم یا آن هایی که به شبکه آندوپلاسمی خشن متصل هستند؟

ریبوزوم های آزاد در سیتوپلاسم بیشتر به تولید پروتئین برای مصرف سلولی داخلی مرتبط هستند، در حالی که آنهایی که به شبکه آندوپلاسمی خشن متصل هستند در سنتز پروتئین برای صادرات اهمیت بیشتری دارند. پروتئین های ساخته شده توسط ریبوزوم های متصل وارد شبکه آندوپلاسمی خشن شده و بعداً به دستگاه گلژی منتقل می شوند. بنابراین در سلول‌های ترشحی، ریبوزوم‌های متصل به شبکه آندوپلاسمی فراوان‌تر هستند.

پیام رسان RNA و ترجمه پروتئین

۱۰. سنتز mRNA در کجای سلول های یوکاریوتی اتفاق می افتد؟ این مولکول ها به کجا مهاجرت می کنند؟

مولکول‌های RNA پیام‌رسان درون هسته سنتز می‌شوند، از منافذ غشای هسته عبور می‌کنند و وارد سیتوپلاسم می‌شوند تا به ریبوزوم‌هایی برسند که در آن سنتز پروتئین اتفاق می‌افتد.

۱۱. با توجه به اینکه بر اساس اطلاعات mRNA است، فرآیند سنتز پروتئین چیست؟

سنتز پروتئین را ترجمه (اطلاعات ژنتیکی به پروتئین) می نامند.

• سنتز پروتئین – تنوع تصویر: ترجمه پروتئین

۱۲. تفاوت بین رونویسی و ترجمه چیست؟

رونویسی نامی است که به تشکیل مولکول های RNA از یک زنجیره DNA باز که به عنوان الگو استفاده می شود، داده می شود. ترجمه ایجاد پلی پپتیدها (اسیدهای آمینه متصل به ترتیب) و بنابراین پروتئین ها بر اساس اطلاعات کدگذاری شده در مولکول mRNA است.

در سلول های یوکاریوتی، رونویسی در هسته و ترجمه در ریبوزوم ها اتفاق می افتد. رونویسی مقدم بر ترجمه است.

۱۳. چگونه نوکلئوتیدهای زنجیره mRNA اطلاعات مربوط به تشکیل توالی اسیدهای آمینه یک پروتئین را رمزگذاری می کنند؟

تنها چهار نوع باز نیتروژنی وجود دارد که می توانند نوکلئوتیدهای RNA را تشکیل دهند: آدنین (A)، اوراسیل (U)، گوانین (G) و سیتوزین (C). با این حال، ۲۰ اسید آمینه مختلف وجود دارد. تنها با یک نوکلئوتید (کدگذاری ۱:۱)، رمزگذاری همه اسیدهای آمینه غیرممکن خواهد بود.

با دو نوکلئوتید، آرایشی از ۴ عنصر، ۲×۲ وجود خواهد داشت که در مجموع تنها ۱۶ واحد رمزگذار ممکن (۴×۴) به دست می‌آید. طبیعت ممکن است تجزیه و تحلیل ترکیبی را بداند، زیرا با ترتیب دادن ۴ پایگاه RNA، ۳×۳، یک کد ژنتیکی ایجاد کرده است، و ۶۴ سه قلو مختلف (۴×۴×۴) ارائه می دهد.

بنابراین، هر سه دسته از بازهای نیتروژنی RNA یک اسید آمینه از یک پروتئین را کدگذاری می کند. همانطور که این سه قلوها به ترتیب در مولکول RNA ظاهر می شوند، اسیدهای آمینه متوالی کدگذاری شده توسط آنها به یکدیگر متصل می شوند تا زنجیره های پلی پپتیدی بسازند. به عنوان مثال، یک توالی UUU، اسید آمینه فنیل آلانین و همچنین توالی UUC را کدگذاری می کند. توالی های ACU، ACC، ACA و ACG آمینو اسید ترئونین را کدگذاری می کنند. و به همین ترتیب برای تمام توالی های سه گانه ممکن و تمام اسیدهای آمینه دیگر.

۱۴. نام توالی RNA که یک اسید آمینه را کد می کند چیست؟

هر دنباله ای از سه باز نیتروژنی RNA که یک اسید آمینه را کد می کند کدون نامیده می شود. کدون واحد کدکننده کد ژنتیکی است.

۱۵. با توجه به اینکه از ۶۴ کدون mRNA، ۶۱ کدون آمینواسیدهایی که زنجیره های پلی پپتیدی را تشکیل می دهند، سه کدون باقیمانده چه وظایفی دارند؟

از آنجایی که ۲۰ اسید آمینه و ۶۴ امکان کدون mRNA وجود دارد، برخی از اسیدهای آمینه بیش از یک کدون را کدگذاری می کنند.

با این حال، همه ۶۴ کدون اسیدهای آمینه را کدگذاری نمی کنند. سه مورد از آنها، UAA، UGA و UAG، اطلاعات مربوط به اتصال آخرین اسید آمینه زنجیره پلی پپتیدی را مخابره می‌کنند و پایان سنتز پلی پپتیدی را نشان می‌دهند. به این کدون ها، کدون های توقف می گویند. کدون AUG آمینو اسید متیونین را کدگذاری می کند و در عین حال شروع سنتز یک زنجیره پلی پپتیدی را نشان می دهد (این یک کدون شروع است).

در سلول های پروکاریوتی، دنباله ای به نام توالی Shine-Dalgarno (به طور کلی AGGAGG) در موقعیت قبل از کدون شروع AUG وجود دارد. وظیفه این توالی تشخیص کدون شروع AUG و سایر کدون های AUG RNA است.

۱۶. مولکول های mRNA برای شروع سنتز پروتئین به کدام ساختار سلولی متصل می شوند؟

برای ساخت پروتئین ها، مولکول های mRNA باید به ریبوزوم ها بچسبند. ریبوزوم ها دو مکان برای اتصال دو کدون mRNA مجاور دارند و آنتی کدون های tRNA با پیوند هیدروژنی متصل می شوند. بنابراین، ریبوزوم‌ها ساختاری هستند که مسئول موقعیت‌یابی و قرار گرفتن در معرض کدون‌های mRNA هستند که باید ترجمه شوند. در ریبوزوم ها پیوند پپتیدی بین دو اسید آمینه که توسط مولکول های tRNA آورده می شود نیز وجود دارد. پیوند پپتیدی زمانی اتفاق می‌افتد که مولکول‌های tRNA‌های حامل اسیدهای آمینه به کدون‌های mRNA در معرض متصل می‌شوند.

۱۷. آمینو اسیدها چگونه به محل هایی از سلول که در آن ترجمه انجام می شود آورده می شوند؟ آنتی کدون چیست؟

اسیدهای آمینه توسط مولکول های RNA به ریبوزوم ها منتقل می شوند که به عنوان RNA انتقال یا tRNA شناخته می شوند. یک tRNA که به اسید آمینه خاص خود متصل است توسط یک توالی خاص از سه نوکلئوتید به کدون mRNA در معرض ریبوزوم متصل می شود. این توالی در tRNA به عنوان آنتی کدون شناخته می شود. آنتی کدون tRNA طبق قانون AU, CG باید مکمل کدون mRNA باشد که به آن متصل می شود. سپس ریبوزوم در امتداد مولکول mRNA می لغزد (فرآیندی به نام جابجایی) تا کدون زیر را برای اتصال tRNA دیگر در معرض دید قرار دهد. هنگامی که آمینو اسیدهای مربوط به کدون های همسایه با پیوند پپتیدی متصل می شوند، اولین مولکول tRNa آزاد می شود.

• سنتز پروتئین – تنوع تصویر: انتقال RNA

۱۸. چرا نزدیکی بین ریبوزوم ها و اسیدهای آمینه برای تشکیل پروتئین ها مهم است؟ آنزیمی که آن واکنش را کاتالیز می کند چیست؟

نزدیکی بین ریبوزوم ها و اسیدهای آمینه مهم است زیرا آنزیمی که پیوند پپتیدی را کاتالیز می کند در ریبوزوم ها قرار دارد. به عنوان سوبسترای این آنزیم ها، اسیدهای آمینه باید به مراکز فعال سازی آنزیم متصل شوند.

آنزیمی که پیوند پپتیدی را کاتالیز می کند پپتیدیل ترانسفراز است.

۱۹. چرا ریبوزوم ها در طول mRNA حرکت می کنند؟

در طول ترجمه، ریبوزوم همیشه دو کدون mRNA را در معرض دید قرار می دهد تا با حرکت در طول mRNA ترجمه شوند. هنگامی که یک پیوند پپتیدی ایجاد می شود، ریبوزوم حرکت می کند تا کدون بعدی را آشکار کند. این حرکت جابجایی ریبوزومی نامیده می شود. (در شبکه آندوپلاسمی ناهموار، ریبوزوم ها به خارج از غشاء متصل می شوند و مولکول های mRNA در آنها حرکت می کنند).

• سنتز پروتئین – تنوع تصویر: انتقال ریبوزومی

۲۰. هر ریبوزوم در حین ترجمه یک مولکول mRNA چند پروتئین یکسان در یک زمان ساخته می شود؟ چگونه تولید متوالی پروتئین در ترجمه اتفاق می افتد؟

ریبوزوم ها چندین پروتئین مختلف را به طور همزمان نمی سازند. آنها را یکی پس از دیگری درست می کنند.

با این حال، بسیاری از ریبوزوم ها ممکن است در امتداد یک مولکول mRNA حرکت کنند و همان پروتئین را تولید کنند. واحدی که از ریبوزوم های زیادی که روی یک مولکول mRNA کار می کنند ساخته شده است، پلی زوم نامیده می شود.

سنتز پروتئین – تنوع تصویر: پلی زومی

۲۱. آیا یک مولکول mRNA فقط یک نوع پروتئین را کدگذاری می کند؟

سلول های یوکاریوتی دارای mRNA مونوسیسترونیک هستند، به این معنی که هر mRNA تنها یک زنجیره پلی پپتیدی را کدگذاری می کند. پروکاریوت ها ممکن است mRNA پلی سیسترونیک داشته باشند.

پس از مونتاژ آمینو اسیدها در یک زنجیره پلی پپتیدی، mRNA از طریق یکی از کدون های توقف خود، به ریبوزوم سیگنال می دهد که پلی پپتید کامل شده است. سپس ریبوزوم پروتئین تولید شده را آزاد می کند. در پروکاریوت ها، پس از پایان این فرآیند، اطلاعات مربوط به شروع سنتز پروتئین متفاوت دیگری ممکن است در همان مولکول mRNA دنبال شود.

۲۲. اگر آنتی کدون tRNA CAA باشد، کدون mRNA مربوط به آن چیست؟ در کد ژنتیکی این کدون کدام اسید آمینه را کدگذاری می کند؟

طبق قانون AU، CG، کدونی که با آنتی کدون CAA مطابقت دارد GUU است.

جدول کد ژنتیکی برای ترجمه بر اساس کدون است و نه آنتی کدون. اسید آمینه ای که توسط GUU کدگذاری شده است، طبق کد ژنتیکی، والین است.

۲۳. اگر قطعه ای از اسید نوکلئیک دارای توالی نوکلئوتیدی TAC باشد، کدون است یا آنتی کدون؟

یک قطعه اسید نوکلئیک با یک توالی TAC مطمئناً tRNA نیست. این DNA است زیرا RNA دارای پایه نیتروژنی تیمین نیست. از آنجایی که RNA نیست، نمی تواند کدون یا آنتی کدون باشد.

جهانی بودن کد ژنتیکی

۲۴. چرا می توان کد ژنتیکی را “کد منحط” نامید؟

کد ژنتیکی یک کد منحط است زیرا برخی از اسیدهای آمینه توسط بیش از یک نوع کدون کدگذاری می شوند. این سیستمی نیست که در آن هر عنصر تنها توسط یک واحد کدگذاری کدگذاری شود.

به عنوان مثال، اسید آمینه آرژنین توسط شش کدون کدگذاری می شود: CGU، CGC، CGA، CGG، AGA و AGG.

۲۵. مفهوم جهانی بودن کد ژنتیکی چیست؟ استثناهای این جهانی بودن چیست؟

کد ژنتیکی جهانی است زیرا قوانین کدگذاری پروتئین بر اساس کدون های mRNA عملاً برای همه موجودات زنده شناخته شده یکسان است. به عنوان مثال، کد ژنتیکی برای انسان، باکتری و بی مهرگان یکسان است.

با این حال، سنتز پروتئین در میتوکندری، کلروپلاست و برخی از تک یاخته ها از طریق کدگذاری ژنتیکی مختلف انجام می شود.

۲۶. جهانی بودن کد ژنتیکی چگونه فناوری DNA نوترکیب را ممکن می کند؟

جهانی بودن کد ژنتیکی به این واقعیت اشاره دارد که ماشین سنتز پروتئین همه موجودات زنده بر اساس اصول یکسان ذخیره سازی، انتقال و شناسایی اطلاعات، از جمله ترجمه کدون های mRNA، عمل می کنند. این واقعیت تبادل ژن ها یا قطعات ژنی بین ارگانیسم های مختلف را ممکن می کند و تضمین می کند که این ژن ها به کنترل سنتز پروتئین ادامه می دهند.

برای مثال، این جهانی بودن، درج بخشی از DNA انسان حاوی ژنی برای تولید پروتئین معین در ماده ژنتیکی باکتری ها امکان پذیر است. از آنجایی که سیستم‌های رونویسی و ترجمه باکتری مانند سیستم‌های انسانی مربوطه عمل می‌کنند، باکتری‌ها شروع به سنتز پروتئین انسانی مرتبط با قطعه DNA درج‌شده می‌کنند. صنایعی وجود دارند که انسولین انسانی (برای استفاده بیماران دیابتی) را از این طریق تولید می کنند که توسط باکتری ها با DNA اصلاح شده سنتز می شود. اگر کد ژنتیکی جهانی نبود، انجام این نوع دستکاری ژنتیکی بدون پیشرفت‌های فناوری جدید غیرممکن یا بسیار دشوار بود.

اکنون که مطالعه سنتز پروتئین را به پایان رسانده اید ، این گزینه های شما هستند:

• این موضوع را مرور کنید، همه پرسش و پاسخ ها را دوباره بخوانید.
• موضوع بعدی را مطالعه کنید: به سراغ باکتری ها بروید .