تسمى المجموعة الوظيفية رباعية الذرات –C(=O)NH– بمجموعة أميد أو، عند الحديث عن البروتينات، مجموعة الببتيد.

غالبًا ما توجد روابط الببتيد في الطبيعة في تكوين المخلفات وربطها ببعضها البعض. الروابط الببتيدية هي أيضًا أساس الحمض النووي الببتيد (PNA). البولياميدات، مثل النايلون والأراميد، هي جزيئات اصطناعية (بوليمرات) تحتوي أيضًا على روابط الببتيد.

تكوين الرابطة الببتيدية

يحدث تكوين الرابطة الببتيدية نتيجة تفاعل التكثيف بين مجموعتي الكربوكسيل والأمينية. وفي هذه الحالة تلعب المجموعة الأمينية دورًا عن طريق استبدال الهيدروكسيل الموجود في مجموعة الكربوكسيل.

وبما أن –OH عبارة عن مجموعة مغادرة سيئة، فإن تفاعل التكثيف يكون صعبًا للغاية. ويسمى التفاعل العكسي - تدمير الرابطة الببتيدية - بتفاعل التحلل المائي. في ظل الظروف القياسية، يتحول التوازن الكيميائي بدقة نحو التحلل المائي، مع تكوين الأحماض الأمينية الحرة (أو وحدات المونومر الأخرى). الرابطة الببتيدية شبه مستقرة، على الرغم من أن التحلل المائي الخاص بها يطلق حوالي 10 كيلو جول/مول من الطاقة؛ وتتم هذه العملية، دون وجود محفز التحلل المائي، ببطء شديد: عمر الببتيد في محلول مائي هو حوالي 1000 سنة.

في الكائنات الحية، يتم تسريع تفاعلات التحلل المائي بواسطة الإنزيمات.

يتطلب تفاعل التكثيف الذي يؤدي إلى تكوين رابطة الببتيد طاقة جيبس ​​الحرة. سواء في التخليق الكيميائي أو في التخليق الحيوي للبروتين، يتم ضمان التفاعل عن طريق تنشيط مجموعات الكربوكسيل، ونتيجة لذلك يتم تسهيل إزالة مجموعة الهيدروكسيل.

أشكال الرنين للروابط الببتيدية

في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين، أجرى لينوس كارل بولينج وروبرت برينارد كوري تحليلات حيود الأشعة السينية للعديد من الأحماض الأمينية وثنائي الببتيدات. لقد تمكنوا من اكتشاف أن مجموعة الببتيد لها بنية مستوية صلبة تقع فيها ست ذرات في نفس المستوى: ذرة الكربون ^5 ومجموعة C=O للحمض الأميني الأول، ومجموعة N-H و^5 ذرة الكربون من الحمض الأميني الثاني. وقد فسر بولينج هذه الحقيقة بوجود شكلين رنينين لمجموعة الببتيد، كما يدل على ذلك الطول الأقصر لرابطة C-N في المجموعة الببتيدية (133 م)، مقارنة بنفس الرابطة في الأمينات البسيطة (149 م). بسبب المشاركة الجزئية لزوج الإلكترون بين أكسجين الكربونيل ونيتروجين الأميد، فإن الرابطة الببتيدية لها خصائص مزدوجة بنسبة 40٪.

أشكال الرنين لمجموعة الببتيد النموذجية. يظهر الشكل الفردي غير المشحون (حوالي 60%) على اليسار، والشكل المزدوج المشحون (حوالي 40%) على اليمين.

في مجموعات الببتيد، لا يحدث الدوران حول الرابطة C-N بسبب ازدواجيتها الجزئية. التدوير ممكن فقط حول الروابط CC ^5 و NC ^5, . ونتيجة لذلك، يمكن تمثيل العمود الفقري الببتيد كسلسلة من الحقول مفصولة بنقاط دوران مشتركة (C ^ 5، الذرات). يحد هذا الهيكل من عدد سلاسل الببتيد المحتملة.

بالإضافة إلى ذلك، يعمل تأثير الرنين على استقرار المجموعة، مضيفًا ما يقرب من 84 سعرة حرارية/مول من الطاقة، مما يجعلها أقل تفاعلاً من المجموعات المماثلة (على سبيل المثال، الاسترات). هذه المجموعة ليس لها شحنة من حيث قيم الأس الهيدروجيني الفسيولوجية، ومع ذلك، ونظرًا لوجود شكلين من الرنين، فإن الأكسجين الكاربونيل يحمل شحنة سالبة جزئيًا، والنيتروجين الأميدي موجب جزئيًا. وهذا يخلق ثنائي القطب مع عزم ثنائي القطب يبلغ حوالي 3.5 ديباي (0.7 إلكترون أنجستروم). يمكن توجيه هذه العزوم ثنائية القطب بالتوازي في أنواع معينة من البنية الثانوية (على سبيل المثال، ^5،-الحلزونات).

تكوينات الرابطة الببتيدية

بالنسبة للرابطة الببتيدية المستوية، هناك تكوينان ممكنان:

1. التكوين العابر
2. تكوين رابطة الدول المستقلة.

في التكوين العابر، تقع ذرات الكربون والسلاسل الجانبية ^5 على جوانب مختلفة من الرابطة الببتيدية، بينما في تكوين رابطة الدول المستقلة تكون على نفس الجانب. يعد الشكل "المتحول" من الروابط الببتيدية أكثر انتشارًا (يحدث في 99.6% من الحالات) من الشكل "cis"، نظرًا لحقيقة أنه في الحالة الأخيرة هناك احتمال كبير للتصادم المكاني بين المجموعات الجانبية للأحماض الأمينية. الأحماض.

الاستثناء هو الحمض الأميني إذا كان متصلاً عبر مجموعة أمينية ببعض الأحماض الأمينية الأخرى. البرولين هو الحمض الأميني البروتيني الوحيد الذي يحتوي على حوالي C^5، ليس الأصلي، أ ثانويمجموعة امينو وفيه ترتبط ذرة النيتروجين بذرتي كربون، وليس بذرة واحدة، كما هو الحال في الأحماض الأمينية الأخرى. في البرولين الموجود في الببتيد، لا تختلف البدائل الموجودة في ذرة النيتروجين بقدر ما تختلف في الأحماض الأمينية الأخرى. ولذلك، فإن الفرق بين تكوينات "trans" و"cis" ضئيل للغاية، ولا يتمتع أي منهما بميزة الطاقة.

المطابقات المحتملة

يتم تحديد شكل الببتيد من خلال ثلاث زوايا ثنائية السطوح، مما يعكس الدوران حول ثلاث روابط متتالية في العمود الفقري الببتيد: `8، (psi) - حول C^5,1 -C، `9، (أوميغا) - حول C-N، و `6، (فاي) - حول نورث كارولاينا ^5.2.

لا يوجد دوران حول الرابطة الببتيدية نفسها، لأن الزاوية تساوي 9 دائماًتبلغ قيمته حوالي 180 درجة للتكوين العابر، و0 درجة لتكوين رابطة الدول المستقلة الأكثر ندرة.

نظرًا لأن روابط NC ^5,2 وC ^5,1 -C على جانبي الرابطة الببتيدية هي روابط مفردة عادية، فإن الدوران حولها غير محدود، ونتيجة لذلك يمكن لسلاسل الببتيد أن تأخذ مجموعة واسعة من المطابقات المكانية . ومع ذلك، ليست كل مجموعات الزوايا ثنائية السطوح ممكنة، فبالنسبة لبعضها، تحدث تصادمات مكانية للذرات. يتم تصور القيم المقبولة على رسم بياني ثنائي الأبعاد يسمى مخطط راماشاندران.

طرق تحديد الروابط الببتيدية

تعتمد طرق تحديد الروابط الببتيدية على حقيقة أن مجموعة الببتيد لها نطاق امتصاص مميز في حدود 190-230 نانومتر.

التفاعل النوعي للرابطة الببتيدية هو تفاعل البيوريت مع محلول مركز من كبريتات النحاس (II) (CuSO 4) في وسط قلوي. والناتج عبارة عن مركب معقد أزرق بنفسجي بين ذرة النحاس وذرات النيتروجين.

يمكن استخدام تفاعل البيوريت للقياس اللوني لتركيزات البروتين والببتيد، ومع ذلك، نظرًا لانخفاض حساسية هذه الطريقة، يتم استخدام تعديلات عليه في كثير من الأحيان. أحد هذه التعديلات هو دمج تفاعل البيوريت مع أكسدة بقايا الأحماض الأمينية العطرية.

ملحوظات

ملاحظات وشروحات لمقال "الترابط الببتيد".

استطالة، وتشكيل رابطة الببتيد (تفاعل الببتيد). النقل. مترجم. نهاية. دور عوامل البروتين في كل مرحلة من مراحل الترجمة

عند الانتهاء من البدء، يقع الريبوسوم على mRNA بطريقة بحيث يوجد في المركز P كودون البدء AUG مع Met-tRNAshMet متصل به، وفي المركز A يوجد ترميز ثلاثي لإدراج الحمض الأميني الأول للبروتين المركب. بعد ذلك، تبدأ أطول مرحلة من تخليق البروتين - الاستطالة، حيث يقوم الريبوسوم، باستخدام aa-tRNA، "بقراءة" mRNA بالتتابع على شكل ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات بعد كود البدء في الاتجاه من 5" إلى 3" النهاية، مما يؤدي إلى تمديد سلسلة البولي ببتيد إلى ما هو أبعد بسبب الإضافة المتسلسلة للأحماض الأمينية.

يتم دمج كل حمض أميني في البروتين على ثلاث مراحل، خلالها: 1) يرتبط الحمض الريبي النووي النقال لكل حمض أميني موجود في البروتين بالمركز A للريبوسوم؛ 2) ينضم الببتيد من peptidyl-tRNA الموجود في المركز P إلى مجموعة b-NH2 من بقايا aminoacyl من aa-tRNA في المركز A لتشكيل رابطة ببتيد جديدة؛ 3) ينتقل الببتيديل-tRNA، الممتد بواسطة بقايا حمض أميني واحد، من المركز A إلى المركز P نتيجة لانتقال الريبوسوم.

ربط aminoacyl-tRNA في الموقع A. يحدد كودون mRNA الموجود في المركز A بجوار كودون البداية طبيعة aa1tRNAaa1 التي سيتم تضمينها في المركز A. يتفاعل aa1tRNAaa1 مع الريبوسوم في شكل مركب ثلاثي يتكون من عامل الاستطالة EF-1، وaa1tRNAaa1، وGTP. يتفاعل المركب بشكل فعال مع الريبوسوم فقط إذا كان الكودون المضاد aa-tRNAaa1 مكملاً ومضادًا لكودون mRNA في المركز A. يحدث دمج aa-tRNAaa1 في الريبوسوم بسبب طاقة التحلل المائي لـ GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي والفوسفات غير العضوي. تكوين الرابطة الببتيديةيحدث مباشرة بعد انقسام مجمع EF-1 والناتج المحلي الإجمالي من الريبوسوم. هذه المرحلة من العملية تسمى تفاعلات الببتيد

خلال هذا التفاعل، ترتبط بقايا الميثيونين Met-tRNAIMet بالمجموعة الأمينية a للحمض الأميني الأول المرتبط بـ tRNAaa1 والموجود في المركز A، ويتم تشكيل أول رابطة الببتيد.

النقل -المرحلة الثالثة من الاستطالة. يرتبط عامل الاستطالة EF-2 بالريبوسوم، وباستخدام طاقة GTP، يدفع الريبوسوم على طول كودون mRNA الواحد إلى النهاية 3 بوصة. ونتيجة لذلك، فإن ثنائي الببتيديل-tRNA، الذي لا يغير موقعه بالنسبة إلى mRNA ، ينتقل من المركز A إلى المركز P. يترك tRNAiMet الخالي من الميثيونين الريبوسوم، ويدخل الكودون التالي إلى منطقة المركز A.

عند الانتهاء من المرحلة الثالثة من الاستطالة، يكون لدى الريبوسوم ثنائي الببتيديل-tRNA في المركز P، ويدخل الترميز الثلاثي لإدراج الحمض الأميني الثاني في سلسلة البولي ببتيد في المركز A. تبدأ الدورة التالية من مرحلة الاستطالة، والتي تحدث خلالها الأحداث المذكورة أعلاه مرة أخرى على الريبوسوم. تكرار مثل هذه الدورات وفقا لعدد الكودونات الحسية في mRNA يكمل مرحلة الاستطالة بأكملها.

نهايةتحدث الترجمة عندما يدخل أحد أكواد التوقف: UAG أو UAA أو UGA إلى المركز A للريبوسوم. لا توجد جزيئات tRNA مقابلة لكودونات التوقف. بدلاً من ذلك، يتم ربط عاملين لإطلاق البروتين RF أو عوامل الإنهاء بالريبوسوم. واحد منهم، باستخدام مركز ترانسفيراز الببتيديل، يحفز الانقسام المائي للببتيد المركب من الحمض الريبي النووي النقال. والآخر، بسبب طاقة التحلل المائي GTP، يسبب تفكك الريبوسوم إلى وحدات فرعية

وبالتالي، فإن طبيعة قالب عملية الترجمة تتجلى في حقيقة أن تسلسل دخول aminoacyl-tRNA إلى الريبوسوم لتخليق البروتين يتم تحديده بدقة بواسطة mRNA، أي. ترتيب الكودونات على طول سلسلة mRNA يحدد بشكل فريد بنية البروتين المركب. يقوم الريبوسوم بمسح سلسلة mRNA على شكل ثلاثة توائم ويختار تسلسليًا جزيئات الحمض الريبي النووي النقال "الضرورية" من البيئة، ويطلق جزيئات الحمض الريبي النووي النقال منزوعة الأسيلات أثناء الاستطالة.

تؤدي الوحدات الفرعية الصغيرة والكبيرة من الريبوسوم وظائف مختلفة أثناء الترجمة: تقوم الوحدة الفرعية الصغيرة بإرفاق mRNA وفك تشفير المعلومات باستخدام الحمض الريبي النووي النقال وآلية النقل، والوحدة الفرعية الكبيرة مسؤولة عن تكوين روابط الببتيد.

لترجمة المعلومات المكتوبة على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات إلى لغة تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين، هناك شفرة وراثية. يحتوي كل حمض أميني على ثلاث نيوكليوتيدات مجاورة ( الثلاثي، كودون). يتم تشفير كل واحد من الأحماض الأمينية البروتينية العشرين تقريبًا بواسطة عدة توائم ثلاثية، أي. الشفرة الوراثية تتدهور. الكود الجيني عالمي; مع استثناءات نادرة، في جميع الكائنات الحية يتم تشفير نفس الأحماض الأمينية بواسطة نفس الثلاثة توائم.

لكي يتم استخدام الحمض الأميني بواسطة الريبوسومات لتخليق البروتين، يجب أن يرتبط بجزيء RNA الناقل (tRNA). يتم تحفيز الإضافة بواسطة إنزيم أمينوسيل-tRNA المُصنّع. يمكن للحمض الأميني أن يرتبط فقط بـ tRNA الخاص به. جزيء tRNA صغير الحجم (74-95 nt) ويشكل بنية ثانوية مميزة على شكل "ورقة البرسيم" بسبب التفاعلات التكميلية البينية. تحتوي منطقة خاصة من جزيء tRNA على مضاد الكودون- ثلاثي يتوافق مع الحمض الأميني المقبول ومكمل لكودون mRNA لهذا الحمض الأميني (الشكل 27). يرتبط جزيء الحمض الأميني بالنهاية المستقبلة 3' لجزيء tRNA الخاص به بواسطة إنزيم aminoacyl-tRNA Synthetase. وهذا يعني أنه بفضل بنية جزيء tRNA، فإن كل حمض أميني يتوافق مع ثلاثي محدد. وبالتالي، فإن جزيء tRNA هو "المترجم" الذي "يفك" الشفرة الوراثية، ويترجمها إلى تسلسل من الأحماض الأمينية.

أرز. 27. هيكل جزيء الحمض الريبي النووي النقال

يحدث تخليق البروتين على الريبوسومات. الريبوسوم عبارة عن مركب بروتين نووي معقد يتكون من وحدتين فرعيتين، صغيرة وكبيرة.

تتضمن عملية تخليق البروتين ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء. يرتبط الريبوسوم بالـ mRNA ويتحرك على طوله إلى كود البدء، والذي يبدأ منه تخليق البروتين مباشرة. غالبًا ما يكون كود البدء هو كودون AUG (أقل شيوعًا GUG أو UUG). يبدأ تركيب سلسلة البولي ببتيد بالحمض الأميني الميثيونين. ويشارك أيضًا عدد من عوامل البروتين وجزيء GTP في بدء الترجمة. بعد إضافة الحمض الأميني ميثيونين، يتحرك الريبوسوم عبر المصفوفة، مضيفًا بقايا الأحماض الأمينية بالتتابع إلى سلسلة البولي ببتيد المتنامية. يظهر في الشكل رسم تخطيطي لدورة تكاثر الريبوسوم، التي تتكون من عمليات الارتباط ونقل الببتيدات والانتقال. 28. تحتوي الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة على موقعي ربط: A (ربط أمينواسيل-tRNA) وP (ربط ببتيديل-tRNA). في الموقع A، يحدث ارتباط لجزيء tRNA الذي يحمل حمضًا أمينيًا، وفي الموقع P يوجد tRNA مرتبطًا بسلسلة البولي ببتيد المتنامية. في مرحلة الارتباط، يدخل جزيء tRNA الذي يحمل حمضًا أمينيًا يتوافق مع كودون mRNA الموجود في هذه المنطقة إلى الموقع A. يرتبط مضاد الكودون tRNA بهذا الكودون وفقًا لمبدأ التكامل. يؤدي الارتباط إلى موقف يقترب فيه الحمض الأميني الواصل حديثًا من سلسلة البولي ببتيد المتنامية الموجودة في الموقع P. في هذه الحالة، تقوم الوحدة الفرعية الكبيرة من الريبوسوم بتحفيز تفاعل نقل الببتيد (تكوين رابطة الببتيد). ونتيجة لذلك، تقع سلسلة البوليببتيد المتنامية في الموقع A (المرتبط بجزيء الحمض النووي الريبي (RNA) الذي وصل حديثًا)، ومن أجل تحرير هذا الموقع ووضع الكودون التالي فيه، يحدث تفاعل الإزفاء. تتم إزالة الحمض الريبي النووي النقال الحر وينتقل البولي ببتيد المتنامي إلى الموقع P. يعود الريبوسوم إلى حالته السابقة، ولكن عند الكودون التالي للمصفوفة. تمثل ترجمة جزيء البروتين بأكمله تكرارًا لمثل هذه الدورات. تتضمن عملية الاستطالة بروتينات خاصة، وعوامل الاستطالة (EF)، وبالإضافة إلى ذلك، تتطلب عملية الاستطالة طاقة. لتكوين رابطة ببتيدية واحدة، يتم استهلاك جزيئين من GTP. (الطاقة المخزنة في جزيء GTP تعادل طاقة جزيء ATP).

أرز. 28. مخطط دورة استطالة الريبوسوم: أ- موقع ربط أميناسيل-tRNA للريبوسوم، ر– موقع ربط الببتيديل-tRNA للريبوسوم

مع تقدم الريبوسوم، يتم تحرير الطرف 5 سنت من القالب ويمكن للريبوسوم التالي أن يهبط عليه. يُطلق على البنية التي يرتبط فيها mRNA بالعديد من الريبوسومات اسم polysome. عندما يصل الريبوسوم إلى كود التوقف (UAA، UAG، أو UGA)، يحدث الإنهاء. يتطلب الإنهاء عوامل إنهاء البروتين؛ وتصاحب هذه العملية تحلل GTP.

دورة "الأساس الجزيئي للعمليات الحياتية"

المنهج الدراسي

الجريدة رقم.	المواد التعليمية
	المحاضرة رقم 1. الأنواع الرئيسية للبوليمرات الحيوية
	المحاضرة رقم 2. التفاعلات داخل الجزيئات وبين الجزيئات في البوليمرات الحيوية
	محاضرة رقم 3. الأحماض النووية الاختبار رقم 1(تاريخ الاستحقاق: 15 نوفمبر 2004)
	المحاضرة رقم 4. آليات عمل البروتين
	المحاضرة رقم 5. الكود الوراثي الاختبار رقم 2(تاريخ الاستحقاق: 15 ديسمبر 2004)
	المحاضرة رقم 6. التخليق الحيوي للأحماض النووية
	المحاضرة رقم 7. المراحل الأولية للتخليق الحيوي للبروتين
	محاضرة رقم 8.التخليق الحيوي للبروتين وتوطينه في الخلية
العمل النهائي هو تطوير الدرس. يجب إرسال الأعمال النهائية، مصحوبة بشهادات من المؤسسة التعليمية (أعمال التنفيذ)، إلى الجامعة التربوية في موعد أقصاه 28 فبراير 2005.

المحاضرة رقم 8. التخليق الحيوي للبروتين وتوطينه في الخلية

الخطوة التالية في عملية التخليق الحيوي للبروتين هي استطالة سلسلة البولي ببتيد، أو استطالة. تتميز هذه المرحلة بوجود الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) مع الببتيد المتنامي في الموقع P (منطقة الببتيديل). اسمحوا لي أن أذكرك أنه في نهاية البدء كان هناك بادئ tRNA يحمل الميثيونين، والذي يرتبط الكودون المضاد بكودون البادئ AUG. الموقع A (موقع أمينواسيل) مجاني، وفي مقابله على mRNA يوجد كودون محدد يتبع AUG.

لنفترض، على سبيل المثال، أن يكون الكودون UUC، الذي يشفر الفينيل ألانين. من السيتوبلازم، تدخل RNAs المختلفة التي تحمل الأحماض الأمينية إلى الموقع A للريبوسوم. إذا كان الكودون المضاد للـ tRNA مكملاً للكودون الموجود على mRNA، فسوف يرتبط الحمض الريبي النووي النقال بإحكام في الموقع A، ولكن إذا لم يكن مكملاً، فسوف يغادر هناك بسرعة. في حالتنا، سيتم ربط الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل الفينيل ألانين في الموقع A مع الكودون المضاد GAA.

يتم تسريع هذه العملية وتعزيز دقتها من خلال مشاركة بروتين يسمى عامل الاستطالة -1. إذا كان tRNA الصحيح مرتبطًا بالموقع A، فإنه يثبته هناك باستخدام طاقة التحلل المائي لجزيء GTP. بعد ذلك، يترك عامل الاستطالة 1، المرتبط بالناتج المحلي الإجمالي، الريبوسوم، ويظل الحمض الريبي النووي النقال مع الفينيل ألانين مرتبطًا بإحكام. سيتم ربط Aminoacyl-tRNA مع الريبوسوم في ثلاثة أقسام: حلقة مضاد الكودون مع كودون mRNA، والجزء الأوسط مع الوحدة الفرعية الصغيرة، والنهاية التي تحمل الحمض الأميني مع الوحدة الفرعية الكبيرة. هذا الارتباط قوي جدًا ولا يمكن عمليًا إطلاق aminoacyl-tRNA من الموقع A.

الآن، عندما يحتل الحمض النووي الريبوزي البادئ مع الميثيونين الموقع P، ويكون الحمض الريبي النووي النقال الثاني مع فينيل ألانين مرتبطًا بقوة في الموقع A، يتم تقريب نهاياتهما مقاس 3 بوصات معًا في منطقة مركز ناقلة الببتيديل في الريبوسوم. اسمحوا لي أن أذكركم أن هذا المركز ينقل بقايا الببتيد إلى المجموعة الأمينية من الحمض النووي الريبوزي أمينواسيل- في هذه الحالة، بقايا الببتيد هي بقايا ميثيونين جلبها الحمض الريبي النووي النقال البادئ، بعد هذا النقل، تشكل مجموعة الكربوكسيل من الميثيونين ببتيد ترتبط مع المجموعة الأمينية للفينيل ألانين (الشكل 1).

من المهم ملاحظة أن الطاقة المخزنة في رابطة الميثيونين مع الحمض الريبي النووي النقال وفيرة بما يكفي لتكوين رابطة الببتيد: تبلغ طاقة التحلل المائي لرابطة الأحماض الأمينية مع الحمض الريبي النووي النقال حوالي 30 كيلوجول/مول، وطاقة التحلل المائي الرابطة الببتيدية هي 2 كيلوجول/مول فقط.

بعد نقل بقايا الفينيل ألانين، يظل الحمض الريبي النووي النقال البادئ، غير المرتبط بالحمض الأميني، في الموقع P، وفي الموقع A يبقى الحمض الريبي النووي النقال فينيل ألانين، إلى النهاية 3 بوصة التي يرتبط بها ديبيبتيد ميثيونيل فينيل ألانين. الحمض الأميني الذي دخل الريبوسوم أولاً (الميثيونين) ينتهي عند الطرف N الحر من الببتيد، والحمض الثاني الذي يأتي (فينيل ألانين) يرتبط بالنهاية 3 بوصة من الحمض الريبي النووي النقال.

لا يتوافق هذا الموضع للمكونات مع وظائف مراكز الربط للريبوسوم، وبالتالي فإن حركة المكونات الفردية في الريبوسوم تصبح مواتية بقوة. بشكل غير مباشر، يتم توفيره من خلال طاقة انقسام رابطة الميثيونين مع الحمض الريبي النووي النقال. تسمى هذه الحركة مراحل النقل.

في أنظمة التخليق الحيوي للبروتين الاصطناعي في المختبريمكن أن يحدث بشكل عفوي، ولكن بمعدل منخفض. على ما يبدو، مثل هذه الحركة لديها حاجز طاقة مرتفع إلى حد ما، لذلك في الخلية الحية، لتسريع هذه العملية، يتم استخدام طاقة رابطة أخرى عالية الطاقة، والتي يتم إحضارها بواسطة جزيء GTP.

لا يستطيع الريبوسوم نفسه استخدام GTP، لكن لديه موقع ربط للبروتينات المساعدة. يتضمن النقل بروتينًا يسمى عامل الاستطالة -2. باستخدام الطاقة الناتجة عن التحلل المائي GTP، فإنه يحرك المكونات المرتبطة بالريبوسوم. في هذه الحالة، يحتل tRNA الذي يحمل الببتيد الموقع P، مما يؤدي إلى إزاحة tRNA الفارغ من هناك. يترك هذا الحمض الريبي النووي النقال الريبوسوم ويمكنه ربط حمض أميني جديد. جنبًا إلى جنب مع الحمض الريبي النووي النقال، يتحرك mRNA أيضًا، بينما يتم الحفاظ على اتصال mRNA مع peptidyl-tRNA، ويظهر الحمض الريبي النووي النقال المرتبط بالكودون التكميلي الخاص به في الموقع P. لن يكون هناك tRNA في الموقع A، ولكن كودون mRNA التالي سيكون مقابله.

وهكذا يتكرر الوضع الذي كان في بداية الاستطالة. الآن سوف يدخل aminoacyl-tRNA التالي إلى الموقع A، والذي يعتبر الكودون المضاد له مكملاً للكودون الموجود في الموقع A. على سبيل المثال، إذا كان هناك كودون CCG في الموقع A، فإن tRNA مع كودون CGG المضاد، الذي يحمل البرولين، سوف يرتبط به، وإذا كان هناك كودون UAC، فإن tRNA مع كودون GUA المضاد، الذي يحمل التيروزين، سوف يرتبط بـ هو - هي. تمامًا كما في حالة الحمض الريبي النووي النقال الأول الذي يحمل الفينيل ألانين، تحدث هذه العملية بمشاركة عامل الاستطالة -1 ويصاحبها تحلل GTP.

دع الكودون الموجود على mRNA يكون UCG ويكون الموقع A هو tRNA مع الكودون المضاد CGA. يدخل الحمض الأميني (سيرين) الذي يجلبه هذا الحمض الريبي النووي النقال إلى مركز ترانسفيراز الببتيديل، الذي ينقل ثنائي الببتيد ميثيونيل-فينيل ألانين من الموقع P إلى المجموعة الأمينية للسيرين. ونتيجة لذلك، سيحتوي الموقع A على الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل ثلاثي الببتيد ميثيونيل فينيل ألانيل سيرين، وسيحتوي الموقع P على الحمض الريبي النووي النقال الحر.

كما هو الحال بعد تكوين الرابطة الببتيدية الأولى، تكون هذه الحالة غير مواتية من الناحية النشطة، لذلك يحدث الإزفاء مرة أخرى بمشاركة عامل الاستطالة -2، مصحوبًا بالتحلل المائي GTP. بعد النقل، سينتهي الحمض الريبي النووي النقال مع ثلاثي الببتيد في الموقع P، وسيكون الموقع A حرًا، وستتكرر العملية برمتها.

يسمى تسلسل عمليات انضمام aminoacyl-tRNA إلى الموقع A وتكوين رابطة الببتيد والانتقال دورة الاستطالة(الصورة 2). لكي تحدث هذه العملية، فإن طبيعة الأحماض الأمينية ليست مهمة، ولكن من الضروري فقط تكامل الكودون الموجود على mRNA ومضاد الكودون الموجود في tRNA. وهكذا، من خلال تكرار دورة الاستطالة، يمكن للريبوسوم تصنيع أي بروتين، والذي سيتم تحديد تسلسله فقط من خلال تسلسل النيوكليوتيدات في الرنا المرسال. في هذه الحالة، فإن بقايا الميثيونين التي تأتي أولاً ستكون دائمًا موجودة عند الطرف N الحر للببتيد المركب، وسيتم ربط بقايا الأحماض الأمينية التي تأتي أخيرًا بالنهاية 3 بوصة من الحمض الريبي النووي النقال.

في كثير من الأحيان، تقوم العديد من الريبوسومات بتصنيع البروتين بالتتابع الواحد تلو الآخر على مرنا واحد. وهذا يسمح باستخدام أكثر كفاءة للmRNA وتخليق المزيد من جزيئات البروتين لكل وحدة زمنية. تسمى هذه الهياكل، التي تتكون من mRNA واحد وعدة ريبوسومات تعمل عليه، بالبوليزومات (الشكل 3).

يكون تكوين كل رابطة ببتيد في الريبوسوم مصحوبًا بالتحلل المائي لجزيئين GTP، وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم الريبوسوم طاقة الربط للحمض الأميني مع الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، لتكوين رابطتين ATP عاليتي الطاقة. وبالتالي، فإن عملية التخليق الحيوي للبروتين تعتبر مضيعة للغاية من وجهة نظر الطاقة: يتم استهلاك حوالي 120 كيلوجول/مول من الروابط المتكونة، والعمل المفيد (بما في ذلك طاقة الروابط الببتيدية، والانتقال وتقليل الإنتروبيا) يبلغ حوالي 12 كيلوجول/مول. يضمن هذا الاستهلاك الكبير للطاقة نسبة عالية من التخليق الحيوي للبروتين ومقاومته لمختلف العوامل غير المواتية.

تستمر عملية الاستطالة حتى يدخل كودون التوقف إلى الموقع A، حيث لا يوجد له tRNA مع كودون مكمل في الخلية. تذكر أن رموز التوقف هي UAA، UAG، UGA. عند هذه الكودونات، تتوقف عملية الاستطالة وتبدأ المرحلة الأخيرة من التخليق الحيوي للبروتين، والتي تسمى الإنهاء.

تسمى البروتينات المساعدة عوامل الإنهاء. لدى حقيقيات النوى عامل واحد من هذا القبيل، في حين أن بدائيات النوى لديها عدة عوامل. تتعرف هذه البروتينات على كودونات التوقف وترتبط بالريبوسوم بدلاً من الحمض الريبي النووي النقال في الموقع A. وفي الوقت نفسه، يقومون باستبدال جزيء الماء في مركز ترانسفيراز الببتيديل في الريبوسوم، والذي يتم نقل الببتيد المركب إليه، أي. يحدث التحلل المائي للرابطة بين الببتيد المركب والحمض الريبي النووي النقال.

وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الحمض الريبي النووي النقال الذي تم إطلاقه يترك الريبوسوم، ويتم إطلاق الببتيد الناتج ويبدأ في الوجود بشكل مستقل. ينفصل الريبوسوم عادةً إلى وحدات فرعية ويطلق mRNA. ومع ذلك، في بدائيات النوى الموجودة على مصفوفات متعددة السيسترونات، غالبًا ما يتحرك الريبوسوم على طول الرنا المرسال إلى بداية المنطقة التي تشفر البروتين التالي ويبدأ التوليف على نفس الرنا المرسال.

غالبًا ما يكتسب الببتيد الذي يتم تصنيعه بواسطة الريبوسوم تركيبه الثانوي والثالث المميز أثناء عملية التخليق الحيوي ويمكن أن يظهر نشاطه البيولوجي. وفي حالات أخرى، لا يتخذ البروتين شكله المميز إلا بعد تحرره من الريبوسوم. تتطلب المجموعة الثالثة من البروتينات بروتينات مساعدة تسمى المرافقات من أجل طيها الصحيح.

ومع ذلك، غالبًا ما يكون الببتيد المتكون على الريبوسوم غير نشط. لتكوين بروتين نشط، غالبًا ما يكون التعديل اللاحق مطلوبًا. هذه العملية تسمى نضوج البروتين. قد تشمل عمليات مختلفة.

أولاً، بقايا الميثيونين الأولى التي بدأ منها تركيبه تكون دائمًا تقريبًا منفصلة عن البروتين. في كثير من الأحيان، بالإضافة إلى ذلك، يتم قطع العديد من الأحماض الأمينية. في بعض الأحيان يتم شق المقاطع من منتصف سلسلة البولي ببتيد، ثم يتم تحويل البروتين النهائي، الذي تم تصنيعه على شكل سلسلة بولي ببتيد واحدة على مرنا واحد، إلى بروتين يتكون من وحدتين فرعيتين. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحدث تعديلات كيميائية لبقايا الأحماض الأمينية الفردية.

التعديلات الأكثر شيوعًا هي إضافة حمض الفوسفوريك إلى بقايا السيرين والثريونين والتيروزين، ومثيلة المجموعات الأمينية من الليسين والهستيدين، وأكسدة البرولين. لكن التعديلات الأكثر وضوحا للبروتينات هي ارتباطها بالجليكوزيل، أي. إضافة السكريات الأحادية أو قليلة التعدد إليها.

مثل هذه التعديلات شائعة بشكل خاص في البروتينات حقيقية النواة. في بعض الحالات، تكون كتلة بقايا الكربوهيدرات المرتبطة مماثلة لكتلة البروتين نفسه. البروتينات الموجودة على سطح الخلايا أو التي تطلقها الخلايا في البيئة هي الأكثر غليكوزيلات. هذا التعديل يجعل البروتين أكثر مقاومة لعوامل تغيير الطبيعة المختلفة وعمل الإنزيمات المحللة للبروتين. بالإضافة إلى ذلك، تلعب مجموعات الكربوهيدرات الموجودة على بروتينات سطح الخلية دورًا مهمًا في التعرف بين الخلايا.

ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتخليق البروتينات في العضيات والأغشية الخلوية. لا يمكن تشكيل مثل هذه البروتينات في السيتوبلازم، لأن فهي غير قابلة للذوبان وستشكل مجاميع. ولذلك، فإن الرنا المرسال لمثل هذه البروتينات يشفر تسلسلًا خاصًا من الأحماض الأمينية يسمى ببتيد الإشارة. وهو يقع في نهاية N من البروتين، أي. توليفها أولا. بمجرد خروج الببتيد الإشارة من الريبوسوم، يرتبط به مركب خاص من الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات يسمى جسيم SRP. يرتبط هذا الجسيم أيضًا بالريبوسوم، مما يمنعه من تصنيع المزيد من البروتين.

بعد ذلك، يجد مجمع "جسيمات الريبوسوم-SRP" مركبًا بروتينيًا خاصًا في أغشية الشبكة الإندوبلازمية، والذي له درجة عالية من التقارب مع الريبوسوم وببتيد الإشارة. إنه يزيح جسيم SRP ويربط الريبوسوم بطريقة يمر بها الببتيد المركب عبر قناة خاصة إلى الغشاء. إذا تم تصنيع بروتين الغشاء، يتم إدخاله في الغشاء أثناء عملية التخليق. إذا كان البروتين المركب يجب أن يدخل العضية أو يغادر الخلية، فإنه يمر عبر القناة إلى الجانب الآخر من الغشاء.

بعد مرور إشارة الببتيد عبر الغشاء، يتم تشققه. عادة ما يكون البروتين المتبقي غليكوزيلاتيد، وإذا كان بروتينًا غشائيًا، فغالبًا ما ترتبط به بقايا الأحماض الدهنية أو الجذور الهيدروكربونية.

هناك تسلسلات إشارات مختلفة لتوطين مختلف في الخلية. عادة ما تتركز مجمعات ربط الريبوسوم الموجودة على أغشية الشبكة الإندوبلازمية في مناطق محددة من الغشاء. ويرتبط عدد كبير من الريبوسومات بهذه المواقع في وقت واحد. وفي المجهر الإلكتروني، تبدو هذه المناطق من الأغشية مثل الشبكة الخشنة.

على الرغم من القواسم المشتركة بين آليات التخليق الحيوي للبروتين في الكائنات الحية المختلفة، تجدر الإشارة إلى أن الريبوسومات والمكونات الأخرى لجهاز تخليق البروتين تختلف إلى حد ما في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. وهذا هو الأساس لتثبيط التخليق الحيوي للبروتين في البكتيريا تحت تأثير بعض المواد، وخاصة المضادات الحيوية. ما يقرب من نصف المضادات الحيوية المعروفة المضادة للبكتيريا تعمل على الريبوسومات البكتيرية وليس لها أي تأثير على الريبوسومات الحيوانية. وتشمل هذه المضادات الحيوية التتراسيكلين والكلورامفينيكول (الكلورامفينيكول) والإريثروميسين وغيرها الكثير.

أسئلة للعمل المستقل

1. ما هي التفاعلات التي تحمل aminoacyl-tRNA في الموقع A؟

2. من أين تأتي الطاقة وما هي الطاقة التي يتم إنفاقها في عملية التخليق الحيوي للبروتين؟ ما هي كفاءة هذه العملية؟

3. ما هي عوامل البروتين المشاركة في التخليق الحيوي للبروتين؟ ما هي وظائفهم؟

4. ما هو نضوج البروتين؟

5. أين يحدث تركيب البروتينات الغشائية؟

6. ما الذي يحدد توطين البروتين المركب في الخلية؟

الأدب

سبيرين أ.س.مبادئ عمل الريبوسوم // مجلة سوروس التعليمية. 1999. رقم 4. ص 2-9.

سبيرين أ.س.التخليق الحيوي للبروتين: استطالة البولي ببتيد وإنهاء الترجمة // مجلة سوروس التعليمية. 1999. رقم 6. ص 2-7.

العمل النهائي

قم بإعداد مواد لدرس حول أحد المواضيع التالية.

1. هيكل ووظائف البروتينات.

2. التركيب والتخليق الحيوي للأحماض النووية.

3. تصنيع مصفوفة البوليمرات الحيوية. الكود الجيني.

4. التخليق الحيوي للبروتين على الريبوسوم.

يجب أن تحتوي المواد على محاضرة (25-30 دقيقة)، وأسئلة اختبار للطلاب للإجابة عليها شفهيًا في الفصل، واختبارات (5-8 مع إجابة واحدة صحيحة و3-5 مع عدة إجابات صحيحة) للاختبار الكتابي لمعرفة الجميع. الطلاب في الفصل.

يجب كتابة العمل على جهاز كمبيوتر أو آلة كاتبة على أوراق قياسية مقاس A4. أسلوب العرض مجاني. حجم المواد غير محدود.

يجب إرسال العمل النهائي إلى الجامعة التربوية في موعد أقصاه 28 فبراير 2005.