سید لفته فردزاده
3rd August 2015, 06:42 PM
ترجمه mRNA در پروکاریوت ها:
دو فاکتور شروع IF-1 و IF-3 به زیرواحد 30S ریبوزوم متصل می شوند. IF-3 مانع از اتصال دو زیر واحد کوچک و بزرگ ریبوزوم می شود. IF-1 با اتصال به جایگاهA زیر واحد کوچک مانع از اتصال مولکول های آمینوآسیل- tRNAبه این جایگاه می شود. در فاصله 13-8 جفت باز از انتهای 5 مولکول mRNA پروکاریوتی توالی مشترکی با 9-4 باز پورینی به نام توالی شاین - دالگارنو وجود دارد. این توالی مکمل یک توالی غنی از پیریمیدین در نزدیکی انتهای 3 مولکول 16SrRNAاست. با جفت شدن 16SrRNA توالی شروع مولکول mRNA در موقعیت صحیح بر روی زیر واحد 30S قرار می گیرد که لازمه شروع صحیح ترجمه است.
در مرحله بعدGTP.IF-2 با اتصال بهfMet-tRNA آن را به جایگاه P زیر واحد 30S انتقال می دهد. سپسGTP متصل به IF-2 به GDP و Pi آزاد شده و با آزاد شدنIF-2 دو فاکتور IF-1 و IF-3 نیز
آزاد می شوند تا امکان اتصال زیر واحد 50Sبه زیر واحد 30S فراهم آید. در ادامه مولکول آمینوآسیل- tRNA توسطEF-Tu.GTP در جایگاه A قرار می گیرد. وقتی اسید آمینه مناسب انتخاب شد GTP متصل به EF-Tu هیدرولیز شده و EF-Tu.GDP به همراهPi آزاد می گردد. با این عملtRNA حامل اسید آمینه دوم در جایگاهA قرار می گیرد. برای فعالیت مجدد نیاز به جا به جایی GDP با GTP در کمپلکس EF-Tu.GDP می باشد که توسط فاکتور EF-Ts تسهیل می گردد.
با انتقال N-فرمیل متیونین از fMet- tRNA موجود در جایگاه P به گروه آمینو اسید آمینه متصل به آمینوآسیل-tRNA موجود در جایگاه A یک پیوند پپتیدی ایجاد می شود. بدین ترتیب tRNA دشارژ در جایگاه P باقیمانده و tRNA موجود در جایگاه A حاوی یک دی پپتید است. مولکول 23SrRNA زیر واحد بزرگ به عنوان یک پپتیدیل ترانسفراز ایجاد پپوند پپتیدی را کاتالیز می کند. (آنزیم ترانس فرمیلاز با انتقال گروه فرمیل از N10-فرمیل-H4 فولات به گروه آلفا-آمینوی ریشه متیونین در Met-tRNA، آن را به fMet-tRNA تبدیل می کند).
برای ادامه ترجمه لازم است موقعیت ریبوزوم و mRNA نسبت به یکدیگر به اندازه یک کدون جا به جا شود. این جابه جایی که توسطEF-G یا ترانس لوکاز انجام می شود موجب قرارگیری tRNA دشارژ در جایگاه E و دی پپتیدیل- tRNAدر جایگاهP می باشد. بدین ترتیبtRNA دشارژ آماده خروج از جایگاهE ریبوزوم شده و بعد از خروج آن آمینوآسیل-tRNA سوم برای شروع دور بعدی وارد جایگاهA می شود.
ترجمهmRNA در یوکاریوت ها:
دو فاکتور eIF-3 وeIF-6 با اتصال به زیر واحدهای به ترتیب40S و 60S مانع از اتصال آن ها به یکدیگر می شوند. ابتدا کمپلکس GTP.eIF-2.Met-tRNA به جایگاه P زیر واحد کوچک وارد می شود. سپسeIF-2 به شکل متصل بهGDP آزاد می شود که جایگزینی آن با GTP نیاز بهeIF-2B دارد.
در یوکاریوت ها توالی مشابه توالی شاین-دالگارنو وجود ندارد. در اینجا برای قرارگیری صحیح مولکول mRNAبر روی زیر واحد کوچک ریبوزوم و شناسایی کدون صحیح فاکتورهای پروتئینی متعدد دخیل هستند:
پروتئین اتصالی پلی A (PAB): به انتهای 3 مولکول mRNA اتصال می یابد. کمپلکس eIF-4F از طریق زیر واحد eIF-4E به کلاهک انتهای 5 مولکول mRNA اتصال
می یابد. به همین دلیل بهeIF-4E را پروتئین اتصالی کلاهک (CBP) گویند.
eIF-4F دارای سه زیر واحد eIF-4E / eIF-4G / eIF-4A می باشد. زیر واحد eIF-4G این کمپلکس با اتصال به eIF-4E و PAB آن ها را به یکدیگر گره می زند. در ادامه زیر واحد دیگر این کمپلکس یعنی eIF-4A نیز اضافه می شوند eIF-4A دارای خاصیت هلیکازی و ATPase است. این فاکتور به eIF-4G اتصال یافته و با فعالیت هلیکازی و ATPase ساختمان های دوم موجود در انتهای 5 مولکولmRNA ا از بین می برد. eIF-4B محرک فعالیت های ATPase و هلیکازیeIF-4A است.
با یافتن کدون شروع و قرارگیری آن در جایگاه P ریبوزومی، eIF-5 اتصال یافته و با فعالیت GTPase آنGTP متصل به eIF-2 هیدرولیز می گردد. حاصل این هیدرولیز آزاد سازی فاکتورهای شروع می باشد. در این زمان زیر واحد 60S امکان اتصال به زیر واحد40S را پیدا نموده و بدین ترتیب کمپلکس شروع 80S تشکیل می شود.
چرخه طویل سازی زنجیر پلی پپتیدی در یوکاریوت ها کاملا مشابه طویل سازی در پروکاریوت ها است. سه فاکتور طویل سازی یوکاریوتی شامل eEF-1، eEF-1، eEF-2 نقشی مشابه فاکتورهای پروکاریوتی EF-Tu ،EF-Ts ،EF-G دارند. در یوکاریوت ها فعالیت پپتیدیل ترانسفراز بر عهده 28SrRNA زیر واحد بزرگ می باشد.
مهار کننده های پروتئین سازی:
تتراسیکلین: با اتصال به زیر واحد کوچک ریبوزوم پروکاریوتی از اتصال مولکول های آمینواسیل-tRNA به جایگاه A جلوگیری می کند.
استرپتومایسین: با اتصال به زیر واحد کوچک ریبوزوم پروکاریوتی و تاثیر بر کنفورماسیون آن، در میانکنش tRNA با زیر واحد ریبوزوم و mRNA تغییر ایجاد کرده و منجر به غلط خوانی مولکول mRNA می شود. استرپتومایسین در آغاز سنتز پروتئین نیز تداخل ایجاد می کند.
پورومایسین: ساختمان آن مشابه تیروزیل-tRNA است و با اتصال به جایگاه A در زیر واحد بزرگ ریبوزوم به عنوان پذیرنده پپتید مجاور در واکنش پپتیدیل ترانسفراز عمل می کند. پپتیدیل-پورومایسین جابجا نشده و نمی تواند نقش دهنده پپتید را ایفا نماید؛ ترجمه زودتر از موعد خاتمه یافته و پپتیدیل-پورومایسین رها می شود.
کلرامفنیکل: با اتصال به زیر واحد بزرگ ریبوزوم پروکاریوتی، فعالیت پپتیدیل ترانسفرازی 23SrRNA را مهار می کند.
اریترومایسین: با اتصال به زیر واحد بزرگ ریبوزوم پروکاریوتی، واکنش جابجایی را مهار می کند.
کلیسین E3: توسط برخی از سوش های E.Coli تولید می شود و به عنوان یک ریبونوکلئاز مولکول 16SrRNA را در نزدیکی توالی اتصال به mRNA شکسته و با مهار زیر واحد 30S ریبوزوم پروکاریوتی مانع سنتز پروتئین می شود.
سیکلوهگزامید: با اتصال به زیر واحد بزرگ ریبوزوم یوکاریوتی، فعالیت پپتیدیل ترانسفرازی 28SrRNA را مهار می کند.
سم دیفتری: با ADP-ریبوزیلاسیون ریشه دیفتامید eEF-2 ترانس لوکاز یوکاریوتی سنتز پروتئین را مهار می کند. دیفتامید از تغییر پس از ترجمه هیستیدین ایجاد شده است. ADP-ریبوز از تجزیه NAD+ به ADP–ریبوز و نیکوتین آمید ایجاد می شود. ADP-ریبوزیلاسیون فیزیولوژیکی، که با سم های باکتریایی انجام نمی شوند، معمولا آرژینین و سیستئین را دچار تغییر می کنند.
ریسین: یک پروتئین فوق العاده سمی از دانه های کرچک می باشد که به عنوان یک N-گلیکوزیداز با دپوریناسیون یک آدنوزین اختصاصی در 28SrRNA سبب مهار زیر واحد60S ریبوزوم یوکاریوتی می شود.
آلفا-سارسین: یک سم قارچی است که به عنوان یک ریبونوکلئاز مولکول28SrRNA زیر واحد60S ریبوزوم یوکاریوتی را در یک محل شکسته و آن را غیر فعال می کند.
تغییرات و انتقال پروتئین ها:
سلنوسیستئین:
سلنوسیستئین از نظر ساختاری مشابه سیستئین است اما در آن یک اتم سلنیوم جایگزین اتم سولفور شده است. کدونUGA در اکثر مواقع، پیام خاتمه ترجمه را کد می کند، اما در RNA خاصی باعث کد شدن سلنوسیستئین در توالی پلی پپتیدی می شود. این موارد نادر بوده و فقط 25 ژن در ژنوم انسانی وجود دارد که سلنوسیستئین را جهت مشارکت در پروتئین ها کد می کنند. علاوه بر این، در حالی که پروتئین های سلنوسیستئینی در همه موجودات زنده یافت می شوند، با این حال این کدون به صورت عمومی نیست، یعنی در گیاهان عالی، مخمرها و یا اکثر باکتری ها وجود ندارد. سلنوسیستئین در دو مرحله از سریل- tRNA ایجاد می شود. ابتدا سرین به وسیله کیناز فسفریله شده و سپس به وسیله یک آنزیم سنتاز که از سلنوفسفات استفاده می کند به سلنوسیستئین تبدیل می شود. سلنوسیستئین در جایگاه فعال برخی از آنزیم ها نظیر گلوتاتیون پراکسیداز، تیوردوکسین ردوکتاز و تیروزین 5-دیدیناز وجود دارد.
گلیکوزیلاسیون پروتئین ها:
- گلیکوزیلاسیون متصل بهN : اتصال یک الیگوساکارید از طریق نیتروژن آمید آسپاراژین صورت می پذیرد. تشکیل الیگوساکاریدهای متصل بهN در لومن شبکه آندوپلاسمی خشن آغاز و در دستگاه گلژی ادامه می یابد. یک توالی خاص Asn-X-Thr(Ser) مورد نیاز است که در آن X می تواند هر اسید آمینه ای به جز پرولیند یا آسپارتیک اسید باشد. در گلیکوزیلاسیون متصلN ، دولیکول فسفات (یک پلی ایزوپرنوئید) درسطح غشاء شبکه آندوپلاسمی به عنوان پذیرنده گلیکوزیل برای N-استیل ئگلوکز آمین عمل می کند. آنتی بیوتیک تونیکومایسین N-گلیکوزیلاسیون را مهار می کند.
در سطح سیس دستگاه گلژی، برخی از سطوح ساختار سوم پروتئین های لیزوزومی توسط گلیکوزیل ترانسفرازی که N-استیل گلوکز آمین فسفات (GlcNAc-P) را به یک الیگوساکارید با مانوز بالا متصل می کند، شناسایی می شود. سپس GlcNAc توسط یک گلیکوزیداز برداشته شده و الیگوساکاریدی ایجاد می شود که دارای مانوز 6-فسفات است که مسئول انتقال وزیکولی و انتقال اندامکی این پروتئین ها به لیزوزوم است. بیماران مبتلا به بیماری سلول I (موکولیپیدوزیس) فاقد ترانسفراز GlcNAc-P بوده و نمی توانند آنزیم های لیزوزومی را برای مقصدشان نشان دار کرده و آن ها از سلول ترشح می شوند.
- گلیکوزیلاسیون متصل O: الیگوساکاریدها از طریق گروه های هیدروکسیل سرین یا تروئونین در پروتئین ها به آن ها متصل می شوند (گلیکوزیلاسیون رشته های کلاژن بر روی ریشه های هیدروکسی لیزین صورت می گیرد). این گلیکوزیلاسیون تنها پس از رسیدن پروتئین به دستگاه گلژی صورت می پذیرد. بنابراین یک فرآیند پس از ترجمه بوده و تنها بر روی پروتئین های تا خورده رخ می دهد. هیچ توالی خاصی از اسید های آمینه برای این عمل لازم نیست و سرین ها و ترئونین های موجود در سطح پروتئین به عنوان پذیرنده های N-استیل
گالاکتوز آمین ترانسفراز عمل می کند.
گلیکاسیون پروتئین ها:
واکنش گلیکوزیلاسیون در دیابت کنترل نشده و در یک واکنش غیر آنزیمی بین گلوکز خون و هموگلوبین ایجاد می شود. در مورد هموگلوبینA گلوکز به ریشه والین انتهای آمین زنجیره بتا متصل می شود که به آن HbA1c گفته می شود که مقادیر خونی آن نمایانگر میزان متوسط قند خون در دو تا سه ماه گذشته می باشد. همچنین گلوکز می تواند به گروه آمینو ریشه جانبی لیزین زنجیره آلفا متصل شود که در این حالت به آن A zero اطلاق می شود. فروکتوز آمین شکل اتصال یافته گلوکز به آلبومین می باشد. فروکتوز آمین می تواند اطلاعاتی در مورد گلوکز بین دوره های 2 تا 4 هفته قبل از نمونه گیری فراهم آورد.
عوامل دخیل در تا خوردن (folding) صحیح پروتئین ها:
چاپرون ها: در هنگام سنتز پروتئین بر روی ریبوزوم، چاپرون ها یا پروتئین های شوک حرارتی نظیر hsp70 به آنها اتصال یافته و مانع تا خوردن غلط آن ها قبل از سنتز کامل رشته، و تعیین موقعیت صحیح سلولی پروتئین ها می گردند.
چاپرونین ها: خانواده چاپرون های hsp60 (GroE1 در اشریشیا کلی) با فعالیت ATPase به تا شدن صحیح پروتئین ها کمک می کند.
پپتید پرولیل سیس ترانس ایزومراز (PPI):
این آنزیم پیوندهای پپتیدی سیس و ترانس ریشه های پرولین را به یکدیگر تبدیل می کند.
پروتئین دی سولفید ایزومراز (PDI):
این آنزیم شکستن و تشکیل پیوندهای دی سولفیدی سیستین را کاتالیز می کند.
انتقال پروتئین ها به شبکه آندوپلاسیمی:
در انتهای آمینو پروتئین های در حال سنتز بر روی ریبوزوم های شبکه آندوپلاسمی خشن یک توالی پیام با طول 15 تا 30 اسید آمینه (دارای 12-8 اسید آمینه آبگریز در مرکز و یک اسید آمینه بازی در انتهای آمینو) وجود دارد که به ذره شناسایی پیام (SRP) که شامل 6 پروتئین مختلف و یک مولکول 7SrRNA است، متصل می شود. پپتید نشانه به پاکت آبگریزی SRP از طریق تماس قطعه باردار مثبت انتهای Nبه RNA مربوط به SRP، متصل می شود. در نتیجه سنتز پروتئین متوقف شده و کمپلکس به شبکه آندوپلاسمی (ER) انتقال می یابد. گیرنده SRP و گیرنده ریبوزوم در این اتصال دخالت دارند. با برقراری این اتصال سنتز از سر گرفته شده و همزمان با آن زنجیر پلی پپتیدی به داخل لومن شبکه آندوپلاسمی انتقال داده می شود. در آن جا توالی پیام توسط آنزیم سیگنال پپتیداز که در سطح لومینال ER به صورت سرتاسری قرار گرفته است، با هیدرولیز GTP جدا می شود. همچنین در شبکه آندوپلاسمی چاپرون های کالنکسین و کالرتیکولین (پروتئین های اتصالی به کلسیم) به تا شدن صحیح پروتئین کمک می کنند.
انتقال پروتئین ها به هسته:
انتقال پروتئین ها به هسته از طریق منافذ موجود در غشای هسته به نام نوکلئوپورین ها صورت می گیرد. یک سری پروتئین ناقل به صورت دیمری از آلفا-ایمپورتین و بتا-ایمپورتین نیز وجود دارند که به ترتیب مسئول اتصال به زنجیره پپتیدی و منفذ هستند. این انتقال نیازمند GTPaseRan است.
انتقال پروتئین ها به میتوکندری:
پپتیدهای پیش ساز پروتئین های میتوکندریایی موجود در سیتوزول به کمکhsp70 یا فاکتور تحریک انتقال میتوکندریایی (MSF) به میتوکندری منتقل شده و در آن جاhsp70 میتوکندریایی با اتصال به این پروتئین ها سبب تسهیل در انتقال و جلوگیری از تا شدن نامناسب می شوند. تعامل اخیر با هیدرولیز ATP همراه بوده که به کمک شیب الکتروشیمیایی موجود در عرض غشای میتوکندری انرژی مورد نیاز جا به جایی را تامین می کند.
تجزیه پروتئین ها به کمک پروتئازوم ها:
پیوند یوبی کوئیتین با پروتئین ها از طریق پیوندهای ایزوپپتیدی بین گروه های e-آمینو در لیزین پروتئین و پایانه های گلیسین در یوبی کوئیتین صورت می گیرد. انتخاب پروتئین برای تجزیه به ویژگی آنزیم E3 بستگی دارد که در آن هم کنفورماسیون و هم توالی اسید آمینه ای حائز اهمیت است. توالی های ناپایدار کننده PEST که غنی از پرولین، گلوتامات، سرین، ترئونین هستند، در چندین پروتئین شناسایی شده اند که یوبی کوئیتین به آنها متصل می شود.
پروتئوزوم نوع 26s دارای یک بخش مرکزی کاتالیزی و یک کلاهک تنظیم کننده 19sدر هر انتها می باشد که پروتئین های یوبی کوئیتینه شده را شناسایی می کند. کلاهک 19s از 18-16 زیر واحد پروتئینی تشکیل شده است که 6 تا از این زیر واحدها دارای فعالیت ATPase است که با هیدرولیز ATP، انرژی مورد نیاز را برای باز کردن تا خوردگی سوبستراهای پروتئین و انتقال انتخابی آن ها به اتاقک داخلی پروتئازوم فراهم می نمایند.
فیبروزکیستیک:
شایع ترین بیماری اتوزومال غالب در جمعیت قفقازی است که شیوع آن به حدود 1 در 2000 می رسد. 70% موارد آن به علت حذف کدون رمز کننده فنیل آلانین 508 در ژن CF ایجاد می شود. ژن CF 230 کیلو باز طول داشته و دارای 27 اگزون است که پروتئینی با 1480 اسید آمینه را کد می کند. این پروتئین که از آن به عنوان تنظیم کننده هدایت ترانس ممبران غشایی فیبروزکیستیک (CFTR) یاد می شود عضوی از خانواده پروتئین های انتقالی وابسته بهATP است. این پروتئین دارای دو دومن است که از عرض غشا عبور کرده و هر کدام از آن ها دارای شش قطعه گذرنده غشایی، دو دومن اتصالی به ATP و یک دومن تنظیمی با چندین ناحیه فسفوریلاسیون می باشد. CFTR به عنوان یک کانال کلر که با cAMP تنظیم می شود، عمل می کند. چین خوردگی پیچیده آن به وسلیه شاپرون های متعددی تحت تاثیر قرار می گیرد. پروتئین CF جهش یافته که فنیل آلانین 508 آن حذف شده است درون شبکه آندوپلاسمی به درستی تا نشده و به خوبی گلیکوزیله نشده و یا در سطح سلول قرار نمی گیرد. در عوض به درون سیتوپلاسم برگشته و درون پروتئازوم ها تجزیه می شود. تکنیک پیمایش کروموزومی (Chromosome Walking) اول بار جهت تعیین ژن فیبروزکیستی مورد استفاده قرار گرفت.
بیماری آلزایمر:
در این بیماری تجمع پروتئین بتا-آمیلوئید که خود از یک پروتئین پیش ساز آمیلوئیدی بزرگتر مشتق شده است منجر به تشکیل پلاک در نورون های مغز بیماران می شود. اگر چه تجمع گانگلیوزیدGM1 که یک Tau پروتئین مرتبط با میکرو توبول ها هست نیز در این پلاک ها یافت شده است.
بیماری پارکینسون:
در این بیماری تا شدن غلط پروتئین پیش سیناپسی آلفا سینوسلئین (a-syn)در شبکه آندوپلاسمی نورون ها باعث تشکیل اجسام Lewy در سیتوپلاسم این سلول ها می شود.
دو فاکتور شروع IF-1 و IF-3 به زیرواحد 30S ریبوزوم متصل می شوند. IF-3 مانع از اتصال دو زیر واحد کوچک و بزرگ ریبوزوم می شود. IF-1 با اتصال به جایگاهA زیر واحد کوچک مانع از اتصال مولکول های آمینوآسیل- tRNAبه این جایگاه می شود. در فاصله 13-8 جفت باز از انتهای 5 مولکول mRNA پروکاریوتی توالی مشترکی با 9-4 باز پورینی به نام توالی شاین - دالگارنو وجود دارد. این توالی مکمل یک توالی غنی از پیریمیدین در نزدیکی انتهای 3 مولکول 16SrRNAاست. با جفت شدن 16SrRNA توالی شروع مولکول mRNA در موقعیت صحیح بر روی زیر واحد 30S قرار می گیرد که لازمه شروع صحیح ترجمه است.
در مرحله بعدGTP.IF-2 با اتصال بهfMet-tRNA آن را به جایگاه P زیر واحد 30S انتقال می دهد. سپسGTP متصل به IF-2 به GDP و Pi آزاد شده و با آزاد شدنIF-2 دو فاکتور IF-1 و IF-3 نیز
آزاد می شوند تا امکان اتصال زیر واحد 50Sبه زیر واحد 30S فراهم آید. در ادامه مولکول آمینوآسیل- tRNA توسطEF-Tu.GTP در جایگاه A قرار می گیرد. وقتی اسید آمینه مناسب انتخاب شد GTP متصل به EF-Tu هیدرولیز شده و EF-Tu.GDP به همراهPi آزاد می گردد. با این عملtRNA حامل اسید آمینه دوم در جایگاهA قرار می گیرد. برای فعالیت مجدد نیاز به جا به جایی GDP با GTP در کمپلکس EF-Tu.GDP می باشد که توسط فاکتور EF-Ts تسهیل می گردد.
با انتقال N-فرمیل متیونین از fMet- tRNA موجود در جایگاه P به گروه آمینو اسید آمینه متصل به آمینوآسیل-tRNA موجود در جایگاه A یک پیوند پپتیدی ایجاد می شود. بدین ترتیب tRNA دشارژ در جایگاه P باقیمانده و tRNA موجود در جایگاه A حاوی یک دی پپتید است. مولکول 23SrRNA زیر واحد بزرگ به عنوان یک پپتیدیل ترانسفراز ایجاد پپوند پپتیدی را کاتالیز می کند. (آنزیم ترانس فرمیلاز با انتقال گروه فرمیل از N10-فرمیل-H4 فولات به گروه آلفا-آمینوی ریشه متیونین در Met-tRNA، آن را به fMet-tRNA تبدیل می کند).
برای ادامه ترجمه لازم است موقعیت ریبوزوم و mRNA نسبت به یکدیگر به اندازه یک کدون جا به جا شود. این جابه جایی که توسطEF-G یا ترانس لوکاز انجام می شود موجب قرارگیری tRNA دشارژ در جایگاه E و دی پپتیدیل- tRNAدر جایگاهP می باشد. بدین ترتیبtRNA دشارژ آماده خروج از جایگاهE ریبوزوم شده و بعد از خروج آن آمینوآسیل-tRNA سوم برای شروع دور بعدی وارد جایگاهA می شود.
ترجمهmRNA در یوکاریوت ها:
دو فاکتور eIF-3 وeIF-6 با اتصال به زیر واحدهای به ترتیب40S و 60S مانع از اتصال آن ها به یکدیگر می شوند. ابتدا کمپلکس GTP.eIF-2.Met-tRNA به جایگاه P زیر واحد کوچک وارد می شود. سپسeIF-2 به شکل متصل بهGDP آزاد می شود که جایگزینی آن با GTP نیاز بهeIF-2B دارد.
در یوکاریوت ها توالی مشابه توالی شاین-دالگارنو وجود ندارد. در اینجا برای قرارگیری صحیح مولکول mRNAبر روی زیر واحد کوچک ریبوزوم و شناسایی کدون صحیح فاکتورهای پروتئینی متعدد دخیل هستند:
پروتئین اتصالی پلی A (PAB): به انتهای 3 مولکول mRNA اتصال می یابد. کمپلکس eIF-4F از طریق زیر واحد eIF-4E به کلاهک انتهای 5 مولکول mRNA اتصال
می یابد. به همین دلیل بهeIF-4E را پروتئین اتصالی کلاهک (CBP) گویند.
eIF-4F دارای سه زیر واحد eIF-4E / eIF-4G / eIF-4A می باشد. زیر واحد eIF-4G این کمپلکس با اتصال به eIF-4E و PAB آن ها را به یکدیگر گره می زند. در ادامه زیر واحد دیگر این کمپلکس یعنی eIF-4A نیز اضافه می شوند eIF-4A دارای خاصیت هلیکازی و ATPase است. این فاکتور به eIF-4G اتصال یافته و با فعالیت هلیکازی و ATPase ساختمان های دوم موجود در انتهای 5 مولکولmRNA ا از بین می برد. eIF-4B محرک فعالیت های ATPase و هلیکازیeIF-4A است.
با یافتن کدون شروع و قرارگیری آن در جایگاه P ریبوزومی، eIF-5 اتصال یافته و با فعالیت GTPase آنGTP متصل به eIF-2 هیدرولیز می گردد. حاصل این هیدرولیز آزاد سازی فاکتورهای شروع می باشد. در این زمان زیر واحد 60S امکان اتصال به زیر واحد40S را پیدا نموده و بدین ترتیب کمپلکس شروع 80S تشکیل می شود.
چرخه طویل سازی زنجیر پلی پپتیدی در یوکاریوت ها کاملا مشابه طویل سازی در پروکاریوت ها است. سه فاکتور طویل سازی یوکاریوتی شامل eEF-1، eEF-1، eEF-2 نقشی مشابه فاکتورهای پروکاریوتی EF-Tu ،EF-Ts ،EF-G دارند. در یوکاریوت ها فعالیت پپتیدیل ترانسفراز بر عهده 28SrRNA زیر واحد بزرگ می باشد.
مهار کننده های پروتئین سازی:
تتراسیکلین: با اتصال به زیر واحد کوچک ریبوزوم پروکاریوتی از اتصال مولکول های آمینواسیل-tRNA به جایگاه A جلوگیری می کند.
استرپتومایسین: با اتصال به زیر واحد کوچک ریبوزوم پروکاریوتی و تاثیر بر کنفورماسیون آن، در میانکنش tRNA با زیر واحد ریبوزوم و mRNA تغییر ایجاد کرده و منجر به غلط خوانی مولکول mRNA می شود. استرپتومایسین در آغاز سنتز پروتئین نیز تداخل ایجاد می کند.
پورومایسین: ساختمان آن مشابه تیروزیل-tRNA است و با اتصال به جایگاه A در زیر واحد بزرگ ریبوزوم به عنوان پذیرنده پپتید مجاور در واکنش پپتیدیل ترانسفراز عمل می کند. پپتیدیل-پورومایسین جابجا نشده و نمی تواند نقش دهنده پپتید را ایفا نماید؛ ترجمه زودتر از موعد خاتمه یافته و پپتیدیل-پورومایسین رها می شود.
کلرامفنیکل: با اتصال به زیر واحد بزرگ ریبوزوم پروکاریوتی، فعالیت پپتیدیل ترانسفرازی 23SrRNA را مهار می کند.
اریترومایسین: با اتصال به زیر واحد بزرگ ریبوزوم پروکاریوتی، واکنش جابجایی را مهار می کند.
کلیسین E3: توسط برخی از سوش های E.Coli تولید می شود و به عنوان یک ریبونوکلئاز مولکول 16SrRNA را در نزدیکی توالی اتصال به mRNA شکسته و با مهار زیر واحد 30S ریبوزوم پروکاریوتی مانع سنتز پروتئین می شود.
سیکلوهگزامید: با اتصال به زیر واحد بزرگ ریبوزوم یوکاریوتی، فعالیت پپتیدیل ترانسفرازی 28SrRNA را مهار می کند.
سم دیفتری: با ADP-ریبوزیلاسیون ریشه دیفتامید eEF-2 ترانس لوکاز یوکاریوتی سنتز پروتئین را مهار می کند. دیفتامید از تغییر پس از ترجمه هیستیدین ایجاد شده است. ADP-ریبوز از تجزیه NAD+ به ADP–ریبوز و نیکوتین آمید ایجاد می شود. ADP-ریبوزیلاسیون فیزیولوژیکی، که با سم های باکتریایی انجام نمی شوند، معمولا آرژینین و سیستئین را دچار تغییر می کنند.
ریسین: یک پروتئین فوق العاده سمی از دانه های کرچک می باشد که به عنوان یک N-گلیکوزیداز با دپوریناسیون یک آدنوزین اختصاصی در 28SrRNA سبب مهار زیر واحد60S ریبوزوم یوکاریوتی می شود.
آلفا-سارسین: یک سم قارچی است که به عنوان یک ریبونوکلئاز مولکول28SrRNA زیر واحد60S ریبوزوم یوکاریوتی را در یک محل شکسته و آن را غیر فعال می کند.
تغییرات و انتقال پروتئین ها:
سلنوسیستئین:
سلنوسیستئین از نظر ساختاری مشابه سیستئین است اما در آن یک اتم سلنیوم جایگزین اتم سولفور شده است. کدونUGA در اکثر مواقع، پیام خاتمه ترجمه را کد می کند، اما در RNA خاصی باعث کد شدن سلنوسیستئین در توالی پلی پپتیدی می شود. این موارد نادر بوده و فقط 25 ژن در ژنوم انسانی وجود دارد که سلنوسیستئین را جهت مشارکت در پروتئین ها کد می کنند. علاوه بر این، در حالی که پروتئین های سلنوسیستئینی در همه موجودات زنده یافت می شوند، با این حال این کدون به صورت عمومی نیست، یعنی در گیاهان عالی، مخمرها و یا اکثر باکتری ها وجود ندارد. سلنوسیستئین در دو مرحله از سریل- tRNA ایجاد می شود. ابتدا سرین به وسیله کیناز فسفریله شده و سپس به وسیله یک آنزیم سنتاز که از سلنوفسفات استفاده می کند به سلنوسیستئین تبدیل می شود. سلنوسیستئین در جایگاه فعال برخی از آنزیم ها نظیر گلوتاتیون پراکسیداز، تیوردوکسین ردوکتاز و تیروزین 5-دیدیناز وجود دارد.
گلیکوزیلاسیون پروتئین ها:
- گلیکوزیلاسیون متصل بهN : اتصال یک الیگوساکارید از طریق نیتروژن آمید آسپاراژین صورت می پذیرد. تشکیل الیگوساکاریدهای متصل بهN در لومن شبکه آندوپلاسمی خشن آغاز و در دستگاه گلژی ادامه می یابد. یک توالی خاص Asn-X-Thr(Ser) مورد نیاز است که در آن X می تواند هر اسید آمینه ای به جز پرولیند یا آسپارتیک اسید باشد. در گلیکوزیلاسیون متصلN ، دولیکول فسفات (یک پلی ایزوپرنوئید) درسطح غشاء شبکه آندوپلاسمی به عنوان پذیرنده گلیکوزیل برای N-استیل ئگلوکز آمین عمل می کند. آنتی بیوتیک تونیکومایسین N-گلیکوزیلاسیون را مهار می کند.
در سطح سیس دستگاه گلژی، برخی از سطوح ساختار سوم پروتئین های لیزوزومی توسط گلیکوزیل ترانسفرازی که N-استیل گلوکز آمین فسفات (GlcNAc-P) را به یک الیگوساکارید با مانوز بالا متصل می کند، شناسایی می شود. سپس GlcNAc توسط یک گلیکوزیداز برداشته شده و الیگوساکاریدی ایجاد می شود که دارای مانوز 6-فسفات است که مسئول انتقال وزیکولی و انتقال اندامکی این پروتئین ها به لیزوزوم است. بیماران مبتلا به بیماری سلول I (موکولیپیدوزیس) فاقد ترانسفراز GlcNAc-P بوده و نمی توانند آنزیم های لیزوزومی را برای مقصدشان نشان دار کرده و آن ها از سلول ترشح می شوند.
- گلیکوزیلاسیون متصل O: الیگوساکاریدها از طریق گروه های هیدروکسیل سرین یا تروئونین در پروتئین ها به آن ها متصل می شوند (گلیکوزیلاسیون رشته های کلاژن بر روی ریشه های هیدروکسی لیزین صورت می گیرد). این گلیکوزیلاسیون تنها پس از رسیدن پروتئین به دستگاه گلژی صورت می پذیرد. بنابراین یک فرآیند پس از ترجمه بوده و تنها بر روی پروتئین های تا خورده رخ می دهد. هیچ توالی خاصی از اسید های آمینه برای این عمل لازم نیست و سرین ها و ترئونین های موجود در سطح پروتئین به عنوان پذیرنده های N-استیل
گالاکتوز آمین ترانسفراز عمل می کند.
گلیکاسیون پروتئین ها:
واکنش گلیکوزیلاسیون در دیابت کنترل نشده و در یک واکنش غیر آنزیمی بین گلوکز خون و هموگلوبین ایجاد می شود. در مورد هموگلوبینA گلوکز به ریشه والین انتهای آمین زنجیره بتا متصل می شود که به آن HbA1c گفته می شود که مقادیر خونی آن نمایانگر میزان متوسط قند خون در دو تا سه ماه گذشته می باشد. همچنین گلوکز می تواند به گروه آمینو ریشه جانبی لیزین زنجیره آلفا متصل شود که در این حالت به آن A zero اطلاق می شود. فروکتوز آمین شکل اتصال یافته گلوکز به آلبومین می باشد. فروکتوز آمین می تواند اطلاعاتی در مورد گلوکز بین دوره های 2 تا 4 هفته قبل از نمونه گیری فراهم آورد.
عوامل دخیل در تا خوردن (folding) صحیح پروتئین ها:
چاپرون ها: در هنگام سنتز پروتئین بر روی ریبوزوم، چاپرون ها یا پروتئین های شوک حرارتی نظیر hsp70 به آنها اتصال یافته و مانع تا خوردن غلط آن ها قبل از سنتز کامل رشته، و تعیین موقعیت صحیح سلولی پروتئین ها می گردند.
چاپرونین ها: خانواده چاپرون های hsp60 (GroE1 در اشریشیا کلی) با فعالیت ATPase به تا شدن صحیح پروتئین ها کمک می کند.
پپتید پرولیل سیس ترانس ایزومراز (PPI):
این آنزیم پیوندهای پپتیدی سیس و ترانس ریشه های پرولین را به یکدیگر تبدیل می کند.
پروتئین دی سولفید ایزومراز (PDI):
این آنزیم شکستن و تشکیل پیوندهای دی سولفیدی سیستین را کاتالیز می کند.
انتقال پروتئین ها به شبکه آندوپلاسیمی:
در انتهای آمینو پروتئین های در حال سنتز بر روی ریبوزوم های شبکه آندوپلاسمی خشن یک توالی پیام با طول 15 تا 30 اسید آمینه (دارای 12-8 اسید آمینه آبگریز در مرکز و یک اسید آمینه بازی در انتهای آمینو) وجود دارد که به ذره شناسایی پیام (SRP) که شامل 6 پروتئین مختلف و یک مولکول 7SrRNA است، متصل می شود. پپتید نشانه به پاکت آبگریزی SRP از طریق تماس قطعه باردار مثبت انتهای Nبه RNA مربوط به SRP، متصل می شود. در نتیجه سنتز پروتئین متوقف شده و کمپلکس به شبکه آندوپلاسمی (ER) انتقال می یابد. گیرنده SRP و گیرنده ریبوزوم در این اتصال دخالت دارند. با برقراری این اتصال سنتز از سر گرفته شده و همزمان با آن زنجیر پلی پپتیدی به داخل لومن شبکه آندوپلاسمی انتقال داده می شود. در آن جا توالی پیام توسط آنزیم سیگنال پپتیداز که در سطح لومینال ER به صورت سرتاسری قرار گرفته است، با هیدرولیز GTP جدا می شود. همچنین در شبکه آندوپلاسمی چاپرون های کالنکسین و کالرتیکولین (پروتئین های اتصالی به کلسیم) به تا شدن صحیح پروتئین کمک می کنند.
انتقال پروتئین ها به هسته:
انتقال پروتئین ها به هسته از طریق منافذ موجود در غشای هسته به نام نوکلئوپورین ها صورت می گیرد. یک سری پروتئین ناقل به صورت دیمری از آلفا-ایمپورتین و بتا-ایمپورتین نیز وجود دارند که به ترتیب مسئول اتصال به زنجیره پپتیدی و منفذ هستند. این انتقال نیازمند GTPaseRan است.
انتقال پروتئین ها به میتوکندری:
پپتیدهای پیش ساز پروتئین های میتوکندریایی موجود در سیتوزول به کمکhsp70 یا فاکتور تحریک انتقال میتوکندریایی (MSF) به میتوکندری منتقل شده و در آن جاhsp70 میتوکندریایی با اتصال به این پروتئین ها سبب تسهیل در انتقال و جلوگیری از تا شدن نامناسب می شوند. تعامل اخیر با هیدرولیز ATP همراه بوده که به کمک شیب الکتروشیمیایی موجود در عرض غشای میتوکندری انرژی مورد نیاز جا به جایی را تامین می کند.
تجزیه پروتئین ها به کمک پروتئازوم ها:
پیوند یوبی کوئیتین با پروتئین ها از طریق پیوندهای ایزوپپتیدی بین گروه های e-آمینو در لیزین پروتئین و پایانه های گلیسین در یوبی کوئیتین صورت می گیرد. انتخاب پروتئین برای تجزیه به ویژگی آنزیم E3 بستگی دارد که در آن هم کنفورماسیون و هم توالی اسید آمینه ای حائز اهمیت است. توالی های ناپایدار کننده PEST که غنی از پرولین، گلوتامات، سرین، ترئونین هستند، در چندین پروتئین شناسایی شده اند که یوبی کوئیتین به آنها متصل می شود.
پروتئوزوم نوع 26s دارای یک بخش مرکزی کاتالیزی و یک کلاهک تنظیم کننده 19sدر هر انتها می باشد که پروتئین های یوبی کوئیتینه شده را شناسایی می کند. کلاهک 19s از 18-16 زیر واحد پروتئینی تشکیل شده است که 6 تا از این زیر واحدها دارای فعالیت ATPase است که با هیدرولیز ATP، انرژی مورد نیاز را برای باز کردن تا خوردگی سوبستراهای پروتئین و انتقال انتخابی آن ها به اتاقک داخلی پروتئازوم فراهم می نمایند.
فیبروزکیستیک:
شایع ترین بیماری اتوزومال غالب در جمعیت قفقازی است که شیوع آن به حدود 1 در 2000 می رسد. 70% موارد آن به علت حذف کدون رمز کننده فنیل آلانین 508 در ژن CF ایجاد می شود. ژن CF 230 کیلو باز طول داشته و دارای 27 اگزون است که پروتئینی با 1480 اسید آمینه را کد می کند. این پروتئین که از آن به عنوان تنظیم کننده هدایت ترانس ممبران غشایی فیبروزکیستیک (CFTR) یاد می شود عضوی از خانواده پروتئین های انتقالی وابسته بهATP است. این پروتئین دارای دو دومن است که از عرض غشا عبور کرده و هر کدام از آن ها دارای شش قطعه گذرنده غشایی، دو دومن اتصالی به ATP و یک دومن تنظیمی با چندین ناحیه فسفوریلاسیون می باشد. CFTR به عنوان یک کانال کلر که با cAMP تنظیم می شود، عمل می کند. چین خوردگی پیچیده آن به وسلیه شاپرون های متعددی تحت تاثیر قرار می گیرد. پروتئین CF جهش یافته که فنیل آلانین 508 آن حذف شده است درون شبکه آندوپلاسمی به درستی تا نشده و به خوبی گلیکوزیله نشده و یا در سطح سلول قرار نمی گیرد. در عوض به درون سیتوپلاسم برگشته و درون پروتئازوم ها تجزیه می شود. تکنیک پیمایش کروموزومی (Chromosome Walking) اول بار جهت تعیین ژن فیبروزکیستی مورد استفاده قرار گرفت.
بیماری آلزایمر:
در این بیماری تجمع پروتئین بتا-آمیلوئید که خود از یک پروتئین پیش ساز آمیلوئیدی بزرگتر مشتق شده است منجر به تشکیل پلاک در نورون های مغز بیماران می شود. اگر چه تجمع گانگلیوزیدGM1 که یک Tau پروتئین مرتبط با میکرو توبول ها هست نیز در این پلاک ها یافت شده است.
بیماری پارکینسون:
در این بیماری تا شدن غلط پروتئین پیش سیناپسی آلفا سینوسلئین (a-syn)در شبکه آندوپلاسمی نورون ها باعث تشکیل اجسام Lewy در سیتوپلاسم این سلول ها می شود.