کارخانه پروتئین سازی و بیان ژن DNA چگونه کار می کند؟

دستورات جذب ذرّات غذایی به سلول از کجا می آید؟

مطلب امروز درباره چگونگی تولید آنزیم ها و بیان ژن پروتئین برای خرد کردن مواد غذایی در معده است. این مطلب مثل محتویات دستگاه گوارشیمان پیچ در پیچ است. اما نگران نباشید. زیبان فیلم بیان ژن پروتئین را در آپارات گذاشته و اتفاقا بازدیدها OK بوده! من قبلا چند مطلب درباره DNA، RNA نوشتم. به کمک تصاویر علمی و زیرنویس زیبان می تونین به راحتی معنی این مفاهیم رو درک کنید. توصیه می کنم ابتدا نگاهی گذرا به فیلم بیندازید بعد توضیحات زیرنویس رو در پایین بخوانید. برای دیدن فیلم با عنوان “بیان ژن، پروتئین، DNA و RNA” اینجا کلیک نمایید.

بدن ما برای فعالیت های خود به انواع مواد مغذی احتیاج دارد. بدن نمی تواند غذایی را که وارد سیستم هاضمه می شود به همان صورت اولیه مصرف کند. در فرآیند هضم شیمیایی، پروتئین ها و آنزیم ها مواد غذایی را می شکنند. ذرات خرد شده می توانند به عنوان مواد مغذی جذب سلول شوند. دستورات هضم و جذب مواد و تولید پروتئین برای زنده ماندن ما از کجا می آید؟ دستورات تولید پروتئین از DNA صادر می شوند. DNA ژن ها را صادر می کند. ژن یک رشته متوالی از واحدهای نوکلئوتید است. ژن یک منطقه دارد که در آن جا کد یک مولکول RNA قرار دارد. این منطقه دو نقطه اصلی ابتدا و انتها دارد.

ابتدای ژن [مثل یک استوانه افقی] پروموتر (promoter) نام دارد. پروموتر یعنی نقطه شروع رونویسی ژن. انتهای ژن ترمیناتور نام دارد. یعنی، محل اتمام رونویسی ژن. ژن ها توالی های تنظیم کننده نوکلوتیدی دارند. این توالی ها حدودا در ابتدای ژن (نزدیک پروموتور) و یا دورتر قرار دارند. این توالی ها نقطه های اتصال ژن به mRNA هستند. توالی نوکلئوتید نقطه ی اتصال mRNA به ژن می باشد. برخی ژن ها از RNA کدگذاری شده برای ترکیب پروتئین استفاده می کنند که بیان ژن نامیده می شود. بیان ژن دو مرحله دارد: رونویسی (TRANSCRIPTION) و ترجمه (TRANSLATION)

در سلول های یوکاریوتی (هسته دار) رونویسی ژن در هسته سلول انجام می شود. DNA در هسته قرار دارد و در رونویسی به عنوان تمپلت (الگو اصلی/ نمونه) برای RNA پیام رسان به کار می رود. سپس، ترجمه در سیتوپلاسم (بیرون از هسته و در سلول) انجام می گیرد.

در فرآیند ترجمه، از اطلاعات RNA برای ساختن پلی پپتید (پیوندهای شیمیایی مولکولی) استفاده می شود. در فرآیند رونویسی، DNA ژن به عنوان الگو برای ساختن RNA پیام رسان به کمک آنزیم پلیمراز RNA مورد استفاده قرار می گیرد. منظور از پلیمراز همان تشکیل پیوندهای چندتایی است. 

رونویسی DNA خود سه مرحله دارد: مرحله آغاز، درازشدگی، پایانی. در مرحله آغاز، نقطه ی ابتدای ژن (پروموتر) به عنوان محل تشخیص برای پیوند پلیمراز RNA می باشد. در این مرحله، ژن بیان بیشتر کنترل می شود. اینجا پلیمراز RNA به ژن یا اجازه ی دسترسی به محل را یا می دهد و یا بلوکه می کند. پیوند پلیمراز RNA باعث باز شدن دو رشته ی DNA از هم می شود. یعنی، DNA مثل یک زیپ باز می شود.

 

سپس، در مرحله درازشدگی، پلیمراز RNA در امتداد نمونه اصلی DNA سُر می خورد. همزمان با جفت شدن بازهای مکمل، پلیمراز RNA نوکلئوتیدها را به نقطه پایان مولکول RNA در حال رشد متصل می کند. زمانی که پلیمراز RNA به انتهای ژن می رسد، رونویسی RNA پیام رسان تکمیل می شود. و پلیمراز RNA، رشته DNA و RNA پیام رسان رونویسی شده از یکدیگر جدا می شوند. رشته RNA پیام رسان و رونویسی RNA نیز از هم جدا می شوند.

رشته RNA پیان رسان که در طی رونویسی ساخته شده شامل یک سری منطقه است. منطقه کد دستور تولید پروتئین اگزون EXON نام دارد. منطقه فاقد کد دستوری اینتران INTRON نام دارد.

برای اینکه RNA پیام رسان در ترجمه استفاده شود، باید اینتران های فاقد کد حذف شوند. و اصلاحاتی در نقاط ۳ و ۵ انجام شود. این فرآیند شکاف اینتران نامیده می شود. مجموعه ای از پروتئین ها و RNA این اینتران ها را حذف می کنند. و EXON ها را به هم وصل می کنند تا رشته بالغ RNA تولید شود. این رشته می تواند با گذر از منافذ هسته سلول را ترک کند و برای شروع ترجمه وارد سیتوپلاسم شود.

اطلاعات رشته RNA چگونه به پروتیئن تبدیل می شود؟ بازهای نیتروژنی به گروههایی با کد سه حرفی تبدیل می شوند. این کد سه حرفی کدان CODAN نام دارد. کد ژنتیکی ۶۴ کدان دارد. اغلب کدان ها کد اسیدآمینه مخصوصی هستند. چهار کدان اصلی وجود دارد. یک کدان دستور شروع کار و سه کدان دیگر دستو پایان کار را می دهند.

فرآیند ترجمه با اتصال رشته RNA پیام رسان به واحد ریبوزوم (ماشین تولید پروتئین) در کدان شروع پیش می رود. هر اسیدآمینه توسط یک مولکول RNA جابجایی به ماشین ریبوزوم انتقال می یابد. نمونه ی اسید آمینه توسط یک از RNA جابجا کننده ضد کدان تعیین می شود. جفت شدن بازهای مکمل بین کدان RNA پیام رسان و آنتی کدان RNA جابجایی صورت می پذیرد. پس از آنکه مولکول RNA جابجایی به کدان اولی متصل می شود، واحد ریبوزوم بزرگ پیوند می خورد تا مرحله ترجمه تکمیل شود.

در واحد بزرگ ریبوزوم، سه منطقه متمایز قرار دارد. که محل های E.P.A. نام دارند.

در مرحله ELONGATION اسیدهای آمینه انفرادی توسط مولکول RNA جابجایی به رشته RNA پیام رسان انتقال می یابند. این انتقال با جفت شدن بازهای کدان و آنتی کدان انجام می شود. هر آنتی کدان یک مولکول RNA انتقالی مطابق با یک اسیدآمینه خاص است. یک مولکول RNA جابجایی باردار به سایت A متصل می شود. و یک پیوند پپتیدی بین اسید آمینه ی خود و اسیدآمینه ی متصل به مولکول RNA جابجایی در سایت P تشکیل می شود. کمپلکس یک کدان را به سمت راست می لغزاند. سمت راست اکنون مولکول RNA جابجایی بدون بار از سایت E خارج می شود. اکنون سایت A برای پذیرش مولکول RNA جابجایی بعدی آماده است. مرحله Elongation ادامه می یابد تا یک کدان توقف از راه می رسد. یک عامل رهاسازی در یک کدان استاپ  به سایت A می چسبد. و پلی پپتید از مولکول RNA جابجایی در سایت P آزاد می شود.

 

کل مجموعه (کمپلکس) از هم جدا می شود. این کمپلکس می تواند دوباره در مرحله شروع دوباره تشکیل و فرآیند ترجمه تکرار شود. هدف از ترجمه همان تولید سریع و با دقت پلی پپتیدهاست. پس از جدایی اجزاء کمپلکس، پلی پپتیدها قبل از کاربرد ممکن است اصلاح شوند. این اصلاحات در اندامک های متفاوتی برای تولید پروتئین های متفاوتی انجام می شوند. فرآیند اصلاح اینگونه است: برای جداشدن ترکیبات آنزیم هضم و جذب در معده یا روده ها، پلی پپتید به رتیکولوم سارکوپلاسم تبدیل می شود. [رتیکولوم سارکوپلاسمی اندامکی برای انقباض سلول و تغذیه کربن بیشتر برای سلول است].

پلی پپتید هنگام عبور از منطقه Golgi اصلاح می شود. سپس، به کمک یک وسیکول (حفره) با عبور از غشاء سلول  به مجرای سیستم هضم و جذب وارد می شود. حضور پروتئین ها برای کابردهای فیزیولوژیکی صحیح بدن، مانند شکستن ذرات غذایی در سیستم گوارشی، لازم است. در واقع، دو فرآیند رونویسی و ترجمه ژن این امکان را فراهم می سازند.

خلاصه مطلب: زیبان در این مقاله فرآیندهای رونویسی و ترجمه ژن تولید پروتئین را توضیح داد. پروتئین ها برای زنده ماندن سلول ها ضرورت دارند. اگر پروتئین نباشد، هیچ غذایی در بدن تجزیه نمی شود و سلول می میرد.

پژوهشگر: مریم اکبری زاده   

منبع

 

 

نوشته سلامت ما در دستان مدیر کارخانه پروتئین سازی بدن! بیان ژن DNA اولین بار در سلامت بانوان. پدیدار شد.