प्रोटीन संश्लेषण के तंत्र में शामिल 2 प्रमुख कदम: प्रतिलेखन और अनुवाद
प्रोटीन संश्लेषण के तंत्र में शामिल प्रमुख चरण 1. ट्रांसक्रिप्शन और 2. अनुवाद हैं!
प्रोटीन का बायोसिंथेसिस ज्यादातर मामलों में डीएनए के प्रत्यक्ष नियंत्रण में होता है या आनुवंशिक आरएनए के नियंत्रण में होता है जहां डीएनए अनुपस्थित होता है।
एक पॉलीपेप्टाइड की संरचना की जानकारी एक पॉली न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला में संग्रहीत होती है। 1958 में क्रिक ने प्रस्ताव किया कि डीएनए में मौजूद जानकारी (आधार अनुक्रम के रूप में) आरएनए को हस्तांतरित की जाती है और फिर आरएनए से इसे प्रोटीन (एमिनो एसिड अनुक्रम के रूप में) में स्थानांतरित किया जाता है, और यह जानकारी इसमें प्रवाहित नहीं होती है रिवर्स दिशा, अर्थात् प्रोटीन से आरएनए तक डीएनए।
डीएनए अणु अपने स्वयं के प्रतिकृति के लिए जानकारी प्रदान करते हैं। डीएनए, आरएनए और प्रोटीन अणुओं के बीच इस संबंध को केंद्रीय हठधर्मिता के रूप में जाना जाता है। टेमिन (1970) ने बताया कि रेट्रोवायरस एक केंद्रीय हठधर्मिता (सूचना का उलटा प्रवाह) या मेजबान कोशिकाओं के अंदर नारीवाद का संचालन करते हैं।
इन वायरस के जीनोमिक आरएनए पहले रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन के माध्यम से डीएनए को संश्लेषित करते हैं; यह प्रक्रिया एंजाइम रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस द्वारा उत्प्रेरित होती है, डीएनए तब मैसेंजर आरएनए को सूचना स्थानांतरित करता है जो पॉलीपेप्टाइड बनाने के लिए कोडित जानकारी के अनुवाद में भाग लेता है।
प्रोटीन संश्लेषण का तंत्र:
(i) प्रोटीन संश्लेषण में दो प्रमुख चरण शामिल हैं; (i) प्रतिलेखन, डीएनए से आनुवंशिक सूचना का mRNA में स्थानांतरण, और (ii) अनुवाद, न्यूक्लिक एसिड की भाषा में प्रोटीन का अनुवाद शामिल करना।
I. प्रतिलेखन:
डीएनए से mRNA में आनुवंशिक जानकारी के हस्तांतरण को प्रतिलेखन के रूप में जाना जाता है। एक एकल आरएनए पोलीमरेज़ बैक्टीरिया में सभी आरएनए (एमआरएनए, आरआरएनए और टीआरएनए सहित) का संश्लेषण करता है। यूकेरियोट्स, दूसरी ओर कम से कम तीन अलग-अलग आरएनए पोलीमरेज़ हैं।
न्यूक्लियोलस में स्थित इनमें से एक को आरएनए पोलीमरेज़ I या 'A' के रूप में नामित किया गया है और यह rRNA संश्लेषण के लिए जिम्मेदार है। दूसरा यूकेरियोटिक आरएनए पोलीमरेज़ न्यूक्लियोप्लाज्म में पाया जाता है, जिसे आरएनए पोलीमरेज़ II या 'बी' के रूप में नामित किया गया है और यह एमआरएनए अग्रदूतों के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार है जिसे विषम परमाणु आरएनए (एचएनआरएनए) कहा जाता है।
तीसरा यूकेरियोटिक आरएनए पोलीमरेज़ भी न्यूक्लियोप्लाज्म में पाया जाता है और इसे आरएनए पोलीमरेज़ III या 'सी' कहा जाता है जो 5 एस आरएनए और टीआरएनए के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार है। यूकेरियोट्स में माइटोकॉन्ड्रिया और प्लास्टिड्स में अन्य आरएनए पोलीमरेज़ भी होते हैं।
बैक्टीरियल आरएनए पोलीमरेज़ में चार अलग-अलग पॉलीपेप्टाइड चेन होते हैं: कोर एंजाइम एक्स (NA की दो चेन और β ’और β) की एक सिंगल चेन और सिग्मा फैक्टर (ए)
1. डीएनए से mRNA का ट्रांसक्रिप्शन:
डीएनए निर्भर आरएनए पोलीमरेज़ एंजाइम की उपस्थिति में डीएनए में एन्कोडेड आनुवंशिक संदेश mRNA में स्थानांतरित हो जाता है। विशिष्ट डीएनए अणु के दो स्ट्रैंड्स एककोल और इन दो स्ट्रैंड्स में से एक, एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है (इसे स्ट्रैंड को एंटीसेंस स्ट्रैंड कहा जाता है), जिससे न्यूक्लियोटाइड्स का सटीक अनुक्रम mRNA अणु में स्थानांतरित हो जाता है। नतीजतन, एमआरएनए अणु का आधार अनुक्रम एंटीसेंस स्ट्रैंड का पूरक है जो इसे टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। डीएनए संश्लेषण की तरह, आरएनए संश्लेषण भी 5 3 से 3 5 दिशा (5 ′ - »3 s) से आगे बढ़ता है।
(ए) प्रोकैरियोट्स में ट्रांसक्रिप्शन:
बैक्टीरिया में केवल एकल आरएनए पोलीमरेज़ विभिन्न प्रकार के आरएनए के संश्लेषण को उत्प्रेरित करते हैं। आरएनए पोलीमरेज़ में चार पॉलीपेप्टाइड चेन (αα'α 2 ) होते हैं जो कोर एंजाइम और एक सिग्मा कारक (ma) का गठन करते हैं, जो मुख्य एंजाइम से शिथिल रूप से जुड़ा होता है। सिग्मा कारक डीएनए अणु पर संकेतों को शुरू करने की मान्यता में मदद करता है और आरएनए पोलीमरेज़ को दीक्षा स्थल का चयन करने का निर्देश देता है। The की अनुपस्थिति में, कोर एंजाइम आरएनए संश्लेषण को यादृच्छिक तरीके से शुरू करता है।
आरएनए संश्लेषण शुरू होने के बाद, एक अलग और कोर एंजाइम mRNAA के बढ़ाव के बारे में लाता है।
प्रोकैरियोट्स में प्रतिलेखन के तंत्र में निम्नलिखित चरण शामिल हैं:
1. एक प्रमोटर साइट पर आरएनए पोलीमरेज़ होलोनीजाइम को बांधना। इन साइटों की एक बड़ी संख्या, ज्यादातर शुरुआती बिंदु (यानी अपस्ट्रीम) से पहले, लेकिन शायद ही कभी शुरुआत बिंदु (यानी, डाउनस्ट्रीम) के बाद भी पहचानी गई है।
2. डीएनए के बिना, दो किस्में अलग करने के लिए अग्रणी, जिनमें से केवल एक को ही स्थानांतरित किया जाता है।
3. सिग्मा कारक का विसर्जन (a)।
4. कोर एंजाइम की मदद से mRNA ट्रांसक्रिप्ट का बढ़ाव।
5. डीएनए पर समाप्ति कोडन द्वारा mRNA संश्लेषण को समाप्त किया जाता है। बैक्टीरिया में यह समाप्ति संकेत कारक आरएचओ (पी) द्वारा मान्यता प्राप्त है।
(बी) यूकेरियोट्स में mRNA का ट्रांसक्रिप्शन:
यूकेरियोट्स में कम से कम दो प्रकार के आरएनए पोलीमरेज़ होते हैं। आरएनए पोलीमरेज़-ए आरआरएनए संश्लेषण के लिए जिम्मेदार है। आरएनए पोलीमरेज़-बी डीएनए से एचएन-आरएनए (हेटेरोजेनस न्यूक्लियर आरएनए) के संश्लेषण के बारे में लाता है। एडेनिक एसिड-पॉली ए (पॉली-एडेनिलिक एसिड) के लगभग 200 न्यूक्लियोटाइड्स का एक क्रम एचएन-आरएनए के 3 ′ छोर से जुड़ जाता है। इसके साथ ही Hn-RNA 5 The के अंत में विघटित हो जाता है। अंतिम उत्पाद को पाली-ए-एमआरएनए के रूप में जाना जाता है।
यह नाभिक के बाहर कोशिकाद्रव्य में फैलता है, जहां इसका उपयोग प्रोटीन संश्लेषण के लिए किया जाता है (यह दोनों सिरों को विशिष्ट थर्माटोटाइड अनुक्रम ले जाता है। mRNA अणु के 5 ′ छोर में 7-मिथाइल ग्वानोसिन होता है, जबकि 3 ′ अंत में पाली A अनुक्रम में समाप्त हो जाता है। सभी mRNA अणुओं के दो सिरों पर न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम समान है। इसलिए, mRNA अणुओं को चिह्नित छोर कहा जाता है।
अमीनोसिल-टीआरएनए का गठन:
1950 के दौरान लिपमैन और सह-कर्मियों द्वारा किए गए अध्ययनों से पता चला कि एमिनो एसिड tRNA अणुओं से जुड़ते हैं: इस लगाव के निम्नलिखित दो चरण हैं:
1. पहले चरण में अमीनोक्साइड की सक्रियता होती है; एक एमिनो एसिड अणु एक एमिनोएसिल-एएमपी (अमीनो-एसाइल एडीनिलेट) अणु और प्रोटोफॉस्फेट (पीपी) के एक अणु का उत्पादन करने के लिए एक एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) अणु के साथ प्रतिक्रिया करता है।
2. दूसरे चरण में, एमिनोएसिल-एएमपी अणु से अमीनो एसिड को एक विशिष्ट टीआरएनए अणु में स्थानांतरित किया जाता है और एएमपी (एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट) अणु जारी किया जाता है।
दोनों प्रतिक्रियाएं एक ही एंजाइम, अमीनोसिल-टीआरएनए सिंथेटेस द्वारा उत्प्रेरित होती हैं। एमिनो एसिड- एएमपी कॉम्प्लेक्स पूरी प्रतिक्रिया के दौरान एंजाइम से कसकर बंधा होता है। एमिनो एसिड का कार्बोक्सिल समूह एएमपी के फॉस्फेट अवशेषों के -OH समूह के साथ प्रतिक्रिया करता है ताकि एमिनोसेइल एडिनाइलेट्स बन सके, जबकि यह टर्मिनल एडिनिन न्यूक्लियोटाइड के राइबोज के -OH समूहों में से एक को एमिनोएसिल-टीआरएनए उत्पन्न करने के लिए संलग्न करता है।
प्रत्येक अमीनो एसिड का अपना अलग एमिनोएसिल टीआरएनए-सिंथेटेज़ होता है, और कुछ एमिनो एसिड में एक से अधिक सक्रिय एंजाइम हो सकते हैं।
द्वितीय। अनुवाद:
अनुवाद कदम में न्यूक्लिक एसिड की भाषा (mRNA के रूप में उपलब्ध) का प्रोटीन की भाषा में अनुवाद शामिल है।
अनुवाद प्रक्रिया को निम्नलिखित विभिन्न चरणों में विभाजित किया जा सकता है:
(१) दीक्षा
(२) बढ़ाव और
(३) समाप्ति।
1. पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की शुरूआत:
पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की शुरूआत हमेशा अमीनो एसिड मेथियोनीन के बारे में होती है, जिसे कोडन एनयूजी द्वारा कोडित किया जाता है। E.coli में दो अलग-अलग tRNA मेथियोनीन प्राप्त करते हैं- (i) tRNA m मिले (nonformylatable tRNA) और (ii) tRNA f मिले (formylatable tRNA)। टीआरएनए एफ मोटी जमा पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के पहले एमिनो एसिड के रूप में मेथिओनिन को जमा करता है और इस प्रकार पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के गठन की शुरुआत करता है। tRNA मी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में इंटरकलेरी स्थिति में मेथिओनिन जमा करता है।
इसका मतलब है कि हर संदेश कोडन AUG से शुरू होता है।
(i) प्रोकैरियोट्स में पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की शुरूआत:
प्रोकैरियोट्स में दीक्षा को औपचारिक रूप से मेथिओनिन द्वारा लाया जाता है।
E.coli में फॉर्मेलिनेटेड मेथियोनीन को एक अलग tRNA द्वारा उठाया जाता है जिसे tRNA f met (formylatable tRNA) द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है। पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में इंटरक्लेरी स्थिति में मेथिओनिन एक और tRNA-tRNA मिले (नॉनफॉर्मेलेबल tRNA) द्वारा जमा किया जाता है।
तैयार किए गए मेथिओनिन tRNA f से मिले हुए f-met-tRNA f मिले हुए बनाता है। राइबोसोम (30S) का छोटा सबयूनिट एमजीएएन ले जाने के 5 m छोर से जुड़ा होता है, जो दीक्षा परिसर (30 एस-एमआरएनए) बनाने के लिए होता है। यह एक दीक्षा प्रोटीन फैक्टर 1F 3 f-met-tRNA f से मिलता है, जो दीक्षा परिसर में 30S-mRNA-f-met-tRNA f से मिलकर बनता है; दीक्षा कारक 1F 2 इस चरण के लिए आवश्यक है। यह 70S राइबोसोम के गठन को पूरा करने वाले बड़े सबयूनिट (50S) के साथ जोड़ती है। यह संघ एक GTP अणु के दरार के कारण ऊर्जा का उपयोग करता है।
2. पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का बढ़ाव:
70S-mRNAf-met-tRNA f के जटिल होने के बाद, पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का विस्तार निम्न चरणों में अमीनो एसिड के नियमित योग से होता है: -
(i) राइबोसोम के बड़े सबयूनिट के साइट-ए पर AA-tRNA का बंधन:
सबसे अधिक शायद एमिनोएसिल टीआरएनए कॉम्प्लेक्स (एए-टीआरएनए / - मेट-टीआरएनए टी मिले ) राइबोसोम (ए- साइट) के बड़े सबयूनिट पर स्वीकर्ता साइट से जुड़ा हुआ है और पेप्टाइड श्रृंखला ले जाने वाली टीआरएनए इसकी पेप्टिडाइल या दाता साइट (पी) से जुड़ी है - साइट)। इस प्रक्रिया में GTP का एक अणु शामिल होता है जो आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है। दूसरा एमिनोएसिल टीआरएनए ए-साइट से जुड़ जाता है और एमआरएनए पर दूसरे कोडन जीसीयू से जुड़ जाता है। टीआरएनए के लगाव के लिए ए-साइट।
(ii) पेप्टाइड बॉन्ड का गठन:
साइट-पी पर पेप्टिडाइल टीआरएनए के सीओओएच समूह और साइट-ए के एमिनोएसिल टीआरएनए के एनएच 2 समूह के बीच एक पेप्टाइड बॉन्ड बनता है। पेप्टाइड बांड के गठन के बाद, पी-साइट से टीआरएनए जारी किया जाता है और पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला को ए-साइट पर मौजूद टीआरएनए में स्थानांतरित किया जाता है।
(iii) ए-साइट से पी-साइट पर पेप्टिडाइल टीआरएनए का आंदोलन:
जैसे ही पी-साइट से टीआरएनए जारी होता है, ए-साइट से पेप्टिडाइल-टीआरएनए साइट-पी पर वापस आ जाता है। प्रक्रिया GTP और हस्तांतरण कारक या एंजाइम ट्रांसलोकस के एक अणु की सहायता से पूरी होती है।
इस प्रक्रिया के दौरान 5-3 so दिशा में mRNA के साथ राइबोसोम शिफ्ट होता है, ताकि mRNA पर अगला कोडन ए-साइट पर उपलब्ध हो। इसके लिए जी-फैक्टर और जीटीपी की आवश्यकता होती है।
जैसे ही एक राइबोसोम mRNA की लंबाई के साथ बढ़ता है, mRNA पर दीक्षा बिंदु मुक्त हो जाता है। यह एक अन्य राइबोसोम के 30S सबयूनिट के साथ एक दीक्षा परिसर बना सकता है। इस तरह, कई राइबोसोम एक एकल mRNA अणु से जुड़ जाते हैं। इस परिसर को पॉलीरिबोसोम परिसर के रूप में जाना जाता है।
प्रोटीन संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान कई राइबोसोम को एक समय में एक एकल mRNA अणु से जोड़कर देखा जा सकता है, प्रत्येक गठन के तहत एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के साथ होता है, विभिन्न राइबोसोम पर पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का आकार भिन्न होता है।
अभी तक एक और दीक्षा कारक IF1 है; जो तीन दीक्षा कारकों (IF1- 9500 डेल्टों, IF2 - 73, 000 डॉल्टन; IF3 = 23, 000 डेल्टों) में से सबसे छोटा है और जिसकी भूमिका स्पष्ट रूप से समझ में नहीं आती है। यह दीक्षा परिसर से IF2 की रिहाई में सहायता करने से संबंधित हो सकता है।
(iv) यूकेरियोट्स में पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की शुरूआत:
यूकेरियोट्स में पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की दीक्षा एक विशेष मेट-टीआरएनए द्वारा लाई जाती है, लेकिन मेथिओनिन को औपचारिक रूप से तैयार नहीं किया जाता है (क्योंकि टीआरएनए एफ मिले पौधों में अनुपस्थित है और जानवरों में एंजाइम ट्रांसफॉर्मिस अनुपस्थित है)। यूकेरियोट्स में, राइबोसोम सहयोगियों की छोटी इकाई (40 एस) के साथ सर्जक tRNA जिसे tRNAy f मिले के रूप में जाना जाता है।
40S + मेट-टीआरएनए I मिले 40S- मेट-टीआरएनए I मिले
40S - Met-tRNA + mRNA -> 40S-mRNA-met- tRNA मिले
40S - mRNA-met-tRNA i met + 60S -> 80S -mRNA-met- tRNA i मिले
यूकेरियोट्स में कम से कम दस अलग-अलग दीक्षा कारक होते हैं। ये elF1, eIF2, eIF3, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F, eIF5 और eIF6 हैं। eIF3 और eIF2 प्रोकैरियोट्स के IF2 और IF3 के अनुरूप हैं।
3. पॉलीपेप्टाइड की समाप्ति:
यह UAA, UAG और UGA, अर्थात् तीन समाप्ति कोडनों में से किसी की उपस्थिति के बारे में लाया जाता है। ये समाप्ति कोडन E.coli में दो रिलीज कारकों RF1 और RF2 में से एक द्वारा पहचाने जाते हैं। इन रिलीज कारकों में से RF1 UAA और UAG को मान्यता देता है, जबकि RF2 UGA और UAA को पहचानता है। वे इन तीनों को पहचानने के लिए राइबोसोम की मदद करते हैं।
रिलीज के कारक ए 'पर काम करते हैं, क्योंकि दबानेवाला यंत्र टीआरएनए समाप्ति कोडन को पहचानने में सक्षम है, ए' साइट पर प्रवेश द्वारा रिलीज कारकों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है। एक तीसरा रिलीज कारक RF3 RF1 और RF2 की कार्रवाई को उत्तेजित करता है।
रिलीज प्रतिक्रिया के लिए, पॉलीपेप्टिडाइल टीआरएनए 'पी' साइट पर मौजूद होना चाहिए और रिलीज कारक पॉलीपेप्टाइड और इस श्रृंखला को ले जाने वाले अंतिम टीआरएनए के बीच कार्बोक्सिल समूह के विभाजन में मदद करते हैं। पॉलीपेप्टाइड इस प्रकार जारी होता है और राइबोसोम IF-3 की मदद से दो सबयूनिट में विघटित हो जाता है।
यूकेरियोट में केवल एक रिलीज फैक्टर को जाना जाता है, यानी, ईआरएफ 1।
4. जारी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का संशोधन:
रिलीज़ किए गए पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के पहले अमीनो एसिड, मेथियोनीन से फॉर्माइल समूह को एंजाइम डीफॉर्मिलेस द्वारा हटा दिया जाता है। एक्सपेप्टिड्स जैसे कुछ अन्य एंजाइम एन-टर्मिनल एंड या सी-टर्मिनल एंड से या पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के दोनों सिरों से अमीनो एसिड को हटा देते हैं। अंत में यह पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला अकेले या अन्य श्रृंखलाओं के साथ-साथ तृतीयक या चतुर्धातुक संरचना को ग्रहण करने के लिए मुड़ जाती है और कार्यात्मक एंजाइम में बदल जाती है।
