การสังเคราะห์โปรตีน (Protein synthesis)

การสังเคราะห์โปรตีน หรือ translation เป็นกระบวนการแปลรหัสจากลำดับของ นิวคลีโอไทด์ บน mRNA ไปเป็นลำดับของกรดอะมิโนของโปรตีนจำเพาะ ลำดับเบสบน mRNA เป็นตัวกำหนดลำดับกรดอะมิโนบนสาย polypeptid


กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน การสังเคราะห์โปรตีน หรือ translation เป็นกระบวนการ แปลรหัสจากลำดับของ นิวคลีโอไทด์ บน mRNA ไปเป็นลำดับของกรดอะมิโนของโปรตีน จำเพาะ การแปลรหัสนี้เริ่มที่บริเวณใกล้ปลาย 5' ของแม่พิมพ์ไปยังปลาย 3' เกิดการสร้างโซ่พอลิเพปไทด์จากปลายอะมิโน (amino end)ไปยังปลายคาร์บอกซิล (carboxyl end)

ในโปรคาริโอติกเซลล์เกิดการแปลรหัสจาก mRNA ก่อนที่กระบวนการการสร้าง RNA จากจีน จะเสร็จสิ้นสมบูรณ์ ในยูคาริโอติกเซลล์กระบวนการสร้างRNAเกิดขึ้นในนิวเคลียส แต่กระบวน การสร้างโปรตีนเกิดขึ้นในไซโทซอล เพราะฉะนั้นกระบวนการทั้ง 2 จึงเกิดขึ้นไม่พร้อมกัน และจะต้องมีกระบวนการเปลี่ยนแปลง hnRNA ไปเป็น mRNA ในไซโทซอล เพื่อทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สำหรับกระบวนการสร้างโปรตีน

Initiation
โคดอนเริ่มต้นที่จะถูกแปลรหัส คือ AUG (ในโปรคาริโอติกเซลล์ GUG เป็นโคดอนเริ่มต้น เหมือนกัน แต่พบน้อย กว่า) การจับกันระหว่างหน่วยย่อย 30S กับบริเวณบน mRNA ต้องการ โปรตีนแฟกเตอร์ชนิดหนึ่ง คือ IF-3


อะมิโนเอซิล-tRNA สำหรับโคดอนแรกจะทำปฏิกริยากับ GTP และ IF-2 เกิดเป็นคอมเพลกซ์ และเมื่อมี IF-1 คอมเพลกซ์นี้จะใช้แอนไตโคดอนของ tRNA เข้าจับกับโคดอนแรกเกิดเป็น คอมเพลกซ์เริ่มต้น (initiation complex) กับหน่วยย่อย 30S ของไรโบโซม เสร็จแล้วโปรตีนแฟกเตอร์ทั้ง 3 คือ IF-1, IF-2 และ IF-3 จะหลุดออกมาและใน ขณะเดียวกันหน่วยย่อย 50S ของไรโบโซม จะเข้าไปรวมกับหน่วยย่อย 30S เกิดเป็น 70S ไรโบโซมที่สมบูรณ์ พร้อมกับการสลาย GTP ไปเป็น GDP และ Pi


ไรโบโซม มี 2 บริเวณสำหรับโมเลกุลของ tRNA คือบริเวณ Pหรือบริเวณเพปทิดิล (P site, peptidyl site) เป็น บริเวณที่เพปทิดิล-tRNAจับกับโคดอนที่จำเพาะบนmRNA บริเวณ A หรือบริเวณอะมิโนเอซิล (A site, aminoacyl site) เป็นบริเวณที่อะมิโนเอซิล tRNA จับกับโคดอนที่จำเพาะบน mRNA การเกิดคอมเพลกซ์เริ่มต้น สำหรับโคดอนแรก โมเลกุลของ อะมิโนเอซิล-tRNA เข้าที่บริเวณ P โดยปล่อยให้บริเวณ A ว่าง

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Elongation

70S ไรโบโซมที่เกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนเริ่มต้นมีบริเวณ A ที่อิสระ การจับของอะมิโนเอซิล-tRNA ตัวใหม่ที่บริเวณ A ต้องการแฟกเตอร์สำคัญ EF-Tu จับกับ GTP และอะมิโนเอซิล-tRNA ตัวใหม่ที่เข้ามาเกิดเป็นคอมเพลกซ์ ซึ่งจะให้อะมิโนเอซิล-tRNA เข้าจับที่บริเวณ Aในขณะเดียวกันก็ปล่อย EF-Tu และ GTP ออกมา โดย GTP จะถูกไฮโดรไลซ์ไปเป็น GDP และ Pi EF-Tu . GDP จะเข้าสู่วัฏจักรเพื่อเปลี่ยนกลับไปเป็น EF-Tu. GTP โดยใช้แฟกเตอร์ ์ชนิด EF-Ts และ GTP


อะมิโนเอซิล-tRNA ตัวใหม่ที่เข้ามาจับที่บริเวณ A ต้องมีแอนไตโคดอนบน tRNA จำเพาะ กับโคดอนบน mRNA ทำให้เกิดการสร้างคู่เบสได้ ปฏิกิริยาต่อไปในขั้นตอนนี้คือ การสร้าง พันธะเพปไทด ์(peptide bond) ระหว่างหมู่ แอลฟา-อะมิโนของอะมิโนเอซิล -tRNA ตัวใหม่ที่บริเวณ A และ หมู่คาร์บอกซิลของเพปทิดิล-tRNA ที่บริเวณ P ปฏิกิริยานี้เร่งโดย เอนไซม์เพทิดิลทรานส์เฟอเรส ซึ่งเป็นส่วนโปรตีนของหน่วย 50S ของไรโบโซม เพราะฉะนั้น ผลที่เกิดขึ้น คือการจับกันระหว่างโซ่เพปไทด์ที่ยาวขึ้นกับ tRNA ที่บริเวณ A จากนั้นจะเกิด การปล่อย tRNA ที่อิสระจากบริเวณ P แฟกเตอร์ EF-G หรือทรานส์โลเคส (translocase) และ GTP ทำหน้าที่ในการเคลื่อนย้าย (translocation) เพปทิดิล-tRNAที่เกิดขึ้นใหม่จาก บริเวณ Aไปยังบริเวณ P โดยการเคลื่อนย้ายไรโบโซมบน mRNA มีความยาว 1 โคดอน (3 เบส) ไปยังทิศปลาย 3' พลังงานในการเคลื่อนย้ายนี้ได้จากไฮโดรไลซิส (hydrolysis) ของ GTPไปเป็น GDP และ Pi การเคลื่อนย้ายนี้ทำให้บริเวณ A อิสระสำหรับอะมิโนเอซิล-tRNA ตัวใหม่ ที่จำเพาะกับโคดอนในรอบการสร้างโซ่เพปไทด์ต่อไป

การสังเคราะห์ EF-Tu.GTP กลับมาใช้งานใหม่ ต้องการ EF-Ts มาทำปฏิกิริยาสองขั้นตอน
1. EF-Ts แทนที่ GDP ที่เกาะกับ EF-Tu ในรูป EF-Tu.GDP เป็น EF-Tu.EF-Ts
2. GTP แทนที่ EF-Ts ที่เกาะกับ EF-Tu ในรูป EF-Tu.EF-Ts เป็น EF-Tu.GTP


Termination
หลังจากขั้นตอนการเพิ่มความยาวของโซ่พอลิเพปไทด์ดำเนินไปหลายรอบ เทอมิเนชันโคดอน (termination codon) หรือนอนเซนส์โคดอน (nonsense codon) บน mRNA คือ UAG (amber codon) UAA (ochre codon)และ UGA (opal codon) จะปรากฏที่บริเวณA โคดอนทั้ง 3 นี้ไม่ปรากฏรหัสจำเพาะกับกรดอะมิโน ชนิดใดเลย รีลิสแฟกเตอร์มี 3 ชนิด คือ RF-1, RF-2 และ RF-3 (ในยูคาริโอติกเซลล์ มีชนิดเดียวคือ eRF)

RF-1 จำเพาะต่อ UAG และ UAA RF-2 จำเพาะต่อ UGA และ UAA ในขณะที่ eRF จำเพาะต่อ เทอมิเนชันโคดอนทั้ง 3 ชนิด ทั้ง RF-1 และ RF-2 จะจับกับเทอมิเนชันโคคอน ซึ่งอยู่ที่บริเวณ A และเหนี่ยวนำเอนไซม์เพปทิดิล- ทรานส์เฟอเรสให้ย้ายสายโซ่พอลิเพปไทด์ไปยังโมเลกุลของน้ำแทนที่จะย้ายไปยัง กรดอะมิโนตัวใหม่ โดยเกิด ปฏิกิริยาการสลายพันธะเอสเตอร์ระหว่างโซ่พอลิเพปไทด์ กับ tRNA ที่บริเวณ P ทำให้โซ่พอลิเพปไทด์หลุดออกมา ปฏิกิริยาการปล่อย tRNA ออกจากบริเวณ P และปฏิกิริยาการแยก 70S ไรโบโซมไปเป็นหน่วยย่อย 30S เพื่อกลับเข้าไปทำหน้าที่ในการสร้างโซ่พอลิเพปไทด์โซ่ใหม่ต่อไป เมื่อ GTP สลายไปเป็น GDP + Pi จะทำให้รีลีสแฟกเตอร์หลุดออกจากไรโบโซม


HOME
ที่มา: www.bioteach.ubc.ca/ Biomedicine/antibiotics/