سنتز چیست؟

سنتز چیست؟

به طور کلی، واژه سنتز به ایجاد کردن مربوط میشود. این فرآیند ترکیب دو یا چند جزء برای تولید یک موجودیت است. در بیوشیمی، به تولید یک ترکیب آلی در یک موجود زنده، به ویژه به کمک آنزیم‌ها اشاره دارد. به ایجاد یک ترکیب آلی در یک موجود زنده، بیوسنتز گفته می شود. یکی از آن‌ها فتوسنتز است، سنتز مواد آلی پیچیده با استفاده از دی‌اکسید کربن، آب، نمک‌های معدنی و انرژی نور (از نور خورشید) که توسط رنگدانه‌های جذب‌ کننده نو، مانند کلروفیل و دیگر رنگدانه‌های جانبی جذب می‌شود.

سنتز در بخش‌های مختلفی مانند پروتئین، DNA، ژن و … اتفاق می‌افتد که ما در اینجا به بررسی آن میپردازیم.

سنتز پروتئین

پروتئین‌ها یک نوع اصلی از مولکول‌های زیستی هستند که همه موجودات زنده برای رشد به آن نیاز دارند. هر دو پروکاریوت و یوکاریوت پروتئین‌های مختلفی را برای فرایندها و عملکردهای مختلف تولید می کنند. برخی از پروتئین‌ها برای اهداف ساختاری استفاده می‌شوند در حالی که برخی دیگر به عنوان کاتالیزور واکنش‌های بیوشیمیایی عمل می‌کنند. سنتز پروتئین‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی تفاوت‌های متمایزی دارند.

سنتز پروتئین فرآیند ایجاد مولکول های پروتئین است. در سیستم‌های بیولوژیکی، شامل سنتز اسید آمینه، رونویسی، ترجمه و رویدادهای پس از ترجمه است. در سنتز اسیدهای آمینه، مجموعه‌ای از فرایندهای بیوشیمیایی وجود دارد که اسیدهای آمینه را از منابع کربنی مانند گلوکز تولید می‌کند، البته قابل ذکر است که همه اسیدهای آمینه توسط بدن تولید نمی شوند. اسیدهای آمینه دیگر از رژیم غذایی به دست می‌آید. در داخل سلول‌ها، پروتئین‌هایی با فرآیندهای رونویسی و ترجمه تولید می‌شوند(به طور خلاصه، رونویسی فرایندی است که طی آن قالب mRNA از DNA رونویسی می‌شود.). در ترجمه، اسیدهای آمینه بر اساس کد ژنتیکی به ترتیب خاصی به هم متصل می‌شوند. پس از ترجمه، پروتئین تازه تشکیل شده تحت پردازش بیشتری مانند پروتئولیز، اصلاح پس از ترجمه و تا شدن پروتئین قرار می‌گیرد. سنتز پروتئین ایجاد پروتئین است. در سیستم‌های بیولوژیکی، در داخل سلول انجام می‌شود. در پروکاریوت‌ها، در سیتوپلاسم رخ می‌دهد. در یوکاریوت‌ها، ابتدا در هسته ایجاد رونویسی (mRNA) از منطقه کد کننده DNA ایجاد می‌شود. رونویسی از هسته خارج می‌شود و به ریبوزوم‌ها می‌رسد تا به یک مولکول پروتئینی با توالی خاصی از آمینو اسیدها تبدیل شود.

mRNA ، tRNA و rRNA سه نوع اصلی RNA هستند که در سنتز پروتئین نقش دارند. mRNA (یا RNA پیام رسان) کد ساخت پروتئین را حمل می‌کند. در یوکاریوت‌ها، درون هسته تشکیل شده و از یک کلاه 5 اینچی، منطقه 5’UTR ، منطقه کدگذاری، منطقه 3’UTR و دم پلی (A) تشکیل شده است. کپی یک بخش DNA برای بیان ژن در ناحیه کد کننده آن قرار دارد. این با یک کدون شروع در پایانه 5’  و یک کدون توقف در پایانه 3′  شروع می‌شود.

tRNA (یا RNA انتقال)، همانطور که از نامش پیداست، اسید آمینه خاصی را به ریبوزوم منتقل می‌کند تا به زنجیره در حال رشد آمینو اسید اضافه شود. این شامل دو قسمت اصلی است: (1) بازوی آنتی کدون و (2) ساقه پذیرنده. بازوی آنتی کدون حاوی آنتی کدون است که باز مکمل با کدون mRNA است. ساقه پذیرنده محلی است که یک اسید آمینه خاص به آن متصل شده است.

بر خلاف دو مورد اول، rRNA (یا RNA ریبوزومی) اطلاعات ژنتیکی را حمل نمی‌کند. بلکه به عنوان یکی از اجزای ریبوزوم عمل می کند. ریبوزوم یک ساختار سیتوپلاسمی در سلول‌های پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها است که به عنوان محل سنتز پروتئین شناخته می‌شوند. از ریبوزوم‌ها می توان برای تعیین پروکاریوت از یوکاریوت استفاده کرد. پروکاریوت‌ها دارای ریبوزوم 70S هستند در حالی که یوکاریوت‌ها دارای ریبوزوم‌های 80S هستند.در هر دو نوع، هر کدام، از دو زیر واحد با اندازه‌های متفاوت تشکیل شده‌اند. زیر واحد بزرگتر به عنوان ریبوزیم عمل می‌کند که تشکیل پیوند پپتیدی بین اسیدهای آمینه را کاتالیز می‌کند.

مراحل سنتز پروتئین

اولین مورد در زمینه سنتز پروتئین، حلزون شدن مارپیچ دوگانه DNA و جداسازی دو رشته نوکلئوتید است. یکی از رشته‌ها به عنوان یک الگو عمل می‌کند و توالی نوکلئوتیدهای RNA را تعیین می‌کند. رشته الگو با وجود توالی خاصی از نوکلئوتیدهای DNA به نام پروموتر تعیین می‌شود این توالی در نزدیکی ابتدای ژن قرار دارد. RNA پلیمراز آنزیمی است که ریبونوکلئوتیدهای تراز شده را به یکدیگر متصل می کند. هنگامی که کدهای سه گانه به توالی توقف یا سیگنال توقف می رسند ، RNA پلیمراز زنجیره را خاتمه می دهد و سپس رونویسی RNA را آزاد می‌کند. به عنوان آخرین تماس، یک سری نوکلئوتیدهای آدنین به نام دنباله A به انتهای رشته RNA رونویسی اضافه می‌شود. دم از این نظر حیاتی است که سیگنال لازم را برای حرکت RNA از هسته و سپس اتصال به ریبوزوم‌ها در سیتوپلاسم که پروتئین‌ها از اطلاعات کد شده سنتز می‌شوند، می‌دهد. در DNA سه توالی پایه را کد سه گانه می‌نامند ، در حالی که در RNA سه توالی پایه که یک اسید آمینه را مشخص می‌کند کدون نامیده می‌شود. بنابراین، کدهای سه گانه و کدون‌ها از نظر عملکرد مشابه هستند. فقط بخشهای خاصی از یک ژن در واقع اسیدهای آمینه را کد می‌کنند این قطعات را اگزون می‌گویند در حالی که بخش‌های غیر کد کننده بین اگزون‌ها را اینترون می نامند. اینترون‌ها توسط یک اسپلایسوزوم از ژن جدا شده و دنباله‌ای پیوسته از اگزون‌ها را تشکیل می‌دهند. این توالی اکنون mRNA نامیده می‌شود.

پس از خارج شدن اینترون‌ها، mRNA از طریق منافذ هسته‌ای به داخل سیتوپلاسم حرکت می‌کند و به ریبوزوم متصل می‌شود. هر ریبوزوم از پروتئین ها وrRNA تشکیل شده است. tRNA پیوند بین یک اسید آمینه و کدون mRNA آن است زیرا مولکول tRNA به شکل برگ شبدر می‌تواند با هر دو ترکیب شود. tRNA قبل از حرکت به داخل سیتوپلاسم در هسته سنتز می‌شود. آنزیمی به نام aminoacyl-tRNA synthetase اسیدهای آمینه خاصی را به مولکول های tRNA پیوند می‌دهد. سپس مولکول tRNA و اسید آمینه با mRNA با یک توالی سه باز به نام anti-codon جفت می‌شوند. آنتی کدون اسید آمینه را مشخص می‌کند. شروع زنجیره پلی پپتیدی با اتصال یک کدون در یک کمپلکس آمینو اسید-tRNA به کدون مربوطه در کمپلکس mRNA –ریبوزوم آغاز می‌شود. این اتصال اولیه توسط آنزیم هایی به نام عوامل آغازگر انجام می‌شود. فعالیت این عوامل آنزیمی سرعت سنتز پروتئین را تنظیم می‌کند. طولانی شدن زنجیره پلی پپتیدی مرحله دوم است. هر اسید آمینه‌ای که روی یک مولکول tRNA به زنجیره آورده می‌شود، توسط یک پیوند پپتیدی به انتهای زنجیره پروتئینی در حال رشد متصل می‌شود. tRNA آزاد سپس از ریبوزوم آزاد می‌شود و به اسید آمینه دیگری متصل می‌شود. ریبوزوم به عنوان یک “خواننده” عمل می‌کند و هنگامی که در mRNA به توالی خاتمه برسد، ارتباط بین زنجیره پلی پپتیدی و tRNA قطع می‌شود. سپس پروتئین تکمیل شده از ریبوزوم آزاد می‌شود و ریبوزوم برای رشته mRNA بعدی در دسترس است. هنگامی که پروتئین کوچکی از ریبوزوم خارج می‌شود، تا می‌شود. پروتئین‌های بزرگتر در حفره یک محفظه کوچک پروتئینی توخالی به نام چاپرون جمع می‌شوند. اگر چیزی به زنجیره پروتئین مانند مشتقات کربوهیدرات یا لیپید اضافه شود، در محل چاپرون ایجاد می‌شود. در نهایت، مولکولهای mRNA توسط آنزیم های سیتوپلاسمی به نوکلئوتیدها تجزیه می‌شوند.

نکته‌ی قابل توجه این است که DNA میتوکندری اینترون ندارد و خودش پروتئین های خود را تولید می‌کند!

ترجمه: غزل زارعی