الربيوسومات وعلاقتها بمكونات الترجمة

قد اتضحت أهمية الريبوسومات فى تخليق البروتين فى الخلية أثناء عمليات الأيض الخلوى Cellular metabolism عن طريق النمو السريع لخلية بكتريا E.Coli والتى تحتوى على عدد 15 ألف من الريبوسومات وهذه الكمية من الريبوسومات تمثل ثلث كتلة الخلية . وبالرغم من أن الريبوسومات فى الخلايا مميزة النواة والخلايا غير مميزة النواة غير متطابقة . إلا أن كل ريبوسومات الكائنات الحية تتكون من تحت وحدتين وهما تحت وحدة صغيرة وتحت كبيرة Small and large subunits . ففى البكتريا نجد أن تحت الوحدة الأصغر The Smaller Subunit تحتوى على 21 نوعاً من البروتينـات وجزئ واحد من RNA . أما تحت الوحدة الأكبر فيحتوى على 35 نوعاً من البروتينات وعـدد اثنين جزئ من RNA . لاحظ أن RNA الريبوسومى Ribosomal RNA يتم نسخه من DNA وهو لا ينقل معلومة خاصة ولكنه له تركيب ووظيفة تحليلية Structural and Catalytic Function ) .
تركيب الريبوسوم
تم عزل الريبوسوم معمليا وفصل وحداته عن بعضها وفصل مكونات كل وحدة من الـ RNA والبروتينات عن بعضها وفحص كل هذا بالميكروسكوب الإلكترونى وقد اتضح من هذه الدراسة أن الريبوسوم يعتبر تركيب ثلاثى الأبعاد Three-dimentional structure ووجد أن وجهاً واحداً من أوجهه تحت الوحدة الكبيرة The lagre subunit وهو الوجه المقابل والمؤتلف شكليا مع تحت الوحدة الصغيرة يحتوى على Depression . أما الـ m-RNA فهو متطابق ( مثل الضبة والمفتاح ) مع تجويف متكون بين تلامس سطحى التحـت وحدتين وداخل كل ريبوسوم يوجد Two depressions وهما مواقع ارتباط للـ t-RNA ويطلق عليهما A and P . والموقع A هو Aminoacyl t-RNA site . ومن هنا جاءت تسميته بالموقع A وهو يقوم بربط الـ Aminoacyl t-RNA والذى سوف يستخدم لإضافة حمض أمينى إلى السلسلة الببتيدية النامية The growing polypeptide chain .
أما الموقع The p site ( peptidyl-t RNA Site) P فهو يربط t-RNA المرتبط بسلسلة الأحماض الأمينية النامية Growing Polypeptide . وبعد تكوين الرابطة الببتيدية بين الحمض الأمينى فى الموقع A ونهاية السلسلة الببتيدية النامية فيتحرك الآن الـ t-RNA مع السلسلة الببتيدية المتصلة به حيث تتحرك إلى الموقع P من الريبوسوم تاركه الموقعA حراً متاحاً للارتباط بجزئى Aminoacyle t-RNAالمقبل .
وأحد مهام الريبوسوم هى أن يرتبط بكلا من m-RNA القالبm-RNA template وجزئ Aminoacyl t-RNA والسلسلة الببتيدية النامية وجميعهم يكونوا مرتبطين مع الريبوسوم فى الاتجاه الصحيح حتى يمكن قراءة الشفرة الوراثية وتكوين الروابط الببتيدية .

ولمناقشة عملية الترجمة Translation والتى تعرف أيضا تخليق البروتين Protein Synthesis نجد أنها تتضمن ثلاتة مراحل رئيسية هى :

الابتداء Initiation - الإضافة Elongation - الانتهاء Termination

عملية الابتداء
تتكون من عدد من الخطوات وتتطلب البروتينات والتى يطلق عليها عوامل الابتداء Initiation Factors . وتبدأ عملية الابتداء بتحميل Special initiation t-RNA على تحت الوحدة الصغيرة من الريبوسوم . ويجدر الإشارة أن كودون الابتداء لتخليق مختلف البروتينات فى مختلف الكائنات الحية هو AUG والذى يشفر إلى الميثيونين Methionine .
وفى اللحظة التى يحمل فيها جزئ t RNA الابتداء Initiator على تحت الوحدة الصغيرة من الريبوسوم يرتبط معقد الابتداء Initiation مع الـ Special ribosome recognetion sequences بالقرب من النهاية 5 ( 5\end ) من الـ m-RNA وهذه بالطبع عبارة عن Upstreem of the coding sequences . وينتج عن هذا الارتباط إحضار الـAnticodon ( الكودون المكمل للكودون الموجود على m-RNA) لـ t RNA الابتداء ( البادئ Initiator) مع كودون الابتداء للـ m-RNA وهو الـ AUG . ثم ترتبط بعد ذلك تحت الوحدة الكبيرة للريبوسوم The large ribosomal subunit مع المعقد Complex مكونين الريبوسوم المكتمل .

عملية الإضافة تبدأ عملية إضافة الأحماض الأمينية إلى عديد الببتيد النامى Growing polypeptide وهذه العملية يطلق عليها عملية الإضافة Elongation process . فمتى ترك t RNA الابتداء الموقع A يرتبط بالموقع P تاركا الموقع A خالياً ليملأ بالـ Aminoacyl t-RNA المتخصص للكودون القادم على m-RNA والشكل يوضح خطوات عملية الإضافة Elongation ( تذكر أن جميع خطوات الترجمة بما فيها الإضافة تحدث بالسيتوبلازم ) والتى فيها يرتبط الـ Aminoacyl t-RNA مع الموقع A على الكروموسوم بواسطة زوج متخصص من القواعد من الـ Anticodon مع الخيط المكمل لكودون m-RNA. وهذه الخطوة من الارتباط تحتاج إلى طاقة وهذه الطاقة يمكن إضافتها عـن طريق جزئ الجوانزين ثلاثى الفوسفات Guanosine Triphosphate (GTP) ( لاحظ أن GTP مثل ATP ينقل الطاقة عن طريق منح مجموعة فوسفات كما نلاحظ أيضا أن GTP ينتج من أحد تفاعلات دروة كربس . ومجموعة الأمين Amino group للحمض الأمينى عند الموقع A أصبحت الآن بجوار مجموعة الكربوكسيل Carboxyl group للحمض الأمينى السابق لها عند الموقع P وبالتالى تحدث عملية تكوين رابطة ببتيدية بين المجموعة الأمينية للحمض الأمينى الجديد والمجموعة الكربوكسيلية للحمض الأمينى السابق له ، وهذا التفاعل هو تفاعل ذاتى لا يحتاج إلى طاقة إضافية . وفى هذه العملية فإن الحمض الأمينى المتصل بالموقع P ينفصل عن t-RNA الخاص به ويصبح متصلاً بالـ Aminoacyl t-RNA عند الموقع A .
الشكل يوضح أن كل دورة من دورات الإضافة Elongation cycle تضيف حمض أمينى للسلسلة الببتيدية النامية Growing polypeptide chain .
وبعد تكوين الرابطة الببتيدية ينفصل جزئ t-RNA من الموقع Pويفرز حيث يمكن إضافة حمض أمينى جديد له . أما السلسلة الببتيدية النامية والتى هى الآن : متصلة بالـ t-RNA عند الموقع A تنتقل مكانيا إلى الموقع P تاركة الموقع A مفتوحاً لـ t-RNA amino acid complex القادم . وعملية الانتقال من الموقع A إلى الموقع Translocation Process P هذه تحتاج إلى طاقة وهذه الطاقة تضاف أيضا عن طريق جزئ الجوانزين ثلاثى الفوسفات GTP . والريبوسوم والمعلومة Massage يتحركان فى علاقة بين كلِ منهما بمعنى أن الكودون حامل معلومة الحمض الأمينى القادم فى السلسلة الببتيدية يتجه إلى الموقع A الغير مشغول . وهذا يعنى أن الريبوسوم يتحرك فى الاتجاه 3 3\ end على طول جزئ m RNA ولذا فعملية الترجمة من علىm-RNA غالبا ما تتم فى اتجاه 3' ---- 5 ' و بالتالى فنهاية جزئ m-RNA الذى خلق فى البداية أثناء عملية النسخ Transcription هو نفسه الذى تبدأ به عملية الترجمة Translation لتخليق البروتين كما هو موضح . 5\ ______ 3\ m RNA وتستغرق عملية تكوين كل رابطة ببتيدية حوالى 1/20 من الثانية و بالتالى لو كان حجم جزئ البروتين المخلق هو 500 حمض أمينى فسوف يستغرق تخليق هذا الجزئ من البروتين حوالى 25 ثانية ويمكنك حساب الوقت اللازم لتخليق جزئ البروتين بضرب عدد الأحماض الأمينية الموجودة بالجزئ فى 1/20 ويميز الناتج بالثانية .


عملية الانتهاء
عملية تخليق السلسلة الببتيدية تنتهى بواسطة عوامل إفراز Release factors والتى تعرف بالانتهاء Termination أو كودونات التوقف ( أو الانتهاء ) Stop Codons والتى توجد فى التعاقب الأخير للشفرة . وكودونات ، UGA ,UAG,UAA عبارة عن إشارات توقف خاصة والتى لا تشفر لأى حمض أمينى . وعملية التعرف على كودون التوقف Termination codon بواسطة عوامل الإفراز Release Factors تسبب انفصال تحت وحدتى الريبوسوم عن بعضهما و بالتالـى يمكن استخدامهم فى ابتـداء عملية تخليق سلسلة ببتيدية جديدة باستخدام جزئ m-RNA آخر فهى لا تحتاج لتفاعلات الفصل . كما أن البعض الأخر من m RNAالخلايا مميزة النواة تكون مغطاة Capped لكنها لا تحتوى على الـ Poly – Atail