كودون البدء

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
كودون البدء (الدائرة الزرقاء) لجين MT-ATP6 في الحمض النووي للميتوكوندريا البشرية . لكل ثلاثية نيوكليوتيدية (بين قوسين مربعين)، يُعطى الحمض الأميني المقابل (رمز من حرف واحد)، إما في إطار القراءة +1 لجين MT-ATP8 (باللون الأحمر) أو في إطار القراءة +3 لجين MT-ATP6 (باللون الأزرق). في هذه المنطقة الجينومية، يتداخل الجينان .

كودون البدء هو الكودون الأول في نسخة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) التي يترجمها الريبوسوم . يشفر كودون البدء دائمًا للميثيونين في حقيقيات النوى والعتائق ، ولـ N- فورميل ميثيونين (fMet) في البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات .

غالباً ما يسبق كودون البدء منطقة غير مترجمة في الطرف 5' ( 5' UTR ). في بدائيات النوى، تشمل هذه المنطقة موقع ارتباط الريبوسوم .

فك التشفير

في جميع نطاقات الحياة الثلاثة، يُفكّ شفرة كودون البدء بواسطة حمض نووي ريبوزي ناقل خاص يُسمى "البدء" ، وهو يختلف عن الحمض النووي الريبوزي الناقل المستخدم في الاستطالة. توجد اختلافات بنيوية هامة بين الحمض النووي الريبوزي الناقل المُستهلِك والحمض النووي الريبوزي الناقل المُستطيل، حيث تعمل السمات المميزة على تلبية متطلبات نظام الترجمة. في البكتيريا والعضيات، يُوجّه عدم تطابق قاعدة C1:A72 في ساق المستقبل عملية الفورميل، التي بدورها تُوجّه عملية استقطاب الريبوسوم 30S إلى الموقع P؛ وتسمح أزواج القواعد المعروفة باسم "3GC" بالتجميع في الريبوسوم 70S. [ 1 ] في حقيقيات النوى والعتائق، تمنع ساق T عوامل الاستطالة من الارتباط، بينما يتعرف عامل بدء الترجمة eIF2 تحديدًا على الميثيونين المرتبط وزوج القواعد A1:U72. [ 2 ]

على أي حال، فإن الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الطبيعي المُبادر لا يُشفّر إلا الميثيونين. [ 3 ] وقد مكّنت معرفة السمات الرئيسية المُتعرِّفة الباحثين من تصميم أنواع بديلة من الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) المُبادر الذي يُشفّر أحماضًا أمينية مختلفة؛ انظر أدناه.

كودونات بدء بديلة

تختلف كودونات البدء البديلة عن كودون AUG القياسي، وتوجد في كل من بدائيات النوى (البكتيريا والعتائق) وحقيقيات النوى . تُترجم كودونات البدء البديلة إلى ميثيونين (Met) عندما تكون في بداية البروتين (حتى لو كان الكودون يشفر حمضًا أمينيًا مختلفًا في غير ذلك). ويعود ذلك إلى استخدام جزيء tRNA منفصل لبدء عملية الترجمة. [ 3 ]

حقيقيات النوى

تُعدّ كودونات البدء البديلة (غير AUG) نادرة جدًا في جينومات حقيقيات النوى، حيث تعمل مجموعة واسعة من الآليات على ضمان دقة بدء الترجمة باستخدام كودون AUG. [ 4 ] ومع ذلك، فقد تم الإبلاغ عن وجود كودونات بدء بديلة غير AUG بشكل طبيعي في بعض جزيئات mRNA الخلوية. [ 5 ] سبعة من أصل تسعة استبدالات محتملة لنيوكليوتيد واحد في كودون بدء الترجمة AUG لإنزيم ديهيدروفولات ريدوكتاز تعمل كمواقع بدء ترجمة في خلايا الثدييات. في جميع الحالات، تم إدخال الميثيونين كأول حمض أميني. [ 6 ]

البكتيريا

لا تمتلك البكتيريا عمومًا مجموعة واسعة من عوامل الترجمة التي تراقب دقة كودون البدء. يُعدّ كل من GUG وUUG كودونَي البدء البديلين الرئيسيين، بل و"النموذجيين". [ 4 ] ويُعدّ GUG على وجه الخصوص مهمًا للتحكم في تضاعف البلازميدات. [ 4 ]

تستخدم بكتيريا الإشريكية القولونية 83% من تسلسل AUG (3542/4284)، و14% (612) من تسلسل GUG، و3% (103) من تسلسل UUG [ 7 ] ، بالإضافة إلى تسلسل أو اثنين آخرين (مثل AUU وربما CUG). [ 8 ] [ 9 ]

من المناطق المشفرة المعروفة التي لا تحتوي على كودونات بدء AUG، تلك الموجودة في جين lacI (GUG) [ 10 ] [ 11 ] وجين lacA (UUG) [ 12 ] في أوبيرون اللاكتوز في بكتيريا الإشريكية القولونية . وقد أظهرت دراستان حديثتان، كلٌ على حدة، أن ما بين 10 [ 13 ] و46 [ 14 ] كودون بدء غير AUG قد يبدأ عملية الترجمة في بكتيريا الإشريكية القولونية . ومع ذلك، تُظهر الكودونات AUG وGUG وUUG كفاءة أعلى بكثير ككودونات بدء مقارنةً ببقية الكودونات. [ 14 ]

الميتوكوندريا

تستخدم جينومات الميتوكوندريا كودونات بدء بديلة بشكل ملحوظ (AUA وAUG في البشر). [ 15 ] وتُقدَّم العديد من هذه الأمثلة، مع الكودونات والنطاق المنهجي والاستشهادات، في قائمة جداول الترجمة التابعة للمركز الوطني لمعلومات التقانة الحيوية (NCBI ). [ 16 ]

العتائق

تسمح العتائق، وهي بدائيات النوى ذات آلية ترجمة مشابهة لتلك الموجودة في حقيقيات النوى ولكنها أبسط منها، بالبدء عند UUG و GUG. [ 4 ]

كودونات البدء في اتجاه التيار

تُعدّ هذه كودونات بدء "بديلة" بمعنى أنها تقع في اتجاه 5' من كودونات البدء العادية، وبالتالي يمكن استخدامها ككودونات بدء بديلة. يحتوي أكثر من نصف جزيئات mRNA البشرية على كودون AUG واحد على الأقل في اتجاه 5' (uAUG) من مواقع بدء الترجمة المحددة (TIS) (58% في الإصدارات الحالية من تسلسل RefSeq البشري ). قد يؤدي استخدامها المحتمل كمواقع بدء ترجمة إلى ترجمة ما يُسمى بإطارات القراءة المفتوحة في اتجاه 5' (uORFs). عادةً ما ينتج عن ترجمة uORFs تخليق عديدات ببتيد قصيرة، وقد ثبت أن بعضها وظيفي، على سبيل المثال، في ASNSD1 و MIEF1 و MKKS وSLC35A4. [ 17 ] ومع ذلك، يُعتقد أن معظم uORFs المترجمة لها تأثير تثبيطي طفيف فقط على الترجمة اللاحقة، لأن معظم بدايات uORFs تكون غير مكتملة (أي لا تبدأ الترجمة، أو لأن الريبوسومات التي تُنهي الترجمة بعد إطارات القراءة المفتوحة القصيرة غالبًا ما تكون قادرة على إعادة بدء الترجمة). [ 17 ]

الشفرة الوراثية القياسية

الخصائص البيوكيميائية للأحماض الأمينيةغير قطبيبولارأساسيحمضيإنهاء العملية: كودون التوقف
الشفرة الوراثية القياسية (جدول NCBI 1) [ 18 ]
القاعدة الأولىالقاعدة الثانيةالقاعدة الثالثة
يوجأجي
يوUUU(Phe/F) فينيل ألانينUCU(Ser/S) سيرينUAU(Tyr/Y) تيروسينيو جي يو(Cys/C) السيستينيو
UUCجامعة كوركUACالمحتوى الذي ينشئه المستخدمونج
UUA(Leu/L) الليوسينجامعة آسيا الوسطىجامعة ألاسكا أنكوريجتوقف ( أوكر ) [ب]جامعة جورجياتوقف ( أوبال ) [ب]أ
UUG [A]التبول الليليUAGتوقف ( أصفر ) [ب]يو جي جي(Trp/W) تريبتوفانجي
جCUUوحدة العناية المركزة(Pro/P) برولينجامعة كاج(His/H) الهيستيدينجامعة كليفلاند جورنال(Arg/R) أرجينينيو
CUCCCCCACCGCج
CUACCAهيئة الطيران المدني(Gln/Q) غلوتامينمحاسب قانوني معتمدأ
CUGمجموعة التكليف السريريمراقب الحسابات المركزيCGGجي
أجامعة أوبافيمي أوروبية(Ile/I) إيزولوسينوحدة مكافحة الإرهاب(Thr/T) ثريونينالاتحاد الرياضي الجامعي(Asn/N) أسباراجينالاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي(Ser/S) سيرينيو
AUCACCالتواصل المعزز والبديلAGCج
جامعة أركنساسقانون الرعاية الصحية الميسرةAAA(Lys/K) لايسينأجا(Arg/R) أرجينينأ
أغسطس [أ](Met/M) ميثيونينACGمساعد المدعي العامAGGجي
جيغوو(Val/V) فالينجامعة غلاسكو(ألا/أ) ألانينGAU(Asp/D) حمض الأسبارتيكGGU(Gly/G) جليسينيو
GUCمجلس التعاون الخليجيGACجي جي سيج
غواGCAرابطة الألعاب الرياضية الغيلية(Glu/E) حمض الجلوتاميكجي جي إيهأ
GUG [A]جي سي جيأسكتGGGجي
من بين كودونات البدء المحتملةفي الجدول 1 من NCBI، يُعدّ كودون AUG الأكثر شيوعًا. [ 19 ] أما كودونا البدء الآخران المذكوران في الجدول 1 (GUG وUUG) فهما نادران في حقيقيات النوى. [ 20 ] تتميز بدائيات النوى بمتطلبات أقل صرامة لكودونات البدء، وهي موضحة فيالجدول 11 من NCBI.
ب ^ ^ ^ تم وصف الأساس التاريخي لتسمية كودونات التوقف بالكهرمان والأوكر والأوبال في سيرة ذاتية لسيدني برينر [ 21 ] وفي مقال تاريخي لبوب إدغار. [ 22 ]

كودونات البدء غير الميثيونين

طبيعي

يمكن أن تبدأ عملية الترجمة بواسطة موقع دخول الريبوسوم الداخلي (IRES)، الذي يتجاوز عددًا من أنظمة بدء الترجمة العادية في حقيقيات النوى، ببداية غير ميثينون مع كودونات GCU أو CAA. [ 23 ]

تستطيع خلايا الثدييات بدء عملية الترجمة باستخدام الليوسين عبر جزيء tRNA خاص بالليوسيل يقوم بفك شفرة الكودون CUG. هذه الآلية مستقلة عن عامل بدء الترجمة eIF2، ولا تتطلب بنية ثانوية مشابهة لتلك الموجودة في عنصر بدء الترجمة الداخلي (IRES). تتم هذه العملية عن طريق مسح الريبوسوم، ويعزز سياق كوزاك كفاءة بدء الترجمة. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

كودونات بدء مُهندسة

استُخدمت جزيئات tRNA المُهندسة لبدء الترجمة (tRNA fMet CUA ، المُشتقة من MetY tRNA fMet CAU ) لبدء الترجمة عند كودون التوقف العنبري UAG في بكتيريا الإشريكية القولونية . لا يقتصر بدء الترجمة باستخدام هذا الجزيء على إدخال الفورميل ميثيونين التقليدي فحسب ، بل يشمل أيضًا الفورميل جلوتامين، حيث يتعرف إنزيم غلوتاميل-tRNA سينثاز على جزيء tRNA الجديد. [ 27 ] (يُذكر سابقًا أن نظام بدء الترجمة البكتيري لا يتحقق تحديدًا من وجود الميثيونين، بل من تعديل الفورميل فقط). [ 1 ] وقد أظهرت إحدى الدراسات أن جزيء tRNA المُهيمن لبدء الترجمة لا يبدأ الترجمة بدرجة قابلة للقياس من كودونات UAG المشفرة جينوميًا، بل فقط من المؤشرات المحمولة على البلازميدات ذات مواقع شاين-دالغارنو القوية في المنطقة المجاورة . [ 28 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. شيتي ، إس؛ شاه، آر إيه؛ تشيمبازي، يو في؛ ساه، إس؛ فارشني، يو (28 فبراير 2017). "سمتان محفوظتان للغاية في الحمض النووي الريبوزي الناقل البكتيري تسمحان له بالمرور عبر نقاط تفتيش متميزة في بدء الترجمة" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 45 (4): 2040-2050 . doi : 10.1093/nar/ gkw854 . PMC 5389676. PMID 28204695 .  
  2. ↑ كوليتز، إس إي؛ لورش، جيه آر (21 يناير 2010). " حمض tRNA البادئ في حقيقيات النوى: مضبوط بدقة وجاهز للعمل" . رسائل FEBS . 584 (2): 396-404 . doi : 10.1016/j.febslet.2009.11.047 . PMC 2795131. PMID 19925799 .  
  3. 1 2 لوبانوف، أ. ف.؛ تورانوف، أ. أ.؛ هاتفيلد، د. ل.؛ جلاديشيف، ف. ن. (2010). " الوظائف المزدوجة للكودونات في الشفرة الوراثية" . مراجعات نقدية في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . 45 (4): 257-265 . doi : 10.3109/10409231003786094 . PMC 3311535. PMID 20446809 .  
  4. 1 2 3 4 أسانو، ك . (2014). "لماذا يُعدّ اختيار كودون البدء دقيقًا جدًا في حقيقيات النوى؟" . الترجمة (أوستن، تكساس) . 2 (1) e28387. doi : 10.4161/trla.28387 . PMC 4705826. PMID 26779403 .  
  5. ↑ إيفانوف آي بي، فيرث إيه إي، ميشيل إيه إم، أتكينز جيه إف، بارانوف بي في (2011). "تحديد الامتدادات الطرفية N المحفوظة تطوريًا وغير المُبدأة بـ AUG في تسلسلات الترميز البشري" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 39 (10): 4220-4234 . doi : 10.1093/nar/gkr007 . PMC 3105428. PMID 21266472 .  
  6. ↑ بيبودي، د.س. (1989). "بدء الترجمة عند ثلاثيات غير AUG في خلايا الثدييات" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 264 (9): 5031-5 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)83694-8 . PMID 2538469 . 
  7. ^ بلاتنر، الاب. بلونكيت جي، جي؛ بلوخ، كاليفورنيا؛ بيرنا، NT؛ بورلاند، V.؛ رايلي، م. كولادو فيدس، J .؛ جلاسنر، دينار؛ رود، سي كيه؛ مايهيو، جي إف. جريجور، J.؛ ديفيس، شمال غرب؛ كيركباتريك، HA؛ جويدين، MA؛ روز، دي جي؛ ماو، ب. شاو، ي. (1997). "تسلسل الجينوم الكامل للإشريكية القولونية K-12" . علوم . 277 (5331): 1453–1462 . دوى : 10.1126/science.277.5331.1453 . بميد 9278503 . 
  8. ^ ساسيردوت، سي. فيات، ج.؛ ديسن، ص. سبرينغر، م. بلومبريدج، JA؛ جرونبرج ماناجو، م.؛ بلانكيت، س. (1982). "تسلسل جزء من الحمض النووي بحجم 1.26 كيلو بايت يحتوي على الجين الهيكلي لعامل بدء الإشريكية القولونية IF3: وجود كودون البادئ AUU" . مجلة إمبو . 1 (3): 311–315 . دوى : 10.1002/j.1460-2075.1982.tb01166.x . بمك 553041 . بميد 6325158 .  
  9. ↑ ميسياكاس، د.؛ جورجوبولوس، س.؛ راينا، س. (1993). "جين الصدمة الحرارية htpY في الإشريكية القولونية: تحليل الطفرات، والاستنساخ، والتسلسل، والتنظيم النسخي" . مجلة علم البكتيريا . 175 (9): 2613-2624 . doi : 10.1128/jb.175.9.2613-2624.1993 . PMC 204563. PMID 8478327 .  
  10. ↑ أوبيرون اللاكتوز في الإشريكية القولونية مع جينات lacI و lacZ و lacY و lacA، GenBank: J01636.1
  11. ↑ فارابو، بي جيه (1978). "تسلسل جين lacI". مجلة نيتشر . 274 (5673): 765-769 . Bibcode : 1978Natur.274..765F . doi : 10.1038 / 274765a0 . PMID 355891. S2CID 4208767 .  
  12. ↑ عارض تسلسل NCBI الإصدار 2.0
  13. ↑ فيرنبرغ، إيلاد؛ لابونتي، جيسون؛ غراي، جيفري؛ أوسترمير، مارك أ. (2014). " خريطة شاملة وعالية الدقة لمشهد لياقة الجين" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 31 (6): 1581-1592 . doi : 10.1093/molbev/msu081 . PMC 4032126. PMID 24567513 .  
  14. هيشت ، أرييل؛ غلاسكو، جيف؛ ياشكه، بول ر.؛ باوازر، لقمان أ.؛ مونسون، ماثيو س.؛ كوكران، جينيفر ر .؛ إندي، درو؛ ساليت، مارك (2017). " قياسات بدء الترجمة من جميع الكودونات الـ 64 في الإشريكية القولونية" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 45 (7): 3615-3626 . doi : 10.1093/nar/gkx070 . PMC 5397182. PMID 28334756 .  
  15. ↑ واتانابي، كيميتسونا؛ سوزوكي، تسوتومو (2001). "الشفرة الوراثية ومتغيراتها". موسوعة علوم الحياة . doi : 10.1038/npg.els.0000810 . ISBN 978-0-470-01590-2.
  16. ↑ إلزانوفسكي، أندريه؛ أوستيل، جيم. "الشفرات الوراثية" . المركز الوطني لمعلومات التقانة الحيوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 مارس 2019 .
  17. 1 2 أندرييف، ديمتري إي.؛ لوغران، غاري؛ فيدوروفا، آلا د.؛ ميخائيلوفا، ماريا س.؛ شاتسكي، إيفان ن.؛ بارانوف، بافيل ف. (2022-05-09). "بدء الترجمة غير AUG في الثدييات" . علم الأحياء الجينومي . 23 (1): 111. doi : 10.1186/s13059-022-02674-2 . ISSN 1474-760X . PMC 9082881. PMID 35534899 .   
  18. ↑ إلزانوفسكي أ، أوستيل ج (7 يناير 2019). "الشفرات الوراثية" . المركز الوطني لمعلومات التقانة الحيوية. مؤرشف من الأصل في 5 أكتوبر 2020. تم الاطلاع عليه في 21 فبراير 2019 .
  19. ↑ ناكاموتو تي (مارس 2009). "التطور وعالمية آلية بدء تخليق البروتين". جين . 432 ( 1-2 ): 1-6 . doi : 10.1016/j.gene.2008.11.001 . PMID 19056476 . 
  20. ↑ أسانو، ك. (2014). "لماذا يكون اختيار كودون البدء دقيقًا جدًا في حقيقيات النوى؟". الترجمة . 2 (1) e28387. doi : 10.4161/trla.28387 . PMID 26779403 . 
  21. ↑ برينر، س. حياة في العلم (2001) منشورات بيوميد سنترال المحدودة، رقم ISBN 0-9540278-0-9انظر الصفحات 101-104
  22. ↑ إدغار ب (2004). " جينوم العاثية T4: حفر أثري" . علم الوراثة . 168 (2): 575-82 . PMC 1448817. PMID 15514035 .  انظر الصفحات 580-581
  23. ↑ راج بهانداري، أوتام ل. (15 فبراير 2000). "مزيد من المفاجآت في الترجمة: بدء الترجمة بدون الحمض النووي الريبوزي الناقل البادئ" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 97 (4): 1325-1327 . Bibcode : 2000PNAS...97.1325R . doi : 10.1073/pnas.040579197 . PMC 34295. PMID 10677458 .  
  24. ↑ "من أين نبدأ؟ آلية ترجمة البروتين البديلة تُنتج مستضدات غير متوقعة" . مجلة PLOS Biology . 2 (11) e397. 26 أكتوبر 2004. doi : 10.1371/journal.pbio.0020397 . PMC 524256 . 
  25. ↑ ستارك، إس آر؛ جيانغ، في؛ بافون-إتيرنود، إم؛ براساد، إس؛ مكارثي، بي؛ بان، تي؛ شاستري، إن (2012). "يبدأ الليوسين-tRNA عملية تخليق البروتين وعرضه بواسطة معقد التوافق النسيجي الرئيسي من الفئة الأولى عند كودونات البدء CUG". مجلة ساينس . 336 (6089): 1719-23 . Bibcode : 2012Sci...336.1719S . doi : 10.1126/science.1220270 . PMID 22745432. S2CID 206540614 .  
  26. ↑ ديفر، تي إي (2012). "علم الأحياء الجزيئي : بداية جديدة لتخليق البروتين" . مجلة ساينس . 336 (6089): 1645-1646 . doi : 10.1126/science.1224439 . PMID 22745408. S2CID 44326947 .  
  27. ↑ فارشني، يو.؛ راجبانداري، يو إل (1990-02-01). "بدء تخليق البروتين من كودون إنهاء" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 87 (4): 1586-1590 . Bibcode : 1990PNAS...87.1586V . doi : 10.1073 / pnas.87.4.1586 . ISSN 0027-8424 . PMC 53520. PMID 2406724 .   
  28. ↑ فينسنت، راسل م.؛ رايت، برادلي و.؛ ياشكه، بول ر. (15 مارس 2019). "قياس تعامد الحمض النووي الريبوزي الناقل البادئ Amber في كائن حي مُعاد ترميزه جينوميًا" ( ملف PDF) . مجلة ACS للبيولوجيا التركيبية . 8 (4): 675-685 . doi : 10.1021/acssynbio.9b00021 . ISSN 2161-5063 . PMID 30856316. S2CID 75136654 .   
  • الشفرات الوراثية. جمعها أندريه (أنجاي) إلزانوفسكي وجيم أوستيل، المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية (NCBI)، بيثيسدا، ماريلاند، الولايات المتحدة الأمريكية