عامل الإطلاق

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

عامل الإطلاق هو بروتين يسمح بإنهاء عملية الترجمة عن طريق التعرف على كودون الإنهاء أو كودون التوقف في تسلسل الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) . وقد سُمّي بهذا الاسم لأنه يُطلق ببتيدات جديدة من الريبوسوم.

خلفية

أثناء ترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، تتعرف جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) المشحونة، والتي تُسمى أمينو أسيل-tRNA لارتباطها بأحماض أمينية محددة تُقابل مضاد الكودون لكل tRNA ، على معظم الكودونات . في الشفرة الوراثية القياسية ، توجد ثلاثة كودونات توقف في mRNA: UAG (كهرماني)، وUAA (أصفر مغري)، وUGA (أوبال أو بني داكن). على الرغم من أن كودونات التوقف هذه ثلاثية مثل الكودونات العادية، إلا أنها لا تُفك شفرتها بواسطة tRNA. اكتشف ماريو كابيكي عام 1967 أن tRNA لا يتعرف عادةً على كودونات التوقف على الإطلاق، وأن ما أسماه "عامل الإطلاق" ليس جزيء tRNA بل بروتين. [ 1 ] لاحقًا، ثبت أن عوامل الإطلاق المختلفة تتعرف على كودونات توقف مختلفة. [ 2 ]

تصنيف

توجد فئتان من عوامل الإطلاق. تتعرف عوامل الإطلاق من الفئة الأولى على كودونات التوقف، وترتبط بالموقع A في الريبوسوم بطريقة تحاكي ارتباط الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) ، مطلقةً الببتيد الجديد أثناء تفكيك الريبوسوم. [ 3 ] [ 4 ] أما عوامل الإطلاق من الفئة الثانية فهي بروتينات GTPases التي تعزز نشاط عوامل الإطلاق من الفئة الأولى، مما يساعدها على الانفصال عن الريبوسوم. [ 5 ]

تشمل عوامل الإطلاق البكتيرية RF1 وRF2 وRF3 (أو PrfA وPrfB وPrfC في تسمية جينات "عامل إطلاق الببتيد"). يُصنف RF1 وRF2 ضمن عوامل الإطلاق من الفئة الأولى: يتعرف RF1 على التسلسلين UAA وUAG، بينما يتعرف RF2 على التسلسلين UAA وUGA. أما RF3 فهو عامل الإطلاق من الفئة الثانية. [ 6 ] تُسمى عوامل الإطلاق في حقيقيات النوى والعتائق بشكل مماثل، مع تغيير التسمية إلى "eRF" للدلالة على "عامل الإطلاق في حقيقيات النوى" والعكس صحيح. يستطيع a/eRF1 التعرف على جميع كودونات التوقف الثلاثة، بينما يعمل eRF3 (تستخدم العتائق aEF-1α بدلاً منه) تمامًا مثل RF3. [ 6 ] [ 7 ]

يُعتقد أن عوامل الإطلاق البكتيرية والعتائقية حقيقية النواة قد تطورت بشكل منفصل. لا تُظهر عوامل الفئة 1 أي تشابه في التسلسل أو البنية فيما بينها. [ 8 ] [ 9 ] أما التشابه في الفئة 2 فيقتصر على كونهما من إنزيمات GTPases . ويُعتقد أن (b)RF3 قد تطور من EF-G، بينما تطور eRF3 من eEF1α . [ 10 ]

تماشياً مع أصلها التكافلي، تستخدم الميتوكوندريا والبلاستيدات في حقيقيات النوى عوامل إطلاق من النوع الأول من البكتيريا. [ 11 ] اعتباراً من أبريل 2019 لم يتم العثور على تقارير مؤكدة عن عامل إطلاق من الفئة الثانية للعضيات.

الجينات البشرية

البنية والوظيفة

تم تحديد البنية البلورية للريبوسوم البكتيري 70S المرتبط بكل عامل من عوامل الإطلاق الثلاثة، مما كشف عن تفاصيل في التعرف على الكودون بواسطة RF1/2 ودوران RF3 الشبيه بدوران EF-G. [ 12 ] كما تم الحصول على بنى المجهر الإلكتروني فائق البرودة للريبوسوم الثديي حقيقي النواة 80S المرتبط بـ eRF1 و/أو eRF3، مما يوفر رؤية لإعادة الترتيبات البنيوية الناتجة عن هذه العوامل. وتتيح مطابقة صور المجهر الإلكتروني مع البنى البلورية المعروفة سابقًا للأجزاء الفردية تحديدَها ورؤيةً أكثر تفصيلًا للعملية. [ 13 ] [ 14 ]

في كلا النظامين، يرتبط عامل الإطلاق من الفئة الثانية (e)RF3 بموقع GTPase العالمي على الريبوسوم، بينما تشغل عوامل الإطلاق من الفئة الأولى الموقع A. [ 12 ]

بكتيري

يمكن تقسيم عوامل الإطلاق البكتيرية من الفئة 1 إلى أربعة نطاقات. النطاقات ذات الأهمية التحفيزية هي: [ 12 ]

  • يوجد نمط "مضاد الكودون ثلاثي الببتيد" في المجال 2، P[AV]Tوفي RF1 SPFوفي RF2. يشارك حمض أميني واحد فقط فعليًا في التعرف على كودون التوقف عبر الرابطة الهيدروجينية.
  • النمط GGQ في المجال 3، وهو أمر بالغ الأهمية لنشاط هيدرولاز الببتيديل-tRNA (PTH).

بما أن RF1/2 يقع في الموقع A للريبوسوم، فإن المجالات 2 و3 و4 تشغل الحيز الذي تُحمّل فيه جزيئات tRNA أثناء عملية الاستطالة. يؤدي التعرف على كودون التوقف إلى تنشيط RF، مما يُحفز تغييرًا في التكوين من مضغوط إلى مفتوح، [ 15 ] مُرسلًا وحدة GGQ إلى مركز نقل الببتيديل (PTC) المجاور للنهاية 3′ لجزيء tRNA في الموقع P. من خلال تحلل الرابطة الإسترية بين الببتيديل وtRNA، والتي أظهرت اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني في المختبر ، [ 16 ] ينفصل الببتيد ويُحرر. لا يزال RF3 ضروريًا لتحرير RF1/2 من مُركب إنهاء الترجمة هذا. [ 12 ]

بعد إطلاق الببتيد، لا تزال إعادة تدوير الريبوسوم ضرورية لتفريغ الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) والحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) من موقع P، وذلك لجعل الريبوسوم قابلاً للاستخدام مرة أخرى. ويتم ذلك عن طريق فصل الريبوسوم بواسطة عوامل مثل IF1 – IF3 أو RRF – EF-G . [ 17 ]

حقيقيات النوى والعتائق

يمكن تقسيم eRF1 إلى أربعة نطاقات: الطرف الأميني (N)، والوسط (M)، والطرف الكربوكسيلي (C)، بالإضافة إلى نطاق مصغر:

  • يُعد نطاق N مسؤولاً عن التعرف على كودون التوقف. وتشمل الأنماط TASNIKSو YxCxxxF.
  • يُعد نمط GGQ في المجال M أمرًا بالغ الأهمية لنشاط هيدرولاز الببتيديل-tRNA (PTH).

على عكس نظيره البكتيري، يرتبط eRF1–eRF3–GTP معًا في مُركّب فرعي، عبر وحدة GRFTLRDبنائية على RF3. يؤدي التعرّف على كودون التوقف إلى قيام eRF3 بتحليل GTP، وتؤدي الحركة الناتجة إلى وضع GGQ في مركز نقل الببتيد (PTC) للسماح بالتحلل. كما تُسبب هذه الحركة أيضًا حركة بمقدار نيوكليوتيدين (+2) في بصمة مُركّب ما قبل الإنهاء. [ 13 ] مُركّب aRF1–EF1α–GTP في العتائق مُشابه. [ 18 ] آلية التحفيز مُشابهة لتلك الخاصة بـ aa-tRNA – EF-Tu –GTP. [ 14 ]

يُعدّ نظام Dom34/ Pelota – Hbs1 نظامًا متماثلًا ، وهو نظام حقيقي النواة يعمل على تفكيك الريبوسومات المتوقفة. وهو لا يحتوي على تسلسل GGQ. [ 14 ] ويتمّ إعادة تدوير الريبوسومات وتفكيكها بواسطة البروتين ABCE1 . [ 19 ] [ 20 ]

مراجع

  1. ↑ كابيتشي، إم آر (سبتمبر 1967). "إنهاء سلسلة الببتيد في المختبر: عزل عامل إطلاق" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 58 ( 3): 1144-1151 . Bibcode : 1967PNAS...58.1144C . doi : 10.1073/pnas.58.3.1144 . PMC 335760. PMID 5233840 .  
  2. ↑ سكولنيك إي، تومبكينز آر، كاسكي تي، نيرنبرغ إم (أكتوبر 1968). "عوامل إطلاق تختلف في خصوصيتها لكودونات الإنهاء" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 61 (2): 768-774 . Bibcode : 1968PNAS...61..768S . doi : 10.1073 / pnas.61.2.768 . PMC 225226. PMID 4879404 .  
  3. ↑ براون سي إم، تيت دبليو بي (ديسمبر 1994). "التعرف المباشر على إشارات توقف الحمض النووي الريبوزي الرسول بواسطة عامل إطلاق سلسلة الببتيد الثاني في الإشريكية القولونية" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 269 (52): 33164-33170 . doi : 10.1016/S0021-9258(20)30112-5 . PMID 7806547 . 
  4. ↑ سكارليت دي جيه، مكاوغان كيه كيه، ويلسون دي إن، تيت دبليو بي (أبريل 2003). "تحديد مواقع النمطين الوظيفيين المهمين SPF وGGQ لعامل إطلاق فك الشفرة RF2 على ريبوسوم الإشريكية القولونية باستخدام تقنية بصمة جذور الهيدروكسيل. الآثار المترتبة على محاكاة الجزيئات الكبيرة والتغيرات الهيكلية في RF2" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 278 (17): 15095-15104 . doi : 10.1074/jbc.M211024200 . PMID 12458201 . 
  5. ^ جاكوبسن سي جي، سيجارد تي إم، جان جان أو، فرولوفا إل، جوستيسن جي (2001). "[تحديد عامل إطلاق الإنهاء الجديد eRF3b الذي يعبر عن نشاط eRF3 في المختبر وفي الجسم الحي]". البيولوجيا الجزيئية . 35 (4): 672-681 . بميد 11524954 . 
  6. 1 2 ويفر، آر إف (2005). البيولوجيا الجزيئية . نيويورك، نيويورك: ماكجرو هيل. الصفحات 616-621 . ISBN  978-0-07-284611-9.
  7. ↑ سايتو ك، كوباياشي ك، وادا م، كيكونو إ، تاكوساغاوا أ، موتشيزوكي م، وآخرون . (نوفمبر 2010). "الدور الشامل لعامل استطالة العتائق 1 ألفا (EF1α) في استطالة الترجمة وإنهائها، ومراقبة جودة تخليق البروتين" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 107 (45): 19242-19247 . Bibcode : 2010PNAS..10719242S . doi : 10.1073/pnas.1009599107 . PMC 2984191. PMID 20974926 .   
  8. ↑ باكنغهام، آر إتش، غرينتزمان، جي، كيسليف، إل (مايو 1997). " عوامل إطلاق سلسلة الببتيد" . علم الأحياء الدقيقة الجزيئي . 24 (3): 449-456 . doi : 10.1046/j.1365-2958.1997.3711734.x . PMID 9179839. لا تُظهر الطرق القياسية لمقارنة التسلسل تشابهًا كبيرًا بين العاملين بدائيات النوى RF1/2 وRF1 
  9. ↑ كيسيلف ل (يناير 2002). "عوامل إطلاق عديد الببتيد في بدائيات النوى وحقيقيات النوى" . ستراكشر . 10 (1): 8-9 . doi : 10.1016/S0969-2126(01)00703-1 . PMID 11796105 . 
  10. ↑ إيناغاكي واي، فورد دوليتل دبليو (يونيو 2000). "تطور نظام إنهاء الترجمة في حقيقيات النوى: أصول عوامل الإطلاق" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 17 (6): 882-889 . doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026368 . PMID 10833194 . 
  11. ↑ دوارتي، آي.، نابورز، إس. بي.، ماغنو، آر.، هوينن، إم. (نوفمبر 2012). "تطور وتنوع عائلة عوامل إطلاق العضيات" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 29 (11): 3497-3512 . doi : 10.1093/molbev/mss157 . PMC 3472500. PMID 22688947 .  
  12. ١ ٢ ٣ ٤ تشو جيه، كورستيليف أ، لانكستر إل، نولر إتش إف (ديسمبر ٢٠١٢). "البنية البلورية للريبوسومات ٧٠ إس المرتبطة بعوامل الإطلاق RF١ وRF٢ وRF٣" . الرأي الحالي في البيولوجيا التركيبية . ٢٢ (٦): ٧٣٣-٧٤٢ . doi : 10.1016/j.sbi.2012.08.004 . PMC ٣٩٨٢٣٠٧. PMID ٢٢٩٩٩٨٨٨ .  
  13. 1 2 تايلور د، أونبيهاون أ، لي و، داس س، لي ج، لياو هـ ي، وآخرون . (نوفمبر 2012). "بنية معقد إنهاء عامل إطلاق حقيقيات النوى eRF1-eRF3 في الثدييات باستخدام المجهر الإلكتروني فائق البرودة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (45): 18413-18418 . Bibcode : 2012PNAS..10918413T . doi : 10.1073/pnas.1216730109 . PMC 3494903. PMID 23091004 .   
  14. 1 2 3 دي جورج أ، هاشم ي، أونبيهاون أ، غراسوتشي ر.أ، تايلور د، هيلين س.و، وآخرون . (مارس 2014). "بنية معقد ما قبل إنهاء الريبوسوم في الثدييات المرتبط بـ eRF1.eRF3.GDPNP" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 42 (5): 3409-3418 . doi : 10.1093/nar/ gkt1279 . PMC 3950680. PMID 24335085 .   
  15. ↑ فو ز، إندريسيونايت ج، كاليدهونكار س، شاه ب، صن م، تشين ب، وآخرون (يونيو 2019). "الأساس البنيوي لتنشيط عامل الإطلاق أثناء إنهاء الترجمة كما كُشِف عنه بواسطة المجهر الإلكتروني المبرد ذي الدقة الزمنية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 10 (1): 2579. Bibcode : 2019NatCo..10.2579F . doi : 10.1038/s41467-019-10608- z . PMC 6561943. PMID 31189921 .   
  16. ↑ إندريسيونايت جي، بافلوف إم واي، هيرغيه-هامارد في، إهرنبرغ إم (مايو 2015). "حول اعتماد إنهاء ترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المعتمد على عامل النسخ من الفئة الأولى على درجة الحموضة" . مجلة البيولوجيا الجزيئية . الترجمة: التنظيم والديناميات. 427 (9): 1848-1860 . doi : 10.1016/j.jmb.2015.01.007 . PMID 25619162 . 
  17. ↑ بافلوف، م.ي.، أنطون، أ.، لوفمار، م.، إهرنبرغ، م. (يونيو 2008). "الأدوار التكميلية لعامل البدء 1 وعامل إعادة تدوير الريبوسوم في انقسام الريبوسوم 70S" . مجلة EMBO . 27 (12): 1706-1717 . doi : 10.1038/emboj.2008.99 . PMC 2435134. PMID 18497739 .  
  18. ↑ كوباياشي ك، سايتو ك، إيشيتاني ر، إيتو ك، نوريكي أ (أكتوبر 2012). "الأساس البنيوي لإنهاء الترجمة بواسطة معقد RF1 الأثري وEF1α المرتبط بـ GTP" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 40 (18): 9319-9328 . doi : 10.1093/nar/ gks660 . PMC 3467058. PMID 22772989 .  
  19. ↑ بيكر تي، فرانكنبرغ إس، ويكليس إس، شوماكر سي جيه، أنجر إيه إم، أرماتش جيه بي، وآخرون . (فبراير 2012). " الأساس البنيوي لإعادة تدوير الريبوسومات المحفوظة بدرجة عالية في حقيقيات النوى والعتائق" . نيتشر . 482 (7386): 501-506 . Bibcode : 2012Natur.482..501B . doi : 10.1038/nature10829 . PMC 6878762. PMID 22358840 .   
  20. ↑ هيلين سي يو (أكتوبر 2018). "إنهاء الترجمة وإعادة تدوير الريبوسوم في حقيقيات النوى" . مجلة كولد سبرينغ هاربور لوجهات نظر في علم الأحياء . 10 (10) a032656. doi : 10.1101/cshperspect.a032656 . PMC 6169810. PMID 29735640 .