บทที่ 12 การแปลรหัสพันธุกรรม

หน้า 1 บทท่ี 12 การแปลรหสั พนั ธกุ รรม บทนา การแสดงออกของยีนมี 2 ระดับคือ ระดับการถอดรหัสและระดับการแปลรหัส ยีนที่ไม่ได้ กาหนดรหัสโปรตีน (non–protein coding gene) จะสิ้นสุดท่ีกระบวนการถอดรหัสจากดีเอ็นเอเป็น อาร์เอ็นเอ คือ tRNA และ rRNA ซึ่งมีทาหน้าท่ีช่วยในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน แต่สาหรับยีนท่ี กาหนดรหสั โปรตีน (protein coding gene) เมือ่ ถูกถอดรหัสจากดเี อน็ เอเปน็ โมเลกลุ mRNA แลว้ จะ ถูกแปลรหัส (translation) ต่อเป็นโปรตีนซึ่งกระบวนการเปล่ียนข้อมูลจากลาดับเบสบน mRNA ซ่ึง อยูใ่ นรปู ของรหัสพันธุกรรม (genetic code) เปน็ ลาดับของกรดอะมิโนในสายของพอลเิ พปไทด์ (รูปที่ 12.1) กระบวนการแปรรหัสจะใช้โมเลกุลของอาร์เอ็นเอทั้ง 3 ชนิดท่ีได้จากกระบวนการถอดรหัส โดยการแปรรหสั จะเกดิ ข้นึ ที่ไรโบโซม (Ribosome) ซึง่ เป็นโครงสร้างเชิงซอ้ นของโปรตีนไรโบโซมและ โมเลกุลของ rRNA ส่วนโมเลกุลของทีอาร์เอ็นเอจะต่อกับกรดอะมิโนทาหน้าที่นากรดอะมิโนท่ี เหมาะสมมาต่อกันเป็นพอลิเพปไทด์ท่ีไรโบโซมซึ่งทาหน้าท่ีเหมือนโรงงานในการสร้างสาย พอลิเพปไทด์ โดยลาดับของกรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด์จะถูกกาหนดโดยรหัสพันธุกรรมซึ่งเป็น ลาดับเบสบนโมเลกลุ ของ mRNA (รปู ท่ี 12.1) รปู ท่ี 12.1 ภาพรวมกระบวนการสงั เคราะห์โปรตีนในสิ่งมชี ีวิต (ท่ีมา Brooker, 2012)

หน้า 2 12.1 โครงสร้างของโปรตนี โปรตีนเป็นสารประกอบชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ ประกอบด้วยพอลิเพปไทด์ 1 สายหรอื มากว่า 1 สาย โดยสายพอลิเพปไทดแ์ ต่ละสายประกอบด้วยกรดอะมิโนชนดิ ตา่ ง ๆ มาเรยี งตอ่ กันด้วยพนั ธะ เพปไทด์ (peptide bonds) เป็นสายยาว กรดอะมโิ นท่พี บในธรรมชาติมที ้งั หมด 20 ชนิดแต่ละชนิดมี โครงสร้างคล้ายกนั คือประกอบไปด้วย หมู่อะมิโน (NH2), หมู่คาร์บอกซลิ (COOH), อะตอมของ ไฮโดรเจน (H) และหมู่ R (R Group) โดยหมู่ R จะแตกตา่ งกันในกรดอะมโิ นแตล่ ะชนิดและเป็น ตัวกาหนดคณุ สมบัติทีแ่ ตกตา่ งกนั ของกรดอะมโิ นแต่ละชนดิ (รปู ท่ี 12.2) รูปที่ 12.2 สตู รโครงสร้างของกรดอะมโิ น (ท่ีมา http://www.nutrientsreview.com/wp-content/uploads/2014/10/Amino-Acid-Structure.jpg) พนั ธะเพปไทด์ท่ีเช่ือระหว่างกรดอะมิโนเปน็ การเช่ือมระหว่างหมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโน ตัวหนึ่งกับหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนตัวถัดไป ดังรูปท่ี 12.3 ดังนั้นสายยาวพอลิเพปไทด์จะ ประกอบด้วยปลายด้านที่มีอะมิโน เรียกว่า ปลายอะมิโน (N–terminal) กับปลายด้านคาร์บอกซิล (C–terminal) ดังน้ันสายพอลิเพปไทด์จึงเป็นโมเลกุลท่ีมีทิศทาง และปลายอะมิโนเป็นปลายเริ่มต้น ของโมเลกลุ ซ่ึงการสังเคราะหส์ ายพอลเิ พปไทดก์ ็จะเรมิ่ ท่ปี ลายอะมโิ นเชน่ กนั Peptide bond รูปที่ 12.3 สมการการสร้างพันธะเพปไทดท์ ่เี กิดการปฏิกริ ยิ าการเชอ่ื มกนั ของกรดอะมโิ น 2 ตวั (ทมี่ า https://en.wikipedia.org/wiki/Peptide_bond#/media/File:AminoacidCondensation.svg)

หน้า 3 โครงสร้างของโปรตนี เป็นโครงสรา้ งทีซ่ บั ซอ้ ม สามารถแบง่ ออกเป็น 4 ระดับ (รูปที่ 12.4) คือ 1. โครงสร้างปฐมภูมิ (primary structure) เป็นโครงสร้างท่ีแสดงถึงลาดับของกรออะมิโน ในสายพอลิเพปไทด์ 2. โครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure) เป็นโครงสร้างเกิดจากการสร้างพันธะที่มี แรงอ่อน ๆ ยดึ กนั เช่นพนั ธะจากแรงดึงดูดระหว่างประจไุ ฟฟ้า (electrostatic) หรือพันธะไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น แอลฟาฮีลิกซ์ (α-helix) ซ่ึงเกิดจากพันธะไฮโดรเจนท่ีเกิดขึ้นระหว่างหมู่อะมิโนกับหมู่ คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนที่ตาแหน่งตรงกันทุก ๆ 4 กรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด์เดียวกันทาให้ เกิดโครงสร้างที่บิดเป็นเกลียว และโครงสร้างบีตาพลีเทดชีต (β–pleated sheet) เกิดจากการสร้าง พนั ธะที่เก่ยี วขอ้ งกับสายพอลเิ พปไทดห์ ลายสาย เกิดโครงสรา้ งซิกแซ็กขนาดกัน 3. โครงสร้างตติยภูมิ (tertiary structure) เปน็ โครงสรา้ ง 3 มติ ของสายพอลเิ พปไทด์ท่ีเกิด จากกันพับตัวของสายพอลิเพปไทด์ซ่ึงเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของหมู่ R ในกรดอะมิโนท่ีเป็น สว่ นประกอบของสายพอลเิ พปไทด์ 4. โครงสร้างจตุรภูมิ (quaternary structure) เป็นโครงสร้างของโปรตีนที่ประกอบด้วย หน่วยย่อย โดยมีสายพอลิเพปไทด์หลายสายและพอลิเพปไทด์แต่ละสายเกิดปฏิสัมพันธ์กันเป็น โครงสร้างเชงิ ซ้อนของโปรตนี

หน้า 4 โครงสรา้ งปฐมภมู ิ (primary structure) โครงสรา้ งทุตยิ ภูมิ α-helix (secondary structure) β–pleated sheet โครงสร้างตติยภมู ิ (tertiary structure) โครงสรา้ งจตรุ ภูมิ (quaternary structure) รูปที่ 12.4 โครงสร้างระดบั ต่าง ๆ ของโปรตนี (ท่มี า https://thebiochemgazette.files.wordpress.com/2013/04/proteinstructure.jpg)

หนา้ 5 12.2 รหัสพันธกุ รรม ลาดับเบสบนโมเลกุลของ mRNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด (A, C, G, U) สามารถ กาหนดลาดับกรดอะมิโนซ่ึงมีทงั้ หมด 20 ชนดิ เปน็ สายพอลิเพปไทด์ในโปรตีนชนิดต่าง ๆ ไดด้ ว้ ยรหัส พันธุกรรม (genetic code) ซ่ึงเป็นรหัสบนโมเลกุล mRNA ท่ีจะถูกแปลเป็นกรดอะมิโนท้ัง 20 ชนิด ดงั น้นั จึงต้องมีรหัสพนั ธกุ รรมอยา่ งนอ้ ย 20 รหัส ดงั น้ันจานวนนวิ คลโี อไทด์ 1 นวิ คลโี อไทด์ต่อรหัส 1 รหสั จะมจี านวนรหสั ได้ 4 แบบ หรอื 2 นวิ คลีโอไทดต์ อ่ 1 รหสั จะมจี านวนรหสั 16 รหสั ซง่ึ ไม่เพียงพอ ในการกาหนดชนิดของกรดอะมิโนทั้ง 20 ชนิด จากหลักฐานของการทดลองต่างเป็นท่ีแน่ชัดแล้วว่า รหัสพันธุกรรม 1 รหัสประกอบด้วยจานวนนิวคลีโอไทด์ 3 นิวคลีโอไทด์ หรือเรียกว่า ทริปเปตโค้ค (triplet code) ซ่งึ มรี หัสได้ท้งั หมด 64 รหสั ครอบคลุมจานวนกรดอะมิโนท้ัง 20 ชนิด เม่ือทราบว่ารหัสพันธุกรรมหน่ึงรหสั ประกอบด้วย 3 นิวคลีโอไทด์ ดังนั้นจึงมีรหสั พันธุกรรม ท้งั หมด 64 รหสั ตอ่ มานักวิทยาศาสตรห์ ลายท่านได้ทาการทดลองศึกษารหัสพันธุกรรมจนสรุปแต่ละ รหสั สามารถกาหนดกรดอะมโิ นชนิดใดได้ดงั รปู ท่ี 12.5 รูปที่ 12.5 ตารางรหัสพนั ธกุ รรม (triplet code) (ทมี่ า Brooker, 2012)

หน้า 6 คุณสมบตั ิของรหัสพันธกุ รรม มีดงั นี้ 1. รหสั พนั ธุกรรม 1 รหสั ประกอบดว้ ย 3 นิวคลโิ อไทด์ (triplet code) 2. รหสั พันธกุ รรมเรยี งตัวอยา่ งต่อเนื่องบนโมเลกุล mRNA จะไม่มกี ารถูกอา่ นแบบเวน้ วรรค หรือข้ามเบส (comma–free) และไมม่ ตี าแหนง่ ซอ้ นกนั (non–overlapping) โดยทฤษฎี 3. สง่ิ มีชีวติ เกือบทกุ ชนิดใชร้ หัสพันธุกรรมเดยี วกัน (universal code) อาจมขี อ้ ยกเวน้ บา้ ง เล็กน้อย เชน่ รหสั พันธกุ รรมในไมโทคอนเดรีย และสตั วเ์ ซลล์เดยี ว 4. กรดอะมโิ น 1 ชนิดมีรหสั มากกว่า 1 รหัส (degenerate code) ยกเว้นกรดอะมิโน เมไธโอนีนและทริปโตเฟนมเี พยี งรหัสเดยี ว 5. รหัสพันธกุ รรมมรี หัสสาหรบั กาหนดการเริม่ ตน้ (start codon) คือ รหัส AUG และมีรหสั สาหรบั กาหนดการหยุด (stop codon) ซ่ึงมี 3 รหัส คอื UAG, UAA และ UGA ซง่ึ ไม่ไดแ้ ปลรหสั เปน็ กรดอะมิโนใดเลย จงึ เรยี กรหัสนี้ว่า รหสั นนั เซนส์ (nonsense codon) 12.3 กระบวนการแปลรหัสพนั ธุกรรม กระบวนการแปลรหัสพันธุกรรมจะเกิดข้ึนที่ไรโบโซม ซ่ึงเป็นบริเวณท่ีรหัสพันธุกรรมบน โมเลกุล mRNA ถกู แปลเป็นลาดับของกรดอะมิโน การแปลรหัสบนโมเลกุล mRNA จะเรมิ่ ตน้ ที่ปลาย 5’ ไปยังปลาย 3’ ซ่ึงเป็นทิศเดียวกับการสังคราะห์ DNA และ RNA สายพอลิเพปไทด์ที่เกิดจากการ แปลรหัสจะถูกสังเคราะห์จากปลายอะมิโน (N–terminal) ไปยังปลายคาร์บอกซิล (C–terminal) โมเลกุลของทีอาร์เอ็นเอสามารถนากรดอะมิโนแต่ละตัวมาต่อเป็นลาดับในสายพอลิเพปไทด์ได้อย่าง ถูกต้องเน่ืองจากความสามารถของในการจับคู่เบสคู่สมระหว่างลาดับเบสของรหัสบนโมเลกุลของ mRNA กับลาดับเบสบนโมเลกุลของทีอาร์เอ็นเอและความจาเพราะของการเช่ือมต่อระหว่างกรด อะมโิ นแตล่ ะชนดิ กับโมเลกุลของทอี าร์เอ็นเอของกรดอะมิโนชนดิ นนั้ ๆ โมเลกุลของทอี าร์เอน็ เอเช่อื มตอ่ กบั กรดอะมิโน (Aminoacyl–tRNA molecule) ก่อนมีการแปลรหัส กรดอะมโิ น 20 ชนิดจะตอ้ งถกู นาไปเช่ือมกับโมเลกุลของทีอาร์เอน็ เอทา ให้โมเลกุลทีอาร์เอ็นเอเปล่ียนเป็น ชาร์จทีอาร์เอ็นเอ (charged tRNA) หรือ อะมิโนเอซิล–ทีอารเ์ อ็น เอ (aminoacyl– tRNA) ซึ่งปฏิกิริยาการเชื่อมมีความจาเพาะระหว่างโมเลกุลของ ทีอาร์เอ็นเอ กับ กรดอะมิโนแต่ละชนิด โดยเอนไซม์อะมิโนเอซิล–ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทส (aminoacyl–tRNA synthetase) เป็นเอนไซม์กระตุ้นปฏิกิริยาการเชื่อม เอนไซม์นี้มีความจาเพาะต่อกรดอะมิโนแต่ละ ชนิด ดังน้ันเอนไซม์น้จี ะมีจานวนทั้งหมด 20 ชนิด เท่ากับจานวนกรดอะมโิ น การเรียกชื่อเอนไซมจ์ ะ

หน้า 7 สอดคล้องกับช่ือของกรดอะมิโน เช่น เอนไซม์อาร์จินิน–ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทส (arginyl–tRNA synthetase) กระตุ้นปฏิกิริยาการเช่ือมกรดอะมิโนอาร์จินิน (arginine) กับโมเลกุลทีอาร์เอ็นเอที่ จาเพาะกบั กรดอะมิโนอารจ์ ินิน เปน็ ต้น ขน้ั ตอนการเช่อื มต่อระหวา่ งกรดอะมโิ นกับโมเลกลุ ทอี าร์เอน็ เอเป็นอะมิโนเอซิล–ทีอารเ์ อ็นเอ เกิดขึ้น 2 ข้ันตอนคือ ขั้นตอนแรกกรดอะมิโนจะทาปฏิกิริยากับ ATP (adenosine triphosphate) ได้สารประกอบเชงิ ซ้อนของกรดอะมโิ นเอซิล–อะดไี นลกิ (aminoacyl–adenylic acid) ปฏิกิริยานถ้ี กู กระตุ้นด้วยเอนไซม์อะมโิ นเอซลิ –ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทส ข้ันตอนท่ีสอง สารประกอบเชิงซ้อนของกรด อะมิโนเอซิล–อะดีไนลิก ทาปฏิกิริยาต่อกับโมเลกุลของ ทีอาร์เอ็นเอ โดยหมู่คาร์บอกซิลของ สารประกอบเชิงซ้อนของกรดอะมิโนเอซิล–อะดีไนลกิ ตอ่ กับปลาย 3’ ของ ทีอาร์เอน็ เอ ได้อะมโิ นเอ ซิล–ทีอาร์เอ็นเอ (aminoacyl–tRNA) ปฏิกิรยิ านีถ้ กู กระตนุ้ ดว้ ยเอนไซมอ์ ะมโิ นเอซิล–ทีอาร์เอ็นเอซิน เทเทสแสดงดังรปู ท่ี 12.6

หนา้ 8 Amino acid Aminoacyl–tRNA synthetase ATP กรดอะมโิ นและATP จบั กบั เอ็นไซม์ AMP สร้างพันธะโควาเลนกบั กรดอะมโิ น และปล่อยไพโรฟอสเฟต Pyrophosphate สารประกอบเชงิ ซ้อนของกรดอะมโิ นเอซิล–อะดไี นลิก tRNA (aminoacyl–adenylic acid) tRNA ที่ถกู ตอ้ งกบั กรดอะมิโนจะเกาะกับเอนไซม์ กรดอะมโิ นจะสร้างพันธะโควาเลนกับปลาย 3’ ของ tRNA และปล่อย AMP AMP ชารจ์ ทอี าร์เอ็นเอ (charged tRNA) จะหลดุ ออก จากเอนไซม์ charged tRNA รูปที่ 12.6 โมเลกุลของ ทีอาร์เอน็ เอ เชือ่ มต่อกบั กรดอะมโิ น (ท่มี า Brooker, 2012)

หนา้ 9 ขั้นตอนการแปรรหัสแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนคือ การเริ่มต้นกระบวนการแปลรหัส (initiation) การต่อสายพอลิเพปไทด์ให้ยาวข้ึน (elongation) และการส้ินสุดกระบวนการแปลรหัส (termination) ข้ึนตอนการแปลรหัสทจ่ี ะกล่าวถึงจะเปน็ กระบวนการแปรรหัสของแบคทเี รยี E. coli 1. การเร่ิมต้นกระบวนการแปลรหสั (initiation) ในสิ่งมีชีวิตโพรคาริโอต จะเร่ิมต้นการสังเคราะห์พอลิเพปไทด์ด้วยกรดอะมิโนเมไทโอนนี (methionine) ซึ่งมีรหัสพันธุกรรมเร่ิมต้นเป็น AUG ซ่ึงกรดอะมิโนตัวแรกของสายพอลิเพปไทด์น้ีไม่ ได้มาจากเมไธโอนีล–ทีอาร์เอ็นเอ (methionyl–tRNA) ธรรมดา แต่จะได้มาจากเอ็นฟอร์มิล เมไธโอนีล–ทีอาร์เอ็นเอ (N–formyl methionyl–tRNA) เท่าน้ัน ซึ่งพบว่าเอ็นฟอร์มิลเมไธโอนีล– ทีอาร์เอ็นเอ เป็นตัวเร่ิมต้นในการสังเคราะห์สายโพลิเพปไทด์ของไมโทคอนเดรียในส่ิงมีชีวิต ยคู ารโิ อตด้วย ในการเริ่มต้นกระบวนสังเคราะห์โปรตีนเอ็นฟอร์มิลเมไธโอนีล–ทีอาร์เอ็นเอ (f met– tRNA) จะจับกับหน่วยยอ่ ย 30S ของไรโบโซม แล้วจึงร่วมกบั หนว่ ยยอ่ ย 50S ทาให้ได้ไรโบโซมขนาด 70S ปฏิกิริยาน้ีต้องการโปรตีนจาเพาะ (initiation factor, IF) เป็นตัวช่วยเร่งปฏิกิริยา ซ่ึงได้แก่ IF1, IF2 และ IF3 รายละเอียดของข้ันตอนเร่ิมจากหนว่ ยย่อย 30S จับกับ IF1 และ IF3 เป็นสารประกอบ เชงิ ซอ้ น จากน้นั mRNA จะจบั กบั สารประกอบเชิงซอ้ นของ 30S ที่มตี าแหน่งก่อนถงึ รหสั AUG ท่ที า หน้าท่ีจับกับไรโบโซม ลาดับเบสที่ตาแหน่งน้ีมีช่ือเรียกว่า ลาดับเบสชายน์–ดาลการ์โน (shine– Dalgarno sequence) (รูปที่ 12.7) ส่วน f met–tRNA และ GTP จะจับกับ IF2 เป็นสารประกอบ เชิงซ้อนอีกชนิดหนึ่งและไปจับกับสารประกอบเชิงซ้อนของ 30S ท่ี mRNA ซ่ึงมีรหัสเป็น AUG ท่ี ตาแหน่งเพปทิดิลไซท์ (peptidyl site, P–site) ของไรโบโซม ได้เป็นสารประกอบเชิงซ้อนเริ่มต้น (initiation complex) ในปฏิกิริยานี้จะมีการย่อยสลายจีทีพี (GTP) เป็นจีดีพี (GDP) และ ฟอสเฟต (Pi) พร้อมกับ IF1, IF2 และ IF3 จะแยกออกจากไรโบโซมทาให้ไรโบโซม 50S สามารถรวมกับ ไรโบโซม 30S ไดเ้ ป็นไรโบโซมขนาด 70S (รปู ท่ี 12.8)

หน้า 10 รปู ท่ี 12.7 การจับกันของไรโบโซม กับ mRNA ท่ีตาแหนง่ shine–Dalgarno sequence (ท่มี า Brooker, 2012) 2. การตอ่ สายพอลิเพปไทด์ให้ยาวขึ้น (elongation) เป็นข้ันต่อนที่กรดอะมิโนชนิดต่างๆ จะมาต่อกันเป็นพอลิเพปไทด์ เม่ือ f met–tRNA ท่ี เกาะกับรหัส AUG ท่ีตาแหน่ง P–site ของไรโบโซมแล้ว ไรโบโซมยังมีตาแหน่งว่าอีกคือตาแหน่ง อะมิโนเอซิลไซท์ (aminoacyl site, A–site) ซ่ึงจะเป็นตาแหน่งที่อะมิโนเอซิล–ทีอาร์เอ็นเอ ที่มี แอนติโคดอน (anticodon) เข้าคกู่ บั รหัสบน mRNA เขา้ มาเกาะท่ีตาแหน่งน้ี การเขา้ มาของอะมโิ นเอซิล– ทีอาร์เอ็นเอ ถูกนามาโดยอีลองเกชัน แฟคเตอร์ ที (elongation factor: EF) คือโปรตีน EF–Tu รวม กับโมเลกุลของ GTP ได้เป็นสารประกอบเชิงซ้อน EF–Tu–GTP โดยปล่อยโปรตีน EF–Ts ออกไป จากนั้นสารประกอบ EF–Tu–GTP นี้จะรวมตัวกับอะมโิ นเอซิล–ทีอารเ์ อ็นเอ ได้เป็นสารประกอบเชิง ซ้อม EF–Tu–GTP–aminoacyl–tRNA เม่ืออะมิโนเอซิล–ทีอาร์เอ็นเอจับกับรหัสบน mRNA ท่ี ตาแหน่ง A–site แล้ว GTP จะเข้าทาปฏิกิริยากับน้าพร้อมกับการปลดปล่อยโปรตีน EF–Tu ไปกับ GDP (EF–Tu–GTP) จากน้นั สารประกอบ EF–Tu–GDP จะเข้าจบั โปรตีน EF–Ts ได้เป็นสารประกอบ เชงิ ซอ้ นของ EF–Tu–Ts หลงั จากมีการปลอ่ ย GDP จากน้ัน GTP เขา้ จับกับ EF–Tu–Ts โดยท่ี EF–Ts จะแยกตัวออกไปได้เป็นองค์ประกอบของ EF–Tu–GTP สามารถจับกับอะมิโนเอซิล–ทีอาร์เอ็นเอได้ ใหม่ แล้วนาไปจับกบั mRNA ทตี่ าแหน่ง A–site ตอ่ ไป (รปู ท่ี 12.9)

หน้า 11 IF1 กบั IF3 จบั กับ ไรโบโซม 30S ไรโบโซม mRNA จะจบั กับ ไรโบโซม 30S โดยลาดับเบส shine–Dalgarno sequence ของ mRNA จะจับกบั ส่วนของ 16S RNA ของ ไรโบโซม สว่ นของ 16S RNA 30S shine–DalgarnoStart sequence codon IF2 รวมตวั กบั GTP และ f met–tRNA ทาให้ f met–tRNA จบั กับ mRNA ที่ Start codon ตรงตาแหน่ง P-site f met f met–tRNA IF1 และ IF3 จะแยกตวั ออก IF2 เมือ่ hydrolyzes GTP แลว้ จะแยกตัวออก ไรโบโซม 50S จะจับกับ ไรโบโซม 30S f met ไรโบโซม 70S รปู ท่ี 12.8 การเริม่ ตน้ กระบวนการแปลรหัส (ทีม่ า Brooker, 2012)

หนา้ 12 ท่ไี รโบโซมตาแหนง่ A – site ยงั วา่ งอยู่ โปรตนี EF-Tu และ GTP นา aminoacyl-tRNA โมเลกลุ ต่อ ไปเขา้ จับกบั รหัสพนั ธกุ รรมท่ีช่อง A-site ของไรโบโซม เกดิ การสงั เคราะห์พนั ธะเพปไทด์ระหว่างกรดอะมิน โดยมเี อนไซม์ peptidyl transferase กรดอะมโิ นที่เชือ่ มกนั จะติดอยูก่ ับ tRNA ชอ่ ง A-site เกดิ เปน็ โมเลกุล peptidyl-tRNA ไรโบโซมเคลื่อนทจ่ี ากทิศ 5’ ไป 3’ บนโมเลกลุ mRNA โดยต้องการ EF-G และ GTP ในกระบวนนี้ uncharged tRNA จะถูกปล่อย ออกมาและ peptidyl-tRNA จะมาอยู่ทชี่ ่อย P-site รหสั ถดั ไปจะอยู่ ทีชอ่ ง A-site รปู ท่ี 12.9 ขนั้ ตอ่ การตอ่ สายพอลิเพปไทด์ให้ยาวขนึ้ (ทม่ี า Brooker, 2012) เม่ือตาแหน่ง A–site และ P–site มีอะมิโนเอซิล–ทีอาร์เอ็นเอ เข้าไปเกาะเรียบร้อยแล้ว กรดอะมิโนท่ีตาแหน่ง P–site จะเคลื่อยย้ายไปต่อกับกรดอะมิโนที่ตาแหน่ง A–site ด้วยพันธะ

หน้า 13 เพปไทด์ (peptide bond) โดยจะมีเอนไซม์ เพปทิดิล ทราสเฟอเรส (peptidyl transferase) เป็น ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี เป็นผลใหท้ อี าร์เอ็นเอท่ตี าแหนง่ A–site มกี รดอะมโิ นเพิ่มขน้ึ มา 1 ตวั สว่ น ที อาร์เอ็นเอท่ีตาแหน่ง P–site จะไม่มีกรดอะมิโน เรียกว่า uncharged tRNA จากนั้นไรโบโซมจะ เคลื่อนไปยังรหัสพันธุกรรมถัดไปของ mRNA โดยมีอีลองเกชัน แฟคเตอร์จี (EF–G) เป็นตัวช่วยและ ทาให้ทีอาร์เอ็นเอที่มีกรออะมโิ นเปล่ียนจากตาแหน่ง A–site ไปอยู่ตาแหน่ง P–site และทีอาร์เอ็นเอ ที่ไม่มีกรดอะมิโนเปลี่ยนจากตาแหน่ง P–site ไปอยู่ตาแหน่ง E–site ทาให้ตาแหน่ง A–site ว่าง พลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของไรโบโซมไดจ้ ากจีทีพี (GTP) โดยจีทีพีจะเก่า EF–G เป็นสารประกอบ เชงิ ซอ้ นและเข้าจับกบั ไรโบโซม จากนนั้ จีทีพจี ะถูกย่อยสลายเป็น GDP และฟอสเฟต (Pi) ได้พลังงาน ไปใช้ในการเคลือ่ นท่ไี รโบโซม เม่ือตาแหน่ง A–site ว่างลง อะมิโนเอซิล–ทีอาร์เอ็นเอ ตัวถัดไปท่ีมีแอนติโคดอน (anticodon) บนทีอาร์เอ็นเอ เป็นคู่สมกับรหัสพันธุกรรมของ mRNA จะเข้ามาเกาะท่ีตาแหน่ง A– site และมีการเคล่ือนย้ายกรดอะมิโนตัวท่ีอยู่ท่ีตาแหน่ง P–site ไปต่อกันกรดอะมิโนท่ีตาแหน่ง A– site ด้วยพันธะเพปไทด์ (peptide bond) ทาให้ทีอาร์เอ็นเอท่ีตาแหน่ง P–site ไม่มีกรดอะมิโนก็จะ หลดุ ออกไปจากไรโบโซม ไรโบโซมก็จะเคล่อื นท่ไี ปยงั รหัสพนั ธุกรรมถัดไปอีก เปน็ ผลให้อารเ์ อน็ เอท่ีมี กรดอะมโิ นเปล่ยี นตาแหนง่ จาก A–site ไปยงั ตาแหนง่ P–site ทาใหต้ าแหนง่ A–site ว่างลง อะมโิ นเอซิล– ทีอาร์เอ็นเอตัวถัดไปจะเข้าไปเกาะท่ีตาแหน่ง A–site เป็นเช่นนี้ไปเร่อื ย ๆ ก็จะได้สายพอลิเพปไทด์ท่ี ยาวข้นึ ตามลาดับ (รูปที่ 12.9) 3. การส้ินสุดกระบวนการแปลรหสั (termination) การต่อกันของโมเลกุลกรดอะมิโนจะสิ้นสุดลงเม่ือพบรหัสพันธุกรรมบนเอ็มอาร์เอ็นเอท่ี ตาแหน่ง A–site เปน็ stop codon คอื UAA, UAG และ UGA ซ่ึงเป็นรหสั พนั ธกุ รรมสาหรับการหยดุ การสงั เคราะห์โปรตีน จากน้ันรีลีสแฟคเตอร์ (release factor) ซงึ่ มีอยู่ 2 ชนิด คอื RF–1 และ RF–2 โดย RF–1 จะจดจารหัส UAA และ UAG สาหรับ RF–2 จะจารหัส UAA และ UGA โดยรีลิสแฟค เตอร์จะมาเกาะท่ีไรโบโซมและช่วยให้สายพอลิเพปไทด์หลุดจากทีอาร์เอ็นเอและช่วยให้ทีอารเ์ อน็ เอ เอ็มอาร์เอ็นเอ หลุดจากไรโบโซม และไรโบโซมขนาด 70S แยกตัวออกเป็น 50S และ 30S (รูปที่ 12.10)

หน้า 14 Stop codon ทตี่ าแหน่ง A-site mRNA Release factor (RF) เขาเกาะท่ีตาแหน่ง A-site Release factor พอลเิ พปไทด์หลดุ ออกจาก tRNA ที่ตาแหนง่ P-site และ tRNA หลุดออกจากไรโบโซม ไรโบโซม, mRNA และ Release factor หลดุ ออกจากกัน 50S 30S mRNA รปู ที่ 12.10 การสิ้นสดุ กระบวนการแปลรหัส (ท่ีมา Brooker, 2012)