Genetic Code and Protein Synthesis
· यह mRNA में न्यूक्लियोटाइड्स (नाइट्रोजनी क्षारों) का अनुक्रम है जिसमें प्रोटीन संश्लेषण (अनुवादन) के लिए जानकारी होती है।
[It is the sequence of nucleotides (nitrogen bases) in mRNA that contains information for protein synthesis (translation).]
· अनुवादन में शामिल 20 अमीनो अम्ल (20 Amino acids involved in translation):-
· विभिन्न अमीनो अम्लों के लिए कोडोन (The codons for the various amino acids):-
- George Gamow:- इसने सुझाव दिया कि 20 अमीनो अम्लों को कोड करने के लिए, कोडोन 3 न्यूक्लियोटाइड्स से बना होना चाहिए।
(Suggested that for coding 20 amino acids, the code should be made up of 3 nucleotides.)
- Har Gobind Khorana:- इसने नाइट्रोजनी क्षारों के परिभाषित संयोजनों (समबहुलक और सहबहुलक)
के साथ RNA अणुओं को संश्लेषित करने की रासायनिक विधि विकसित की।
[Developed the chemical method in synthesizing RNA molecules with defined combinations of bases (homopolymers & copolymers).]
- Marshall Nirenberg:- इसने प्रोटीन संश्लेषण के लिए कोशिका मुक्त तन्त्र विकसित किया।
(Developed cell-free system for protein synthesis.)
- Severo Ochoa:- इसने बताया कि पॉलीन्यूक्लियोटाइड फॉस्फोराइलेज एंजाइम का उपयोग RNA को परिभाषित अनुक्रमों के साथ एक टेम्पलेट स्वतंत्र तरीके से बहुलकीकरण करने के लिए किया जाता है।
(He concluded that Polynucleotide phosphorylase enzyme is used to polymerize RNA with defined sequences in a template independent manner.)
· आनुवंशिक कोड की मुख्य विशेषताएं (Salient features of genetic code):-
- त्रिक कोड (तीन-अक्षर कोड) होता है।
[Triplet code (three-letter code).]
- अमीनो अम्लों के लिए 61 कोडन कोड करते हैं। 3 कोडन (UAA, UAG और UGA) किसी भी अमीनो अम्ल के लिए कोड नहीं करते हैं। ये 3 कोडोन स्टॉप कोडन (टर्मिनेशन कोडन या नॉन-सेंस कोडन) के रूप में कार्य करते हैं।
[61 codons code for amino acids. 3 codons (UAA, UAG & UGA) do not code for any amino acids. They function as stop codons (Termination codons or non-sense codons).]
- आनुवंशिक कोड सार्वभौमिक होता है। उदाहरण के लिए जीवाणु से मानव तक UUU कोडोन, फेनिलएलनिन के लिए कोड करता है। कुछ अपवाद माइटोकॉन्ड्रियल कोडन और कुछ प्रोटोजोआ कोडोन में पाये जाते हैं।
(Genetic code is universal. E.g. From bacteria to human UUU codes for Phenylalanine. Some exceptions are found in mitochondrial codons, and in some protozoans.)
- संलग्न कोडोन के बीच कोई विराम चिह्न नहीं होता है (अल्पविराम रहित कोड)। कोडन को mRNA में सन्निहित रूप में पढ़ा जाता है।
(No punctuation b/w adjacent codons (comma less code). The codon is read in mRNA in a contiguous fashion.)
- आनुवंशिक कोड गैर-अतिव्यापी होता है।
(Genetic code is Non-overlapping.)
- एक एकल अमीनो अम्ल को कई कोडन द्वारा दर्शाया जाता है (मेथियोनीन के लिए AUG और ट्रिप्टोफैन के लिए UGG को छोड़कर)। ऐसे कोडन को डिजेनरेट कोडन कहा जाता है।
[A single amino acid is represented by many codons (except AUG for methionine & UGG for tryptophan). Such codons are called degenerate codons.]
- आनुवंशिक कोड स्पष्ट और विशिष्ट होता है। अर्थात एक कोडन केवल एक ही अमीनो अम्ल को निर्दिष्ट करता है।
(Genetic code is unambiguous and specific. i.e. one codon specifies only one amino acid.)
- AUG दो कार्य करता है। यह मेथियोनीन (Met) के लिए कोड करता है, और प्रारम्भक कोडन के रूप में भी कार्य करता है। यूकेरियोट्स में मेथियोनीन और प्रोकैरियोट्स में फॉर्मिल मेथियोनीन प्रथम अमीनो अम्ल होता है।
[AUG has dual functions. It codes for Methionine (met), and also acts as initiator codon. In eukaryotes, methionine is the first amino acid and formyl methionine in prokaryotes.]
प्रोटीन संश्लेषण (अनुवादन) [Protein Synthesis (Translation)]:-
यह राइबोसोम में होता है। इसमें 4 मुख्य चरण होते हैं-
(It takes place in ribosomes. Includes 4 steps-)
1. tRNA को चार्ज करना (tRNA का एमिनोएसाइलीकरण) [Charging of tRNA (aminoacylation of tRNA)]:-
· पेप्टाइड बॉन्ड के निर्माण के लिए ATP से प्राप्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
(Formation of peptide bond requires energy obtained from ATP.)
· इसके लिए अमीनो अम्लों को सक्रिय किया जाता है (एमिनो अम्ल + ATP) और एमिनोएसाइल tRNA सिंथेटेसज एंजाइम की उपस्थिति में उनके संबन्धित tRNA से जोड़ दिया जाता है। इस प्रकार tRNA चार्ज हो जाता है।
[For this, amino acids are activated (amino acid + ATP) and linked to their cognate tRNA in the presence of aminoacyl tRNA synthetase. So the tRNA becomes charged.]
2. प्रारम्भन (Initiation):-
· यह एक प्रारम्भन कारक की उपस्थिति में mRNA के 5'-छोर पर प्रारम्भ होता है।
(It begins at the 5’-end of mRNA in the presence of an initiation factor.)
· mRNA राइबोसोम की छोटी उपइकाई से जुड़ता है। अब बड़ी उपइकाई प्रारम्भन जटिल को पूर्ण करने के लिए छोटी उपइकाई से जुड़ जाती है।
(The mRNA binds to the small subunit of ribosome. Now the large subunit binds to the small subunit to complete the initiation complex.)
· बड़ी उपइकाई में tRNA के लिए 2 बन्धन स्थल होते हैं- एमिनोएसाइल tRNA बन्धन स्थल (A स्थल) और पेप्टाइडिल स्थल (P स्थल)।
[Large subunit has 2 binding sites for tRNA- aminoacyl tRNA binding site (A site) and peptidyl site (P site).]
· मेथियोनीन के लिए प्रारम्भन कोडन AUG होता है। इसलिए मेथियोनायल - tRNA जटिल में एंटिकोडन स्थल पर UAC होगा।
(Initiation codon for methionine is AUG. So methionyl tRNA complex would have UAC at the Anticodon site.)
3. दीर्घीकरण (Elongation):-
· P स्थल पर mRNA का पहला कोडोन मेथियोनायल tRNA जटिल के एंटिकोडन के साथ बंध जाता है।
(At the P site the first codon of mRNA binds with anticodon of methionyl tRNA complex.)
· उपयुक्त अमीनो अम्ल के साथ एक अन्य एमिनोएसाइल tRNA जटिल राइबोसोम में प्रवेश करता है और A स्थल से जुड़ जाता है। इसका एंटिकोडन mRNA पर दूसरे कोडन से बंध जाता है और एक एंजाइम, पेप्टाइडिल ट्रांसफरेज की उपस्थिति में पहले और दूसरे अमीनो अम्ल के बीच एक पेप्टाइड बंध बन जाता है।
(Another aminoacyl tRNA complex with an appropriate amino acid enters the ribosome and attaches to A site. Its anticodon binds to the second codon on the mRNA and a peptide bond is formed between first and second amino acids in presence of an enzyme, peptidyl transferase.)
· पहला अमीनो अम्ल और इसका tRNA टूट जाते हैं। इस tRNA को P स्थल से हटाकर E स्थल में भेज दिया जाता है और A स्थल पर दूसरे tRNA को mRNA के साथ P स्थल पर खींच लिया जाता है। इसे स्थानांतरण कहते हैं।
(First amino acid and its tRNA are broken. This tRNA is removed from P site & send to E site and second tRNA at the A site is pulled to P site along with mRNA. This is called translocation.)
· फिर तीसरा कोडन A स्थल पर आता है और तीसरे अमीनो अम्ल के साथ एक उपयुक्त tRNA A स्थल में बंध जाता है। यह प्रक्रिया बार बार दोहराई जाती है।
(Then 3rd codon comes on A site and a suitable tRNA with 3rd amino acid binds at the A site. This process is repeated.)
· अनुवादन के लिए एकल mRNA से जुड़े राइबोसोम के समूह को पॉलीराइबोसोम (पॉलीसोम) कहा जाता है।
[A group of ribosomes associated with a single mRNA for translation is called a polyribosome (polysomes).]
4. समापन (Termination):-
· जब एमिनोएसाइल tRNA UAA, UAG और UGA जैसे टर्मिनेशन कोडोन तक पहुंच जाता है, तो अनुवादन का अन्त हो जाता है। पॉलीपेप्टाइड और tRNA राइबोसोम से निकल जाते हैं।
(When aminoacyl tRNA reaches the termination codon like UAA, UAG & UGA, the termination of translation occurs. The polypeptide and tRNA are released from the ribosomes.)
· प्रोटीन संश्लेषण के अंत में राइबोसोम की बड़ी और छोटी उपइकाइयाँ अलग हो जाती हैं।
(The ribosome dissociates into large and small subunits at the end of protein synthesis.)
· mRNA में अतिरिक्त अनुक्रम होते हैं जिनका अनुवाद नहीं किया जाता है (अअनुवादित क्षेत्र या UTR)। UTR 5'- छोर (प्रारंभन कोडन से पहले) और 3'-छोर (स्टॉप कोडोन के बाद) दोनों पर उपस्थित होते हैं। सक्षम अनुवादन प्रक्रिया के लिए इनकी आवश्यकता होती है।
[An mRNA has additional sequences that are not translated (untranslated regions or UTR). UTRs are present at both 5’-end (before start codon) and 3’-end (after stop codon). They are required for efficient translation process.]
