প্রোটিন সংশ্লেষণ কীভাবে কাজ করে: অনুলিপি, অনুবাদ আর মিউটেশন

জিন থেকে প্রোটিনে

একটি জিন হলো DNA-র একটি টান, যার বেসের ধারা একটি প্রোটিন বানান করে দেয়। কোষটি প্রোটিনটি বানাতে DNA সোজা পড়ে না। তা আগে জিনটিকে বার্তাবাহী RNA-তে নকল করে (অনুলিপি), তারপর রাইবোজোম mRNA পড়ে অ্যামিনো অ্যাসিডগুলো ঠিক ক্রমে জুড়ে দেয় (অনুবাদ)। কথার এই বওয়া, DNA থেকে RNA থেকে প্রোটিনে, প্রায়ই আণবিক জীববিজ্ঞানের কেন্দ্রীয় মতবাদ বলা হয়।

অনুলিপি

RNA পলিমারেজ জিনটির সামনে একটি প্রবর্তকে জোড়া বাঁধে, দ্বিসূত্রকের একটি ছোট টান খুলে দেয় (অনুলিপির বুদবুদ, প্রায় 14 বেস জোড়া) আর তা ধরে চলতে থাকে। তা একটি সূত্রক পড়ে, অর্থাৎ টেমপ্লেট সূত্রক, আর এমন একটি RNA সূত্রক গড়ে যা তার পূরক, আর তা নিউক্লিওটাইড RNA-র 3′ প্রান্তে জুড়ে দেয়, তাই তা 5′ থেকে 3′ বাড়ে। তাই RNA-র ধারা অন্য DNA সূত্রকটির, অর্থাৎ সংকেতী সূত্রকের মতোই, কেবল থাইমিন (T)-র জায়গায় ইউরাসিল (U) নিয়ে। পলিমারেজের পিছনে DNA আবার জোড়া লেগে যায়।

ব্যাকটেরিয়ায় mRNA সঙ্গে সঙ্গেই কাজে লাগে। ইউক্যারিওটে তা আগে তৈরি হয়: 5′ প্রান্তে একটি টুপি, 3′ প্রান্তে একটি পলি-A ল্যাজ জোড়া হয়, আর mRNA নিউক্লিয়াস ছাড়ার আগে ইন্ট্রনগুলো কেটে ফেলা হয় (স্প্লাইসিং)।

জিনগত সংকেত

mRNA পড়া হয় একবারে তিনটি বেস ধরে। প্রতিটি ত্রয়ীই একটি কোডন। চারটি বেসে 4³ = 64 কোডন হয়: 61টি 20টি অ্যামিনো অ্যাসিডের সংকেত দেয় আর 3টি (UAA, UAG, UGA) থামা বোঝায়। AUG মেথিওনিনের সংকেত দেয় আর শুরুটিও দাগিয়ে দেয়। বেশির ভাগ অ্যামিনো অ্যাসিডের কয়েকটি কোডন আছে, সাধারণত তৃতীয় বেসে আলাদা, তাই সংকেতটি বাহুল্যময় (অপজাত)। প্রায় প্রতিটি জীবই, ছোটখাটো ব্যতিক্রম বাদে, একই সংকেত ব্যবহার করে।

অনুবাদ

1. শুরু: রাইবোজোমের ছোট অংশটি mRNA-তে জোড়া বাঁধে আর শুরুর কোডন AUG খুঁজে নেয়; মেথিওনিন বওয়া প্রথম বাহক RNA তার সঙ্গে জোড়া বাঁধে, আর বড় অংশটি জুড়ে যায়।
2. বাড়া: যে tRNA-র প্রতিকোডন পরের কোডনের সঙ্গে জোড়া বাঁধে তা পরের অ্যামিনো অ্যাসিডটি আনে; রাইবোজোম তা একটি পেপটাইড বন্ধনে বাড়তে থাকা শিকলে জুড়ে দেয়, তারপর এক কোডন এগিয়ে যায়। ব্যাকটেরিয়ার রাইবোজোম সেকেন্ডে প্রায় 15 থেকে 20 অ্যামিনো অ্যাসিড জোড়ে, আমাদেরগুলো প্রায় 5।
3. শেষ: একটি থামার কোডনে কোনো tRNA-ই আঁটে না; বদলে একটি ছাড়ার গুণক জোড়া বাঁধে, তৈরি শিকলটি ছেড়ে দেওয়া হয়, আর রাইবোজোম খুলে যায়।

কোডনের ক্রমই অ্যামিনো অ্যাসিডের ক্রম ঠিক করে দেয়, আর ওই ধারাটিই ঠিক করে শিকলটি কীভাবে ভাঁজ হয়ে একটি কাজের প্রোটিন হয়ে উঠবে।

একটি কষে দেখানো উদাহরণ: β-গ্লোবিন

মানুষের β-গ্লোবিন জিন (HBB), অর্থাৎ হিমোগ্লোবিন অণুর অর্ধেক, শুরু হয়

ATG GTG CAT CTG ACT CCT GAG GAG AAG …

1. mRNA: AUG GUG CAU CUG ACU CCU GAG GAG AAG …
2. কোডন: AUG = Met, GUG = Val, CAU = His, CUG = Leu, ACU = Thr, CCU = Pro, GAG = Glu, GAG = Glu, AAG = Lys।
3. প্রোটিন: Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…, কিংবা এক-অক্ষরের সংকেতে MVHLTPEEK।

মিউটেশন

• নীরব: এমন একটি বদল, যা একটি কোডনকে একই অ্যামিনো অ্যাসিডের আরেকটিতে বদলে দেয়। 2 কোডনে GTG থেকে GTC-তে গেলেও ভ্যালিনই থাকে।
• ভুলার্থ: নতুন কোডনটি একটি আলাদা অ্যামিনো অ্যাসিডের সংকেত দেয়। সিকল-সেল রোগে 7 কোডন GAG থেকে GTG-তে বদলে যায়, তাই গ্লুটামেট হয়ে যায় ভ্যালিন। জলবিমুখ ভ্যালিন অক্সিজেন কম থাকলে হিমোগ্লোবিনের অণুগুলোকে একসঙ্গে সেঁটে তন্তু বানিয়ে দেয়, আর লোহিত কোষ বেঁকে কাঁচির মতো হয়ে যায়। কিছু ভুলার্থ বদল ক্ষতিহীন; অন্যগুলো প্রোটিনটি ধ্বংস করে দেয়।
• অর্থহীন: কোডনটি একটি থামা হয়ে যায়। HBB-র 19 বেস G থেকে T-তে বদলালে GAG হয়ে যায় TAG, আর প্রোটিনটি ছয়টি অ্যামিনো অ্যাসিডের পরেই থেমে যায়। এমন মিউটেশনই β-থ্যালাসেমিয়া ঘটায়।
• ফ্রেমশিফট: তিনের গুণিতক নয় এমন সংখ্যক বেস ঢোকানো কিংবা বাদ দেওয়া পাঠের ফ্রেম সরিয়ে দেয়, তাই তার পরের প্রতিটি কোডনই আলাদা। HBB-র 20 বেস বাদ দিলে পাওয়া যায় MVHLTPGRSLPLLPCGAR আর তারপর একটি থামা: অর্থাৎ একটি ছোট, অকেজো প্রোটিন। তিনটি বেস ঢোকানো কিংবা বাদ দেওয়া সরণ ছাড়াই একটি অ্যামিনো অ্যাসিড সরিয়ে কিংবা জুড়ে দেয়, যেমন সিস্টিক ফাইব্রোসিসের সবচেয়ে চেনা মিউটেশনটিতে, যা একটি ফিনাইলঅ্যালানিন বাদ দিয়ে দেয়।

সিমুলেশনটি ব্যবহার করা

প্রোটিন সংশ্লেষণের সিমুলেটর: অনুলিপি আর অনুবাদ-এ দেখে নেওয়ার মতো কিছু:

• β-গ্লোবিনের অনুলিপি, তারপর অনুবাদ দেখুন; ফলের mRNA-কে সংকেতী সূত্রকের সঙ্গে মিলিয়ে দেখুন।
• 20 বেসে T দিয়ে বদল বেছে নিন: সিকল-সেলের মিউটেশন, যা ভুলার্থ E7V হিসেবে দেখানো।
• 19 বেস T-তে: অর্থহীন। 6 বেস C-তে: নীরব।
• 20 বেসে বাদ দেওয়া: ফ্রেমশিফট, আর 7 কোডনের পরে জলপ্রিয়তার লেখচিত্রটি এলোমেলো হয়ে যায়।
• ছোট উদাহরণটির শুরুর কোডন কয়েকটি বেসের পরে: রাইবোজোম সেগুলো ছেড়ে যায়, আর TGA-তে থামে।
• ATG নেই এমন একটি ধারা লিখুন: কোনো প্রোটিনই বানানো হয় না।

আদলটি যা ধরে নেয়

• চলতি জিনগত সংকেত, যা ধারাটির প্রথম ATG থেকে, ওই ফ্রেমে, প্রথম থামার কোডন কিংবা ধারাটির শেষ পর্যন্ত পড়া।
• ইন্ট্রন ছাড়া একটি সংকেতী ধারা: আপনি যা লেখেন তা mRNA-র ধারা হিসেবেই ধরা হয়, আর কোনো প্রবর্তক, স্প্লাইসিং, টুপি কিংবা ল্যাজ নেই।
• বাঁধা বেগে একবারে একটি পলিমারেজ আর একটি রাইবোজোম; আসল জিনের অনুলিপি অনেক পলিমারেজ করে আর প্রতিটি mRNA-ই একসঙ্গে অনেক রাইবোজোম পড়ে (একটি পলিসোম)।
• গড় অবশেষের ভর থেকে ভর আর তার সঙ্গে একটি পানি, কোনো পরিবর্তন ছাড়াই; মেথিওনিন শুরুতেই রাখা হয়।
• কাইট–ডুলিটল মাপকাঠি থেকে জলপ্রিয়তা, যা পাঁচটি অবশেষের জানালায় গড় নেওয়া।

কিনারার বেলা

• কোনো শুরুর কোডন নেই: কোনো প্রোটিন নেই। ATG-তে নিজেই একটি মিউটেশন শুরুটি হারিয়ে দেয়; তখন সিমুলেশনটি পরের ATG থেকে অনুবাদ করে, যা অন্য একটি ফ্রেমেও থাকতে পারে।
• কোনো থামার কোডন নেই: রাইবোজোম ধারাটির প্রান্ত পেরিয়ে চলে যায়। কোষে এমন “থামা-ছাড়া” mRNA চিনে নিয়ে ধ্বংস করা হয়।
• শুরুর আগে কিংবা থামার পরে মিউটেশন প্রোটিনটি একই রাখে, যদিও আসল জিনে সেগুলো তখনো কত বানানো হবে তাতে এসে যেতে পারে।
• একই বেসে একটি বদল কিছুই বদলায় না।

আদলটি কোথায় আর ঠিক থাকে না

• নীরব সবসময় ক্ষতিহীন নয়। সমার্থী বদল স্প্লাইসিংয়ের সংকেত, mRNA-র ভাঁজ কিংবা একটি কোডন কত দ্রুত পড়া হয় তা বদলে দিতে পারে, আর তাই কত প্রোটিন বানানো হয় কিংবা তা কীভাবে ভাঁজ হয় তাও।
• অর্থহীন-চালিত ক্ষয়। ইউক্যারিওটে একটি অকালে থামাওয়ালা mRNA সাধারণত বেশি ছেঁটে-যাওয়া প্রোটিন বানানোর আগেই ধ্বংস হয়ে যায়।
• পরিবেশে শুরুর কোডন। ইউক্যারিওটের রাইবোজোম টুপি থেকে খুঁজে চলে আর একটি ভালো পরিবেশে (কোজাক ধারা, যেমন GCCACCAUGG) একটি AUG পছন্দ করে; ব্যাকটেরিয়া ঠিক আগেই একটি শাইন–ডালগার্নো ধারা ব্যবহার করে। প্রথম ATG-ই সবসময় ব্যবহার হওয়াটি নয়।
• অনুবাদের পরে। শুরুর মেথিওনিন প্রায়ই সরিয়ে দেওয়া হয়, আর তাই সিকল-সেলের মিউটেশনকে Glu6Val বলা হয়; প্রোটিন কাটা হয়, চ্যাপেরোনের সাহায্যে ভাঁজ করা হয়, আর শর্করা ও ফসফেটে সাজানো হয়।
• অন্য সংকেত। মাইটোকনড্রিয়া আর কিছু অণুজীব কয়েকটি কোডন আলাদাভাবে পড়ে; মানুষের মাইটোকনড্রিয়ায় UGA ট্রিপ্টোফ্যানের সংকেত দেয়।

পাশের সরঞ্জাম

DNA থেকে প্রোটিনে অনুবাদ দিয়ে যেকোনো ধারা ছয়টি ফ্রেমেই অনুবাদ করুন, ORF খুঁজুন দিয়ে খোলা পাঠের ফ্রেম খুঁজুন, DNA মিউটেট করুন দিয়ে বিন্দু মিউটেশন বানান, আর প্রোটিনের আণবিক ভর দিয়ে ফলটি মেপে নিন। DNA থেকে প্রোটিনে কীভাবে অনুবাদ করবেন সংকেতটি হাতে কষে দেখায়, আর DNA আর RNA ভাঁজ দর্শক অণুটি নিজেই দেখায়।