Fáze syntézy proteinů a jejich charakteristiky

3106
Abraham McLaughlin

The proteosyntéza je to biologická událost, ke které dochází prakticky ve všech živých věcech. Buňky neustále přijímají informace, které jsou uloženy v DNA, a díky přítomnosti vysoce komplexního specializovaného zařízení je transformují na molekuly bílkovin.

Čtyřpísmenový kód šifrovaný v DNA však není přímo přeložen do proteinů. Molekula RNA, která funguje jako prostředník, se nazývá messenger RNA, je zapojena do procesu..

Proteosyntéza.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

Když buňky potřebují konkrétní protein, nukleotidová sekvence vhodné části DNA se zkopíruje do RNA - v procesu zvaném transkripce - a to se zase převede na daný protein..

Popsaný informační tok (DNA k messenger RNA a zpráva RNA k proteinům) probíhá od velmi jednoduchých bytostí, jako jsou bakterie, k lidem. Tato řada kroků byla nazývána ústředním „dogmatem“ biologie..

Strojním zařízením odpovědným za syntézu bílkovin jsou ribozomy. Tyto malé buněčné struktury se ve velké míře nacházejí v cytoplazmě a jsou ukotveny v endoplazmatickém retikulu..

Rejstřík článků

  • 1 Co jsou to bílkoviny?
  • 2 Fáze a charakteristiky
    • 2.1 Přepis: z DNA na messenger RNA
    • 2.2 Sestřih messengerové RNA
    • 2.3 Druhy RNA
    • 2.4 Překlad: z messengerové RNA na bílkoviny
    • 2.5 Genetický kód
    • 2.6 Vazba aminokyseliny na přenos RNA
    • 2.7 Zpráva RNA je dekódována ribozomy
    • 2.8 Prodloužení polypeptidového řetězce
    • 2.9 Dokončení překladu
  • 3 Odkazy

Co jsou bílkoviny?

Proteiny jsou makromolekuly složené z aminokyselin. Ty tvoří téměř 80% protoplazmy celé dehydrované buňky. Všechny proteiny, které tvoří organismus, se nazývají „proteom“.

Jeho funkce jsou rozmanité a rozmanité, od strukturálních rolí (kolagen) po transport (hemoglobin), katalyzátorů biochemických reakcí (enzymy), obrany před patogeny (protilátky), mezi jinými..

Existuje 20 typů přirozeně se vyskytujících aminokyselin, které se kombinují prostřednictvím peptidových vazeb a vytvářejí bílkoviny. Každá aminokyselina se vyznačuje tím, že má určitou skupinu, která jí dává zvláštní chemické a fyzikální vlastnosti.

Fáze a charakteristiky

Způsob, jakým buňka dokáže interpretovat zprávu DNA, nastává prostřednictvím dvou základních událostí: transkripce a translace. Mnoho kopií RNA, které byly zkopírovány ze stejného genu, je schopno syntetizovat významný počet identických proteinových molekul.

Každý gen je transkribován a překládán odlišně, což umožňuje buňce produkovat různá množství nejrůznějších proteinů. Tento proces zahrnuje různé buněčné regulační dráhy, které obecně zahrnují řízení produkce RNA..

Prvním krokem, který musí buňka udělat, aby zahájila produkci bílkovin, je přečíst zprávu napsanou na molekule DNA. Tato molekula je univerzální a obsahuje všechny informace potřebné pro stavbu a vývoj organických bytostí..

Dále popíšeme, jak probíhá syntéza proteinů, počínaje procesem „čtení“ genetického materiálu a konče produkcí proteinů. per se.

Přepis: z DNA na messenger RNA

Zpráva v dvojité šroubovici DNA je napsána čtyřpísmenným kódem odpovídajícím bázím adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T).

Tato sekvence písmen DNA slouží jako šablona k vytvoření ekvivalentní molekuly RNA.

DNA i RNA jsou lineární polymery složené z nukleotidů. Chemicky se však liší ve dvou základních aspektech: nukleotidy v RNA jsou ribonukleotidy a místo bazického thyminu má RNA uracil (U), který se páruje s adeninem..

Proces transkripce začíná otevřením dvojité šroubovice v určité oblasti. Jedno ze dvou řetězců funguje jako „templát“ nebo templát pro syntézu RNA. Nukleotidy budou přidány podle základních párovacích pravidel, C s G a A s U..

Hlavním enzymem podílejícím se na transkripci je RNA polymeráza. Je odpovědný za katalýzu tvorby fosfodiesterových vazeb, které se připojují k nukleotidům řetězce. Řetěz se táhne ve směru 5 'až 3'.

Růst molekuly zahrnuje různé proteiny známé jako „elongační faktory“, které jsou odpovědné za udržování vazby polymerázy až do konce procesu..

Sestřih messengerové RNA

Zdroj: BCSteve [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], z Wikimedia Commons
U eukaryot mají geny specifickou strukturu. Sekvence je přerušena prvky, které nejsou součástí proteinu, nazývanými introny. Termín je oponován exonu, který zahrnuje části genu, které budou přeloženy do proteinů..

The sestřih jedná se o zásadní událost, která spočívá v eliminaci intronů poslovské molekuly, vržení molekuly vytvořené výlučně exony. Konečným produktem je zralá poselská RNA. Fyzicky se odehrává v spiceosomu, složitém a dynamickém stroji.

Kromě sestřihu prochází messenger RNA před překládáním další kódování. Přidá se „kukla“, jejíž chemickou podstatou je modifikovaný guaninový nukleotid a na 5 'konci a ocas různých adeninů na druhém konci.

Typy RNA

V buňce se produkují různé typy RNA. Některé geny v buňce produkují molekulu messengerové RNA a ta se překládá na protein - jak uvidíme později. Existují však geny, jejichž konečným produktem je samotná molekula RNA..

Například v genomu kvasinek má asi 10% kvasinkových genů jako svůj konečný produkt molekuly RNA. Je důležité je zmínit, protože tyto molekuly hrají při syntéze proteinů zásadní roli.

- Ribozomální RNA: ribozomální RNA je součástí srdce ribozomů, klíčových struktur pro syntézu proteinů.

Zdroj: Jane Richardson (Dcrjsr) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], z Wikimedia Commons
Zpracování ribozomálních RNA a jejich následné sestavení do ribozomů probíhá ve velmi nápadné struktuře jádra - i když není ohraničeno membránou - nazývané nukleolus..

- Transfer RNA: funguje jako adaptér, který vybírá konkrétní aminokyselinu a společně s ribozomem inkorporuje aminokyselinový zbytek do proteinu. Každá aminokyselina souvisí s molekulou přenosové RNA.

V eukaryotech existují tři typy polymeráz, které, i když jsou si navzájem strukturně velmi podobné, hrají různé role.

RNA polymeráza I a III transkribuje geny kódující přenosovou RNA, ribozomální RNA a některé malé RNA. RNA polymeráza II se zaměřuje na translaci genů kódujících proteiny.

- Malé RNA související s regulací: oRNA krátké délky se účastní regulace genové exprese. Patří mezi ně mikroRNA a malé interferující RNA..

MicroRNA regulují expresi blokováním konkrétní zprávy a malé interferující vypínají expresi přímou degradací posla. Podobně existují malé jaderné RNA, které se účastní procesu sestřih messenger RNA.

Překlad: od messengerové RNA k proteinům

Jakmile poselská RNA dozrává procesem sestřih Jak to cestuje z jádra do buněčné cytoplazmy, začíná syntéza bílkovin. Tento export je zprostředkován komplexem jaderných pórů - řadou vodných kanálů umístěných v membráně jádra, které přímo spojují cytoplazmu a nukleoplazmu..

V každodenním životě používáme výraz „překlad“ k převodu slov z jednoho jazyka do druhého..

Můžeme například přeložit knihu z angličtiny do španělštiny. Na molekulární úrovni zahrnuje překlad změnu z jazyka na RNA na protein. Přesněji řečeno, jde o změnu z nukleotidů na aminokyseliny. Jak ale k této změně dialektu dochází?

Genetický kód

Nukleotidová sekvence genu může být transformována na proteiny podle pravidel stanovených genetickým kódem. Toto bylo rozluštěno na počátku 60. let.

Jak bude čtenář schopen odvodit, překlad nemůže být jeden nebo jeden, protože existují pouze 4 nukleotidy a 20 aminokyselin. Logika je následující: spojení tří nukleotidů je známé jako „triplety“ a jsou spojeny s konkrétní aminokyselinou.

Jelikož může existovat 64 možných tripletů (4 x 4 x 4 = 64), je genetický kód nadbytečný. To znamená, že stejná aminokyselina je kódována více než jedním tripletem..

Přítomnost genetického kódu je univerzální a používají ji všechny živé organismy, které dnes obývají Zemi. Toto obrovské využití je jednou z nejpřekvapivějších molekulárních homologií přírody..

Vazba aminokyseliny na přenos RNA

Kodony nebo triplety nalezené v molekule messengerové RNA nemají schopnost přímo rozpoznávat aminokyseliny. Naproti tomu překlad messengerové RNA závisí na molekule, která je schopna rozpoznat a vázat kodon a aminokyselinu. Tato molekula je přenosová RNA.

Transfer RNA se může složit do složité trojrozměrné struktury, která připomíná jetel. V této molekule je oblast zvaná „antikodon“, tvořená třemi po sobě následujícími nukleotidy, které se párují s po sobě následujícími komplementárními nukleotidy poselského řetězce RNA..

Jak jsme zmínili v předchozí části, genetický kód je nadbytečný, takže některé aminokyseliny mají více než jednu přenosovou RNA.

Detekce a fúze správné aminokyseliny s přenosovou RNA je proces zprostředkovaný enzymem zvaným aminoacyl-tRNA syntetáza. Tento enzym je zodpovědný za spojení obou molekul kovalentní vazbou.

Zpráva RNA je dekódována ribozomy

K vytvoření proteinu jsou aminokyseliny spojeny dohromady prostřednictvím peptidových vazeb. Proces čtení messengerové RNA a vazby specifických aminokyselin se vyskytuje v ribozomech.

Ribozomy

Ribozomy jsou katalytické komplexy složené z více než 50 proteinových molekul a různých typů ribozomální RNA. V eukaryotických organismech obsahuje průměrná buňka v cytoplazmatickém prostředí průměrně miliony ribozomů.

Strukturálně je ribozom tvořen velkou a malou podjednotkou. Úlohou malé části je zajistit, aby byla přenosová RNA správně spárována s messengerovou RNA, zatímco velká podjednotka katalyzuje tvorbu peptidové vazby mezi aminokyselinami..

Když proces syntézy není aktivní, jsou dvě podjednotky, které tvoří ribozomy, odděleny. Na začátku syntézy se poselská RNA připojí k oběma podjednotkám, obvykle blízko 5 'konce.

V tomto procesu dochází k prodloužení polypeptidového řetězce přidáním nového aminokyselinového zbytku v následujících krocích: vazba transferové RNA, tvorba peptidové vazby, translokace podjednotek. Výsledkem tohoto posledního kroku je pohyb celého ribozomu a začíná nový cyklus..

Prodloužení polypeptidového řetězce

V ribozomech se rozlišují tři místa: místo E, P a A (viz hlavní obrázek). Proces prodloužení začíná, když některé aminokyseliny již byly kovalentně spojeny a v místě P je molekula přenosové RNA..

Přenos RNA mající další aminokyselinu, která má být začleněna, se váže na místo A párováním bází s messengerovou RNA. Karboxylová koncová část peptidu se poté uvolní z přenosové RNA v místě P rozbitím vysokoenergetické vazby mezi přenosovou RNA a aminokyselinou, kterou nese..

Volná aminokyselina je připojena k řetězci a vytvoří se nová peptidová vazba. Centrální reakce v celém tomto procesu je zprostředkována enzymem peptidyltransferázou, která se nachází ve velké podjednotce ribozomů. Ribosom tedy prochází poselskou RNA a překládá dialekt z aminokyselin na proteiny..

Stejně jako v transkripci jsou během translace proteinu také zahrnuty elongační faktory. Tyto prvky zvyšují rychlost a efektivitu procesu.

Dokončení překladu

Proces překladu končí, když ribozom narazí na stop kodony: UAA, UAG nebo UGA. Ty nejsou rozpoznávány žádnou přenosovou RNA a neváží žádné aminokyseliny.

V tomto okamžiku se proteiny známé jako uvolňovací faktory váží na ribozom a způsobují katalýzu molekuly vody, nikoli aminokyseliny. Tato reakce uvolní koncový karboxylový konec. Nakonec se peptidový řetězec uvolní do buněčné cytoplazmy..

Reference

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie. 5. vydání. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biologii. Panamerican Medical Ed..
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F. a Baltimore, D. (1990). Molekulární buněčná biologie. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnice lékařské fyziologie e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geny Hlasitost 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Buněčná a molekulární biologie. Panamerican Medical Ed..
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura ribozomu a mechanismus translace. Buňka, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamerican Medical Ed..
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Struktura a funkce eukaryotického ribozomu. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 4(5), a011536.

Zatím žádné komentáře