Sinteza proteinskih stopenj in njihovih značilnosti



The sintezo beljakovin gre za biološki dogodek, ki se pojavlja praktično v vseh živih bitjih. Celice nenehno vzamejo informacije, ki so shranjene v DNK, in zaradi prisotnosti zelo kompleksnih specializiranih strojev, jih pretvorijo v beljakovinske molekule..

Vendar se 4-črkovna koda, ki je šifrirana v DNA, ne prevede neposredno v beljakovine. V procesu je vpletena molekula RNA, ki deluje kot posrednik, imenovana messenger RNA.

Ko celice potrebujejo določeno beljakovino, se nukleotidno zaporedje ustreznega dela v DNA kopira v RNA - v procesu, ki se imenuje transkripcija - in to se nato prevede v zadevni protein..

Tok informacij, opisan (DNA do sporočil RNA in RNA sporočilo beljakovinam), se pojavlja od zelo preprostih bitij, kot so bakterije do ljudi. Ta vrsta korakov je bila imenovana osrednja "dogma" biologije.

Stroji, odgovorni za sintezne proteine, so ribosomi. Te majhne celične strukture najdemo v velikem deležu v ​​citoplazmi in zasidrane v endoplazmatski retikulum..

Indeks

  • 1 Kaj so beljakovine?
  • 2 Stopnje in značilnosti
    • 2.1 Transkripcija: od DNK do sporočilne RNA
    • 2.2 Zlaganje prenosne RNA
    • 2.3 Vrste RNA
    • 2.4 Prevajanje: od glasbene RNA do beljakovin
    • 2.5 Genetska koda
    • 2.6 Povezovanje aminokisline s prenosno RNA
    • 2.7 Sporočilo RNA je dekodirano z ribosomi
    • 2.8 Raztezek polipeptidne verige
    • 2.9 Zaključek prevoda
  • 3 Reference

Kaj so beljakovine?

Beljakovine so makromolekule, oblikovane iz aminokislin. Ti predstavljajo skoraj 80% protoplazme celotne dehidrirane celice. Vsi proteini, ki sestavljajo organizem, se imenujejo "proteome".

Njegove funkcije so številne in raznolike, od strukturnih vlog (kolagen) do transporta (hemoglobin), katalizatorjev biokemičnih reakcij (encimov), obrambe pred patogeni (protitelesa), med drugim.

Obstaja 20 vrst naravnih aminokislin, ki jih združujejo peptidne vezi, da povzročijo nastanek beljakovin. Za vsako aminokislino je značilna posebna skupina, ki daje posebne kemijske in fizikalne lastnosti.

Stopnje in značilnosti

Način, kako celica uspe razlagati sporočilo DNK, poteka prek dveh temeljnih dogodkov: transkripcije in prevajanja. Številne kopije RNA, ki so bile kopirane iz istega gena, so sposobne sintetizirati veliko število enakih beljakovinskih molekul.

Vsak gen je transkribiran in preveden diferencialno, kar omogoča celici, da proizvaja različne količine široke palete proteinov. Ta postopek vključuje različne poti celične regulacije, ki na splošno vključujejo nadzor v proizvodnji RNA.

Prvi korak, ki ga mora celica narediti, da začne s proizvodnjo beljakovin, je branje sporočila, napisanega na molekuli DNA. Ta molekula je univerzalna in vsebuje vse informacije, potrebne za izgradnjo in razvoj organskih bitij.

V nadaljevanju bomo opisali, kako poteka sinteza beljakovin, začenši proces "branja" genskega materiala in konča s proizvodnjo beljakovin. per se.

Transkripcija: iz DNK v RNA

Sporočilo v dvojni vijačnici DNA je zapisano s štirimestno kodo, ki ustreza osnovam adenina (A), gvanina (G), citozina (C) in timina (T)..

To zaporedje črk DNA se uporablja za uravnavanje molekule, ki je ekvivalentna RNA.

Tako DNA kot RNA sta linearna polimera, ki ju tvorita nukleotid. Vendar pa se kemično razlikujejo v dveh osnovnih vidikih: nukleotidi v RNA so ribonukleotidi in namesto baze timina RNA predstavlja uracil (U), ki se pari z adeninom.

Proces prepisovanja se začne z odprtjem dvojne vijačnice v določeni regiji. Ena od dveh verig deluje kot "šablona" ali temperament za sintezo RNA. Nukleotide bomo dodali po pravilih vezanja baz, C z G in A z U.

Glavni encim, vključen v transkripcijo, je RNA polimeraza. Odgovorna je za kataliziranje tvorbe fosfodiesterskih vezi, ki se pridružijo nukleotidom verige. Veriga je podaljšana v smeri 5 'do 3'.

Rast molekule vključuje različne beljakovine, znane kot "raztezajoči dejavniki", ki so odgovorni za vzdrževanje vezave polimeraze do konca postopka..

Spajanje selitvene RNA

Pri evkariontih imajo geni specifično strukturo. Zaporedje prekinejo elementi, ki niso del proteina, imenovani introni. Izraz je v nasprotju z izrazom eksona, ki vključuje dele gena, ki bodo prevedeni v beljakovine.

The spajanje to je temeljni dogodek, ki je sestavljen iz odstranjevanja intronov selitvene molekule, da bi izločili molekulo, zgrajeno izključno iz eksonov. Končni proizvod je zrela selitvena RNA. Fizično je v spleenozomu prisoten kompleksen in dinamičen stroj.

Poleg spajanja, se sporočilna RNA pred dodatnim prevajanjem še dodatno kodira. Dodana je "kapuca", katere kemijska narava je modificiran gvaninski nukleotid, na 5 'koncu in repu več adeninov na drugem koncu..

Vrste RNA

V celici se proizvajajo različne vrste RNA. Nekateri geni v celici tvorijo molekulo selitvene RNA, kar se prevede v beljakovino - kot bomo videli kasneje. Vendar pa obstajajo geni, katerih končni produkt je RNA molekula sama.

Na primer, v genomu kvasa ima približno 10% genov te glivice RNA molekule kot njihov končni produkt. Pomembno jih je omeniti, saj te molekule igrajo temeljno vlogo pri sintezi beljakovin.

- Ribosomska RNA: ribosomska RNA je del srca ribosomov, ključnih struktur za sintezo beljakovin.

Obdelava ribosomskih RNA in njihova naknadna montaža v ribosome se odvija v zelo opazni strukturi jedra - čeprav ni omejena z membrano - imenovano nukleus.

- Prenos RNA: Deluje kot adapter, ki izbere določeno aminokislino in skupaj z ribosomom vključi aminokislinski ostanek v beljakovino. Vsaka aminokislina je povezana s molekulo prenosne RNA.

Pri evkariontih obstajajo tri vrste polimeraz, ki imajo, čeprav so strukturno zelo podobne, različne vloge.

RNA polimeraza I in III prepišeta gene, ki kodirajo za prenosno RNA, ribosomsko RNA in nekatere majhne RNA. RNA polimeraza II se osredotoča na prevajanje genov, ki kodirajo proteine.

- Majhne RNA, povezane z regulacijo: oDruge RNA kratke dolžine sodelujejo pri regulaciji ekspresije genov. Med njimi so mikroRNA in majhne moteče RNA.

MikroRNA regulirajo izražanje z blokiranjem določenega sporočila in majhne motnje izklopijo izraz z neposredno degradacijo selarja. Prav tako so v procesu sodelovanja majhne jedrske RNK spajanje RNA.

Prevajanje: od selitvene RNA do beljakovin

Ko zvesta RNA zori skozi proces spajanje potuje od jedra do celične citoplazme, začne se sinteza beljakovin. Ta izvoz posreduje kompleks jedrskih por - niz vodnih kanalov, ki se nahajajo v membrani jedra, ki neposredno povezuje citoplazmo in nukleoplazmo..

V vsakdanjem življenju uporabljamo izraz "prevajanje", ki se nanaša na pretvorbo besed iz enega jezika v drugega.

Na primer, lahko prevedemo knjigo iz angleščine v španščino. Na molekularni ravni prevod vključuje spremembo jezika iz RNA v protein. Natančneje, gre za spremembo nukleotidov v aminokisline. Toda kako se pojavi ta sprememba narečja??

Genetski kod

Nukleotidno zaporedje gena lahko pretvorimo v beljakovine v skladu s pravili, ki jih določa genetska koda. To je bilo dešifrirano v zgodnjih 60-ih.

Kot bo bralec lahko sklepal, prevod ne more biti eden ali eden, saj je le 4 nukleotida in 20 aminokislin. Logika je naslednja: zveza treh nukleotidov je znana kot "tripleti" in so povezani z določeno aminokislino..

Ker je možnih 64 možnih trojčkov (4 x 4 x 4 = 64), je genetska koda odveč. To pomeni, da je ista aminokislina kodirana z več kot enim tripletom.

Prisotnost genetske kode je univerzalna in jo uporabljajo vsi živi organizmi, ki danes živijo na Zemlji. Ta zelo široka uporaba je ena najbolj presenetljivih molekularnih homologij narave.

Povezovanje aminokisline s prenosno RNA

Kodoni ali tripleti, ki jih najdemo v molekuli RNA, nimajo sposobnosti, da neposredno prepoznajo aminokisline. V nasprotju s tem pa je prevod sporočilne RNA odvisen od molekule, ki uspe prepoznati in povezati kodon in aminokislino. Ta molekula je prenosna RNA.

Prenosno RNA lahko zložimo v kompleksno tridimenzionalno strukturo, ki spominja na deteljo. V tej molekuli obstaja območje, imenovano "antikodon", ki ga tvorijo trije zaporedni nukleotidi, ki se ujemajo z zaporednimi komplementarnimi nukleotidi verige RNA.

Kot je bilo omenjeno v prejšnjem oddelku, je genetska koda odvečna, zato imajo nekatere aminokisline več kot eno transferno RNA.

Zaznavanje in fuzija pravilne aminokisline s prenosno RNA je proces, ki ga posreduje encim, imenovan aminoacil-tRNA sintetaza. Ta encim je odgovoren za spajanje obeh molekul preko kovalentne vezi.

Sporočilo RNA je dekodirano z ribosomi

Za tvorbo beljakovin so aminokisline povezane z peptidnimi vezmi. Proces branja sporočilne RNA in vezave specifičnih aminokislin se pojavlja v ribosomih.

Ribosomi so katalitski kompleksi, ki jih tvori več kot 50 proteinskih molekul in več vrst ribosomske RNA. Pri evkariontskih organizmih povprečna celica v povprečju vsebuje milijone ribosomov v citoplazemskem okolju..

Strukturno je ribosome sestavlja veliko podenote in majhen. Funkcija majhen del je zagotoviti, da prenos RNA pravilno povezal z mRNA, medtem ko je velika podenota katalizira tvorbo peptidne vezi med aminokislinami.

Ko postopek sinteze ni aktiven, se ločita dve podenoti, ki tvorita ribosome. Na začetku sinteze sporočilna RNA veže obe podenoti, običajno blizu 5 'konca..

V tem procesu, raztezek polipeptid veriga poteka z dodajanjem novega aminokislinskega ostanka v naslednjih korakih: vezavo prenos RNA tvorbo peptidne vezi, translokacijo podenot. Rezultat tega zadnjega koraka je gibanje celotnega ribosoma in začne se nov cikel.

Raztezek polipeptidne verige

Strani E, P in A (glej glavno sliko): ribosomi v treh mestih so razlikuje. Postopek raztezek začne, ko so določene amino kisline, spojene, kovalentno in prenos RNA molekula na mestu P.

Prenos RNA, ki ima naslednjo aminokislino treba vključiti se veže na mestu A z parjenja baz z mRNA. Nato je odsek terminal karboksil peptida sprosti iz prenosa RNA na mestu P, ki ga pretrganja visoko energetsko vezi med prenosom RNA in amino kisline ležajem.

Prosta amino kislina se veže na verigo in nastane nova peptidna vez. Osrednji Reakcijsko tega procesa je posredovana s peptidiltransferazo encim, ki se nahaja v veliki podenoti ribosoma. Tako ribosomsko premika vzdolž mRNA, prevajanje narečja aminokislin proteinov.

Kot pri transkripciji so pri prevodu beljakovin vključeni tudi raztezki. Ti elementi povečujejo hitrost in učinkovitost procesa.

Zaključek prevoda

Postopek prevajanja se konča, ko ribosom najde zaustavitvene kodone: UAA, UAG ali UGA. Te se ne prepoznajo s prenosno RNA in ne vežejo nobene aminokisline.

V tem času, znan kot sprostitev faktorjev proteini vežejo na ribosoma in daje katalizo molekulo vode in ne aminokislino. Ta reakcija sprosti karboksilni terminalni konec. Končno se peptidna veriga sprosti v celično citoplazmo.

Reference

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemija 5. izdaja. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., in Schnek, A. (2006). Vabilo na biologijo. Ed Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., in Baltimore, D. (1990). Molekularna celična biologija. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Učbenik Guyton in Hall za medicinsko fiziologijo e-knjige. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geni Zvezek 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Celična in molekularna biologija. Ed Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura ribosoma in mehanizem prevajanja. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., in Case, C. L. (2007). Uvod v mikrobiologijo. Ed Panamericana Medical.
  9. Wilson, D.N., & Cate, J.H.D. (2012). Struktura in funkcija evkariontskega ribosoma. Cold Spring Harbor perspektive v biologiji, 4(5), a011536.