Proteiinin vaiheiden ja niiden ominaisuuksien synteesi



proteiinisynteesi se on biologinen tapahtuma, joka esiintyy lähes kaikissa elävissä oloissa. Jatkuvasti solut ottavat DNA: ssa tallennetut tiedot ja erittäin monimutkaisten erikoislaitteiden läsnäolon ansiosta muuttavat proteiinimolekyyleiksi.

DNA: ssa salattu 4-kirjaiminen koodi ei kuitenkaan käänny suoraan proteiineiksi. Prosessissa on mukana RNA-molekyyli, joka toimii välittäjänä, nimeltään messenger-RNA.

Kun solut tarvitsevat tietyn proteiinin, DNA: n sopivan osan nukleotidisekvenssi kopioidaan RNA: han - transkriptiona kutsutussa prosessissa - ja tämä puolestaan ​​muunnetaan kyseiseen proteiiniin.

Kuvattu informaatiovirta (DNA: n sanoman RNA- ja RNA-sanoma proteiineille) tapahtuu hyvin yksinkertaisista olentoista, kuten ihmisen bakteereista. Tätä sarjaa on kutsuttu biologian keskeiseksi "dogmaksi".

Synteesiproteiineista vastaavat koneet ovat ribosomeja. Nämä pienet solurakenteet löytyvät suurelta osin sytoplasmassa ja ankkuroidaan endoplasmiseen retikulioon.

indeksi

  • 1 Mitä ovat proteiinit?
  • 2 Vaiheet ja ominaisuudet
    • 2.1 Transkriptio: DNA: sta messenger-RNA: han
    • 2.2 Messenger-RNA: n jakaminen
    • 2.3 RNA-tyypit
    • 2.4 Käännös: messenger-RNA: sta proteiineihin
    • 2.5 Geneettinen koodi
    • 2.6 Aminohapon kytkeminen siirto-RNA: han
    • 2.7 Ribosomit purkaavat RNA-sanoman
    • 2.8 Polypeptidiketjun pidentyminen
    • 2.9 Käännöksen loppuun saattaminen
  • 3 Viitteet

Mitä ovat proteiinit?

Proteiinit ovat makromolekyylejä, jotka on muodostettu aminohapoista. Nämä muodostavat lähes 80% koko dehydratoidun solun protoplasmasta. Kaikkia organismeja muodostavia proteiineja kutsutaan "proteomeiksi"..

Sen toiminnot ovat moninaisia ​​ja vaihtelevia, rakenteellisista rooleista (kollageeni) kuljetukseen (hemoglobiini), biokemiallisten reaktioiden (entsyymien) katalyytteihin, suojaukseen patogeenejä (vasta-aineita) vastaan, mm..

On olemassa 20 erilaista luonnollista aminohappoa, jotka yhdistetään peptidisidoksilla proteiinien synnyttämiseksi. Jokaiselle aminohapolle on tunnusomaista, että sillä on tietty ryhmä, joka antaa erityisiä kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.

Vaiheet ja ominaisuudet

Tapa, jolla solu pystyy tulkitsemaan DNA-sanoman, tapahtuu kahden perustapahtuman kautta: transkriptio ja käännös. Monet RNA-kopiot, jotka on kopioitu samasta geenistä, pystyvät syntetisoimaan merkittävän määrän identtisiä proteiinimolekyylejä.

Kukin geeni transkriptoidaan ja käännetään eri tavalla, jolloin solu tuottaa erilaisia ​​määriä erilaisia ​​proteiineja. Tämä prosessi käsittää erilaisia ​​solun säätelyreittejä, jotka yleensä sisältävät kontrollin RNA: n tuotannossa.

Ensimmäinen vaihe, jonka solun täytyy tehdä proteiinien tuotannon aloittamiseksi, on lukea DNA-molekyyliin kirjoitettu viesti. Tämä molekyyli on yleinen ja sisältää kaikki tiedot, jotka ovat välttämättömiä luomuelinten rakentamiseen ja kehittämiseen.

Seuraavaksi kuvataan, miten proteiinisynteesi tapahtuu, aloittaen geneettisen materiaalin "lukemisen" ja päättyen proteiinien tuotantoon. sinänsä.

Transkriptio: DNA: sta messenger-RNA: han

DNA-kaksoiskierteen sanoma kirjoitetaan nelikirjaimella koodilla, joka vastaa emäksiä adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C) ja tymiini (T).

Tätä DNA-kirjaimien sekvenssiä käytetään RNA-ekvivalentin molekyylin temperoimiseksi.

Sekä DNA että RNA ovat nukleotidien muodostamia lineaarisia polymeerejä. Ne eroavat kuitenkin kemiallisesti kahdesta perustavasta näkökulmasta: RNA: n nukleotidit ovat ribonukleotideja ja tymiiniemäksen sijasta RNA esittää urasiilin (U), joka parit adeniinin kanssa..

Transkriptioprosessi alkaa kaksoiskierteen avaamisesta tietyllä alueella. Yksi kahdesta ketjusta toimii RNA-synteesin "templaattina" tai temperamenttina. Nukleotidit lisätään perusparien, C: n ja A: n kanssa U: n kanssa.

Tärkein transkriptioon osallistuva entsyymi on RNA-polymeraasi. Se on vastuussa ketjun nukleotideja yhdistävien fosfodiesterisidosten muodostumisen katalysoinnista. Ketju laajenee 5 '- 3' suuntaan.

Molekyylin kasvuun liittyy erilaisia ​​proteiineja, joita kutsutaan "elongaatiotekijöiksi", jotka ovat vastuussa polymeraasin sitoutumisen ylläpitämisestä prosessin loppuun asti..

Messenger-RNA: n jakaminen

Eukaryooteissa geeneillä on tietty rakenne. Sekvenssin keskeyttävät elementit, jotka eivät ole osa proteiinia, jota kutsutaan introneiksi. Termi vastustaa eksonin termiä, joka sisältää geenin osat, jotka muunnetaan proteiineiksi.

liitos se on perustavanlaatuinen tapahtuma, joka koostuu messenger-molekyylin intronien eliminoinnista, pelkästään eksonien avulla rakennetun molekyylin hävittämiseksi. Lopputuote on kypsä messenger-RNA. Fyysisesti spleenosomeissa tapahtuu monimutkainen ja dynaaminen kone.

Silmukoitumisen lisäksi messenger-RNA läpikäy lisää koodauksia ennen kääntämistä. Lisätään "huppu", jonka kemiallinen luonne on modifioitu guaniini-nukleotidi ja useiden adeniinien 5'-päässä ja häntä toisessa päässä..

RNA-tyypit

Solussa tuotetaan erilaisia ​​RNA-tyyppejä. Jotkin solun geenit tuottavat molekyylin messenger RNA: sta ja tämä muunnetaan proteiiniksi - kuten näemme myöhemmin. On kuitenkin olemassa geenejä, joiden lopputuote on itse RNA-molekyyli.

Esimerkiksi hiivan genomissa noin 10% tämän sienen geeneistä on lopullisena tuotteena RNA-molekyylejä. On tärkeää mainita ne, koska näillä molekyyleillä on keskeinen rooli proteiinisynteesissä.

- Ribosomaalinen RNA: ribosomaalinen RNA on osa ribosomien sydäntä, avainrakenteita proteiinien synteesille.

Ribosomaalisten RNA: iden käsittely ja niiden myöhempi kokoonpano ribosomeiksi tapahtuu ytimen hyvin näkyvässä rakenteessa - vaikka sitä ei rajata kalvo - jota kutsutaan nukleolukseksi.

- Siirrä RNA: Se toimii sovittimena, joka valitsee spesifisen aminohapon ja yhdessä ribosomin kanssa sisällyttää aminohappotähteen proteiiniin. Jokainen aminohappo liittyy siirto-RNA-molekyyliin.

Eukaryooteilla on kolme erilaista polymeraasityyppiä, jotka ovat rakenteellisesti hyvin samankaltaisia ​​toisiinsa nähden.

RNA-polymeraasi I ja III transkriptoivat siirto-RNA: ta, ribosomaalista RNA: ta ja joitakin pieniä RNA: ita koodittavia geenejä. RNA-polymeraasi II keskittyy proteiineja koodittavien geenien kääntämiseen.

- Pienet RNA: t, jotka liittyvät sääntelyyn: oMuut lyhyen pituiset RNA: t osallistuvat geeniekspression säätelyyn. Niiden joukossa ovat mikroRNA: t ja pienet häiritsevät RNA: t.

Mikro-RNA: t säätelevät ekspressiota estämällä tietty viesti ja pienet häiriöt sammuttavat ilmentymän lähettäjän suoran hajoamisen avulla. Samoin on olemassa pieniä ydin-RNA: ita, jotka osallistuvat liitos sanoman RNA: n.

Käännös: messenger-RNA: sta proteiineihin

Kun messenger RNA kypsyy prosessin aikana liitos ja se kulkee ytimestä solun sytoplasmaan, proteiinien synteesi alkaa. Tämän viennin välittää ydinhuokokompleksi - sarja vesikanavia, jotka sijaitsevat ytimen membraanissa, joka yhdistää suoraan sytoplasman ja nukleoplasman..

Me käytämme jokapäiväisessä elämässä termiä "käännös" viittaamaan sanojen muuntamiseen yhdestä kielestä toiseen.

Esimerkiksi voimme kääntää kirjan englannista espanjaksi. Molekyylitasolla translaatio sisältää kielen vaihtamisen RNA: sta proteiiniin. Tarkemmin sanottuna se on nukleotidien muuttuminen aminohappoiksi. Mutta miten tämä murre muuttuu??

Geneettinen koodi

Geenin nukleotidisekvenssi voidaan transformoida proteiineiksi geneettisen koodin vahvistamien sääntöjen mukaisesti. Tämä selvitettiin 60-luvun alussa.

Koska lukija voi päätellä, käännös ei voi olla yksi tai yksi, koska siinä on vain 4 nukleotidia ja 20 aminohappoa. Logiikka on seuraava: kolmen nukleotidin liitosta kutsutaan "tripleteiksi" ja ne liittyvät tiettyyn aminohappoon.

Koska voi olla 64 mahdollista triplettiä (4 x 4 x 4 = 64), geneettinen koodi on tarpeeton. Toisin sanoen sama aminohappo koodaa useampi kuin yksi tripletti.

Geneettisen koodin läsnäolo on yleinen ja sitä käyttävät kaikki elävät organismit, jotka nykyään asuvat maan päällä. Tämä hyvin laaja käyttö on yksi luonteeltaan yllättävimmistä molekyylihomologioista.

Aminohapon kytkeminen siirto-RNA: han

Koodonit tai tripletit, jotka löytyvät messenger-RNA-molekyylistä, eivät kykene tunnistamaan aminohappoja suoraan. Sitä vastoin messenger-RNA: n translaatio riippuu molekyylistä, joka onnistuu tunnistamaan ja sitomaan kodonin ja aminohapon. Tämä molekyyli on siirto-RNA.

Siirto-RNA voidaan taittaa monimutkaiseksi kolmiulotteiseksi rakenteeksi, joka muistuttaa apilaa. Tässä molekyylissä on alue, jota kutsutaan "antikodoniksi", joka muodostuu kolmesta peräkkäisestä nukleotidista, jotka muodostavat parin sekvenssin RNA-ketjun peräkkäisten komplementaaristen nukleotidien kanssa.

Kuten edellisessä osassa mainittiin, geneettinen koodi on tarpeeton, joten joillakin aminohapoilla on useampi kuin yksi siirto-RNA.

Oikean aminohapon havaitseminen ja fuusio siirto-RNA: han on prosessi, jota välittää aminoasyyli-tRNA-synteesi. Tämä entsyymi vastaa molempien molekyylien kytkemisestä kovalenttisen sidoksen kautta.

RNA-sanoma dekoodataan ribosomeilla

Proteiinin muodostamiseksi aminohapot liitetään toisiinsa peptidisidoksilla. Ribosomeissa esiintyy messenger-RNA: n lukemista ja spesifisten aminohappojen sitoutumista.

Ribosomit ovat katalyyttisiä komplekseja, joita muodostavat yli 50 proteiinimolekyyliä ja useita ribosomaalisen RNA-tyyppejä. Eukaryoottisissa organismeissa keskimääräinen solu sisältää keskimäärin miljoonia ribosomeja sytoplasmisessa ympäristössä.

Rakenteellisesti ribosomi koostuu suuresta alayksiköstä ja pienestä alayksiköstä. Pienen osan tehtävänä on varmistaa, että siirto-RNA liitetään oikein messenger-RNA: n kanssa, kun taas suuri alayksikkö katalysoi aminohappojen välisen peptidisidoksen muodostumista.

Kun synteesimenetelmä ei ole aktiivinen, nämä kaksi alayksikköä, jotka muodostavat ribosomit, erotetaan toisistaan. Synteesin alussa messenger-RNA sitoo molemmat alayksiköt, tavallisesti lähellä 5'-päätä..

Tässä prosessissa polypeptidiketjun pidentyminen tapahtuu lisäämällä uusi aminohappotähde seuraaviin vaiheisiin: siirto-RNA: n sitoutuminen, peptidisidoksen muodostuminen, alayksiköiden siirtäminen. Tämän viimeisen vaiheen tulos on koko ribosomin liike ja uusi sykli alkaa.

Polypeptidiketjun pidentyminen

Ribosomeissa erotellaan kolme kohtaa: kohdat E, P ja A (katso pääkuvaa). Pidennysprosessi alkaa, kun jotkut aminohapot on jo sidottu kovalenttisesti ja P-kohdassa on siirto-RNA-molekyyli..

Siirto-RNA, jolla on seuraava sisällytettävä aminohappo, on sitoutunut kohtaan A emäsparin kanssa lähettäjän RNA: n kanssa. Sitten peptidin karboksyyliterminaalinen osa vapautuu siirto-RNA: sta P-kohdalla rikkomalla suuren energian sidos siirto-RNA: n ja aminohapon välillä, joka kuljettaa.

Vapaa aminohappo sitoutuu ketjuun ja muodostuu uusi peptidisidos. Tämän koko prosessin keskeistä reaktiota välittää peptidyylitransferaasientsyymi, joka löytyy ribosomien suuresta alayksiköstä. Siten ribosomi liikkuu messenger-RNA: n läpi, kääntämällä aminohappojen dialektin proteiineiksi.

Kuten transkriptiossa, myös proteiinien translaation aikana on mukana venymä- tekijöitä. Nämä elementit lisäävät prosessin nopeutta ja tehokkuutta.

Käännöksen loppuun saattaminen

Käännösprosessi päättelee, kun ribosomi löytää pysäytyskoodonit: UAA, UAG tai UGA. Näitä ei tunnisteta mikään siirto-RNA ja ei sido mitään aminohappoa.

Tällä hetkellä proteiinit, jotka tunnetaan vapautumis- tekijöinä, sitoutuvat ribosomiin ja tuottavat katalyytin vesimolekyylistä eikä aminohaposta. Tämä reaktio vapauttaa karboksyyliterminaalisen pään. Lopuksi peptidiketju vapautuu solusytoplasmaan.

viittaukset

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemia. 5. painos. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Kutsu biologiaan. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., ja Baltimore, D. (1990). Molekyylisolubiologia. New York: tieteelliset amerikkalaiset kirjat.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton ja Hall lääketieteellisen fysiologian e-kirja. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geenejä. Volume 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Solu- ja molekyylibiologia. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomin rakenne ja käännösmekanismi. solu, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R. & Case, C. L. (2007). Johdatus mikrobiologiaan. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N. & Cate, J. H. D. (2012). Eukaryoottisen ribosomin rakenne ja toiminta. Cold Spring Harborin näkökulmat biologiassa, 4(5), a011536.