Olbaltumvielu stadiju un to īpašību sintēze



The olbaltumvielu sintēze tas ir bioloģisks notikums, kas notiek praktiski visās dzīvajās būtnēs. Pastāvīgi šūnas ņem DNS glabāto informāciju un, pateicoties ļoti sarežģītām specializētām mašīnām, pārveido to par olbaltumvielu molekulām.

Tomēr četru burtu kods, kas šifrēts DNS, nepārveidojas tieši proteīnos. Šajā procesā ir iesaistīta RNS molekula, kas darbojas kā starpnieks, ko sauc par kurjera RNS.

Kad šūnām ir vajadzīgs konkrēts proteīns, DNS piemērotās daļas nukleotīdu secība tiek kopēta uz RNS - procesā, ko sauc par transkripciju, un tas savukārt tiek pārvērsts attiecīgajā proteīnā.

Aprakstītās informācijas plūsma (DNS uz ziņotāja RNS un RNS ziņojumu proteīniem) notiek no ļoti vienkāršām būtnēm, piemēram, baktērijām cilvēkiem. Šo soļu sēriju sauc par bioloģijas centrālo "dogmu".

Mašīnas, kas atbild par sintēzes proteīniem, ir ribosomas. Šīs mazās šūnu struktūras lielā mērā atrodamas citoplazmā un tiek piestiprinātas pie endoplazmas retikulāta..

Indekss

  • 1 Kas ir proteīni?
  • 2 Posmi un raksturlielumi
    • 2.1. Transkripcija: no DNS līdz kurjera RNS
    • 2.2 Kurjera RNS sadalīšana
    • 2.3. RNS veidi
    • 2.4. Tulkošana: no ziņotāja RNS uz proteīniem
    • 2.5 Ģenētiskais kods
    • 2.6. Aminoskābes savienošana ar pārneses RNS
    • 2.7 RNS ziņojumu dekodē ribosomas
    • 2.8. Polipeptīda ķēdes pagarināšana
    • 2.9. Tulkošanas pabeigšana
  • 3 Atsauces

Kas ir proteīni?

Olbaltumvielas ir makromolekulas, kas veidojas no aminoskābēm. Tie veido gandrīz 80% no visas dehidrētas šūnas protoplazmas. Visus proteīnus, kas veido organismu, sauc par "proteomu"..

Tās funkcijas ir daudzveidīgas un dažādas, sākot no strukturālajām lomām (kolagēns) līdz transportam (hemoglobīns), bioķīmisko reakciju katalizatoriem (fermentiem), aizsardzībai pret patogēniem (antivielām), cita starpā.

Pastāv 20 dabisko aminoskābju veidi, ko apvieno peptīdu saites, lai radītu proteīnus. Katrai aminoskābei ir raksturīga konkrēta grupa, kas dod īpašas ķīmiskās un fizikālās īpašības.

Posmi un raksturlielumi

Veids, kādā šūnas izdodas iztulkot DNS ziņojumu, notiek divos fundamentālos notikumos: transkripcijā un tulkošanā. Daudzas RNS kopijas, kas ir kopētas no tā paša gēna, spēj sintezēt ievērojamu skaitu identisku proteīnu molekulu.

Katrs gēns tiek transkribēts un tulkots diferencēti, ļaujot šūnai iegūt dažādus daudzveidīgus proteīnus. Šis process ietver dažādus šūnu regulēšanas ceļus, kas parasti ietver kontroli RNS ražošanā.

Pirmais solis, kas šūnai jādara, lai sāktu proteīnu ražošanu, ir lasīt ziņu, kas uzrakstīta uz DNS molekulas. Šī molekula ir universāla un satur visu informāciju, kas nepieciešama organisko būtņu būvniecībai un attīstībai.

Pēc tam mēs aprakstīsim, kā notiek proteīnu sintēze, sākot ģenētiskā materiāla nolasīšanas procesu un beidzot ar proteīnu ražošanu. per se.

Transkripcija: no DNS līdz kurjera RNS

DNS dubultā spirāles ziņojums ir rakstīts ar četru burtu kodu, kas atbilst bāzes adenīnam (A), guanīnam (G), citozīnam (C) un timīnam (T).

Šī DNS burtu secība tiek izmantota RNS ekvivalentās molekulas rūdīšanai.

Gan DNS, gan RNS ir lineāri polimēri, ko veido nukleotīdi. Tomēr tie ķīmiski atšķiras divos pamataspektos: RNNS nukleotīdi ir ribonukleotīdi un timīna bāzes vietā RNS uzrāda uracilu (U), kas pārī ar adenīnu..

Transkripcijas process sākas ar dubultā spirāles atvēršanu noteiktā reģionā. Viena no divām ķēdēm darbojas kā "veidne" vai RNS sintēzes temperaments. Nukleotīdi tiks pievienoti, pamatojoties uz bāzes savienošanas noteikumiem, C ar G un A ar U.

Galvenais transkripcijā iesaistītais enzīms ir RNS polimerāze. Tā ir atbildīga par fosfodiestera obligāciju veidošanās katalizēšanu, kas savieno ķēdes nukleotīdus. Ķēde tiek paplašināta 5 'līdz 3' virzienā.

Molekulas augšana ietver dažādus proteīnus, kas pazīstami kā "pagarinājuma faktori", kas ir atbildīgi par polimerāzes saistīšanās saglabāšanu līdz procesa beigām..

Kurjera RNS sadalīšana

Eukariotos gēniem ir īpaša struktūra. Secību pārtrauc elementi, kas nav proteīna daļa, ko sauc par introniem. Termins ir pretējs eksonam, kas ietver gēnu daļas, kas tiks pārvērstas proteīnos.

The splicing tas ir būtisks notikums, kas sastāv no kurjera molekulas intronu likvidēšanas, izmetot vienīgi eksonus veidotu molekulu. Galaprodukts ir nobriedis kurjera RNS. Fizikāli splenosomā notiek sarežģīta un dinamiska mašīna.

Papildus splicēšanai, ziņotāja RNS pirms tulkošanas veic papildu kodējumus. Pievienots "pārsegs", kura ķīmiskais raksturs ir modificēts guanīna nukleotīds un vairāku adenīnu otrā galā un astes galā..

RNS veidi

Šūnā tiek veidoti dažādi RNS veidi. Daži šūnu gēni ražo ziņotāja RNS molekulu, un tas tiek pārvērsts olbaltumvielā - kā mēs redzēsim vēlāk. Tomēr ir gēni, kuru galaprodukts ir pati RNS molekula.

Piemēram, rauga genomā apmēram 10% no šīs sēnītes gēniem ir gala produkts ar RNS molekulām. Ir svarīgi tos pieminēt, jo šīm molekulām ir būtiska loma proteīna sintēzes jomā.

- Ribosomu RNS: ribosomu RNS ir daļa no ribosomu sirds, galvenajām proteīnu sintēzes struktūrām.

Ribosomu RNS apstrāde un to turpmākā montāža ribosomās notiek ļoti skaidri redzamā kodola struktūrā - lai gan to nenosaka membrāna, ko sauc par kodolu..

- Pārsūtīt RNS: Tas darbojas kā adapteris, kas izvēlas konkrētu aminoskābi un kopā ar ribosomu iekļauj olbaltumvielu aminoskābju atlikumu. Katra aminoskābe ir saistīta ar pārneses RNS molekulu.

Eukariotos ir trīs veidu polimerāzes, kas, lai gan strukturāli ļoti līdzīgas viena otrai, spēlē dažādas lomas.

RNS polimerāze I un III pārraksta gēnus, kas kodē pārneses RNS, ribosomu RNS un dažas nelielas RNS. RNS polimerāze II koncentrējas uz gēnu, kas kodē proteīnus, tulkošanu.

- Mazas RNS, kas saistītas ar regulēšanu: oCiti īstermiņa RNS piedalās gēnu ekspresijas regulēšanā. To vidū ir mikroRNS un mazas traucējošās RNS.

MikroRNS regulē izteiksmi, bloķējot konkrētu ziņojumu, un mazie traucējumi izslēdz izteiksmi, izmantojot tiešo kurjera degradāciju. Līdzīgi ir arī nelielas kodola RNS, kas piedalās splicing ziņotāja RNS.

Tulkojums: no ziņojuma RNS uz proteīniem

Kad vēstnesis RNS nogatavojas splicing un tas ceļo no kodola uz šūnu citoplazmu, sākas proteīnu sintēze. Šo eksportu veic kodola poru komplekss - virkne ūdens kanālu, kas atrodas kodola membrānā, kas tieši savieno citoplazmu un nukleoplazmu..

Ikdienas dzīvē mēs lietojam terminu "tulkošana", lai atsauktos uz vārdu pārveidošanu no vienas valodas uz citu.

Piemēram, mēs varam tulkot grāmatu no angļu valodas uz spāņu valodu. Molekulārā līmenī tulkošana nozīmē valodas maiņu no RNS uz proteīnu. Precīzāk, tas ir nukleotīdu maiņa uz aminoskābēm. Bet kā notiek šāda dialekta maiņa??

Ģenētiskais kods

Gēnu nukleotīdu secību var pārveidot par proteīniem, ievērojot ģenētiskā koda noteiktos noteikumus. Tas tika atšifrēts 60. gadu sākumā.

Tā kā lasītājs varēs secināt, tulkojums nevar būt viens vai viens, jo ir tikai 4 nukleotīdi un 20 aminoskābes. Loģika ir šāda: trīs nukleotīdu savienība ir pazīstama kā "triplets", un tās ir saistītas ar konkrētu aminoskābi.

Tā kā var būt 64 iespējamie tripleti (4 x 4 x 4 = 64), ģenētiskais kods ir lieks. Tas ir, to pašu aminoskābi kodē vairāk nekā viens triplets.

Ģenētiskā koda klātbūtne ir universāla un to izmanto visi dzīvie organismi, kas šodien dzīvo zemē. Šī ļoti plaša izmantošana ir viena no pārsteidzošākajām dabas molekulārajām homoloģijām.

Aminoskābes savienošana ar pārneses RNS

Kodoniem vai tripletiem, kas atrodami ziņotāja RNS molekulā, nav spēju tieši atpazīt aminoskābes. Turpretī kurjera RNS translācija ir atkarīga no molekulas, kas spēj atpazīt un saistīt kodonu un aminoskābi. Šī molekula ir pārneses RNS.

Pārneses RNS var salocīt sarežģītā trīsdimensiju struktūrā, kas atgādina āboliņu. Šajā molekulā ir reģions, ko sauc par "antikodonu", ko veido trīs secīgi nukleotīdi, kas savienojas ar secīgiem RNS ķēdes komplementārajiem nukleotīdiem..

Kā minēts iepriekšējā sadaļā, ģenētiskais kods ir lieks, tāpēc dažām aminoskābēm ir vairāk nekā viena pārneses RNS.

Pareizās aminoskābes noteikšana un sapludināšana ar pārneses RNS ir process, ko mediē enzīms, ko sauc par aminoacil-tRNS sintetāzi. Šis enzīms ir atbildīgs par abu molekulu savienošanu ar kovalentu saiti.

RNS ziņojumu dekodē ribosomas

Lai izveidotu olbaltumvielu, aminoskābes savieno peptīdu saites. Ziņojuma RNS nolasīšanas process un specifisku aminoskābju saistīšanās notiek ribosomās.

Ribosomas ir katalītiski kompleksi, ko veido vairāk nekā 50 proteīnu molekulas un vairāki ribosomu RNS veidi. Eukariotiskajos organismos vidējā šūna satur vidēji miljonus ribosomu citoplazmas vidē.

Strukturāli ribosomu veido liela apakšvienība un neliela apakšvienība. Mazās daļas funkcija ir nodrošināt, ka pārneses RNS ir pareizi savienots ar ziņotāja RNS, bet lielā apakšvienība katalizē peptīdu saikni starp aminoskābēm..

Kad sintēzes process nav aktīvs, divas apakšvienības, kas veido ribosomas, ir atdalītas. Sintēzes sākumā kurjera RNS saista abas apakšvienības, parasti pie 5 'gala..

Šajā procesā polipeptīda ķēdes pagarināšanās notiek, pievienojot jaunu aminoskābju atlikumu šādos posmos: pārneses RNS saistīšanās, peptīdu saiknes veidošanās, apakšvienību translokācija. Pēdējā posma rezultāts ir pilnas ribosomas kustība un sākas jauns cikls.

Polipeptīda ķēdes pagarināšana

Ribosomās atšķiras trīs vietas: E, P un A vietas (skat. Galveno attēlu). Elongācijas process sākas, kad dažas aminoskābes jau ir kovalenti saistītas un P vietā ir pārneses RNS molekula..

Pārsūtīšanas RNS, kurai ir nākamā iekļaujamā aminoskābe, ir piesaistīta A vietai, balstoties uz bāzes savienojumu ar kurjera RNS. Tad peptīda karboksilterminālo daļu atbrīvo no pārneses RNS P vietā, sadalot augstu enerģētisko saiti starp pārneses RNS un aminoskābi, kas satur.

Brīvā aminoskābe saistās ar ķēdi un izveidojas jauna peptīdu saite. Šī procesa centrālā reakcija ir saistīta ar peptidila transferāzes fermentu, kas atrodams lielajā ribosomu apakšvienībā. Tādējādi ribosoma pārvietojas pa kurjera RNS, pārvēršot aminoskābju dialektu proteīnos.

Tāpat kā transkripcijā, proteīnu translācijas laikā ir iesaistīti arī pagarinājuma faktori. Šie elementi palielina procesa ātrumu un efektivitāti.

Tulkojuma pabeigšana

Tulkošanas process beidzas, kad ribosoms atrod stopkodonus: UAA, UAG vai UGA. Nevienu pārneses RNS tās neatpazīst un nesaista nekādas aminoskābes.

Šajā laikā proteīni, kas pazīstami kā atbrīvošanas faktori, saistās ar ribosomu un rada ūdens molekulas katalīzi, nevis aminoskābes. Šī reakcija atbrīvo karboksila gala galu. Visbeidzot, peptīdu ķēde tiek izdalīta šūnu citoplazmā.

Atsauces

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Bioķīmija 5. izdevums. Ņujorka: W H Freeman.
  2. Curtis, H., un Schnek, A. (2006). Ielūgums uz bioloģiju. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnels, J.E., Lodish, H. F., un Baltimore, D. (1990). Molekulārā šūnu bioloģija. Ņujorka: zinātniskās amerikāņu grāmatas.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton un Hall medicīniskās fizioloģijas e-grāmatas mācību grāmata. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gēni 1. sējums. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Šūnu un molekulārā bioloģija. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomu struktūra un tulkošanas mehānisms. Šūna, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R. un Case, C. L. (2007). Ievads mikrobioloģijā. Ed. Panamericana Medical.
  9. Vilsons, D. N., un Kate, J.H. D. (2012). Eukariotiskās ribosomas struktūra un funkcija. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, 4(5), a011536.