SINTEZA PROTEINA: STADIJI I NJIHOVE KARAKTERISTIKE - BIOLOGIJA - 2026

Sintezu proteina je biološki događaj koji se javlja u gotovo svim živim bićima. Stanice neprestano uzimaju informacije koje su pohranjene u DNK i zahvaljujući prisutnosti visoko složenih specijaliziranih strojeva pretvaraju ih u proteinske molekule.

Međutim, četveroznamenkasti kod šifriran u DNA nije izravno pretvoren u proteine. U proces je uključena molekula RNA koja djeluje kao posrednik, koji se naziva messenger RNA.

Sinteza proteina.

Izvor:

Kad ćelijama treba određeni protein, nukleotidni slijed odgovarajućeg dijela DNK kopira se u RNK - u procesu koji se naziva transkripcija - i to se zauzvrat prevodi u predmetni protein.

Opisani protok informacija (DNK do RN glasnika i poruka RNK proteinima) odvija se od vrlo jednostavnih bića, poput bakterija do ljudi. Taj niz koraka nazvan je središnjom „dogmom“ biologije.

Strojevi odgovorni za sintezu proteina su ribosomi. Te male stanične strukture nalaze se u velikoj mjeri u citoplazmi i usidrene su u endoplazmatski retikulum.

Što su proteini?

Proteini su makromolekule sastavljene od aminokiselina. Oni čine gotovo 80% protoplazme čitave dehidrirane stanice. Svi proteini koji čine organizam nazivaju se "proteome".

Njegove funkcije su višestruke i raznolike, od strukturnih uloga (kolagen) do transporta (hemoglobin), katalizatora za biokemijske reakcije (enzima), obrane od patogena (antitijela), između ostalog.

Postoji 20 vrsta prirodnih aminokiselina koje se kombiniraju peptidnim vezama kako bi tvorile proteine. Svaku aminokiselinu karakterizira određena skupina koja joj daje određena kemijska i fizikalna svojstva.

Faze i karakteristike

Način na koji stanica uspijeva protumačiti DNK poruku događa se kroz dva temeljna događaja: transkripciju i prijevod. Mnoge kopije RNA, kopirane iz istog gena, sposobne su sintetizirati značajan broj identičnih molekula proteina.

Svaki gen se različito prepisuje i prevodi, što omogućava stanici da proizvodi različite količine širokog spektra proteina. Ovaj postupak uključuje različite stanične regulatorne puteve, koji općenito uključuju kontrolu proizvodnje RNA.

Prvi korak koji stanica mora učiniti kako bi započela proizvodnju proteina jest čitanje poruke napisane na molekuli DNK. Ova molekula je univerzalna i sadrži sve informacije potrebne za izgradnju i razvoj organskih bića.

Zatim ćemo opisati kako nastaje sinteza proteina, započinjući proces „čitanja“ genetskog materijala i završavajući proizvodnjom proteina kao takvog.

Transkripcija: s DNK u mesna RNA

Poruka na dvostrukoj spirali DNA napisana je u četveroznamenkastom kôdu koji odgovara bazama adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T).

Ovaj niz DNK slova služi kao predložak za izgradnju ekvivalentne molekule RNA.

I DNA i RNA su linearni polimeri sastavljeni od nukleotida. Međutim, oni se kemijski razlikuju u dva temeljna aspekta: nukleotidi u RNA su ribonukleotidi i umjesto baznog timina RNA ima uracil (U) koji se spaja s adeninom.

Postupak transkripcije započinje otvaranjem dvostruke spirale u određenoj regiji. Jedan od dva lanca djeluje kao "predložak" ili predložak za sintezu RNA. Nukleotidi će biti dodani slijedeći osnovna pravila uparivanja, C s G i A s U.

Glavni enzim koji je uključen u transkripciju je RNA polimeraza. Zadužen je za kataliziranje stvaranja fosfodiesterskih veza koje se pridružuju nukleotidima u lancu. Lanac se proteže u smjeru 5 'do 3'.

Rast molekule uključuje različite proteine ​​poznate kao "faktori izduživanja" koji su odgovorni za održavanje vezanja polimeraze do kraja procesa.

Spajanje glasnika RNA

Izvor: By BCSteve, iz Wikimedia Commons U eukariotima geni imaju specifičnu strukturu. Niz se prekida elementima koji nisu dio proteina, a nazivaju se introni. Izraz se protivi egzonu, koji uključuje dijelove gena koji će se prevesti u proteine.

Spajanje je temeljni događaj koji se sastoji u eliminaciji introna glasnika molekule, da bi se izbacila molekula koju su izgradili isključivo egzoni. Krajnji je proizvod RNA zrelog glasnika. Fizički se odvija u spliceosomu, složenom i dinamičnom stroju.

Uz spajanje, RNA glasnika podvrgava se dodatnom kodingu prije prevođenja. Dodaje se "kapuljača" čija je kemijska priroda modificirani nukleotid guanina, a na kraju 5 'i rep nekoliko adenina na drugom kraju.

RNA tipovi

U stanici se proizvode različite vrste RNA. Neki geni u stanici proizvode glasnik RNA molekule i to se prevodi u protein - kao što ćemo vidjeti kasnije. Međutim, postoje geni čiji je krajnji produkt sama molekula RNA.

Na primjer, u genomu kvasca oko 10% gena kvasca ima RNA molekule kao svoj konačni proizvod. Važno ih je spomenuti, jer ove molekule igraju temeljnu ulogu kada je u pitanju sinteza proteina.

- Ribosomalna RNA: ribosomalna RNA dio je srca ribosoma, ključnih struktura za sintezu proteina.

Izvor: Jane Richardson (Dcrjsr), iz Wikimedia Commons Prerada ribosomalnih RNA i njihovo naknadno uklapanje u ribosome odvija se u vrlo uočljivoj strukturi jezgre - iako nije omeđena membranom - nazvanom jezgrom.

- Prijenos RNA: djeluje kao adapter koji odabire određenu aminokiselinu i zajedno s ribosomom uključuje aminokiselinski ostatak u protein. Svaka aminokiselina je povezana s molekulom prijenosne RNA.

U eukariotama postoje tri vrste polimeraza koje, iako su međusobno strukturno vrlo slične, igraju različite uloge.

RNA polimeraza I i III prepisuju gene koji kodiraju prijenos RNA, ribosomalnu RNK i neke male RNA. RNA polimeraza II cilja translaciju gena koji kodiraju proteine.

- Male RNK povezane s regulacijom: Ostale RNA kratke duljine sudjeluju u regulaciji ekspresije gena. Tu spadaju mikroRNA i male interferirajuće RNK.

MikroRNA reguliraju ekspresiju blokiranjem određene poruke, a male ometajuće ekspresije isključuju izraz izravnom degradacijom glasnika. Slično tome, postoje male nuklearne RNA koje sudjeluju u procesu spajanja messenger RNA.

Prijevod: iz RNA glasnika u proteine

Jednom kada glasnik RNA sazrijeva u procesu spajanja i putuje od jezgre do stanične citoplazme, započinje sinteza proteina. Taj izvoz posreduje kompleks nuklearnih pora - niz vodenih kanala smješten u membrani jezgre koji izravno spajaju citoplazmu i nukleoplazmu.

U svakodnevnom životu koristimo izraz "prijevod" za označavanje pretvorbe riječi iz jednog jezika u drugi.

Na primjer, možemo prevesti knjigu s engleskog na španjolski. Na molekularnoj razini prijevod uključuje promjenu jezika s RNK u protein. Točnije, to je promjena od nukleotida do aminokiselina. Ali kako dolazi do te promjene dijalekta?

Genetski kod

Nukleotidna sekvenca gena može se transformirati u proteine ​​slijedeći pravila utvrđena genetskim kodom. To je dešifrirano početkom 1960-ih.

Kao što će čitatelj moći zaključiti, prijevod ne može biti jedan ili jedan, jer postoje samo 4 nukleotida i 20 aminokiselina. Logika je sljedeća: sjedinjenje tri nukleotida poznato je kao "trostruko" i oni su povezani s određenom aminokiselinom.

Budući da može biti 64 moguća trostruka (4 x 4 x 4 = 64), genetski kod je suvišan. Odnosno, ista aminokiselina je kodirana s više od jednog trojca.

Prisutnost genetskog koda je univerzalna i koriste ga svi živi organizmi koji danas obitavaju u zemlji. Ova velika upotreba jedna je od najupečatljivijih molekularnih homologija u prirodi.

Spajanje aminokiseline za prijenos RNA

Kododoni ili trostruke pronađene u molekuli RNA glasnika nemaju sposobnost direktnog prepoznavanja aminokiselina. Suprotno tome, prijevod RNA glasnika ovisi o molekuli koja može prepoznati i vezati kodon i aminokiselinu. Ova molekula je prijenosna RNA.

Prijenosna se RNA može saviti u složenu trodimenzionalnu strukturu koja nalikuje djetelini. U ovoj se molekuli nalazi regija nazvana "antikodon", formirana od tri uzastopna nukleotida koja se spajaju s uzastopnim komplementarnim nukleotidima lanca RNA glasnika.

Kao što smo spomenuli u prethodnom odjeljku, genetski je kod suvišan, pa neke aminokiseline imaju više od jedne prijenosne RNA.

Detekcija i fuzija ispravne aminokiseline u prijenosnu RNK je proces posredovan enzimom nazvanim aminoacil-tRNA sintetaza. Ovaj enzim odgovoran je za povezivanje obje molekule kroz kovalentnu vezu.

RNA poruku dekodira ribosomi

Da bi tvorile protein, aminokiseline su povezane peptidnim vezama. Proces čitanja glasnika RNA i vezanje specifičnih aminokiselina događa se u ribosomima.

ribosoma

Ribosomi su katalitički kompleksi sastavljeni od više od 50 molekula proteina i različitih vrsta ribosomalne RNA. U eukariotskim organizmima prosječna stanica sadrži u prosjeku milijune ribosoma u citoplazmatskom okruženju.

Strukturno, ribosom je sastavljen od velike i male podjedinice. Uloga malog dijela je osigurati da prijenosna RNA ispravno bude uparena s glasnikom RNA, dok velika podjedinica katalizira stvaranje peptidne veze između aminokiselina.

Kada proces sinteze nije aktivan, dvije su podjedinice koje čine ribosome razdvojene. Na početku sinteze glasnik RNA spaja obje podjedinice, obično blizu kraja 5 '.

U ovom procesu, izduživanje polipeptidnog lanca nastaje dodavanjem novog aminokiselinskog ostatka u sljedećim koracima: vezivanje prijenosne RNA, formiranje peptidne veze, premještanje podjedinica. Rezultat ovog posljednjeg koraka je kretanje cijelog ribosoma i započinje novi ciklus.

Produženje polipeptidnog lanca

U ribosomima razlikuju se tri mjesta: mjesta E, P i A (vidi glavnu sliku). Proces izduživanja započinje kada su neke aminokiseline već kovalentno povezane i na P mjestu postoji prijenosna molekula RNA.

Prijenosna RNA koja ima slijedeću aminokiselinu koja će biti ugrađena veže se na mjesto A spajanjem s bazom RNA. Karboksi-terminalni dio peptida se zatim oslobađa iz prijenosne RNA na P mjestu razbijanjem visokoenergetske veze između prijenosne RNA i aminokiseline koju nosi.

Slobodna aminokiselina je vezana u lancu i stvara se nova peptidna veza. Središnja reakcija u ovom cjelokupnom procesu posreduje enzim peptidil transferaza koja se nalazi u velikoj podjedinici ribosoma. Tako ribosom putuje kroz messenger RNA, prevodeći dijalekt iz aminokiselina u proteine.

Kao i kod transkripcije, tijekom prevođenja proteina također su uključeni faktori izduživanja. Ovi elementi povećavaju brzinu i učinkovitost postupka.

Dovršavanje prijevoda

Proces prevođenja završava kada ribosom naiđe na zaustavne kodone: UAA, UAG ili UGA. One se ne prepoznaju nikakvim prijenosnim RNA i ne vežu nikakve aminokiseline.

U to se vrijeme proteini poznati kao faktori otpuštanja vežu na ribosom i uzrokuju katalizu molekule vode, a ne aminokiseline. Ova reakcija oslobađa krajnji karboksilni kraj. Konačno, peptidni lanac se oslobađa u staničnoj citoplazmi.

Reference

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemija. 5. izdanje New York: WH Freeman.
2. Curtis, H., i Schnek, A. (2006). Poziv na biologiju. Panamerican Medical Ed.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, & Baltimore, D. (1990). Molekularna stanična biologija. New York: Znanstvene američke knjige.
4. Hall, JE (2015). Guyton i Hall udžbenik e-knjige medicinske fiziologije. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). geni Svezak 1. reverte.
6. Lodish, H. (2005). Stanična i molekularna biologija. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomska struktura i mehanizam prevođenja. Stanica, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Uvod u mikrobiologiju. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Struktura i funkcija eukariotskog ribosoma. Perspektive Cold Spring Harbor iz biologije, 4 (5), a011536.