Синтез білкових стадій та їх характеристики



The синтез білка це біологічна подія, яка відбувається практично у всіх живих істотах. Постійно клітини приймають інформацію, що зберігається в ДНК, і, завдяки наявності дуже складного спеціалізованого обладнання, перетворюють її в білкові молекули.

Однак 4-буквений код, зашифрований в ДНК, не перетворюється безпосередньо в білки. У цьому процесі бере участь РНК-молекула, яка функціонує як посередник, званий месенджером РНК.

Коли клітинам потрібен конкретний білок, нуклеотидна послідовність відповідної ділянки в ДНК копіюється в РНК - в процесі, який називається транскрипцією - і це, в свою чергу, перекладається на даний білок.

Описаний потік інформації (ДНК до РНК і РНК повідомлення до білків) відбувається від дуже простих істот, таких як бактерії, до людини. Ця серія кроків була названа центральною «догмою» біології.

Техніка, відповідальна за синтез білків, - рибосоми. Ці невеликі клітинні структури знаходяться у великій частці в цитоплазмі і прикріплюються до ендоплазматичного ретикулуму.

Індекс

  • 1 Що таке білки?
  • 2 Етапи і характеристики
    • 2.1 Транскрипція: від ДНК до месенджеру РНК
    • 2.2 Сплайсинг месенджерної РНК
    • 2.3 Види РНК
    • 2.4 Переклад: від РНК до білків
    • 2.5 Генетичний код
    • 2.6. Зв'язування амінокислоти з перенесенням РНК
    • 2.7 Повідомлення РНК декодується рибосомами
    • 2.8 Подовження поліпептидного ланцюга
    • 2.9 Завершення перекладу
  • 3 Посилання

Що таке білки?

Білки - це макромолекули, утворені з амінокислот. Вони складають майже 80% протоплазми всієї зневодненої клітини. Всі білки, що входять до складу організму, називаються "протеом".

Його функції множинні і різноманітні, від структурних ролей (колагену) до транспорту (гемоглобін), каталізаторів біохімічних реакцій (ферментів), захисту від патогенів (антитіл), серед інших.

Існує 20 видів природних амінокислот, які поєднуються пептидними зв'язками, що дає початок білків. Кожна амінокислота характеризується наявністю певної групи, яка надає певні хімічні та фізичні властивості.

Етапи і характеристики

Спосіб, яким клітина вдається інтерпретувати повідомлення ДНК, відбувається через два фундаментальних події: транскрипцію і трансляцію. Багато копії РНК, які були скопійовані з одного і того ж гена, здатні синтезувати значну кількість ідентичних білкових молекул.

Кожен ген транскрибується і переводиться по-різному, дозволяючи клітці виробляти різні кількості широкого ряду білків. Цей процес включає різноманітні шляхи клітинної регуляції, які зазвичай включають контроль у виробництві РНК.

Першим кроком, який клітина повинна зробити, щоб розпочати виробництво білків, є прочитання повідомлення, написаного на молекулі ДНК. Ця молекула є універсальною і містить всю інформацію, необхідну для побудови та розвитку органічних істот.

Далі ми опишемо, як відбувається синтез білка, починаючи процес «читання» генетичного матеріалу і закінчуючи виробництвом білків. як така.

Транскрипція: від ДНК до месенджеру РНК

Повідомлення в подвійній спіралі ДНК записується чотирибуквеним кодом, що відповідає основам аденіну (А), гуаніну (G), цитозину (С) і тиміну (Т)..

Ця послідовність букв ДНК використовується для зміцнення РНК-еквівалентної молекули.

І ДНК, і РНК є лінійними полімерами, утвореними нуклеотидами. Однак вони хімічно відрізняються у двох фундаментальних аспектах: нуклеотиди в РНК - рибонуклеотиди і замість бази тиміну, РНК представлена ​​урацилом (U), який пара з аденином.

Процес транскрипції починається з відкриття подвійної спіралі в конкретній області. Один з двох ланцюгів діє як "шаблон" або темперамент для синтезу РНК. Нуклеотиди будуть додані за правилами спарювання основ, C з G і A з U.

Основним ферментом, що бере участь у транскрипції, є РНК-полімераза. Він відповідає за каталізацію утворення фосфодіефірних зв'язків, які приєднуються до нуклеотидів ланцюга. Ланцюг висувається в напрямку 5 'до 3'.

Зростання молекули включає різні білки, відомі як "фактори подовження", які відповідають за підтримання зв'язування полімерази до кінця процесу.

Сплайсинг месенджерной РНК

У еукаріотів гени мають специфічну структуру. Послідовність переривається елементами, які не є частиною білка, званого інтронами. Термін протистоїть терміну екзона, який включає частини гена, які будуть переведені на білки.

The сплайсингу це фундаментальна подія, яка складається з усунення інтронів молекули посланця, щоб викинути молекулу, побудовану виключно екзонами. Кінцевим продуктом є зріла РНК. Фізично складна і динамічна техніка має місце в селезінці.

На додаток до сплайсингу, передавальна РНК піддається перешивці додатковим кодуванням. Додано "капюшон", хімічна природа якого - модифікований нуклеотид гуаніну, а на 5'-кінці і хвіст декількох аденинов на іншому кінці.

Типи РНК

У клітці виробляють різні типи РНК. Деякі гени в клітці продукують молекулу РНК-месенджера, і це перетворюється на білок - як ми побачимо пізніше. Однак є гени, кінцевим продуктом яких є сама молекула РНК.

Наприклад, в геномі дріжджів близько 10% генів цього гриба мають молекули РНК в якості кінцевого продукту. Важливо згадати їх, оскільки ці молекули відіграють фундаментальну роль, коли мова йде про синтез білка.

- Рибосомна РНК: Рибосомна РНК є частиною серця рибосом, ключових структур для синтезу білків.

Обробка рибосомних РНК та їх подальше збирання в рибосоми відбувається в дуже помітній структурі ядра - хоча вона не обмежена мембраною - називається ядром.

- Перенесення РНК: Вона працює як адаптер, який вибирає певну амінокислоту і разом з рибосомою вони включають амінокислотний залишок у білок. Кожна амінокислота пов'язана з молекулою перенесення РНК.

У еукаріот є три типи полімераз, які, хоча і структурно дуже схожі один на одного, грають різні ролі.

РНК-полімераза I і III транскрибують гени, що кодують перенесення РНК, рибосомну РНК і деякі малі РНК. РНК-полімераза II фокусується на трансляції генів, що кодують білки.

- Малі РНК, пов'язані з регулюванням: oІнші РНК короткої довжини беруть участь у регуляції експресії генів. Серед них мікроРНК і малі інтерферують РНК.

МікроРНК регулюють експресію, блокуючи певне повідомлення, а невеликі інтерференції вимикають експресію за допомогою прямої деградації месенджера. Аналогічно, існують невеликі ядерні РНК, які беруть участь у процесі сплайсингу РНК.

Переклад: від РНК до білків

Після того, як РНК дозріває через процес сплайсингу і вона проходить від ядра до клітинної цитоплазми, починається синтез білків. Цей експорт опосередковується комплексом ядерних пор - ряд водних каналів, розташованих в мембрані ядра, що безпосередньо з'єднує цитоплазму і нуклеоплазму..

У повсякденному житті ми використовуємо термін "переклад" для позначення перетворення слів з однієї мови на іншу.

Наприклад, ми можемо перекласти книгу з англійської на іспанську. На молекулярному рівні переклад передбачає зміну мови від РНК до білка. Точніше, це зміна нуклеотидів на амінокислоти. Але як відбувається ця зміна діалекту??

Генетичний код

Нуклеотидна послідовність гена може бути перетворена в білки згідно з правилами, встановленими генетичним кодом. Це було розшифровано на початку 60-х років.

Як читач зможе зробити висновок, переклад не може бути одним або одним, оскільки є тільки 4 нуклеотиди і 20 амінокислот. Логіка наступна: об'єднання трьох нуклеотидів відомо як "триплети" і вони пов'язані з певною амінокислотою.

Оскільки може бути 64 можливих триплети (4 x 4 x 4 = 64), генетичний код є надлишковим. Тобто одна і та ж амінокислота кодується більш ніж одним триплетом.

Наявність генетичного коду є універсальним і використовується всіма живими організмами, які сьогодні населяють землю. Це дуже широке застосування є одним з найбільш дивовижних молекулярних гомологій природи.

Зв'язування амінокислоти з перенесенням РНК

Кодони або триплети, що знаходяться в молекулі РНК-мессенджера, не мають здатності безпосередньо розпізнавати амінокислоти. Навпаки, трансляція месенджевої РНК залежить від молекули, яка вдається розпізнавати і зв'язувати кодон і амінокислоту. Ця молекула являє собою перенесення РНК.

Трансферна РНК може бути складена в складну тривимірну структуру, яка нагадує конюшину. У цій молекулі є область, яка називається "антикодон", утворена трьома послідовними нуклеотидами, що з'єднуються з послідовними комплементарними нуклеотидами ланцюга РНК-ланцюга..

Як згадувалося в попередньому розділі, генетичний код є надлишковим, тому деякі амінокислоти мають більше однієї трансферної РНК.

Виявлення і злиття правильної амінокислоти з перенесенням РНК є процесом, опосередкованим ферментом під назвою аміноацил-тРНК синтетаза. Цей фермент відповідає за приєднання обох молекул через ковалентную зв'язок.

Повідомлення РНК декодується рибосомами

Для утворення білка амінокислоти з'єднуються між собою пептидними зв'язками. Процес зчитування месенджерної РНК і зв'язування специфічних амінокислот відбувається в рибосомах.

Рибосоми є каталітичними комплексами, утвореними більш ніж 50 молекулами білка і кількома типами рибосомної РНК. У еукаріотичних організмах середня клітина містить, в середньому, мільйони рибосом в цитоплазматичній середовищі.

Конструктивно рибосома складається з великої субодиниці і невеликої субодиниці. Функція малої частини полягає в тому, щоб перенесення РНК було правильно спарене з РНК, а велика субодиниця каталізує утворення пептидного зв'язку між амінокислотами.

Коли процес синтезу не є активним, дві субодиниці, які утворюють рибосоми, розділяються. На початку синтезу месенджерна РНК пов'язує обидві субодиниці, зазвичай поблизу 5 'кінця..

У цьому процесі подовження поліпептидного ланцюга відбувається шляхом додавання нового амінокислотного залишку в наступних стадіях: зв'язування перенесення РНК, утворення пептидного зв'язку, транслокації субодиниць. Результатом цього останнього кроку є рух повного рибосоми і починається новий цикл.

Подовження поліпептидного ланцюга

У рибосомах виділяють три ділянки: ділянки Е, Р і А (див. Головне зображення). Процес подовження починається тоді, коли деякі амінокислоти вже ковалентно зв'язані, і на Р-ділянці є молекула перенесення РНК..

Трансферна РНК, яка має наступну амінокислоту, яка повинна бути включена, пов'язана з ділянкою А спарюванням підстав з несучою РНК. Потім, карбоксильна кінцева частина пептиду вивільняється з РНК-переносу на P-ділянці шляхом розщеплення високоенергетичного зв'язку між РНК-переносом і амінокислотою, яка несе.

Вільна амінокислота зв'язується з ланцюгом, і утворюється нова пептидна зв'язок. Центральна реакція всього цього процесу опосередковується ферментом пептидилтрансфераза, який знаходиться у великій субодиниці рибосом. Таким чином, рибосома рухається через месенджерную РНК, переводячи діалект амінокислот у білки.

Як і в транскрипції, фактори подовження також беруть участь під час трансляції білків. Ці елементи збільшують швидкість і ефективність процесу.

Завершення перекладу

Процес перекладу завершується, коли рибосома знаходить стоп-кодони: UAA, UAG або UGA. Вони не розпізнаються жодною трансферною РНК і не зв'язують амінокислоти.

В цей час білки, відомі як фактори вивільнення, зв'язуються з рибосомою і виробляють каталіз молекули води, а не амінокислоти. Ця реакція вивільняє карбоксильний кінцевий кінець. Нарешті, пептидний ланцюг вивільняється в цитоплазму клітини.

Список літератури

  1. Берг Я. М., Тимочко JL, Stryer L. (2002). Біохімія 5-е видання. Нью-Йорк: W H Фрімен.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Запрошення до біології. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J.E., Lodish, H.F., & Baltimore, D. (1990). Молекулярна клітинна біологія. Нью-Йорк: Наукові американські книги.
  4. Hall, J. E. (2015). Підручник Гейтона і Холла медичної фізіології електронної книги. Elsevier Health Sciences.
  5. Левін, Б. (1993). Гени Том 1. Реверте.
  6. Lodish, H. (2005). Клітинна і молекулярна біологія. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Структура рибосоми і механізм трансляції. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Введення в мікробіологію. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D.N. & Cate, J.H.D. (2012). Структура і функція еукаріотичної рибосоми. Перспективи Cold Spring Harbor в біології, 4(5), a011536.