СИНТЕЗА ПРОТЕИНА: СТАДИЈУМИ И ЊИХОВЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Синтезу протеина је биолошка манифестација која се јавља у скоро свим живим бићима. Ћелије непрестано узимају информације које се чувају у ДНК и захваљујући присуству веома сложених специјализованих машина трансформишу их у протеинске молекуле.

Међутим, четверозначни код шифрован у ДНК није директно претворен у протеине. Молекул РНА који функционише као посредник, зван мессенгер РНА, укључен је у процес.

Синтезу протеина.
Извор: хттпс://уплоад.викимедиа.орг/википедиа/цоммонс/а/а7/Рибосоме_мРНА_транслатион_ес.свг

Када ћелијама треба одређени протеин, нуклеотидна секвенца одговарајућег дела ДНК се копира у РНК - у процесу који се зове транскрипција - и то се заузврат преводи у протеин који је у питању.

Описани проток информација (ДНК до мессенгер РНА и порука РНА протеинима) одвија се од веома једноставних бића, попут бактерија до људи. Овај низ корака назван је централном „догмом“ биологије.

Машина одговорна за синтезу протеина су рибосоми. Те мале ћелијске структуре налазе се у великој мери у цитоплазми и усидрене су у ендоплазматски ретикулум.

Шта су протеини?

Протеини су макромолекуле сачињене од аминокиселина. Оне чине скоро 80% протоплазме целе дехидриране ћелије. Сви протеини који чине организам се називају "протеоме".

Његове функције су вишеструке и разнолике, од структурних улога (колаген) до транспорта (хемоглобин), катализатора за биохемијске реакције (ензима), одбране од патогена (антитела), између осталог.

Постоји 20 врста природних аминокиселина које су комбиноване пептидним везама да би формирале протеине. Сваку аминокиселину карактерише одређена група која јој даје одређена хемијска и физичка својства.

Фазе и карактеристике

Начин на који ћелија успева да протумачи ДНК поруку догађа се кроз два основна догађаја: транскрипцију и превод. Многе копије РНК, копиране из истог гена, способне су да синтетишу значајан број идентичних молекула протеина.

Сваки ген се различито преписује и преводи, омогућавајући ћелији да производи различите количине широког спектра протеина. Овај процес укључује различите ћелијске регулаторне путеве, који углавном укључују контролу производње РНА.

Први корак који ћелија мора да учини да би започела производњу протеина јесте читање поруке написане на молекули ДНК. Овај молекул је универзалан и садржи све информације неопходне за изградњу и развој органских бића.

Затим ћемо описати како настаје синтеза протеина, почевши од овог процеса „читања“ генетског материјала и завршавајући производњом протеина као таквог.

Транскрипција: са ДНК у месна РНА

Порука на двострукој спирали ДНК написана је у четворозначном коду који одговара базама аденин (А), гванин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т).

Овај низ ДНК слова служи као образац за изградњу еквивалентног молекула РНА.

И ДНК и РНА су линеарни полимери сачињени од нуклеотида. Међутим, хемијски се разликују у два основна аспекта: нуклеотиди у РНА су рибонуклеотиди и уместо базног тимина РНА има урацил (У) који се парује са аденином.

Процес транскрипције започиње отварањем двоструке спирале у одређеној регији. Један од два ланца делује као "предложак" или предложак за синтезу РНА. Нуклеотиди ће бити додани следећи основна правила упаривања, Ц са Г и А са У.

Главни ензим који је укључен у транскрипцију је РНА полимераза. Он је задужен за катализацију стварања фосфодиестерских веза које се придружују нуклеотидима ланца. Ланац се протеже у правцу 5 'до 3'.

Раст молекула укључује различите протеине познате као "фактори издуживања" који су одговорни за одржавање везивања полимеразе до краја процеса.

Спајање мессенгер РНА

Извор: Аутор БЦСтеве, из Викимедиа Цоммонс У еукариотима гени имају специфичну структуру. Секвенца је прекинута елементима који нису део протеина, званим интрони. Израз је супротан егзону, који укључује делове гена који ће бити преведени у протеине.

Спајање је основни догађај који се састоји од уклањања интрона из молекуларног молекула, ради истискивања молекула изграђеног искључиво ексонима. Крајњи производ је зрела месна РНА. Физички се одвија у сплицеосому, сложеној и динамичној машини.

Поред спајања, РНА за мессенгер подвргава се додатном кодингу пре превођења. Додаје се "капуљача" чија је хемијска природа модификовани нуклеотид гванина, а на крају 5 'и реп неколико аденина на другом крају.

РНА типови

У ћелији се производе различите врсте РНА. Неки гени у ћелији стварају гласник РНА молекуле и то се преводи у протеин - као што ћемо видети касније. Међутим, постоје гени чији је крајњи производ сам РНА молекул.

На пример, у геному квасца око 10% гена квасца има РНА молекуле као њихов крајњи производ. Важно их је напоменути, јер ови молекули играју фундаменталну улогу када је у питању синтеза протеина.

- Рибосомална РНА: рибосомална РНА део је срца рибосома, кључне структуре за синтезу протеина.

Извор: Јане Рицхардсон (Дцрјср), из Викимедиа Цоммонс Прерада рибосомалних РНА и њихово накнадно спајање у рибосоме одвија се у врло уочљивој структури језгра - иако није омеђена мембраном - која се назива нуклеолус.

- Пренос РНА: делује као адаптер који бира одређену аминокиселину и заједно са рибосомом укључује аминокиселински остатак у протеин. Свака аминокиселина је повезана са преносним РНА молекулом.

У еукариотама постоје три врсте полимераза које, иако су структурно врло сличне једна другој, играју различите улоге.

РНА полимераза И и ИИИ преписују гене који кодирају трансфер РНА, рибосомалну РНК и неке мале РНК. РНА полимераза ИИ циља транслацију гена који кодирају протеине.

- Мале РНК повезане са регулацијом: Остале РНК кратке дужине учествују у регулацији експресије гена. Они укључују микроРНК и мале интерферирајуће РНК.

МикроРНА регулишу експресију тако што блокирају одређену поруку, а мала интерферирајућа експресија искључује експресију директном деградацијом поруке. Слично томе, постоје мали нуклеарни РНА који учествују у процесу спајања мессенгер РНА.

Превод: из мессенгер РНА у протеине

Једном када месна РНА сазре кроз процес спајања и пређе из нуклеуса у ћелијску цитоплазму, почиње синтеза протеина. Тај извоз посредује комплекс нуклеарних пора - низ водених канала смештених у мембрани језгра који директно повезују цитоплазму и нуклеоплазму.

У свакодневном животу користимо израз "превод" да бисмо означили конверзију речи из једног језика у други.

На пример, можемо превести књигу са енглеског на шпански. На молекуларном нивоу превођење укључује промену са језика на РНК на протеин. Да будем прецизнији, то је промена од нуклеотида до аминокиселина. Али како долази до ове промене дијалекта?

Генетски код

Нуклеотидна секвенца гена може се трансформисати у протеине пратећи правила утврђена генетским кодом. Ово је дешифровано почетком 1960-их.

Као што ће читалац моћи да закључи, превод не може бити један или један, јер постоје само 4 нуклеотида и 20 аминокиселина. Логика је следећа: сједињење три нуклеотида је познато као "троструке" и оне су повезане са одређеном аминокиселином.

Пошто може бити 64 могућа трострука (4 к 4 к 4 = 64), генетски код је сувишан. Односно, иста аминокиселина је кодирана са више од једног триплета.

Присуство генетског кода је универзално и користе га сви живи организми који данас обитавају у земљи. Ова велика употреба једна је од најупечатљивијих молекуларних хомологија природе.

Спајање аминокиселине за пренос РНА

Кододони или троструке пронађене у мессенгер РНА молекулу немају способност директног препознавања аминокиселина. Супротно томе, превод мессенгер РНА зависи од молекула који може препознати и везати кодон и аминокиселину. Овај молекул је трансферна РНА.

Пренос РНА може да се пресавије у сложену тродимензионалну структуру која подсећа на детелину. У овом молекулу постоји регија звана "антикодон", формирана од три узастопна нуклеотида која се парују са узастопним комплементарним нуклеотидима ланца РНА гласника.

Као што смо поменули у претходном одељку, генетски код је сувишан, тако да неке аминокиселине имају више од једне трансферне РНА.

Детекција и фузија исправне аминокиселине у трансферну РНК је процес посредован ензимом који се зове аминоацил-тРНА синтетаза. Овај ензим је одговоран за спајање оба молекула кроз ковалентну везу.

РНА порука је декодирана од рибосома

Да би формирале протеин, аминокиселине су повезане заједно пептидним везама. Процес читања РНА гласника и везивање специфичних аминокиселина догађа се у рибосомима.

Рибозоми

Рибосоми су каталитички комплекси састављени од више од 50 молекула протеина и различитих врста рибосомалне РНА. У еукариотским организмима просечна ћелија садржи у просеку милионе рибосома у цитоплазматском окружењу.

У структуралном смислу, рибосом је састављен од велике и мале подјединице. Улога малог дела је да обезбеди да се трансферна РНА исправно упари са мессенгер РНА, док велика подјединица катализује стварање пептидне везе између аминокиселина.

Када процес синтезе није активан, две подјединице које чине рибосоме су раздвојене. На почетку синтезе, мессенгер РНА се придружује обе подјединице, углавном близу краја 5 '.

У овом процесу, продужење полипептидног ланца настаје додавањем новог аминокиселинског остатка у следећим корацима: везивање трансферне РНА, формирање пептидне везе, транслокација подјединица. Резултат овог последњег корака је кретање целог рибосома и започиње нови циклус.

Елонгација полипептидног ланца

У рибосомима се разликују три места: места Е, П и А (види главну слику). Процес издуживања започиње када су неке аминокиселине већ ковалентно повезане и на месту П постоји преносни РНА молекул.

Трансфер РНА која има следећу аминокиселину која ће бити уграђена веже се на место А базним упаривањем са мессенгер РНА. Карбоксилни терминални пептид се затим ослобађа из РНА на месту преноса разбијањем високоенергетске везе између трансферне РНК и аминокиселине коју носи.

Слободна аминокиселина је везана за ланац и формира се нова пептидна веза. Централна реакција у целом овом процесу посредује ензим пептидил трансфераза, који се налази у великој подјединици рибосома. Тако рибосом путује кроз мессенгер РНА, преводећи дијалект из аминокиселина у протеине.

Као и у транскрипцији, и фактори издуживања су такође укључени током превођења протеина. Ови елементи повећавају брзину и ефикасност процеса.

Довршавање превода

Процес превођења се завршава када рибосом наиђе на зауставне кодоне: УАА, УАГ или УГА. Оне нису препознате ниједном трансферном РНК и не вежу никакве аминокиселине.

У то време, протеини познати као фактори ослобађања вежу се за рибосом и изазивају катализу молекула воде, а не аминокиселине. Ова реакција ослобађа крајњи карбоксилни крај. Коначно, пептидни ланац се ослобађа у ћелијској цитоплазми.

Референце

1. Берг ЈМ, Тимоцзко ЈЛ, Стриер Л. (2002). Биохемија. 5. издање Нев Иорк: ВХ Фрееман.
2. Цуртис, Х. и Сцхнек, А. (2006). Позив на биологију. Панамерицан Медицал Ед.
3. Дарнелл, ЈЕ, Лодисх, ХФ, & Балтиморе, Д. (1990). Молекуларна ћелијска биологија. Нев Иорк: Сциентифиц Америцан Боокс.
4. Халл, ЈЕ (2015). Гуитон и Халл уџбеник е-књиге медицинске физиологије. Елсевиер Хеалтх Сциенцес.
5. Левин, Б. (1993). Гени Том 1. Реверте.
6. Лодисх, Х. (2005). Ћелијска и молекуларна биологија. Панамерицан Медицал Ед.
7. Рамакрисхнан, В. (2002). Рибосомска структура и механизам превођења. Целл, 108 (4), 557-572.
8. Тортора, ГЈ, Функе, БР, & Цасе, ЦЛ (2007). Увод у микробиологију. Панамерицан Медицал Ед.
9. Вилсон, ДН, и Цате, ЈХД (2012). Структура и функција еукариотског рибосома. Перспективе Цолд Спринг Харбор из биологије, 4 (5), а011536.