Bunka každého organizmu je jedna veľká továreň na výrobu chemikálií. Tu prebiehajú reakcie v biosyntéze lipidov, nukleových kyselín, sacharidov a samozrejme bielkovín. Proteíny hrajú obrovskú úlohu v živote bunky, pretože plnia mnoho funkcií: enzymatické, signalizačné, štrukturálne, ochranné a iné.
Biosyntéza bielkovín: popis procesu
Konštrukcia proteínových molekúl je zložitý viacstupňový proces, ktorý prebieha pôsobením veľkého počtu enzýmov a za prítomnosti určitých štruktúr.
Syntéza akéhokoľvek proteínu začína v jadre. Informácie o štruktúre molekuly sú zaznamenané v DNA bunky, z ktorej sa čítajú. Takmer každý gén v organizme kóduje jednu, jedinečnú molekulu proteínu.
Aká je úloha cytoplazmy v biosyntéze bielkovín? Faktom je, že cytoplazma bunky je "pool" pre monoméry komplexných látok, ako aj štruktúry, ktoré sú zodpovedné za proces syntézy proteínov. Taktiež vnútorné prostredie bunky má stálu kyslosť aobsah iónov, ktorý hrá dôležitú úlohu v biochemických reakciách.
Biosyntéza bielkovín prebieha v dvoch fázach: transkripcia a translácia.
Prepis
Toto štádium začína v jadre bunky. Tu hrajú hlavnú úlohu také nukleové kyseliny ako DNA a RNA (deoxy- a ribonukleové kyseliny). U eukaryotov je jednotkou transkripcie transkriptón, zatiaľ čo u prokaryotov sa táto organizácia DNA nazýva operón. Rozdiel medzi transkripciou u prokaryotov a eukaryotov je v tom, že operón je časť molekuly DNA, ktorá kóduje niekoľko molekúl proteínu, pričom transkripcia nesie informáciu len o jednom géne proteínu.
Hlavnou úlohou bunky v štádiu transkripcie je syntéza messenger RNA (mRNA) na templáte DNA. Za týmto účelom vstupuje do jadra enzým, ako je RNA polymeráza. Podieľa sa na syntéze novej molekuly mRNA, ktorá je komplementárna s miestom deoxyribonukleovej kyseliny.
Pre úspešné transkripčné reakcie je nevyhnutná prítomnosť transkripčných faktorov, ktoré sa tiež označujú skratkami TF-1, TF-2, TF-3. Tieto komplexné proteínové štruktúry sa podieľajú na spojení RNA polymerázy s promótorom na molekule DNA.
Syntéza mRNA pokračuje, kým polymeráza nedosiahne koncovú oblasť transkriptónu, ktorá sa nazýva terminátor.
Operátor ako ďalšia funkčná oblasť transkriptu je zodpovedný za inhibíciu transkripcie alebo naopak za urýchlenie práce RNA polymerázy. Zodpovedný zaregulácia práce transkripčných enzýmov špeciálne proteíny-inhibítory, resp. proteíny-aktivátory.
Vysielanie
Po syntetizovaní mRNA v bunkovom jadre vstupuje do cytoplazmy. Aby sme odpovedali na otázku o úlohe cytoplazmy v biosyntéze bielkovín, stojí za to podrobnejšie analyzovať ďalší osud molekuly nukleovej kyseliny v štádiu translácie.
Preklad prebieha v troch fázach: iniciácia, predĺženie a ukončenie.
Po prvé, mRNA sa musí pripojiť k ribozómom. Ribozómy sú malé nemembránové štruktúry bunky, ktoré pozostávajú z dvoch podjednotiek: malej a veľkej. Najprv sa ribonukleová kyselina pripojí k malej podjednotke a potom veľká podjednotka uzavrie celý translačný komplex, takže mRNA je vo vnútri ribozómu. Toto je vlastne koniec iniciačnej fázy.
Aká je úloha cytoplazmy v biosyntéze bielkovín? V prvom rade je to zdroj aminokyselín – hlavných monomérov akéhokoľvek proteínu. V štádiu predlžovania dochádza k postupnému budovaniu polypeptidového reťazca, počnúc štartovacím kodónom metionínom, ku ktorému sú pripojené zvyšné aminokyseliny. Kodón je v tomto prípade triplet mRNA nukleotidov, ktorý kóduje jednu aminokyselinu.
V tomto štádiu je k práci pripojený ďalší typ ribonukleovej kyseliny - transferová RNA alebo tRNA. Sú zodpovedné za dodávanie aminokyselín do komplexu mRNA-ribozóm vytvorením komplexu aminoacyl-tRNA. Rozpoznanie tRNA nastáva prostredníctvom komplementárnejinterakcie antikodónu tejto molekuly s kodónom na mRNA. Aminokyselina je teda dodaná do ribozómu a pripojená k syntetizovanému polypeptidovému reťazcu.
Ukončenie translačného procesu nastáva, keď mRNA dosiahne sekcie stop kodónu. Tieto kodóny nesú informáciu o konci syntézy peptidov, po ktorej je komplex ribozóm-RNA zničený a primárna štruktúra nového proteínu vstupuje do cytoplazmy pre ďalšie chemické transformácie.
Na procese translácie sa podieľajú špeciálne proteínové iniciačné faktory IF a elongačné faktory EF. Sú rôzneho typu a ich úlohou je zabezpečiť správne spojenie RNA s ribozómovými podjednotkami, ako aj pri syntéze samotného polypeptidového reťazca v štádiu predlžovania.
Aká je úloha cytoplazmy v biosyntéze bielkovín: stručne o hlavných zložkách biosyntézy
Po tom, čo mRNA opustí jadro do vnútorného prostredia bunky, musí molekula vytvoriť stabilný translačný komplex. Aké zložky cytoplazmy musia byť prítomné v štádiu translácie?
1. Ribozómy.
2. Aminokyseliny.
3. tRNA.
Aminokyseliny – proteínové monoméry
Pre syntézu proteínového reťazca prítomnosť štruktúrnych zložiek molekuly peptidu - aminokyselín v cytoplazme. Tieto látky s nízkou molekulovou hmotnosťou majú vo svojom zložení aminoskupinu NH2 a kyslý zvyšok COOH. Ďalšia zložka molekuly – radikál – je charakteristickým znakom každej jednotlivej aminokyseliny. Aká je úloha cytoplazmybiosyntéza bielkovín?
AA sa vyskytujú v roztokoch vo forme zwitteriónov, čo sú rovnaké molekuly, ktoré darujú alebo prijímajú vodíkové protóny. Aminoskupina aminokyselín sa tak premení na NH3+ a karbonylová skupina na COO-.
Celkovo je v prírode 200 AA, z ktorých iba 20 tvorí proteín. Medzi nimi je skupina esenciálnych aminokyselín, ktoré sa v ľudskom tele nesyntetizujú a do bunky sa dostávajú len s prijatou potravou, a neesenciálne aminokyseliny, ktoré si telo tvorí samo.
Všetky AA sú kódované nejakým kodónom, ktorý zodpovedá trom nukleotidom mRNA a jedna aminokyselina môže byť často kódovaná niekoľkými takýmito sekvenciami naraz. Metionínový kodón v pro- a eukaryotoch je východiskový, pretože začína biosyntézu peptidového reťazca. Stop kodóny zahŕňajú nukleotidové sekvencie UAA, UGA a UAG.
Čo sú ribozómy?
Ako sú ribozómy zodpovedné za biosyntézu proteínov v bunke a aká je úloha týchto štruktúr? V prvom rade ide o nemembránové formácie, ktoré pozostávajú z dvoch podjednotiek: veľkých a malých. Funkciou týchto podjednotiek je držať medzi sebou molekulu mRNA.
V ribozómoch sú miesta, kam vstupujú kodóny mRNA. Celkovo sa medzi malú a veľkú podjednotku zmestia dve takéto trojičky.
Niekoľko ribozómov sa môže agregovať do jedného veľkého polyzómu, vďaka čomu sa zvyšuje rýchlosť syntézy peptidového reťazca a výstup je možné získať okamžiteniekoľko kópií proteínu. Tu je úloha cytoplazmy v biosyntéze bielkovín.
Typy RNA
Ribonukleové kyseliny hrajú dôležitú úlohu vo všetkých štádiách transkripcie. Existujú tri veľké skupiny RNA: transportná, ribozomálna a informačná.
mRNA sa podieľajú na prenose informácií o zložení peptidového reťazca. tRNA sú mediátory pri prenose aminokyselín do ribozómov, čo sa dosahuje tvorbou komplexu aminoacyl-tRNA. K pripojeniu aminokyseliny dochádza iba pri komplementárnej interakcii antikodónu transferovej RNA s kodónom na messengerovej RNA.
rRNA sa podieľajú na tvorbe ribozómov. Ich sekvencie sú jedným z dôvodov, prečo sa mRNA drží medzi malou a veľkou podjednotkou. Ribozomálne RNA sa tvoria v jadierkach.
Význam bielkovín
Biosyntéza bielkovín a jej význam pre bunku sú kolosálne: väčšina enzýmov v tele je peptidového charakteru, vďaka bielkovinám sa látky transportujú cez bunkové membrány.
Proteíny tiež plnia štrukturálnu funkciu, keď sú súčasťou svalov, nervov a iných tkanív. Signalizačnou úlohou je prenášať informácie o procesoch, ktoré sa vyskytujú napríklad pri dopade svetla na sietnicu. Ochranné proteíny – imunoglobulíny – sú základom ľudského imunitného systému.
