Syntéza bielkovín je veľmi dôležitý proces. Je to on, kto pomáha nášmu telu rásť a rozvíjať sa. Zahŕňa mnoho bunkových štruktúr. Koniec koncov, najprv musíte pochopiť, čo presne ideme syntetizovať.
Aké bielkoviny je potrebné v súčasnosti vybudovať – sú za to zodpovedné enzýmy. Dostávajú signály z bunky o potrebe konkrétneho proteínu, po ktorom začína jeho syntéza.
Kde prebieha syntéza bielkovín
V každej bunke je hlavným miestom biosyntézy bielkovín ribozóm. Je to veľká makromolekula so zložitou asymetrickou štruktúrou. Pozostáva z RNA (ribonukleových kyselín) a bielkovín. Ribozómy môžu byť umiestnené jednotlivo. Najčastejšie sa však kombinujú s EPS, čo uľahčuje následné triedenie a transport bielkovín.
Ak ribozómy sedia na endoplazmatickom retikule, nazýva sa to drsná ER. Keď je translácia intenzívna, niekoľko ribozómov sa môže pohybovať pozdĺž jednej šablóny naraz. Nasledujú za sebou a vôbec nezasahujú do ostatných organel.
Čo je potrebné pre syntézuveverička
Pre pokračovanie procesu je potrebné, aby boli na mieste všetky hlavné komponenty systému syntézy bielkovín:
- Program, ktorý nastavuje poradie aminokyselinových zvyškov v reťazci, konkrétne mRNA, ktorý prenesie tieto informácie z DNA do ribozómov.
- Aminokyselinový materiál, z ktorého bude postavená nová molekula.
- tRNA, ktorá doručí každú aminokyselinu do ribozómu, sa zúčastní dešifrovania genetického kódu.
- Aminoacyl-tRNA syntetáza.
- Ribozóm je hlavným miestom biosyntézy bielkovín.
- Energia.
- Ióny horčíka.
- Proteínové faktory (každá fáza má svoje).
Teraz sa pozrime na každý z nich podrobnejšie a zistíme, ako vznikajú proteíny. Mechanizmus biosyntézy je veľmi zaujímavý, všetky zložky pôsobia nezvyčajne koordinovane.
Program syntézy, maticové vyhľadávanie
Všetky informácie o tom, ktoré proteíny si naše telo dokáže vytvoriť, sú obsiahnuté v DNA. Kyselina deoxyribonukleová sa používa na uchovávanie genetickej informácie. Je bezpečne zabalený v chromozómoch a nachádza sa v bunke v jadre (ak hovoríme o eukaryotoch) alebo pláva v cytoplazme (u prokaryotov).
Po výskume DNA a rozpoznaní jej genetickej úlohy sa ukázalo, že nejde o priamu šablónu pre preklad. Pozorovania viedli k predpokladom, že RNA je spojená so syntézou proteínov. Vedci sa rozhodli, že by to mal byť sprostredkovateľ, ktorý prenáša informácie z DNA do ribozómov, má slúžiť ako matrica.
V rovnakom čase boliribozómy sú otvorené, ich RNA tvorí prevažnú väčšinu bunkovej ribonukleovej kyseliny. Ak chcete skontrolovať, či ide o matricu pre syntézu bielkovín, A. N. Belozersky a A. S. Spirin v rokoch 1956-1957. vykonali porovnávaciu analýzu zloženia nukleových kyselín vo veľkom počte mikroorganizmov.
Predpokladalo sa, že ak je myšlienka schémy „DNA-rRNA-proteín“správna, potom sa zloženie celkovej RNA zmení rovnakým spôsobom ako DNA. Ale napriek obrovským rozdielom v deoxyribonukleovej kyseline u rôznych druhov bolo zloženie celkovej ribonukleovej kyseliny podobné vo všetkých uvažovaných baktériách. Z toho vedci usúdili, že hlavná bunková RNA (čiže ribozomálna) nie je priamym sprostredkovateľom medzi nosičom genetickej informácie a proteínom.
Objav mRNA
Neskôr sa zistilo, že malá časť RNA opakuje zloženie DNA a môže slúžiť ako sprostredkovateľ. V roku 1956 E. Volkin a F. Astrachan študovali proces syntézy RNA v baktériách, ktoré boli infikované bakteriofágom T2. Po vstupe do bunky sa prepne na syntézu fágových proteínov. Zároveň sa hlavná časť RNA nezmenila. Ale v bunke sa začala syntéza malej frakcie metabolicky nestabilnej RNA, ktorej nukleotidová sekvencia bola podobná zloženiu fágovej DNA.
V roku 1961 bola táto malá frakcia ribonukleovej kyseliny izolovaná z celkovej hmotnosti RNA. Dôkazy o jeho sprostredkovateľskej funkcii boli získané z experimentov. Po infekcii buniek fágom T4 sa vytvorila nová mRNA. Spojila sa so starými majstramiribozómy (po infekcii sa nenachádzajú žiadne nové ribozómy), ktoré začali syntetizovať fágové proteíny. Zistilo sa, že táto „RNA podobná DNA“je komplementárna k jednému z reťazcov DNA fága.
V roku 1961 F. Jacob a J. Monod navrhli, že táto RNA prenáša informácie z génov do ribozómov a je matricou pre sekvenčné usporiadanie aminokyselín počas syntézy bielkovín.
Prenos informácií do miesta syntézy proteínov sa uskutočňuje pomocou mRNA. Proces čítania informácií z DNA a vytvárania messenger RNA sa nazýva transkripcia. Potom RNA prechádza radom ďalších zmien, nazýva sa to „spracovanie“. V jej priebehu je možné z matrice ribonukleovej kyseliny vyrezať určité úseky. Potom mRNA ide do ribozómov.
Stavebný materiál pre bielkoviny: aminokyseliny
Celkovo existuje 20 aminokyselín, niektoré z nich sú esenciálne, to znamená, že si ich telo nevie syntetizovať. Ak určitá kyselina v bunke nestačí, môže to viesť k spomaleniu translácie alebo dokonca k úplnému zastaveniu procesu. Prítomnosť každej aminokyseliny v dostatočnom množstve je hlavnou požiadavkou na to, aby biosyntéza bielkovín prebiehala správne.
Vedci získali všeobecné informácie o aminokyselinách už v 19. storočí. Potom, v roku 1820, boli izolované prvé dve aminokyseliny, glycín a leucín.
Sekvencia týchto monomérov v proteíne (takzvaná primárna štruktúra) úplne určuje jeho ďalšie úrovne organizácie, a tým aj jeho fyzikálne a chemické vlastnosti.
Transport aminokyselín: tRNA a aa-tRNA syntetáza
Aminokyseliny sa však nedokážu zabudovať do proteínového reťazca. Aby sa dostali do hlavného miesta biosyntézy bielkovín, je potrebná transferová RNA.
Každá aa-tRNA syntetáza rozpoznáva iba svoju vlastnú aminokyselinu a iba tRNA, ku ktorej musí byť pripojená. Ukazuje sa, že táto rodina enzýmov zahŕňa 20 druhov syntetáz. Zostáva len povedať, že aminokyseliny sú naviazané na tRNA, presnejšie na jej hydroxylový akceptorový „chvost“. Každá kyselina musí mať svoju prenosovú RNA. Toto je monitorované aminoacyl-tRNA syntetázou. Nielenže priraďuje aminokyseliny k správnemu transportu, ale tiež reguluje reakciu esterovej väzby.
Po úspešnej pripájacej reakcii ide tRNA do miesta syntézy proteínov. Tým sa ukončia prípravné procesy a začne sa vysielanie. Zvážte hlavné kroky v biosyntéze bielkovín :
- iniciácia;
- elongation;
- ukončenie.
Kroky syntézy: iniciácia
Ako prebieha biosyntéza bielkovín a jej regulácia? Vedci sa na to snažia prísť už dlho. Boli predložené mnohé hypotézy, ale čím modernejšie bolo vybavenie, tým lepšie sme začali chápať princípy vysielania.
Ribozóm, hlavné miesto biosyntézy bielkovín, začína čítať mRNA od bodu, v ktorom začína jeho časť kódujúca polypeptidový reťazec. Tento bod sa nachádza na určitomďaleko od začiatku messenger RNA. Ribozóm musí rozpoznať bod na mRNA, z ktorého začína čítanie, a pripojiť sa k nemu.
Iniciácia – súbor udalostí, ktoré poskytujú začiatok vysielania. Zahŕňa proteíny (iniciačné faktory), iniciátor tRNA a špeciálny iniciačný kodón. V tomto štádiu sa malá podjednotka ribozómu viaže na iniciačné proteíny. Zabraňujú jej kontaktu s veľkou podjednotkou. Ale umožňujú vám spojiť sa s iniciátorom tRNA a GTP.
Potom tento komplex „sedí“na mRNA, presne na miesto, ktoré je rozpoznané jedným z iniciačných faktorov. Nemôže dôjsť k žiadnej chybe a ribozóm začína svoju cestu cez messenger RNA čítaním svojich kodónov.
Akonáhle komplex dosiahne iniciačný kodón (AUG), podjednotka sa zastaví a pomocou ďalších proteínových faktorov sa naviaže na veľkú podjednotku ribozómu.
Kroky syntézy: predĺženie
Čítanie mRNA zahŕňa sekvenčnú syntézu proteínového reťazca polypeptidom. Postupuje sa pridávaním jedného aminokyselinového zvyšku za druhým do molekuly vo výstavbe.
Každý nový aminokyselinový zvyšok sa pridáva na karboxylový koniec peptidu, C-koniec rastie.
Kroky syntézy: ukončenie
Keď ribozóm dosiahne terminačný kodón messengerovej RNA, syntéza polypeptidového reťazca sa zastaví. V jej prítomnosti nemôže organela prijať žiadnu tRNA. Namiesto toho do hry vstupujú faktory ukončenia. Uvoľňujú hotový proteín zo zastaveného ribozómu.
PoPo ukončení translácie môže ribozóm buď opustiť mRNA alebo pokračovať v kĺzaní pozdĺž nej bez prekladu.
Stretnutie ribozómu s novým iniciačným kodónom (na rovnakom vlákne počas pokračovania pohybu alebo na novej mRNA) povedie k novej iniciácii.
Po tom, čo hotová molekula opustí hlavné miesto biosyntézy bielkovín, je označená a odoslaná na miesto určenia. Aké funkcie bude vykonávať, závisí od jeho štruktúry.
Kontrola procesu
V závislosti od ich potrieb bude bunka nezávisle riadiť vysielanie. Regulácia biosyntézy bielkovín je veľmi dôležitá funkcia. Dá sa to urobiť mnohými spôsobmi.
Ak bunka nepotrebuje nejaký druh zlúčeniny, zastaví biosyntézu RNA – prestane prebiehať aj biosyntéza bielkovín. Koniec koncov, bez matrice sa celý proces nezačne. A staré mRNA sa rýchlo rozpadajú.
Existuje ďalšia regulácia biosyntézy bielkovín: bunka vytvára enzýmy, ktoré zasahujú do iniciačnej fázy. Zasahujú do prekladu, aj keď je k dispozícii čítacia matica.
Druhá metóda je potrebná, keď je potrebné práve teraz vypnúť syntézu bielkovín. Prvá metóda zahŕňa pokračovanie pomalého prekladu nejaký čas po zastavení syntézy mRNA.
Bunka je veľmi zložitý systém, v ktorom je všetko udržiavané v rovnováhe a presná práca každej molekuly. Je dôležité poznať princípy každého procesu prebiehajúceho v bunke. Takže môžeme lepšie pochopiť, čo sa deje v tkanivách a v tele ako celku.
