Το κύτταρο οποιουδήποτε οργανισμού είναι ένα μεγάλο εργοστάσιο παραγωγής χημικών ουσιών. Εδώ γίνονται αντιδράσεις στη βιοσύνθεση λιπιδίων, νουκλεϊκών οξέων, υδατανθράκων και φυσικά πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες διαδραματίζουν τεράστιο ρόλο στη ζωή του κυττάρου, καθώς επιτελούν πολλές λειτουργίες: ενζυμικές, σηματοδοτικές, δομικές, προστατευτικές και άλλες.
Βιοσύνθεση πρωτεϊνών: περιγραφή της διαδικασίας
Η κατασκευή μορίων πρωτεΐνης είναι μια σύνθετη διαδικασία πολλαπλών σταδίων που λαμβάνει χώρα υπό τη δράση μεγάλου αριθμού ενζύμων και παρουσία ορισμένων δομών.
Η σύνθεση οποιασδήποτε πρωτεΐνης ξεκινά στον πυρήνα. Πληροφορίες για τη δομή του μορίου καταγράφονται στο DNA του κυττάρου, από το οποίο διαβάζονται. Σχεδόν κάθε γονίδιο σε έναν οργανισμό κωδικοποιεί ένα μοναδικό μόριο πρωτεΐνης.
Ποιος είναι ο ρόλος του κυτταροπλάσματος στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών; Το γεγονός είναι ότι το κυτταρόπλασμα του κυττάρου είναι μια «δεξαμενή» για μονομερή σύνθετων ουσιών, καθώς και δομές που είναι υπεύθυνες για τη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Επίσης, το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου έχει σταθερή οξύτητα καιπεριεκτικότητα ιόντων, η οποία παίζει σημαντικό ρόλο στις βιοχημικές αντιδράσεις.
Η βιοσύνθεση πρωτεϊνών πραγματοποιείται σε δύο στάδια: μεταγραφή και μετάφραση.
Μεταγραφή
Αυτό το στάδιο ξεκινά από τον πυρήνα του κυττάρου. Εδώ τον κύριο ρόλο παίζουν νουκλεϊκά οξέα όπως το DNA και το RNA (δεοξυ- και ριβονουκλεϊκά οξέα). Στους ευκαρυώτες, η μονάδα μεταγραφής είναι το μεταγραφόνιο, ενώ στους προκαρυωτικούς, αυτή η οργάνωση του DNA ονομάζεται οπερόνιο. Η διαφορά μεταξύ της μεταγραφής σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες είναι ότι ένα οπερόνιο είναι ένα τμήμα ενός μορίου DNA που κωδικοποιεί πολλά μόρια πρωτεΐνης, όταν το μεταγραφόνιο φέρει πληροφορίες για ένα μόνο γονίδιο πρωτεΐνης.
Το κύριο καθήκον του κυττάρου στο στάδιο της μεταγραφής είναι η σύνθεση του αγγελιοφόρου RNA (mRNA) στο εκμαγείο DNA. Για να γίνει αυτό, ένα ένζυμο όπως η RNA πολυμεράση εισέρχεται στον πυρήνα. Συμμετέχει στη σύνθεση ενός νέου μορίου mRNA, το οποίο είναι συμπληρωματικό στη θέση του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος.
Για επιτυχημένες αντιδράσεις μεταγραφής, είναι απαραίτητη η παρουσία μεταγραφικών παραγόντων, οι οποίοι επίσης συντομεύονται ως TF-1, TF-2, TF-3. Αυτές οι πολύπλοκες πρωτεϊνικές δομές εμπλέκονται στη σύνδεση της RNA πολυμεράσης με τον προαγωγέα στο μόριο DNA.
Η σύνθεση του mRNA συνεχίζεται έως ότου η πολυμεράση φτάσει στην τελική περιοχή του μεταγραφονίου, η οποία ονομάζεται τερματιστής.
Ο χειριστής, ως άλλη λειτουργική περιοχή του μεταγραφονίου, είναι υπεύθυνος για την αναστολή της μεταγραφής ή, αντίθετα, για την επιτάχυνση του έργου της RNA πολυμεράσης. Υπεύθυνος γιαρύθμιση του έργου των μεταγραφικών ενζύμων ειδικές πρωτεΐνες-αναστολείς ή πρωτεΐνες-ενεργοποιητές, αντίστοιχα.
Μετάδοση
Αφού το mRNA έχει συντεθεί στον πυρήνα του κυττάρου, εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα. Για να απαντηθεί το ερώτημα σχετικά με τον ρόλο του κυτταροπλάσματος στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών, αξίζει να αναλυθεί λεπτομερέστερα η περαιτέρω τύχη του μορίου του νουκλεϊκού οξέος στο στάδιο της μετάφρασης.
Η μετάφραση πραγματοποιείται σε τρία στάδια: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός.
Πρώτον, το mRNA πρέπει να προσκολληθεί στα ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα είναι μικρές μη μεμβρανικές δομές του κυττάρου, οι οποίες αποτελούνται από δύο υπομονάδες: μικρή και μεγάλη. Πρώτα, το ριβονουκλεϊκό οξύ προσκολλάται στη μικρή υπομονάδα και στη συνέχεια η μεγάλη υπομονάδα κλείνει ολόκληρο το μεταφραστικό σύμπλεγμα έτσι ώστε το mRNA να βρίσκεται μέσα στο ριβόσωμα. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι το τέλος του σταδίου έναρξης.
Ποιος είναι ο ρόλος του κυτταροπλάσματος στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών; Πρώτα απ 'όλα, είναι μια πηγή αμινοξέων - τα κύρια μονομερή οποιασδήποτε πρωτεΐνης. Στο στάδιο της επιμήκυνσης, εμφανίζεται μια σταδιακή συσσώρευση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, ξεκινώντας από το κωδικόνιο έναρξης μεθειονίνη, στο οποίο συνδέονται τα υπόλοιπα αμινοξέα. Το κωδικόνιο σε αυτή την περίπτωση είναι μια τριάδα νουκλεοτιδίων mRNA που κωδικοποιεί ένα αμινοξύ.
Σε αυτό το στάδιο, ένας άλλος τύπος ριβονουκλεϊκού οξέος συνδέεται με την εργασία - RNA μεταφοράς ή tRNA. Είναι υπεύθυνοι για την παροχή αμινοξέων στο σύμπλεγμα mRNA-ριβοσώματος σχηματίζοντας ένα σύμπλοκο αμινοακυλο-tRNA. Η αναγνώριση tRNA πραγματοποιείται μέσω συμπληρωματικώναλληλεπιδράσεις του αντικωδικονίου αυτού του μορίου με το κωδικόνιο στο mRNA. Έτσι, το αμινοξύ χορηγείται στο ριβόσωμα και συνδέεται με τη συντιθέμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Ο τερματισμός της διαδικασίας μετάφρασης συμβαίνει όταν το mRNA φτάσει στις τομές του κωδικονίου λήξης. Αυτά τα κωδικόνια φέρουν πληροφορίες σχετικά με το τέλος της πεπτιδικής σύνθεσης, μετά την οποία καταστρέφεται το σύμπλεγμα ριβοσώματος-RNA και η πρωτογενής δομή της νέας πρωτεΐνης εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα για περαιτέρω χημικούς μετασχηματισμούς.
Ειδικοί παράγοντες έναρξης πρωτεΐνης IF και παράγοντες επιμήκυνσης EF εμπλέκονται στη διαδικασία μετάφρασης. Είναι διαφόρων τύπων και καθήκον τους είναι να εξασφαλίσουν τη σωστή σύνδεση του RNA με τις υπομονάδες του ριβοσώματος, καθώς και στη σύνθεση της ίδιας της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στο στάδιο επιμήκυνσης.
Ποιος είναι ο ρόλος του κυτταροπλάσματος στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών: εν συντομία για τα κύρια συστατικά της βιοσύνθεσης
Αφού το mRNA εγκαταλείψει τον πυρήνα στο εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου, το μόριο πρέπει να σχηματίσει ένα σταθερό μεταφραστικό σύμπλεγμα. Ποια συστατικά του κυτταροπλάσματος πρέπει να υπάρχουν στο στάδιο της μετάφρασης;
1. Ριβοσώματα.
2. αμινοξέα.
3. tRNA.
Αμινοξέα - μονομερή πρωτεΐνης
Για τη σύνθεση μιας πρωτεϊνικής αλυσίδας, η παρουσία στο κυτταρόπλασμα των δομικών συστατικών του μορίου πεπτιδίου - αμινοξέων. Αυτές οι ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους στη σύνθεσή τους έχουν μια αμινομάδα NH2 και ένα κατάλοιπο οξέος COOH. Ένα άλλο συστατικό του μορίου - η ρίζα - είναι το χαρακτηριστικό γνώρισμα κάθε μεμονωμένου αμινοξέος. Σε ποιον ρόλο παίζει το κυτταρόπλασμαβιοσύνθεση πρωτεϊνών;
Το ΑΑ απαντάται σε διαλύματα με τη μορφή αμφιτεριόντων, τα οποία είναι τα ίδια μόρια που δίνουν ή δέχονται πρωτόνια υδρογόνου. Έτσι, η αμινο ομάδα των αμινοξέων μετατρέπεται σε NH3+ και η καρβονυλική ομάδα σε COO-.
Συνολικά, υπάρχουν 200 AA στη φύση, εκ των οποίων μόνο 20 σχηματίζουν πρωτεΐνες. Μεταξύ αυτών, υπάρχει μια ομάδα απαραίτητων αμινοξέων που δεν συντίθενται στο ανθρώπινο σώμα και εισέρχονται στο κύτταρο μόνο με την πρόσληψη τροφής, και μη απαραίτητα αμινοξέα που σχηματίζει το σώμα από μόνο του.
Όλα τα AA κωδικοποιούνται από κάποιο κωδικόνιο που αντιστοιχεί σε τρία νουκλεοτίδια mRNA και ένα αμινοξύ μπορεί συχνά να κωδικοποιηθεί από πολλές τέτοιες αλληλουχίες ταυτόχρονα. Το κωδικόνιο μεθειονίνης σε προ- και ευκαρυώτες είναι το αρχικό, γιατί ξεκινά τη βιοσύνθεση της πεπτιδικής αλυσίδας. Τα κωδικόνια διακοπής περιλαμβάνουν αλληλουχίες νουκλεοτιδίων UAA, UGA και UAG.
Τι είναι τα ριβοσώματα;
Πώς είναι τα ριβοσώματα υπεύθυνα για τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών στο κύτταρο και ποιος είναι ο ρόλος αυτών των δομών; Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για σχηματισμούς χωρίς μεμβράνη, οι οποίοι αποτελούνται από δύο υπομονάδες: μεγάλες και μικρές. Η λειτουργία αυτών των υπομονάδων είναι να συγκρατούν το μόριο mRNA μεταξύ τους.
Υπάρχουν θέσεις στα ριβοσώματα όπου εισέρχονται κωδικόνια mRNA. Συνολικά, δύο τέτοιες τρίδυμες μπορούν να χωρέσουν μεταξύ της μικρής και της μεγάλης υπομονάδας.
Πολλά ριβοσώματα μπορούν να συσσωματωθούν σε ένα μεγάλο πολυσωμάτιο, λόγω του οποίου ο ρυθμός σύνθεσης της πεπτιδικής αλυσίδας αυξάνεται και η έξοδος μπορεί να ληφθεί αμέσωςπολλά αντίγραφα της πρωτεΐνης. Εδώ είναι ο ρόλος του κυτταροπλάσματος στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών.
Τύποι RNA
Τα ριβονουκλεϊκά οξέα παίζουν σημαντικό ρόλο σε όλα τα στάδια της μεταγραφής. Υπάρχουν τρεις μεγάλες ομάδες RNA: μεταφορά, ριβοσωμικό και πληροφοριακό.
Τα mRNA εμπλέκονται στη μεταφορά πληροφοριών σχετικά με τη σύνθεση της πεπτιδικής αλυσίδας. Τα tRNA είναι μεσολαβητές στη μεταφορά αμινοξέων στα ριβοσώματα, η οποία επιτυγχάνεται με το σχηματισμό ενός συμπλόκου αμινοακυλ-tRNA. Η προσκόλληση ενός αμινοξέος συμβαίνει μόνο με τη συμπληρωματική αλληλεπίδραση του αντικωδονίου του RNA μεταφοράς με το κωδικόνιο στο αγγελιαφόρο RNA.
Το rRNA εμπλέκεται στο σχηματισμό ριβοσωμάτων. Οι αλληλουχίες τους είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους το mRNA συγκρατείται μεταξύ των μικρών και μεγάλων υπομονάδων. Τα ριβοσωμικά RNA παράγονται στους πυρήνες.
Έννοια των πρωτεϊνών
Η βιοσύνθεση πρωτεϊνών και η σημασία της για το κύτταρο είναι κολοσσιαία: τα περισσότερα από τα ένζυμα του σώματος είναι πεπτιδικής φύσης, χάρη στις πρωτεΐνες, οι ουσίες μεταφέρονται μέσω των κυτταρικών μεμβρανών.
Οι πρωτεΐνες εκτελούν επίσης μια δομική λειτουργία όταν αποτελούν μέρος των μυών, των νεύρων και άλλων ιστών. Ο ρόλος της σηματοδότησης είναι η μετάδοση πληροφοριών σχετικά με τις διεργασίες που συμβαίνουν, για παράδειγμα, όταν το φως πέφτει στον αμφιβληστροειδή. Οι προστατευτικές πρωτεΐνες - ανοσοσφαιρίνες - αποτελούν τη βάση του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος.
