Η ζωή είναι μια διαδικασία ύπαρξης μορίων πρωτεΐνης. Έτσι το εκφράζουν πολλοί επιστήμονες, οι οποίοι είναι πεπεισμένοι ότι η πρωτεΐνη είναι η βάση όλων των ζωντανών όντων. Αυτές οι κρίσεις είναι απολύτως σωστές, γιατί αυτές οι ουσίες στο κύτταρο έχουν τον μεγαλύτερο αριθμό βασικών λειτουργιών. Όλες οι άλλες οργανικές ενώσεις παίζουν το ρόλο των ενεργειακών υποστρωμάτων και χρειάζεται και πάλι ενέργεια για τη σύνθεση πρωτεϊνικών μορίων.
Η ικανότητα του σώματος να συνθέτει πρωτεΐνη
Δεν είναι όλοι οι υπάρχοντες οργανισμοί ικανοί να συνθέτουν πρωτεΐνες σε ένα κύτταρο. Οι ιοί και ορισμένοι τύποι βακτηρίων δεν μπορούν να σχηματίσουν πρωτεΐνες, και ως εκ τούτου είναι παράσιτα και λαμβάνουν τις απαραίτητες ουσίες από το κύτταρο ξενιστή. Άλλοι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των προκαρυωτικών κυττάρων, είναι ικανοί να συνθέτουν πρωτεΐνες. Όλα τα ανθρώπινα, ζωικά, φυτικά, μυκητιακά κύτταρα, σχεδόν όλα τα βακτήρια και οι πρωτεΐνες ζουν από την ικανότητα της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών. Αυτό απαιτείται για την υλοποίηση λειτουργιών διαμόρφωσης δομής, προστασίας, υποδοχέα, μεταφοράς και άλλων λειτουργιών.
Απόκριση σταδίουβιοσύνθεση πρωτεϊνών
Η δομή μιας πρωτεΐνης κωδικοποιείται σε νουκλεϊκό οξύ (DNA ή RNA) με τη μορφή κωδικονίων. Πρόκειται για κληρονομικές πληροφορίες που αναπαράγονται κάθε φορά που ένα κύτταρο χρειάζεται μια νέα πρωτεϊνική ουσία. Η αρχή της βιοσύνθεσης είναι η μεταφορά πληροφοριών στον πυρήνα σχετικά με την ανάγκη σύνθεσης μιας νέας πρωτεΐνης με ήδη δεδομένες ιδιότητες.
Σε απάντηση σε αυτό, ένα τμήμα νουκλεϊκού οξέος απελευθερώνεται, όπου η δομή του κωδικοποιείται. Αυτό το μέρος αντιγράφεται από το αγγελιοφόρο RNA και μεταφέρεται στα ριβοσώματα. Είναι υπεύθυνοι για την κατασκευή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας που βασίζεται σε ένα μήτρα - αγγελιοφόρο RNA. Συνοπτικά, όλα τα στάδια της βιοσύνθεσης παρουσιάζονται ως εξής:
- μεταγραφή (το στάδιο του διπλασιασμού του τμήματος DNA με την κωδικοποιημένη πρωτεϊνική δομή);
- επεξεργασία (σχηματισμός αγγελιοφόρου RNA);
- μετάφραση (σύνθεση πρωτεϊνών σε ένα κύτταρο με βάση το αγγελιοφόρο RNA);
- μετα-μεταφραστική τροποποίηση ("ωρίμανση" του πολυπεπτιδίου, ο σχηματισμός της τρισδιάστατης δομής του).
Μεταγραφή νουκλεϊκού οξέος
Όλη η πρωτεϊνική σύνθεση σε ένα κύτταρο πραγματοποιείται από ριβοσώματα και οι πληροφορίες για τα μόρια περιέχονται στο νουκλεϊκό οξύ (RNA ή DNA). Εντοπίζεται στα γονίδια: κάθε γονίδιο είναι μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Τα γονίδια περιέχουν πληροφορίες για την αλληλουχία αμινοξέων μιας νέας πρωτεΐνης. Στην περίπτωση του DNA, η αφαίρεση του γενετικού κώδικα πραγματοποιείται με αυτόν τον τρόπο:
- αρχίζει η απελευθέρωση της θέσης του νουκλεϊκού οξέος από τις ιστόνες, εμφανίζεται απελευθέρωση.
- DNA πολυμεράσηδιπλασιάζει το τμήμα του DNA που αποθηκεύει το γονίδιο της πρωτεΐνης·
- Το διπλό τμήμα είναι ένας πρόδρομος του αγγελιοφόρου RNA, το οποίο υποβάλλεται σε επεξεργασία από ένζυμα για την αφαίρεση μη κωδικοποιητικών ενθέτων (η σύνθεση mRNA πραγματοποιείται βάσει αυτού).
Με βάση το RNA προ-πληροφοριών, συντίθεται το mRNA. Είναι ήδη μια μήτρα, μετά την οποία η πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο λαμβάνει χώρα στα ριβοσώματα (στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο).
Ριβοσωμική πρωτεϊνική σύνθεση
Μήνυμα Το RNA έχει δύο άκρα, τα οποία είναι διατεταγμένα ως 3`-5`. Η ανάγνωση και η σύνθεση των πρωτεϊνών στα ριβοσώματα ξεκινά στο 5' άκρο και συνεχίζει μέχρι το εσώνιο, μια περιοχή που δεν κωδικοποιεί κανένα από τα αμινοξέα. Έχει ως εξής:
- αγγελιοφόρος RNA "χορδές" πάνω στο ριβόσωμα, προσαρτά το πρώτο αμινοξύ.
- το ριβόσωμα μετατοπίζεται κατά μήκος του αγγελιοφόρου RNA κατά ένα κωδικόνιο.
- Το transfer RNA παρέχει το επιθυμητό (κωδικοποιημένο από το δεδομένο κωδικόνιο mRNA) άλφα-αμινοξύ;
- ένα αμινοξύ ενώνεται με το αρχικό αμινοξύ για να σχηματίσει ένα διπεπτίδιο.
- μετά το mRNA μετατοπίζεται ξανά κατά ένα κωδικόνιο, εισάγεται ένα άλφα αμινοξύ και ενώνεται με την αναπτυσσόμενη πεπτιδική αλυσίδα.
Μόλις το ριβόσωμα φτάσει στο εσώνιο (μη κωδικοποιητικό ένθετο), το αγγελιοφόρο RNA απλώς προχωρά. Στη συνέχεια, καθώς το αγγελιοφόρο RNA προχωρά, το ριβόσωμα φθάνει ξανά στο εξόνιο - τη θέση της οποίας η αλληλουχία νουκλεοτιδίων αντιστοιχεί σε ένα ορισμένοαμινοξύ.
Από αυτό το σημείο, η προσθήκη μονομερών πρωτεΐνης στην αλυσίδα ξεκινά ξανά. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να εμφανιστεί το επόμενο εσώνιο ή μέχρι το κωδικόνιο λήξης. Το τελευταίο σταματά τη σύνθεση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, μετά την οποία η πρωτογενής δομή της πρωτεΐνης θεωρείται πλήρης και ξεκινά το στάδιο της μετασυνθετικής (μετα-μεταφραστικής) τροποποίησης του μορίου.
Μετα-μεταφραστική τροποποίηση
Μετά τη μετάφραση, η πρωτεϊνοσύνθεση λαμβάνει χώρα στις δεξαμενές του λείου ενδοπλασματικού δικτύου. Το τελευταίο περιέχει μικρό αριθμό ριβοσωμάτων. Σε ορισμένα κύτταρα, μπορεί να απουσιάζουν εντελώς στις ΑΠΕ. Τέτοιες περιοχές χρειάζονται για να σχηματίσουν πρώτα μια δευτερεύουσα, μετά μια τριτογενή ή, εάν προγραμματιστεί, μια τεταρτοταγή δομή.
Όλη η πρωτεϊνοσύνθεση στο κύτταρο συμβαίνει με τη δαπάνη μιας τεράστιας ποσότητας ενέργειας ATP. Επομένως, όλες οι άλλες βιολογικές διεργασίες απαιτούνται για τη διατήρηση της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών. Επιπλέον, μέρος της ενέργειας απαιτείται για τη μεταφορά πρωτεϊνών στο κύτταρο με ενεργό μεταφορά.
Πολλές από τις πρωτεΐνες μεταφέρονται από μια θέση στο κύτταρο σε άλλη για τροποποίηση. Ειδικότερα, η μετα-μεταφραστική πρωτεϊνική σύνθεση λαμβάνει χώρα στο σύμπλεγμα Golgi, όπου μια περιοχή υδατανθράκων ή λιπιδίων συνδέεται με ένα πολυπεπτίδιο συγκεκριμένης δομής.
