Η πρωτεϊνοσύνθεση είναι μια πολύ σημαντική διαδικασία. Είναι αυτός που βοηθά το σώμα μας να αναπτυχθεί και να αναπτυχθεί. Περιλαμβάνει πολλές κυτταρικές δομές. Σε τελική ανάλυση, πρώτα πρέπει να καταλάβετε τι ακριβώς πρόκειται να συνθέσουμε.
Ποια πρωτεΐνη χρειάζεται να κατασκευαστεί αυτή τη στιγμή - τα ένζυμα είναι υπεύθυνα για αυτό. Λαμβάνουν σήματα από το κύτταρο σχετικά με την ανάγκη για μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη, μετά την οποία αρχίζει η σύνθεσή της.
Πού λαμβάνει χώρα η πρωτεϊνοσύνθεση
Σε κάθε κύτταρο, η κύρια θέση βιοσύνθεσης πρωτεϊνών είναι το ριβόσωμα. Είναι ένα μεγάλο μακρομόριο με πολύπλοκη ασύμμετρη δομή. Αποτελείται από RNA (ριβονουκλεϊκά οξέα) και πρωτεΐνες. Τα ριβοσώματα μπορούν να εντοπιστούν μεμονωμένα. Αλλά τις περισσότερες φορές συνδυάζονται με EPS, το οποίο διευκολύνει την επακόλουθη ταξινόμηση και μεταφορά των πρωτεϊνών.
Αν τα ριβοσώματα κάθονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο, αυτό ονομάζεται τραχύ ER. Όταν η μετάφραση είναι έντονη, πολλά ριβοσώματα μπορούν να κινηθούν κατά μήκος ενός προτύπου ταυτόχρονα. Ακολουθούν το ένα το άλλο και δεν παρεμβαίνουν καθόλου με άλλα οργανίδια.
Τι χρειάζεται για τη σύνθεσησκίουρος
Για να προχωρήσει η διαδικασία, είναι απαραίτητο να υπάρχουν όλα τα κύρια συστατικά του συστήματος πρωτεϊνοσύνθεσης:
- Ένα πρόγραμμα που ορίζει τη σειρά των υπολειμμάτων αμινοξέων στην αλυσίδα, δηλαδή το mRNA, το οποίο θα μεταφέρει αυτές τις πληροφορίες από το DNA στα ριβοσώματα.
- Υλικό αμινοξέος από το οποίο θα κατασκευαστεί ένα νέο μόριο.
- tRNA, το οποίο θα μεταφέρει κάθε αμινοξύ στο ριβόσωμα, θα συμμετάσχει στην αποκρυπτογράφηση του γενετικού κώδικα.
- Αμινοακυλο-tRNA συνθετάση.
- Το ριβόσωμα είναι η κύρια θέση βιοσύνθεσης πρωτεϊνών.
- Ενέργεια.
- Ιόντα μαγνησίου.
- Πρωτεϊνικοί παράγοντες (κάθε στάδιο έχει τους δικούς του).
Το
Τώρα ας δούμε κάθε ένα από αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες και ας μάθουμε πώς δημιουργούνται οι πρωτεΐνες. Ο μηχανισμός της βιοσύνθεσης είναι πολύ ενδιαφέρον, όλα τα συστατικά δρουν με ασυνήθιστα συντονισμένο τρόπο.
Πρόγραμμα σύνθεσης, αναζήτηση μήτρας
Όλες οι πληροφορίες σχετικά με τις πρωτεΐνες που μπορεί να δημιουργήσει το σώμα μας περιέχονται στο DNA. Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ χρησιμοποιείται για την αποθήκευση γενετικών πληροφοριών. Συσκευάζεται με ασφάλεια στα χρωμοσώματα και βρίσκεται στο κύτταρο στον πυρήνα (αν μιλάμε για ευκαρυώτες) ή επιπλέει στο κυτταρόπλασμα (σε προκαρυώτες).
Μετά από έρευνα DNA και αναγνώριση του γενετικού του ρόλου, κατέστη σαφές ότι δεν αποτελεί άμεσο πρότυπο για μετάφραση. Οι παρατηρήσεις έχουν οδηγήσει σε προτάσεις ότι το RNA σχετίζεται με την πρωτεϊνοσύνθεση. Οι επιστήμονες αποφάσισαν ότι θα πρέπει να είναι ένας ενδιάμεσος, να μεταφέρει πληροφορίες από το DNA στα ριβοσώματα, να χρησιμεύει ως μήτρα.
Ταυτόχρονα υπήρχανΤα ριβοσώματα είναι ανοιχτά, το RNA τους αποτελεί τη συντριπτική πλειοψηφία του κυτταρικού ριβονουκλεϊκού οξέος. Για να ελέγξουν αν πρόκειται για μήτρα για τη σύνθεση πρωτεϊνών, οι A. N. Belozersky και A. S. Spirin το 1956-1957. διεξήγαγε μια συγκριτική ανάλυση της σύστασης των νουκλεϊκών οξέων σε μεγάλο αριθμό μικροοργανισμών.
Υποτέθηκε ότι εάν η ιδέα του σχήματος "DNA-rRNA-πρωτεΐνη" είναι σωστή, τότε η σύνθεση του ολικού RNA θα αλλάξει με τον ίδιο τρόπο όπως και το DNA. Όμως, παρά τις τεράστιες διαφορές στο δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ σε διαφορετικά είδη, η σύνθεση του συνολικού ριβονουκλεϊκού οξέος ήταν παρόμοια σε όλα τα βακτήρια που εξετάστηκαν. Από αυτό, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το κύριο κυτταρικό RNA (δηλαδή το ριβοσωμικό) δεν είναι άμεσος ενδιάμεσος μεταξύ του φορέα της γενετικής πληροφορίας και της πρωτεΐνης.
Ανακάλυψη του mRNA
Αργότερα ανακαλύφθηκε ότι ένα μικρό κλάσμα RNA επαναλαμβάνει τη σύνθεση του DNA και μπορεί να χρησιμεύσει ως ενδιάμεσος. Το 1956, οι E. Volkin και F. Astrachan μελέτησαν τη διαδικασία σύνθεσης RNA σε βακτήρια που είχαν μολυνθεί με τον βακτηριοφάγο Τ2. Αφού εισέλθει στο κύτταρο, μεταβαίνει στη σύνθεση πρωτεϊνών φάγων. Ταυτόχρονα, το κύριο μέρος του RNA δεν άλλαξε. Αλλά στο κύτταρο, ξεκίνησε η σύνθεση ενός μικρού κλάσματος μεταβολικά ασταθούς RNA, η αλληλουχία νουκλεοτιδίων στην οποία ήταν παρόμοια με τη σύνθεση του DNA του φάγου.
Το 1961, αυτό το μικρό κλάσμα ριβονουκλεϊκού οξέος απομονώθηκε από τη συνολική μάζα του RNA. Αποδείξεις της μεσολαβητικής του λειτουργίας έχουν ληφθεί από πειράματα. Μετά τη μόλυνση των κυττάρων με φάγο Τ4, σχηματίστηκε νέο mRNA. Συνδέθηκε με τους παλιούς δασκάλουςριβοσώματα (δεν ανευρίσκονται νέα ριβοσώματα μετά τη μόλυνση), τα οποία άρχισαν να συνθέτουν πρωτεΐνες φάγου. Αυτό το "RNA που μοιάζει με DNA" βρέθηκε ότι είναι συμπληρωματικό σε έναν από τους κλώνους DNA του φάγου.
Το 1961, οι F. Jacob και J. Monod πρότειναν ότι αυτό το RNA μεταφέρει πληροφορίες από τα γονίδια στα ριβοσώματα και είναι μια μήτρα για τη διαδοχική διάταξη των αμινοξέων κατά την πρωτεϊνοσύνθεση.
Η μεταφορά πληροφοριών στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης πραγματοποιείται με mRNA. Η διαδικασία ανάγνωσης πληροφοριών από το DNA και δημιουργίας αγγελιοφόρου RNA ονομάζεται μεταγραφή. Μετά από αυτό, το RNA υφίσταται μια σειρά από πρόσθετες αλλαγές, αυτό ονομάζεται "επεξεργασία". Κατά τη διάρκεια αυτής, ορισμένα τμήματα μπορούν να αποκοπούν από τη μήτρα του ριβονουκλεϊκού οξέος. Στη συνέχεια, το mRNA πηγαίνει στα ριβοσώματα.
Δομικό υλικό για πρωτεΐνες: αμινοξέα
Υπάρχουν 20 αμινοξέα συνολικά, μερικά από αυτά είναι απαραίτητα, δηλαδή ο οργανισμός δεν μπορεί να τα συνθέσει. Εάν κάποιο οξύ στο κύτταρο δεν είναι αρκετό, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε επιβράδυνση της μετάφρασης ή ακόμα και σε πλήρη διακοπή της διαδικασίας. Η παρουσία κάθε αμινοξέος σε επαρκή ποσότητα είναι η κύρια προϋπόθεση για να προχωρήσει σωστά η βιοσύνθεση πρωτεϊνών.
Οι επιστήμονες έλαβαν γενικές πληροφορίες για τα αμινοξέα τον 19ο αιώνα. Στη συνέχεια, το 1820, απομονώθηκαν τα δύο πρώτα αμινοξέα, η γλυκίνη και η λευκίνη.
Η αλληλουχία αυτών των μονομερών σε μια πρωτεΐνη (η λεγόμενη πρωτογενής δομή) καθορίζει πλήρως τα επόμενα επίπεδα οργάνωσής της, και ως εκ τούτου τις φυσικές και χημικές της ιδιότητες.
Μεταφορά αμινοξέων: tRNA και συνθετάση aa-tRNA
Αλλά τα αμινοξέα δεν μπορούν να δομηθούν σε μια πρωτεϊνική αλυσίδα. Για να φτάσουν στην κύρια θέση της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών, απαιτείται μεταφορά RNA.
Κάθε συνθετάση aa-tRNA αναγνωρίζει μόνο το δικό της αμινοξύ και μόνο το tRNA στο οποίο πρέπει να συνδεθεί. Αποδεικνύεται ότι αυτή η οικογένεια ενζύμων περιλαμβάνει 20 ποικιλίες συνθετάσης. Μένει μόνο να πούμε ότι τα αμινοξέα συνδέονται με το tRNA, πιο συγκεκριμένα, στην «ουρά» του αποδέκτη υδροξυλίου του. Κάθε οξύ πρέπει να έχει το δικό του RNA μεταφοράς. Αυτό παρακολουθείται από συνθετάση αμινοακυλο-tRNA. Δεν ταιριάζει μόνο με τα αμινοξέα στη σωστή μεταφορά, αλλά ρυθμίζει επίσης την αντίδραση του δεσμού εστέρα.
Μετά από μια επιτυχημένη αντίδραση προσκόλλησης, το tRNA πηγαίνει στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης. Έτσι τελειώνουν οι προπαρασκευαστικές διαδικασίες και ξεκινά η εκπομπή. Εξετάστε τα κύρια βήματα στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών :
- έναρξη;
- επιμήκυνση;
- τερματισμός.
Βήματα σύνθεσης: έναρξη
Πώς γίνεται η βιοσύνθεση πρωτεϊνών και η ρύθμισή της; Οι επιστήμονες προσπαθούν να το καταλάβουν αυτό εδώ και πολύ καιρό. Πολλές υποθέσεις διατυπώθηκαν, αλλά όσο πιο σύγχρονος γινόταν ο εξοπλισμός, τόσο καλύτερα αρχίσαμε να κατανοούμε τις αρχές της μετάδοσης.
Το ριβόσωμα, η κύρια θέση βιοσύνθεσης πρωτεϊνών, ξεκινά την ανάγνωση του mRNA από το σημείο στο οποίο αρχίζει το τμήμα του που κωδικοποιεί την πολυπεπτιδική αλυσίδα. Αυτό το σημείο βρίσκεται σε μια ορισμένημακριά από την έναρξη του αγγελιοφόρου RNA. Το ριβόσωμα πρέπει να αναγνωρίσει το σημείο του mRNA από το οποίο ξεκινά η ανάγνωση και να συνδεθεί με αυτό.
Έναρξη - ένα σύνολο συμβάντων που παρέχουν την έναρξη της μετάδοσης. Περιλαμβάνει πρωτεΐνες (παράγοντες έναρξης), tRNA έναρξης και ένα ειδικό κωδικόνιο εκκινητή. Σε αυτό το στάδιο, η μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος συνδέεται με πρωτεΐνες έναρξης. Το εμποδίζουν να έρθει σε επαφή με τη μεγάλη υπομονάδα. Αλλά σας επιτρέπουν να συνδεθείτε με τον εκκινητή tRNA και GTP.
Τότε αυτό το σύμπλεγμα «κάθεται» στο mRNA, ακριβώς στη θέση που αναγνωρίζεται από έναν από τους παράγοντες έναρξης. Δεν μπορεί να γίνει λάθος και το ριβόσωμα ξεκινά το ταξίδι του μέσω του αγγελιοφόρου RNA, διαβάζοντας τα κωδικόνια του.
Μόλις το σύμπλοκο φτάσει στο κωδικόνιο έναρξης (AUG), η υπομονάδα σταματά να κινείται και, με τη βοήθεια άλλων πρωτεϊνικών παραγόντων, συνδέεται με τη μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος.
Βήματα σύνθεσης: επιμήκυνση
Η ανάγνωση του mRNA περιλαμβάνει τη διαδοχική σύνθεση μιας πρωτεϊνικής αλυσίδας από ένα πολυπεπτίδιο. Προχωρά προσθέτοντας το ένα κατάλοιπο αμινοξέος μετά το άλλο στο υπό κατασκευή μόριο.
Κάθε νέο υπόλειμμα αμινοξέος προστίθεται στο καρβοξυλικό άκρο του πεπτιδίου, το καρβοξυτελικό άκρο αυξάνεται.
Βήματα σύνθεσης: τερματισμός
Όταν το ριβόσωμα φτάσει στο κωδικόνιο τερματισμού του αγγελιοφόρου RNA, η σύνθεση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας σταματά. Παρουσία του, το οργανίδιο δεν μπορεί να δεχτεί οποιοδήποτε tRNA. Αντίθετα, μπαίνουν στο παιχνίδι παράγοντες τερματισμού. Απελευθερώνουν την τελική πρωτεΐνη από το σταματημένο ριβόσωμα.
ΜετάΜετά τον τερματισμό της μετάφρασης, το ριβόσωμα μπορεί είτε να αφήσει το mRNA είτε να συνεχίσει να ολισθαίνει κατά μήκος του χωρίς να μεταφράζεται.
Η συνάντηση του ριβοσώματος με ένα νέο κωδικόνιο έναρξης (στον ίδιο κλώνο κατά τη συνέχιση της κίνησης ή σε ένα νέο mRNA) θα οδηγήσει σε μια νέα έναρξη.
Αφού το έτοιμο μόριο φύγει από την κύρια θέση βιοσύνθεσης πρωτεϊνών, επισημαίνεται και αποστέλλεται στον προορισμό του. Τι λειτουργίες θα εκτελέσει εξαρτάται από τη δομή του.
Έλεγχος διαδικασίας
Ανάλογα με τις ανάγκες τους, η κυψέλη θα ελέγχει ανεξάρτητα την εκπομπή. Η ρύθμιση της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών είναι μια πολύ σημαντική λειτουργία. Μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους.
Εάν ένα κύτταρο δεν χρειάζεται κάποιο είδος ένωσης, θα σταματήσει τη βιοσύνθεση RNA - η βιοσύνθεση πρωτεϊνών θα σταματήσει επίσης να συμβαίνει. Άλλωστε, χωρίς μήτρα, η όλη διαδικασία δεν θα ξεκινήσει. Και τα παλιά mRNA αποσυντίθενται γρήγορα.
Υπάρχει άλλη μια ρύθμιση της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών: το κύτταρο δημιουργεί ένζυμα που παρεμβαίνουν στη φάση έναρξης. Παρεμβαίνουν στη μετάφραση, ακόμα κι αν είναι διαθέσιμη η μήτρα ανάγνωσης.
Η δεύτερη μέθοδος είναι απαραίτητη όταν η πρωτεϊνοσύνθεση πρέπει να απενεργοποιηθεί αυτή τη στιγμή. Η πρώτη μέθοδος περιλαμβάνει τη συνέχιση της αργής μετάφρασης για κάποιο χρονικό διάστημα μετά τη διακοπή της σύνθεσης του mRNA.
Ένα κύτταρο είναι ένα πολύ περίπλοκο σύστημα στο οποίο τα πάντα διατηρούνται σε ισορροπία και το ακριβές έργο κάθε μορίου. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τις αρχές κάθε διαδικασίας που συμβαίνει στο κύτταρο. Έτσι μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα τι συμβαίνει στους ιστούς και στο σώμα συνολικά.
