Elämä on proteiinimolekyylien olemassaoloprosessi. Näin ilmaisevat monet tiedemiehet, jotka ovat vakuuttuneita siitä, että proteiini on kaiken elävän perusta. Nämä arviot ovat täysin oikeita, koska näillä solun aineilla on eniten perustoimintoja. Kaikki muut orgaaniset yhdisteet toimivat energiasubstraattina, ja energiaa tarvitaan jälleen proteiinimolekyylien synteesiin.
Kehon kyky syntetisoida proteiineja
Kaikki olemassa olevat organismit eivät pysty syntetisoimaan proteiineja solussa. Virukset ja tietyntyyppiset bakteerit eivät pysty muodostamaan proteiineja ja ovat siksi loisia ja saavat tarvittavat aineet isäntäsolusta. Muut organismit, mukaan lukien prokaryoottisolut, pystyvät syntetisoimaan proteiineja. Kaikki ihmisten, eläinten, kasvien ja sienten solut, lähes kaikki bakteerit ja protistit elävät proteiinien biosynteesin kyvystä. Tätä tarvitaan rakennetta muodostavien, suojaavien, reseptori-, kuljetus- ja muiden toimintojen toteuttamiseen.
Vaihevastausproteiinien biosynteesi
Proteiinin rakennetta koodaa nukleiinihappo (DNA tai RNA) kodonien muodossa. Tämä on perinnöllistä tietoa, joka toistuu aina, kun solu tarvitsee uutta proteiiniainetta. Biosynteesin alku on tiedon siirtäminen ytimeen tarpeesta syntetisoida uusi proteiini, jolla on jo annetut ominaisuudet.
Vastauksena tähän osasta nukleiinihappoa poistetaan spiraali, jossa sen rakenne on koodattu. Tämä paikka monistetaan lähetti-RNA:lla ja siirretään ribosomeihin. He ovat vastuussa polypeptidiketjun rakentamisesta, joka perustuu matriisi-lähetti-RNA:han. Lyhyesti, kaikki biosynteesin vaiheet esitetään seuraavasti:
- transkriptio (vaihe, jossa DNA-segmentti kaksinkertaistuu koodatulla proteiinirakenteella);
- prosessointi (lähetti-RNA:n muodostuminen);
- translaatio (proteiinisynteesi solussa lähetti-RNA:n perusteella);
- translation jälkeinen modifikaatio (polypeptidin "kypsyminen", sen kolmiulotteisen rakenteen muodostuminen).
Nukleiinihappotranskriptio
Kaikki proteiinisynteesi solussa tapahtuu ribosomien avulla, ja tiedot molekyyleistä sisältyvät nukleiinihappoon (RNA tai DNA). Se sijaitsee geeneissä: jokainen geeni on tietty proteiini. Geenit sisältävät tietoa uuden proteiinin aminohapposekvenssistä. DNA:n tapauksessa geneettisen koodin poistaminen tapahtuu seuraavasti:
- nukleiinihappokohdan vapautuminen histoneista alkaa, despiralisaatio tapahtuu;
- DNA-polymeraasikaksinkertaistaa proteiinigeenin varastoivan DNA-osan;
- kaksoislohko on lähetti-RNA:n esiaste, jota entsyymit prosessoivat ei-koodaavien inserttien poistamiseksi (mRNA-synteesi suoritetaan sen perusteella).
MRNA syntetisoidaan pro-informaatio-RNA:n perusteella. Se on jo matriisi, jonka jälkeen proteiinisynteesi solussa tapahtuu ribosomeissa (karkeassa endoplasmisessa retikulumissa).
Ribosomaalisen proteiinisynteesi
Viesti-RNA:lla on kaksi päätä, jotka on järjestetty muotoon 3`-5`. Proteiinien lukeminen ja synteesi ribosomeissa alkaa 5'-päästä ja jatkuu introniin, alueelle, joka ei koodaa mitään aminohapoista. Se menee näin:
- lähetti-RNA "kiertyy" ribosomiin, kiinnittää ensimmäisen aminohapon;
- ribosomi siirtyy lähetti-RNA:ta pitkin yhden kodonin verran;
- siirto-RNA tarjoaa halutun (annetun mRNA-kodonin koodaaman) alfa-aminohapon;
- aminohappo liittyy aloitusaminohappoon muodostaen dipeptidin;
- sitten mRNA siirtyy jälleen yhden kodonin verran, alfa-aminohappo tuodaan sisään ja liittyy kasvavaan peptidiketjuun.
Kun ribosomi saavuttaa intronin (ei-koodaava insertti), lähetti-RNA vain siirtyy eteenpäin. Sitten lähetti-RNA:n edetessä ribosomi saavuttaa jälleen eksonin - kohdan, jonka nukleotidisekvenssi vastaa tiettyäaminohappo.
Tästä pisteestä proteiinimonomeerien lisääminen ketjuun alkaa uudelleen. Prosessi jatkuu, kunnes seuraava introni ilmestyy tai stop-kodoni. Jälkimmäinen pysäyttää polypeptidiketjun synteesin, minkä jälkeen proteiinin primäärirakenne katsotaan täydelliseksi ja alkaa molekyylin synteettisen (posttranslationaalisen) modifikaation vaihe.
Käännöksen jälkeinen muutos
Käännöksen jälkeen proteiinisynteesi tapahtuu sileän endoplasmisen retikulumin vesisäiliöissä. Jälkimmäinen sisältää pienen määrän ribosomeja. Joissakin soluissa ne voivat puuttua kokonaan RES:stä. Tällaisia alueita tarvitaan muodostamaan ensin toissijainen, sitten tertiäärinen tai ohjelmoitu kvaternäärinen rakenne.
Kaikki proteiinisynteesi solussa tapahtuu kuluttamalla v altavasti ATP-energiaa. Siksi kaikkia muita biologisia prosesseja tarvitaan proteiinibiosynteesin ylläpitämiseksi. Lisäksi osa energiasta tarvitaan proteiinien siirtoon solussa aktiivisella kuljetuksella.
Monet proteiineista siirretään solun paikasta toiseen modifiointia varten. Erityisesti translaation jälkeinen proteiinisynteesi tapahtuu Golgi-kompleksissa, jossa hiilihydraatti- tai lipididomeeni on kiinnittynyt tietyn rakenteen omaavaan polypeptidiin.
