Proteiinisynteesi on erittäin tärkeä prosessi. Hän on se, joka auttaa kehoamme kasvamaan ja kehittymään. Se sisältää monia solurakenteita. Loppujen lopuksi sinun on ensin ymmärrettävä, mitä aiomme syntetisoida.
Mitä proteiinia pitää rakentaa tällä hetkellä - entsyymit ovat vastuussa tästä. Ne saavat solulta signaaleja tietyn proteiinin tarpeesta, minkä jälkeen sen synteesi alkaa.
Missä proteiinisynteesi tapahtuu
Kaikissa soluissa proteiinien biosynteesin pääkohta on ribosomi. Se on suuri makromolekyyli, jolla on monimutkainen epäsymmetrinen rakenne. Se koostuu RNA:sta (ribonukleiinihapoista) ja proteiineista. Ribosomit voivat sijaita yksittäin. Mutta useimmiten ne yhdistetään EPS:ään, mikä helpottaa proteiinien myöhempää lajittelua ja kuljetusta.
Jos ribosomit istuvat endoplasmisessa retikulumissa, sitä kutsutaan karkeaksi ER:ksi. Kun translaatio on intensiivistä, useita ribosomeja voi liikkua yhtä mallia pitkin kerralla. Ne seuraavat toisiaan eivätkä häiritse muita organelleja ollenkaan.
Mitä tarvitaan synteesiinorava
Prosessin edetessä on välttämätöntä, että kaikki proteiinisynteesijärjestelmän pääkomponentit ovat paikoillaan:
- Ohjelma, joka asettaa aminohappotähteiden järjestyksen ketjussa, nimittäin mRNA, joka siirtää tämän tiedon DNA:sta ribosomeihin.
- Aminohappomateriaalia, josta rakennetaan uusi molekyyli.
- tRNA, joka toimittaa jokaisen aminohapon ribosomiin, osallistuu geneettisen koodin purkamiseen.
- Aminoasyyli-tRNA-syntetaasi.
- Ribosomi on pääasiallinen proteiinien biosynteesin paikka.
- Energia.
- Magnesiumionit.
- Proteiinitekijät (jokaisella vaiheella on omat).
Katsotaan nyt kutakin niistä yksityiskohtaisemmin ja selvitetään, miten proteiineja syntyy. Biosynteesin mekanismi on erittäin mielenkiintoinen, kaikki komponentit toimivat epätavallisen koordinoidusti.
Synteesiohjelma, matriisihaku
Kaikki tieto siitä, mitä proteiineja kehomme voi rakentaa, on DNA:ssa. Deoksiribonukleiinihappoa käytetään geneettisen tiedon tallentamiseen. Se on pakattu turvallisesti kromosomeihin ja sijaitsee solussa tumassa (jos puhumme eukaryooteista) tai kelluu sytoplasmassa (prokaryooteissa).
DNA-tutkimuksen ja sen geneettisen roolin tunnistamisen jälkeen kävi selväksi, että se ei ole suora malli käännökselle. Havainnot ovat johtaneet ehdotuksiin, että RNA liittyy proteiinisynteesiin. Tiedemiehet päättivät, että sen pitäisi olla välittäjä, siirtää tietoa DNA:sta ribosomeihin, toimia matriisina.
Samaan aikaan oliribosomit ovat avoimia, niiden RNA muodostaa suurimman osan solun ribonukleiinihaposta. Tarkistaakseen, onko se matriisi proteiinisynteesiä varten, A. N. Belozersky ja A. S. Spirin vuosina 1956-1957. suoritti vertailevan analyysin nukleiinihappojen koostumuksesta useissa mikro-organismeissa.
Oletettiin, että jos ajatus "DNA-rRNA-proteiini" -kaaviosta on oikea, niin kokonais-RNA:n koostumus muuttuu samalla tavalla kuin DNA. Mutta huolimatta v altavista eroista deoksiribonukleiinihapossa eri lajeissa, kokonaisribonukleiinihapon koostumus oli samanlainen kaikissa tarkasteluissa bakteereissa. Tästä tutkijat päättelivät, että tärkein solu-RNA (eli ribosomaalinen) ei ole suora välittäjä geneettisen tiedon kantajan ja proteiinin välillä.
mRNA:n löytö
Myöhemmin havaittiin, että pieni osa RNA:sta toistaa DNA:n koostumuksen ja voi toimia välittäjänä. Vuonna 1956 E. Volkin ja F. Astrachan tutkivat RNA-synteesiprosessia bakteereissa, jotka olivat infektoituneet T2-bakteriofagilla. Kun se tulee soluun, se siirtyy faagiproteiinien synteesiin. Samaan aikaan RNA:n pääosa ei muuttunut. Mutta solussa alkoi metabolisesti epästabiilin RNA:n pienen osan synteesi, jonka nukleotidisekvenssi oli samanlainen kuin faagi-DNA:n koostumus.
Vuonna 1961 tämä pieni osa ribonukleiinihappoa eristettiin RNA:n kokonaismassasta. Todisteita sen välittäjätoiminnasta on saatu kokeista. Solujen T4-faagilla infektion jälkeen muodostui uusi mRNA. Hän liittyi vanhoihin mestareihinribosomeja (uusia ribosomeja ei löydy infektion jälkeen), jotka alkoivat syntetisoida faagiproteiineja. Tämän "DNA:n k altaisen RNA:n" havaittiin olevan komplementaarinen yhdelle faagin DNA-juosteesta.
Vuonna 1961 F. Jacob ja J. Monod ehdottivat, että tämä RNA kuljettaa tietoa geeneistä ribosomeihin ja on matriisi aminohappojen järjestykseen peräkkäin proteiinisynteesin aikana.
Tiedonsiirron proteiinisynteesikohtaan suorittaa mRNA. Prosessia, jossa luetaan tietoa DNA:sta ja luodaan lähetti-RNA:ta, kutsutaan transkriptioksi. Sen jälkeen RNA käy läpi sarjan lisämuutoksia, tätä kutsutaan "käsittelyksi". Sen aikana matriisin ribonukleiinihaposta voidaan leikata tiettyjä osia. Sitten mRNA menee ribosomeihin.
Proteiinien rakennusmateriaali: aminohapot
Aminohappoja on yhteensä 20, joista osa on välttämättömiä, eli elimistö ei pysty syntetisoimaan niitä. Jos jokin happo solussa ei riitä, tämä voi johtaa translaation hidastumiseen tai jopa prosessin täydelliseen pysähtymiseen. Jokaisen aminohapon riittävä läsnäolo on tärkein edellytys proteiinien biosynteesin oikealle etenemiselle.
Tutkijat saivat yleistä tietoa aminohapoista jo 1800-luvulla. Sitten, vuonna 1820, kaksi ensimmäistä aminohappoa, glysiini ja leusiini, eristettiin.
Näiden monomeerien sekvenssi proteiinissa (ns. primaarirakenne) määrittää täysin sen seuraavat organisaatiotasot ja siten sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
Aminohappojen kuljetus: tRNA ja aa-tRNA-syntetaasi
Mutta aminohapot eivät voi rakentaa itseään proteiiniketjuksi. Jotta ne pääsisivät proteiinien biosynteesin pääkohtaan, tarvitaan siirto-RNA:ta.
Jokainen aa-tRNA-syntetaasi tunnistaa vain oman aminohapponsa ja vain sen tRNA:n, johon sen on kiinnitettävä. Osoittautuu, että tämä entsyymiperhe sisältää 20 erilaista syntetaasia. Jää vain todeta, että aminohapot ovat kiinnittyneet tRNA:han, tarkemmin sanottuna sen hydroksyyliakseptorin "häntään". Jokaisella hapolla on oltava oma siirto-RNA. Tätä valvoo aminoasyyli-tRNA-syntetaasi. Se ei ainoastaan sovita aminohappoja oikeaan kuljetukseen, vaan myös säätelee esterisidosreaktiota.
Onnistuneen kiinnittymisreaktion jälkeen tRNA menee proteiinisynteesikohtaan. Tämä lopettaa valmisteluprosessit ja lähetys alkaa. Harkitse proteiinien biosynteesin päävaiheita :
- aloitus;
- pidennys;
- päättäminen.
Synteesivaiheet: aloitus
Miten proteiinien biosynteesi ja sen säätely tapahtuu? Tiedemiehet ovat yrittäneet selvittää tätä jo pitkään. Esitettiin lukuisia hypoteeseja, mutta mitä nykyaikaisemmaksi laitteista tuli, sitä paremmin aloimme ymmärtää lähetystoiminnan periaatteet.
Ribosomi, proteiinien biosynteesin pääkohta, alkaa lukea mRNA:ta siitä kohdasta, jossa sen polypeptidiketjua koodaava osa alkaa. Tämä piste sijaitsee tietylläpois lähetti-RNA:n alusta. Ribosomin on tunnistettava mRNA:n piste, josta lukeminen alkaa, ja muodostaa yhteys siihen.
Aloitus - joukko tapahtumia, jotka tarjoavat lähetyksen alkamisen. Se sisältää proteiineja (aloitustekijät), initiaattori-tRNA:n ja erityisen aloituskodonin. Tässä vaiheessa ribosomin pieni alayksikkö sitoutuu aloitusproteiineihin. Ne estävät sitä koskettamasta suurta alayksikköä. Mutta niiden avulla voit muodostaa yhteyden aloitus-tRNA:han ja GTP:hen.
Sitten tämä kompleksi "istuu" mRNA:lla, täsmälleen kohdassa, jonka yksi aloitustekijöistä tunnistaa. Ei voi olla virhettä, ja ribosomi aloittaa matkansa lähetti-RNA:n läpi lukemalla kodonejaan.
Heti kun kompleksi saavuttaa aloituskodonin (AUG), alayksikkö lakkaa liikkumasta ja sitoutuu muiden proteiinitekijöiden avulla ribosomin suureen alayksikköön.
Synteesivaiheet: venymä
MRNA:n lukeminen sisältää proteiiniketjun peräkkäisen synteesin polypeptidillä. Se etenee lisäämällä aminohappotähdettä toisensa jälkeen rakenteilla olevaan molekyyliin.
Jokainen uusi aminohappotähde lisätään peptidin karboksyylipäähän, C-pää kasvaa.
Synteesivaiheet: lopetus
Kun ribosomi saavuttaa lähetti-RNA:n lopetuskodonin, polypeptidiketjun synteesi pysähtyy. Sen läsnä ollessa organelli ei voi hyväksyä mitään tRNA:ta. Sen sijaan lopetustekijät tulevat peliin. Ne vapauttavat valmiin proteiinin pysähtyneestä ribosomista.
JälkeenKun translaatio on päättynyt, ribosomi voi joko jättää mRNA:n tai jatkaa liukumista sitä pitkin ilman translaatiota.
Ribosomin kohtaaminen uuden aloituskodonin kanssa (samassa juosteessa liikkeen jatkumisen aikana tai uudessa mRNA:ssa) johtaa uuteen initiaatioon.
Kun valmis molekyyli lähtee proteiinien biosynteesin pääpaikasta, se leimataan ja lähetetään määränpäähänsä. Mitä toimintoja se suorittaa, riippuu sen rakenteesta.
Prosessin ohjaus
Heidän tarpeistaan riippuen solu ohjaa lähetystä itsenäisesti. Proteiinibiosynteesin säätely on erittäin tärkeä toiminto. Se voidaan tehdä monella tavalla.
Jos solu ei tarvitse jonkinlaista yhdistettä, se pysäyttää RNA:n biosynteesin - myös proteiinien biosynteesi lakkaa tapahtumasta. Loppujen lopuksi koko prosessi ei ala ilman matriisia. Ja vanhat mRNA:t hajoavat nopeasti.
Proteiinien biosynteesiä säätelee toinenkin: solu tuottaa entsyymejä, jotka häiritsevät aloitusvaihetta. Ne häiritsevät kääntämistä, vaikka lukumatriisi olisi saatavilla.
Toinen menetelmä on tarpeen, kun proteiinisynteesi on kytkettävä pois päältä juuri nyt. Ensimmäinen menetelmä sisältää hitaan translaation jatkamisen jonkin aikaa mRNA-synteesin lopettamisen jälkeen.
Solu on hyvin monimutkainen järjestelmä, jossa kaikki pidetään tasapainossa ja jokaisen molekyylin tarkka työ. On tärkeää tietää jokaisen solussa tapahtuvan prosessin periaatteet. Näin voimme ymmärtää paremmin, mitä kudoksissa ja koko kehossa tapahtuu.
