Proteinsyntese stadier og deres egenskaper

622
Robert Johnston

De protein syntese det er en biologisk hendelse som skjer i praktisk talt alle levende ting. Celler tar kontinuerlig informasjonen som er lagret i DNA, og takket være tilstedeværelsen av svært komplekse spesialiserte maskiner, forvandler den til proteinmolekyler.

Imidlertid blir 4-bokstavskoden kryptert i DNA ikke direkte oversatt til proteiner. Et RNA-molekyl som fungerer som en mellommann, kalt messenger RNA, er involvert i prosessen..

Protein syntese.
Kilde: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

Når celler trenger et bestemt protein, blir nukleotidsekvensen til en passende del av DNA kopiert til RNA - i en prosess som kalles transkripsjon - og dette blir i sin tur oversatt til det aktuelle proteinet..

Informasjonsflyten som er beskrevet (DNA til messenger RNA og melding RNA til proteiner) kommer fra veldig enkle vesener som bakterier til mennesker. Denne serien av trinn er blitt kalt den sentrale "dogmen" i biologien..

Maskineriet som har ansvaret for proteinsyntese er ribosomer. Disse små mobilstrukturene finnes i stor grad i cytoplasmaet og forankret til det endoplasmatiske retikulum..

Artikkelindeks

  • 1 Hva er proteiner?
  • 2 Stadier og egenskaper
    • 2.1 Transkripsjon: fra DNA til messenger RNA
    • 2.2 Splitting av messenger RNA
    • 2.3 Typer RNA
    • 2.4 Oversettelse: fra messenger RNA til proteiner
    • 2.5 Den genetiske koden
    • 2.6 Kobling av aminosyre til overføring av RNA
    • 2.7 RNA-meldingen dekodes av ribosomer
    • 2.8 Forlengelse av polypeptidkjeden
    • 2.9 Fullføre oversettelsen
  • 3 Referanser

Hva er proteiner?

Proteiner er makromolekyler som består av aminosyrer. Disse utgjør nesten 80% av protoplasmaet til en hel dehydrert celle. Alle proteiner som utgjør en organisme kalles "proteom".

Dens funksjoner er flere og varierte, fra strukturelle roller (kollagen) til transport (hemoglobin), katalysatorer av biokjemiske reaksjoner (enzymer), forsvar mot patogener (antistoffer), blant andre..

Det er 20 typer naturlig forekommende aminosyrer som kombineres gjennom peptidbindinger for å danne proteiner. Hver aminosyre er preget av å ha en bestemt gruppe som gir den spesielle kjemiske og fysiske egenskaper.

Stadier og egenskaper

Måten cellen klarer å tolke DNA-meldingen på, skjer gjennom to grunnleggende hendelser: transkripsjon og oversettelse. Mange kopier av RNA, som er kopiert fra det samme genet, er i stand til å syntetisere et betydelig antall identiske proteinmolekyler.

Hvert gen transkriberes og oversettes forskjellig, slik at cellen kan produsere varierende mengder av et stort utvalg av proteiner. Denne prosessen involverer forskjellige cellulære reguleringsveier, som vanligvis inkluderer kontroll av RNA-produksjon..

Det første trinnet som cellen må gjøre for å starte proteinproduksjonen er å lese meldingen skrevet på DNA-molekylet. Dette molekylet er universelt og inneholder all informasjon som er nødvendig for konstruksjon og utvikling av organiske vesener..

Deretter vil vi beskrive hvordan proteinsyntese skjer, begynner prosessen med å "lese" det genetiske materialet og slutter med produksjonen av proteiner. per se.

Transkripsjon: fra DNA til messenger RNA

Meldingen i DNA-dobbeltspiralen er skrevet i en kode på fire bokstaver som tilsvarer basene adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og tymin (T).

Denne sekvensen av DNA-bokstaver fungerer som en mal for å bygge et tilsvarende RNA-molekyl.

Både DNA og RNA er lineære polymerer som består av nukleotider. Imidlertid skiller de seg kjemisk i to grunnleggende aspekter: Nukleotidene i RNA er ribonukleotider, og i stedet for basetymin har RNA uracil (U), som parres med adenin..

Transkripsjonsprosessen begynner med åpningen av dobbeltspiralen i en bestemt region. En av de to trådene fungerer som en "mal" eller mal for RNA-syntese. Nukleotider vil bli lagt til etter baseparringsreglene, C med G og A med U.

Hovedenzymet involvert i transkripsjon er RNA-polymerase. Det er ansvarlig for å katalysere dannelsen av fosfodiesterbindinger som forbinder nukleotidene i kjeden. Kjeden strekker seg i en 5 'til 3' retning.

Veksten av molekylet involverer forskjellige proteiner kjent som "forlengelsesfaktorer" som er ansvarlige for å opprettholde bindingen av polymerasen til slutten av prosessen..

Skjøting av messenger RNA

Kilde: Av BCSteve [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], fra Wikimedia Commons
I eukaryoter har gener en spesifikk struktur. Sekvensen avbrytes av elementer som ikke er en del av proteinet, kalt introner. Begrepet er i motsetning til exon, som inkluderer delene av genet som vil bli oversatt til proteiner..

De skjøting det er en grunnleggende begivenhet som består i eliminering av intronene til messenger-molekylet, å kaste et molekyl bygget utelukkende av eksoner. Sluttproduktet er moden messenger RNA. Fysisk foregår det i spiceosome, et komplekst og dynamisk maskineri.

I tillegg til spleising gjennomgår messenger RNA flere kodinger før de blir oversatt. En "hette" tilsettes hvis kjemiske natur er et modifisert guaninnukleotid, og i 5'-enden og en hale av forskjellige adeniner i den andre enden.

RNA-typer

I cellen produseres forskjellige typer RNA. Noen gener i cellen produserer et messenger RNA-molekyl, og det blir oversatt til protein - som vi vil se senere. Imidlertid er det gener hvis sluttprodukt er selve RNA-molekylet..

For eksempel, i gjærgenomet, har omtrent 10% av gjærgenene RNA-molekyler som sluttprodukt. Det er viktig å nevne dem, siden disse molekylene spiller en grunnleggende rolle når det gjelder proteinsyntese.

- Ribosomalt RNA: ribosomalt RNA er en del av hjertet av ribosomer, nøkkelstrukturer for proteinsyntese.

Kilde: Jane Richardson (Dcrjsr) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], fra Wikimedia Commons
Behandlingen av ribosomale RNA og deres påfølgende montering i ribosomer skjer i en veldig iøynefallende struktur av kjernen - selv om den ikke er avgrenset av membran - kalt nucleolus..

- Overfør RNA: den fungerer som en adapter som velger en spesifikk aminosyre og, sammen med ribosomet, inkorporerer aminosyreresten i proteinet. Hver aminosyre er relatert til et overførings-RNA-molekyl.

I eukaryoter er det tre typer polymeraser som, selv om de strukturelt er veldig like hverandre, spiller forskjellige roller.

RNA-polymerase I og III transkriberer genene som koder for overførings-RNA, ribosomalt RNA og noen små RNA-er. RNA-polymerase II retter seg mot oversettelse av proteinkodende gener.

- Små RNA relatert til regulering: oKortlengde RNA deltar i reguleringen av genuttrykk. Disse inkluderer mikroRNA og små interfererende RNA..

MicroRNA regulerer uttrykk ved å blokkere en bestemt melding, og små forstyrrende stenger uttrykk gjennom direkte nedbrytning av messenger. Tilsvarende er det små kjernefysiske RNA som deltar i prosessen med skjøting messenger RNA.

Oversettelse: fra messenger RNA til proteiner

Når messenger RNA modnes gjennom prosessen med skjøting Når den beveger seg fra kjernen til cellecytoplasma, begynner proteinsyntese. Denne eksporten formidles av kjerneporekomplekset - en serie vandige kanaler som ligger i membranen i kjernen som direkte forbinder cytoplasma og nukleoplasma..

I hverdagen bruker vi begrepet ”oversettelse” for å referere til konvertering av ord fra ett språk til et annet..

For eksempel kan vi oversette en bok fra engelsk til spansk. På molekylært nivå innebærer oversettelse endring fra språk til RNA til protein. For å være mer presis, er det endringen fra nukleotider til aminosyrer. Men hvordan skjer denne dialektendringen?

Den genetiske koden

Nukleotidsekvensen til et gen kan transformeres til proteiner i henhold til reglene etablert av den genetiske koden. Dette ble dechifrert på begynnelsen av 60-tallet.

Som leseren vil kunne utlede, kan oversettelsen ikke være en eller en, siden det bare er 4 nukleotider og 20 aminosyrer. Logikken er som følger: foreningen av tre nukleotider er kjent som "tripletter" og de er assosiert med en bestemt aminosyre.

Siden det kan være 64 mulige tripletter (4 x 4 x 4 = 64), er den genetiske koden overflødig. Det vil si at den samme aminosyren er kodet av mer enn en triplett..

Tilstedeværelsen av den genetiske koden er universell og brukes av alle levende organismer som bor på jorden i dag. Denne enorme bruken er en av naturens mest overraskende molekylære homologier..

Kobling av aminosyre for å overføre RNA

Kodonene eller triplettene som finnes i messenger RNA-molekylet, har ikke muligheten til å gjenkjenne aminosyrer direkte. I motsetning til dette, er oversettelsen av messenger RNA avhengig av et molekyl som er i stand til å gjenkjenne og binde kodonet og aminosyren. Dette molekylet er overførings-RNA.

Overførings-RNA kan brettes inn i en kompleks tredimensjonal struktur som ligner en kløver. I dette molekylet er det en region kalt "anticodon", dannet av tre påfølgende nukleotider som pares med de påfølgende komplementære nukleotidene i messenger RNA-kjeden..

Som vi nevnte i forrige avsnitt, er den genetiske koden overflødig, så noen aminosyrer har mer enn ett overførings-RNA.

Påvisning og fusjon av riktig aminosyre til overførings-RNA er en prosess mediert av et enzym kalt aminoacyl-tRNA-syntetase. Dette enzymet er ansvarlig for å koble begge molekylene gjennom en kovalent binding.

RNA-melding dekodes av ribosomer

For å danne et protein er aminosyrer koblet sammen gjennom peptidbindinger. Prosessen med å lese messenger RNA og binding av spesifikke aminosyrer forekommer i ribosomer.

Ribosomer

Ribosomer er katalytiske komplekser som består av mer enn 50 proteinmolekyler og forskjellige typer ribosomalt RNA. I eukaryote organismer inneholder en gjennomsnittscelle i gjennomsnitt millioner av ribosomer i det cytoplasmatiske miljøet.

Strukturelt sett består et ribosom av en stor og en liten underenhet. Rollen til den lille delen er å sikre at overførings-RNA er riktig paret med messenger-RNA, mens den store underenheten katalyserer dannelsen av peptidbindingen mellom aminosyrer..

Når synteseprosessen ikke er aktiv, skilles de to underenhetene som utgjør ribosomer. I begynnelsen av syntesen blir messenger RNA med på begge underenhetene, vanligvis nær 5'-enden.

I denne prosessen skjer forlengelsen av polypeptidkjeden ved tilsetning av en ny aminosyrerest i følgende trinn: binding av overførings-RNA, dannelse av peptidbindingen, translokasjon av underenhetene. Resultatet av dette siste trinnet er bevegelsen av hele ribosomet, og en ny syklus begynner..

Polypeptidkjede forlengelse

I ribosomer skilles tre steder ut: sted E, P og A (se hovedbilde). Forlengelsesprosessen begynner når noen aminosyrer allerede har blitt kovalent bundet og det er et overførings-RNA-molekyl på P-stedet..

Overfør RNA som har den neste aminosyren som skal inkorporeres, binder seg til sted A ved baseparing med messenger-RNA. Den karboksylterminale delen av peptidet frigjøres deretter fra overførings-RNA ved P-stedet ved å bryte en høyenergibinding mellom overførings-RNA og aminosyren den bærer..

Den frie aminosyren er festet til kjeden, og en ny peptidbinding dannes. Den sentrale reaksjonen i hele denne prosessen formidles av enzymet peptidyltransferase, som finnes i den store underenheten av ribosomer. Dermed beveger ribosomet seg gjennom budbringer-RNA, og oversetter dialekten fra aminosyrer til proteiner..

Som i transkripsjon er også forlengelsesfaktorer involvert under proteinoversettelse. Disse elementene øker hastigheten og effektiviteten i prosessen.

Oversettelse fullført

Oversettelsesprosessen avsluttes når ribosomet møter stoppkodonene: UAA, UAG eller UGA. Disse gjenkjennes ikke av noe overførings-RNA og binder ingen aminosyrer.

På dette tidspunktet binder proteiner kjent som frigjøringsfaktorer til ribosomet og forårsaker katalyse av et vannmolekyl og ikke en aminosyre. Denne reaksjonen frigjør den terminale karboksylenden. Til slutt frigjøres peptidkjeden i cellecytoplasmaet..

Referanser

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokjemi. 5. utgave. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitasjon til biologi. Panamerican Medical Ed..
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., og Baltimore, D. (1990). Molekylær cellebiologi. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton and Hall lærebok for medisinsk fysiologi e-bok. Elsevier helsevitenskap.
  5. Lewin, B. (1993). Gener Volum 1. Vend tilbake.
  6. Lodish, H. (2005). Cellular and molecular biology. Panamerican Medical Ed..
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomstruktur og mekanismen for translasjon. Celle, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Introduksjon til mikrobiologi. Panamerican Medical Ed..
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Strukturen og funksjonen til det eukaryote ribosomet. Cold Spring Harbour perspektiver i biologi, 4(5), a011536.

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.