Syntéza proteínových štádií a ich charakteristiky



syntézu proteínov je to biologická udalosť, ktorá sa vyskytuje prakticky vo všetkých živých bytostiach. Bunky neustále získavajú informácie, ktoré sú uložené v DNA a vďaka prítomnosti veľmi zložitých špecializovaných strojov ju transformujú na proteínové molekuly.

4-písmenový kód zašifrovaný v DNA sa však neprenáša priamo do proteínov. V procese sa jedná o molekulu RNA, ktorá funguje ako sprostredkovateľ, nazývaná messenger RNA.

Keď bunky potrebujú konkrétny proteín, nukleotidová sekvencia vhodnej časti v DNA sa skopíruje do RNA - v procese nazývanom transkripcia - a to sa následne preloží do príslušného proteínu.

Opísaný tok informácií (DNA a messenger RNA a RNA správa k proteínom) sa vyskytuje z veľmi jednoduchých bytostí, ako sú baktérie pre ľudí. Táto séria krokov sa nazýva centrálnou "dogmou" biológie.

Mechanizmy zodpovedné za syntézu proteínov sú ribozómy. Tieto malé bunkové štruktúry sa nachádzajú vo veľkej miere v cytoplazme a ukotvené na endoplazmatickom retikule.

index

  • 1 Čo sú proteíny?
  • 2 Fázy a charakteristiky
    • 2.1 Transkripcia: z DNA na messenger RNA
    • 2.2 Zostrihovanie mediátorovej RNA
    • 2.3 Typy RNA
    • 2.4 Preklady: od messenger RNA k proteínom
    • 2.5 Genetický kód
    • 2.6 Spojenie aminokyseliny s transferovou RNA
    • 2.7 RNA správa je dekódovaná ribozómami
    • 2.8 Predĺženie polypeptidového reťazca
    • 2.9 Dokončenie prekladu
  • 3 Odkazy

Čo sú proteíny?

Proteíny sú makromolekuly tvorené aminokyselinami. Tieto predstavujú takmer 80% protoplazmy celej dehydratovanej bunky. Všetky proteíny, ktoré tvoria organizmus, sa nazývajú "proteóm".

Jeho funkcie sú početné a rôznorodé, od štruktúrnych rolí (kolagén) až po transport (hemoglobín), katalyzátorov biochemických reakcií (enzýmov), obrany proti patogénom (protilátky), medzi inými..

Existuje 20 typov prírodných aminokyselín, ktoré sú kombinované peptidovými väzbami, aby vznikli proteíny. Každá aminokyselina sa vyznačuje tým, že má konkrétnu skupinu, ktorá poskytuje konkrétne chemické a fyzikálne vlastnosti.

Fázy a charakteristiky

Spôsob, akým sa bunke podarí interpretovať DNA správu, nastáva prostredníctvom dvoch základných udalostí: transkripcie a translácie. Mnohé kópie RNA, ktoré boli skopírované z rovnakého génu, sú schopné syntetizovať významný počet identických proteínových molekúl.

Každý gén sa transkribuje a translatuje odlišne, čo umožňuje bunke produkovať rôzne množstvá širokej škály proteínov. Tento proces zahŕňa rôzne cesty bunkovej regulácie, ktoré všeobecne zahŕňajú kontrolu pri produkcii RNA.

Prvým krokom, ktorý musí bunka urobiť, aby začala produkcia proteínov, je čítať správu napísanú na molekule DNA. Táto molekula je univerzálna a obsahuje všetky informácie potrebné na výstavbu a rozvoj organických bytostí.

Ďalej popíšeme, ako dochádza k syntéze proteínov, začínajúc procesom "čítania" genetického materiálu a končiac produkciou proteínov. per se.

Transkripcia: z DNA na messenger RNA

Správa v dvojitej skrutkovici DNA je napísaná štvorpísmenovým kódom zodpovedajúcim bázam adenínu (A), guanínu (G), cytozínu (C) a tymínu (T).

Táto sekvencia písmen DNA sa použije na temperovanie molekuly ekvivalentu RNA.

DNA aj RNA sú lineárne polyméry tvorené nukleotidmi. Chemicky sa však líšia v dvoch základných aspektoch: nukleotidy v RNA sú ribonukleotidy a namiesto tymínovej bázy RNA predstavuje uracil (U), ktorý sa páruje s adenínom.

Proces transkripcie začína otvorením dvojzávitnice v špecifickej oblasti. Jeden z týchto dvoch reťazcov pôsobí ako "templát" alebo temper na syntézu RNA. Nukleotidy budú pridané podľa pravidiel párovania báz, C s G a A s U.

Hlavným enzýmom podieľajúcim sa na transkripcii je RNA polymeráza. Je zodpovedný za katalyzáciu tvorby fosfodiesterových väzieb, ktoré spájajú nukleotidy reťazca. Reťaz je predĺžená v smere 5 'až 3'.

Rast molekuly zahŕňa rôzne proteíny známe ako "elongačné faktory", ktoré sú zodpovedné za udržanie väzby polymerázy do konca procesu..

Zostrihovanie mediátorovej RNA

V eukaryotoch majú gény špecifickú štruktúru. Sekvencia je prerušená prvkami, ktoré nie sú súčasťou proteínu, nazývané intróny. Tento výraz je v protiklade s termínom exónu, ktorý zahŕňa časti génu, ktoré budú preložené do proteínov.

spájanie je to zásadná udalosť, ktorá spočíva v odstránení intrónov molekuly mediátora, vyhodiť molekulu vytvorenú výlučne exónmi. Konečným produktom je zrelá messenger RNA. Fyzicky sa v spleenosómoch uskutočňuje komplexný a dynamický aparát.

Okrem zostrihu sa mediátorová RNA podrobí ďalším kódovaniam pred tým, ako sa preloží. Pridáva sa "kapucňa", ktorej chemická povaha je modifikovaný guanínový nukleotid, a na 5 'konci a koniec niekoľkých adenín na druhom konci..

Typy RNA

V bunke sa produkujú rôzne typy RNA. Niektoré gény v bunke produkujú molekulu mediátorovej RNA, ktorá je preložená do proteínu - ako uvidíme neskôr. Existujú však gény, ktorých konečným produktom je samotná molekula RNA.

Napríklad v genóme kvasiniek má približne 10% génov tejto huby molekuly RNA ako svoj konečný produkt. Je dôležité spomenúť ich, pretože tieto molekuly zohrávajú zásadnú úlohu pri syntéze proteínov.

- Ribozomálna RNA: ribozomálna RNA je súčasťou srdca ribozómov, kľúčových štruktúr pre syntézu proteínov.

Spracovanie ribozomálnych RNA a ich následné zostavenie do ribozómov sa vyskytuje vo veľmi nápadnej štruktúre jadra - hoci nie je ohraničená membránou - nazývanou nukleolus.

- Prenos RNA: Funguje ako adaptér, ktorý volí špecifickú aminokyselinu a spolu s ribozómom inkorporuje aminokyselinový zvyšok do proteínu. Každá aminokyselina je príbuzná molekule transferovej RNA.

V eukaryotoch existujú tri typy polymeráz, ktoré, hoci sú navzájom štrukturálne veľmi podobné, hrajú rôzne úlohy.

RNA polymeráza I a III transkribujú gény, ktoré kódujú transferovú RNA, ribozomálnu RNA a niektoré malé RNA. RNA polymeráza II sa zameriava na transláciu génov, ktoré kódujú proteíny.

- Malé RNA súvisiace s reguláciou: oIné RNA s krátkou dĺžkou sa zúčastňujú regulácie génovej expresie. Medzi nimi sú mikroRNA a malé interferujúce RNA.

MikroRNAs regulujú expresiu blokovaním špecifickej správy a malé z interferencie vypínajú expresiu prostredníctvom priamej degradácie mediátora. Podobne existujú malé nukleárne RNA, ktoré sa zúčastňujú na procese spájanie mediátorovej RNA.

Preklad: od messenger RNA k proteínom

Akonáhle messenger RNA zreje procesom spájanie a putuje z jadra do bunkovej cytoplazmy, začína syntéza proteínov. Tento export je sprostredkovaný komplexom jadrových pórov - séria vodných kanálov umiestnených v membráne jadra, ktorá priamo spája cytoplazmu a nukleoplazmu..

V každodennom živote používame termín „preklad“ na označenie konverzie slov z jedného jazyka do druhého.

Môžeme napríklad preložiť knihu z angličtiny do španielčiny. Na molekulárnej úrovni preklad zahŕňa zmenu jazyka z RNA na proteín. Presnejšie povedané, ide o zmenu nukleotidov na aminokyseliny. Ale ako sa táto zmena dialektu vyskytuje??

Genetický kód

Nukleotidová sekvencia génu môže byť transformovaná na proteíny podľa pravidiel stanovených genetickým kódom. Toto bolo rozlúštené začiatkom 60. rokov.

Ako čitateľ bude schopný odvodiť, preklad nemôže byť jeden alebo jeden, pretože tam sú len 4 nukleotidy a 20 aminokyselín. Logika je nasledovná: spojenie troch nukleotidov je známe ako "triplety" a sú spojené s konkrétnou aminokyselinou.

Pretože môže existovať 64 možných trojíc (4 x 4 x 4 = 64), genetický kód je nadbytočný. To znamená, že rovnaká aminokyselina je kódovaná viac ako jedným tripletom.

Prítomnosť genetického kódu je univerzálna a používajú ho všetky živé organizmy, ktoré dnes žijú na Zemi. Toto veľmi široké použitie je jednou z najviac prekvapujúcich molekulárnych homológií prírody.

Spojenie aminokyseliny s transferovou RNA

Kodóny alebo trojice, ktoré sa nachádzajú v molekule messenger RNA, nemajú schopnosť priamo rozpoznávať aminokyseliny. Na rozdiel od toho translácia mediátorovej RNA závisí od molekuly, ktorá dokáže rozpoznať a viazať kodón a aminokyselinu. Táto molekula je transferová RNA.

Prenosová RNA môže byť zložená do komplexnej trojrozmernej štruktúry, ktorá sa podobá ďateline. V tejto molekule existuje oblasť nazývaná "antikodon", ktorú tvoria tri po sebe idúce nukleotidy, ktoré sa párujú s po sebe idúcimi komplementárnymi nukleotidmi reťazca messenger RNA.

Ako bolo uvedené v predchádzajúcej časti, genetický kód je nadbytočný, takže niektoré aminokyseliny majú viac ako jednu transferovú RNA.

Detekcia a fúzia správnej aminokyseliny s transferovou RNA je proces sprostredkovaný enzýmom nazývaným aminoacyl-tRNA syntetáza. Tento enzým je zodpovedný za kopuláciu oboch molekúl prostredníctvom kovalentnej väzby.

RNA správa je dekódovaná ribozómami

Na vytvorenie proteínu sú aminokyseliny spojené peptidovými väzbami. Proces čítania messenger RNA a viazanie špecifických aminokyselín sa vyskytuje v ribozómoch.

Ribozómy sú katalytické komplexy tvorené viac ako 50 proteínovými molekulami a niekoľkými typmi ribozomálnej RNA. V eukaryotických organizmoch priemerná bunka obsahuje v priemere milióny ribozómov v cytoplazmatickom prostredí.

Štruktúrne sa ribozóm skladá z veľkej podjednotky a malej podjednotky. Funkciou malej časti je zabezpečiť, aby bola transferová RNA správne spárovaná s mediátorovou RNA, zatiaľ čo veľká podjednotka katalyzuje tvorbu peptidovej väzby medzi aminokyselinami..

Keď proces syntézy nie je aktívny, dve podjednotky, ktoré tvoria ribozómy, sú oddelené. Na začiatku syntézy sa mediátorová RNA viaže na obe podjednotky, zvyčajne blízko 5 'konca..

V tomto procese sa predlžuje polypeptidový reťazec pridaním nového aminokyselinového zvyšku v nasledujúcich krokoch: väzba transferovej RNA, tvorba peptidovej väzby, translokácia podjednotiek. Výsledkom tohto posledného kroku je pohyb kompletného ribozómu a začína nový cyklus.

Predĺženie polypeptidového reťazca

Na ribozómoch sa rozlišujú tri miesta: miesta E, P a A (pozri hlavný obrázok). Proces predlžovania začína, keď niektoré aminokyseliny už boli kovalentne viazané a na mieste P je molekula transferovej RNA.

Prenosová RNA, ktorá obsahuje ďalšiu aminokyselinu, ktorá má byť inkorporovaná, je naviazaná na miesto A párovaním báz s mediátorovou RNA. Potom je karboxylová koncová časť peptidu uvoľnená z transferovej RNA v mieste P rozpadom vysokoenergetickej väzby medzi transferovou RNA a aminokyselinou, ktorá nesie.

Voľná ​​aminokyselina sa viaže na reťazec a vytvára sa nová peptidová väzba. Centrálna reakcia tohto celého procesu je sprostredkovaná enzýmom peptidyl transferázou, ktorý sa nachádza vo veľkej podjednotke ribozómov. Ribozóm sa teda pohybuje cez mediátorovú RNA, pričom prekladá dialekt aminokyselín do proteínov.

Rovnako ako v transkripcii, elongačné faktory sa tiež podieľajú na translácii proteínov. Tieto prvky zvyšujú rýchlosť a efektívnosť procesu.

Dokončenie prekladu

Translačný proces končí, keď ribozóm nájde stop kodóny: UAA, UAG alebo UGA. Tieto nie sú rozpoznané žiadnou transferovou RNA a neviažu žiadnu aminokyselinu.

V tomto čase sa proteíny známe ako uvoľňovacie faktory viažu na ribozóm a produkujú katalýzu molekuly vody a nie aminokyseliny. Táto reakcia uvoľňuje karboxylový koncový koniec. Nakoniec sa peptidový reťazec uvoľní do bunkovej cytoplazmy.

referencie

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochémie. 5. vydanie. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biológiu. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J.E., Lodish, H.F., & Baltimore, D. (1990). Molekulárna bunková biológia. New York: Vedecké americké knihy.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnica lekárskej fyziológie e-knihy. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gény. Zväzok 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Bunková a molekulárna biológia. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Štruktúra ribozómu a mechanizmus translácie. bunka, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B.R., a C. L. (2007). Úvod do mikrobiológie. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Štruktúra a funkcia eukaryotického ribozómu. Cold Spring Harbor perspektívy v biológii, 4(5), a011536.