Ćelija svakog organizma je jedna velika fabrika za proizvodnju hemikalija. Ovdje se odvijaju reakcije u biosintezi lipida, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i, naravno, proteina. Proteini igraju ogromnu ulogu u životu ćelije, jer obavljaju mnoge funkcije: enzimske, signalne, strukturalne, zaštitne i druge.
Biosinteza proteina: opis procesa
Izgradnja proteinskih molekula je složen višestepeni proces koji se odvija pod dejstvom velikog broja enzima iu prisustvu određenih struktura.
Sinteza bilo kojeg proteina počinje u jezgru. Informacije o strukturi molekula zapisuju se u DNK ćelije iz koje se čitaju. Gotovo svaki gen u organizmu kodira jedan, jedinstveni proteinski molekul.
Koja je uloga citoplazme u biosintezi proteina? Činjenica je da je citoplazma ćelije "bazen" za monomere složenih supstanci, kao i strukture koje su odgovorne za proces sinteze proteina. Takođe, unutrašnje okruženje ćelije ima stalnu kiselost isadržaj jona, koji igra važnu ulogu u biohemijskim reakcijama.
Biosinteza proteina se odvija u dvije faze: transkripcija i translacija.
Transkripcija
Ova faza počinje u jezgru ćelije. Ovdje glavnu ulogu igraju nukleinske kiseline kao što su DNK i RNA (deoksi- i ribonukleinske kiseline). Kod eukariota jedinica transkripcije je transkripton, dok se kod prokariota ova organizacija DNK naziva operon. Razlika između transkripcije kod prokariota i eukariota je u tome što je operon dio molekule DNK koji kodira nekoliko proteinskih molekula, kada transkripton nosi informaciju samo o jednom proteinskom genu.
Glavni zadatak ćelije u fazi transkripcije je sinteza glasničke RNK (mRNA) na DNK šablonu. Da bi se to postiglo, enzim kao što je RNA polimeraza ulazi u jezgro. Uključen je u sintezu nove molekule mRNA, koja je komplementarna mjestu deoksiribonukleinske kiseline.
Za uspešne transkripcione reakcije neophodno je prisustvo transkripcionih faktora, koji su takođe skraćeni kao TF-1, TF-2, TF-3. Ove složene proteinske strukture uključene su u vezu RNA polimeraze sa promotorom na molekuli DNK.
Sinteza mRNA se nastavlja sve dok polimeraza ne stigne do krajnjeg regiona transkriptona, koji se naziva terminator.
Operator, kao još jedno funkcionalno područje transkriptona, odgovoran je za inhibiciju transkripcije ili, obrnuto, za ubrzavanje rada RNA polimeraze. Odgovoran zaregulacija rada transkripcijskih enzima specijalnih proteina-inhibitora odnosno proteina-aktivatora.
Emitovanje
Nakon što je mRNA sintetizovana u ćelijskom jezgru, ona ulazi u citoplazmu. Da bismo odgovorili na pitanje o ulozi citoplazme u biosintezi proteina, vrijedi detaljnije analizirati dalju sudbinu molekula nukleinske kiseline u fazi translacije.
Prevođenje se odvija u tri faze: početak, produljenje i završetak.
Prvo, mRNA se mora vezati za ribozome. Ribosomi su male nemembranske strukture ćelije koje se sastoje od dvije podjedinice: male i velike. Prvo se ribonukleinska kiselina veže za malu podjedinicu, a zatim velika podjedinica zatvara cijeli translacijski kompleks tako da se mRNA nalazi unutar ribozoma. Zapravo, ovo je kraj faze inicijacije.
Koja je uloga citoplazme u biosintezi proteina? Prije svega, izvor je aminokiselina - glavnih monomera bilo kojeg proteina. U fazi elongacije dolazi do postepenog stvaranja polipeptidnog lanca, počevši od startnog kodona metionina, za koji su vezane preostale aminokiseline. Kodon u ovom slučaju je triplet mRNA nukleotida koji kodira jednu aminokiselinu.
U ovoj fazi, drugi tip ribonukleinske kiseline je povezan sa radom - transfer RNA, ili tRNA. Oni su odgovorni za isporuku aminokiselina u kompleks mRNA-ribosoma formiranjem kompleksa aminoacil-tRNA. Prepoznavanje tRNA se odvija komplementarnointerakcije antikodona ovog molekula sa kodonom na mRNA. Dakle, aminokiselina se isporučuje na ribozom i vezuje za sintetizovani polipeptidni lanac.
Završetak procesa translacije se dešava kada mRNA dostigne sekcije stop kodona. Ovi kodoni nose informaciju o završetku sinteze peptida, nakon čega se uništava kompleks ribosom-RNA, a primarna struktura novog proteina ulazi u citoplazmu radi daljih hemijskih transformacija.
Specijalni inicijacijski faktori proteina IF i faktori elongacije EF uključeni su u proces translacije. Različitih su tipova, a njihov zadatak je da obezbede ispravnu vezu RNK sa podjedinicama ribosoma, kao i u sintezi samog polipeptidnog lanca u fazi elongacije.
Koja je uloga citoplazme u biosintezi proteina: ukratko o glavnim komponentama biosinteze
Nakon što mRNA napusti jezgro u unutrašnjem okruženju ćelije, molekul mora formirati stabilan translacioni kompleks. Koje komponente citoplazme moraju biti prisutne u fazi translacije?
1. ribosomi.
2. Aminokiseline.
3. tRNA.
Aminokiseline - proteinski monomeri
Za sintezu proteinskog lanca, prisustvo u citoplazmi strukturnih komponenti molekula peptida - aminokiselina. Ove male molekularne supstance u svom sastavu imaju amino grupu NH2 i kiselinski ostatak COOH. Druga komponenta molekula - radikal - je zaštitni znak svake pojedinačne aminokiseline. Koja je uloga citoplazme ubiosinteza proteina?
AA se javljaju u rastvorima u obliku zviteriona, koji su isti molekuli koji doniraju ili prihvataju protone vodonika. Tako se amino grupa aminokiselina pretvara u NH3+, a karbonilna grupa u COO-.
Ukupno, u prirodi postoji 200 AA, od kojih samo 20 stvaraju proteine. Među njima je grupa esencijalnih aminokiselina koje se ne sintetišu u ljudskom organizmu i ulaze u ćeliju samo sa unesenom hranom, te neesencijalne aminokiseline koje organizam sam formira.
Sve AA su kodirane nekim kodonom koji odgovara tri nukleotida mRNA, a jedna aminokiselina često može biti kodirana s nekoliko takvih sekvenci odjednom. Kodon metionina kod pro- i eukariota je početni, jer započinje biosintezu peptidnog lanca. Stop kodoni uključuju UAA, UGA i UAG nukleotidne sekvence.
Šta su ribozomi?
Kako su ribozomi odgovorni za biosintezu proteina u ćeliji i koja je uloga ovih struktura? Prije svega, to su nemembranske formacije, koje se sastoje od dvije podjedinice: velike i male. Funkcija ovih podjedinica je da drže mRNA molekul između njih.
Postoje mjesta u ribosomima gdje ulaze mRNA kodoni. Ukupno, dvije takve trojke mogu stati između male i velike podjedinice.
Nekoliko ribozoma se može agregirati u jedan veliki polizom, zbog čega se povećava brzina sinteze peptidnog lanca, a izlaz se može dobiti odmahnekoliko kopija proteina. Evo uloge citoplazme u biosintezi proteina.
Vrste RNA
Ribonukleinske kiseline igraju važnu ulogu u svim fazama transkripcije. Postoje tri velike grupe RNK: transportna, ribosomska i informacijska.
mRNA su uključene u prijenos informacija o sastavu peptidnog lanca. tRNA su posrednici u prijenosu aminokiselina do ribozoma, što se postiže formiranjem kompleksa aminoacil-tRNA. Vezivanje aminokiseline se dešava samo uz komplementarnu interakciju antikodona transferne RNK sa kodonom na RNK glasniku.
rRNA su uključeni u formiranje ribozoma. Njihove sekvence su jedan od razloga zašto se mRNA drži između male i velike podjedinice. Ribosomalne RNK se proizvode u nukleolima.
Značenje proteina
Biosinteza proteina i njen značaj za ćeliju su kolosalni: većina tjelesnih enzima je peptidne prirode, zahvaljujući proteinima, supstance se transportuju kroz ćelijske membrane.
Proteini također obavljaju strukturnu funkciju kada su dio mišića, živaca i drugih tkiva. Uloga signalizacije je prenošenje informacija o procesima koji se dešavaju, na primjer, kada svjetlost padne na mrežnicu. Zaštitni proteini - imunoglobulini - su osnova ljudskog imunog sistema.
