Sinteza proteina je veoma važan proces. On je taj koji pomaže našem tijelu da raste i razvija se. Uključuje mnoge ćelijske strukture. Uostalom, prvo morate razumjeti šta ćemo tačno sintetizirati.
Koji protein treba da se izgradi u ovom trenutku - enzimi su odgovorni za to. Oni primaju signale iz ćelije o potrebi za određenim proteinom, nakon čega počinje njegova sinteza.
Gdje se odvija sinteza proteina
U bilo kojoj ćeliji, glavno mjesto biosinteze proteina je ribosom. To je velika makromolekula sa složenom asimetričnom strukturom. Sastoji se od RNK (ribonukleinske kiseline) i proteina. Ribozomi mogu biti locirani pojedinačno. Ali najčešće se kombinuju sa EPS-om, što olakšava naknadno sortiranje i transport proteina.
Ako ribozomi sjede na endoplazmatskom retikulumu, to se naziva gruba ER. Kada je translacija intenzivna, nekoliko ribozoma se može kretati duž jednog šablona odjednom. One prate jedna drugu i uopće ne ometaju druge organele.
Šta je potrebno za sintezuvjeverica
Da bi se proces nastavio, potrebno je da sve glavne komponente sistema za sintezu proteina budu na mjestu:
- Program koji postavlja redoslijed aminokiselinskih ostataka u lancu, naime mRNA, koji će prenijeti ove informacije od DNK do ribozoma.
- Aminokiselinski materijal od kojeg će se izgraditi novi molekul.
- tRNA, koja će dostaviti svaku aminokiselinu ribozomu, učestvovat će u dešifriranju genetskog koda.
- Aminoacyl-tRNA sintetaza.
- Ribozom je glavno mjesto biosinteze proteina.
- Energija.
- Magnezijum joni.
- Proteinski faktori (svaka faza ima svoje).
Sada pogledajmo svaki od njih detaljnije i saznajmo kako nastaju proteini. Mehanizam biosinteze je veoma interesantan, sve komponente deluju na neobično koordiniran način.
Program za sintezu, pretraga matrice
Sve informacije o tome koje proteine naše tijelo može izgraditi sadržane su u DNK. Deoksiribonukleinska kiselina se koristi za skladištenje genetskih informacija. On je sigurno spakovan u hromozomima i nalazi se u ćeliji u jezgru (ako govorimo o eukariotima) ili lebdi u citoplazmi (kod prokariota).
Nakon istraživanja DNK i prepoznavanja njene genetske uloge, postalo je jasno da to nije direktan šablon za prevođenje. Zapažanja su dovela do sugestija da je RNK povezana sa sintezom proteina. Naučnici su odlučili da on bude posrednik, prenosi informacije sa DNK na ribozome, služi kao matrica.
U isto vrijeme bilo jeribosomi su otvoreni, njihova RNK čini ogromnu većinu stanične ribonukleinske kiseline. Da bi provjerili da li je to matrica za sintezu proteina, A. N. Belozersky i A. S. Spirin 1956-1957. izvršio komparativnu analizu sastava nukleinskih kiselina u velikom broju mikroorganizama.
Pretpostavljalo se da ako je ideja o shemi "DNK-rRNA-protein" tačna, tada će se sastav ukupne RNK promijeniti na isti način kao i DNK. Ali, uprkos ogromnim razlikama u deoksiribonukleinskoj kiselini u različitim vrstama, sastav ukupne ribonukleinske kiseline bio je sličan u svim razmatranim bakterijama. Iz ovoga su naučnici zaključili da glavna ćelijska RNA (odnosno ribosomska) nije direktan posrednik između nosioca genetske informacije i proteina.
Otkriće mRNA
Kasnije je otkriveno da mali dio RNK ponavlja sastav DNK i može poslužiti kao posrednik. Godine 1956. E. Volkin i F. Astrachan proučavali su proces sinteze RNK kod bakterija koje su bile inficirane bakteriofagom T2. Nakon što uđe u ćeliju, prelazi na sintezu proteina faga. Istovremeno, glavni dio RNK se nije promijenio. Ali u ćeliji je započela sinteza male frakcije metabolički nestabilne RNK, nukleotidna sekvenca u kojoj je bila slična sastavu DNK faga.
Godine 1961, ova mala frakcija ribonukleinske kiseline je izolovana iz ukupne mase RNK. Dokazi o njegovoj posredničkoj funkciji dobiveni su iz eksperimenata. Nakon infekcije ćelija fagom T4, formirana je nova mRNA. Povezala se sa starim majstorimaribozomi (nisu pronađeni novi ribozomi nakon infekcije), koji su počeli sintetizirati proteine faga. Utvrđeno je da je ova "RNA slična DNK" komplementarna jednom od lanaca DNK faga.
Godine 1961. F. Jacob i J. Monod su sugerirali da ova RNK nosi informacije od gena do ribozoma i da je matrica za sekvencijalni raspored aminokiselina tokom sinteze proteina.
Transfer informacija do mjesta sinteze proteina vrši se mRNA. Proces čitanja informacija iz DNK i stvaranja RNK glasnika naziva se transkripcija. Nakon toga, RNK prolazi kroz niz dodatnih promjena, to se naziva "obrada". Pri tome se iz matriksa ribonukleinske kiseline mogu izrezati određeni dijelovi. Zatim mRNA ide do ribozoma.
Građevinski materijal za proteine: aminokiseline
Ukupno ima 20 aminokiselina, neke od njih su esencijalne, odnosno tijelo ih ne može sintetizirati. Ako neka kiselina u ćeliji nije dovoljna, to može dovesti do usporavanja translacije ili čak potpunog zaustavljanja procesa. Prisustvo svake aminokiseline u dovoljnoj količini je glavni preduslov za ispravan nastavak biosinteze proteina.
Naučnici su dobili opšte informacije o aminokiselinama još u 19. veku. Zatim, 1820. godine, izolovane su prve dvije aminokiseline, glicin i leucin.
Slijed ovih monomera u proteinu (tzv. primarna struktura) u potpunosti određuje njegove sljedeće nivoe organizacije, a time i fizička i hemijska svojstva.
Transport aminokiselina: tRNA i aa-tRNA sintetaza
Ali aminokiseline se ne mogu ugraditi u proteinski lanac. Da bi došli do glavnog mjesta biosinteze proteina, potrebna im je transferna RNK.
Svaka aa-tRNA sintetaza prepoznaje samo svoju aminokiselinu i samo tRNA za koju mora biti vezana. Ispostavilo se da ova porodica enzima uključuje 20 vrsta sintetaza. Ostaje samo reći da su aminokiseline vezane za tRNA, tačnije, za njen hidroksilni akceptor "rep". Svaka kiselina mora imati svoju prijenosnu RNK. Ovo se prati aminoacil-tRNA sintetazom. Ne samo da usklađuje aminokiseline sa ispravnim transportom, već i reguliše reakciju vezivanja estera.
Nakon uspešne reakcije vezivanja, tRNA odlazi na mesto sinteze proteina. Ovim se završavaju pripremni procesi i počinje emitiranje. Razmotrite glavne korake u biosintezi proteina :
- inicijacija;
- elongacija;
- prekid.
Koraci sinteze: inicijacija
Kako se odvija biosinteza proteina i njena regulacija? Naučnici to pokušavaju otkriti već duže vrijeme. Iznešene su brojne hipoteze, ali što je oprema postajala modernija, to smo bolje razumevali principe emitovanja.
Ribosom, glavno mesto biosinteze proteina, počinje da čita mRNA od tačke na kojoj počinje njen deo koji kodira polipeptidni lanac. Ova tačka se nalazi na određenojdaleko od početka glasničke RNK. Ribosom mora prepoznati tačku na mRNA od koje počinje čitanje i povezati se s njom.
Inicijacija - skup događaja koji obezbeđuju početak emitovanja. Uključuje proteine (inicijacijski faktori), inicijatorsku tRNA i poseban inicijatorski kodon. U ovoj fazi, mala podjedinica ribozoma se vezuje za inicijacione proteine. One ga sprečavaju da stupi u kontakt sa velikom podjedinicom. Ali oni vam omogućavaju da se povežete sa inicijatorskom tRNA i GTP.
Onda ovaj kompleks "sjedi" na mRNA, tačno na mjestu koje je prepoznato jednim od faktora inicijacije. Ne može biti greške, a ribosom počinje svoje putovanje kroz RNK glasnika, čitajući svoje kodone.
Čim kompleks dostigne inicijacijski kodon (AUG), podjedinica prestaje da se kreće i, uz pomoć drugih proteinskih faktora, vezuje se za veliku podjedinicu ribozoma.
Koraci sinteze: elongacija
Očitavanje mRNA uključuje sekvencijalnu sintezu proteinskog lanca pomoću polipeptida. Nastavlja se dodavanjem jednog aminokiselinskog ostatka za drugim molekulu u izgradnji.
Svaki novi aminokiselinski ostatak se dodaje na karboksilni kraj peptida, C-terminus raste.
Koraci sinteze: završetak
Kada ribosom dostigne terminacioni kodon glasničke RNK, sinteza polipeptidnog lanca se zaustavlja. U njegovom prisustvu, organela ne može prihvatiti nikakvu tRNA. Umjesto toga, faktori prekida dolaze u igru. Oni oslobađaju gotov protein iz zaustavljenog ribozoma.
NakonNakon što se translacija završi, ribosom može ili napustiti mRNA ili nastaviti kliziti duž nje bez translacije.
Susret ribozoma sa novim inicijacijskim kodonom (na istom lancu tokom nastavka kretanja ili na novoj mRNA) će dovesti do nove inicijacije.
Nakon što gotov molekul napusti glavno mjesto biosinteze proteina, on se označava i šalje na svoje odredište. Koje će funkcije obavljati ovisi o njegovoj strukturi.
Kontrola procesa
U zavisnosti od njihovih potreba, ćelija će samostalno kontrolisati emitovanje. Regulacija biosinteze proteina je vrlo važna funkcija. To se može uraditi na mnogo načina.
Ako ćeliji nije potrebna neka vrsta jedinjenja, ona će zaustaviti biosintezu RNK - biosinteza proteina će takođe prestati da se dešava. Uostalom, bez matrice, cijeli proces neće započeti. I stare mRNA brzo propadaju.
Postoji još jedna regulacija biosinteze proteina: ćelija stvara enzime koji ometaju fazu inicijacije. Oni ometaju prijevod, čak i ako je matrica čitanja dostupna.
Druga metoda je neophodna kada sintezu proteina treba odmah isključiti. Prva metoda uključuje nastavak usporenog prevođenja neko vrijeme nakon prestanka sinteze mRNA.
Ćelija je veoma složen sistem u kojem se sve održava u ravnoteži i preciznom radu svakog molekula. Važno je poznavati principe svakog procesa koji se odvija u ćeliji. Tako možemo bolje razumjeti šta se dešava u tkivima i tijelu u cjelini.
