Proteinsyntese stadier og deres egenskaber

1063
Anthony Golden

Det proteinsyntese det er en biologisk begivenhed, der forekommer i stort set alle levende ting. Celler tager konstant den information, der er lagret i DNA, og takket være tilstedeværelsen af ​​meget komplekse specialiserede maskiner omdanner den dem til proteinmolekyler.

Imidlertid er 4-bogstavskoden krypteret i DNA ikke direkte oversat til proteiner. Et RNA-molekyle, der fungerer som en mellemmand, kaldet messenger RNA, er involveret i processen..

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

Når celler har brug for et bestemt protein, kopieres nukleotidsekvensen af ​​en passende del af DNA'et til RNA - i en proces kaldet transkription - og dette oversættes igen til det pågældende protein..

Den beskrevne informationsstrøm (DNA til messenger-RNA og besked-RNA til proteiner) kommer fra meget enkle væsener såsom bakterier til mennesker. Denne række trin er blevet kaldt biologiens centrale "dogme"..

Maskineriet med ansvar for proteinsyntese er ribosomer. Disse små cellulære strukturer findes i høj grad i cytoplasmaet og er forankret i det endoplasmatiske retikulum..

Artikelindeks

  • 1 Hvad er proteiner?
  • 2 stadier og egenskaber
    • 2.1 Transkription: fra DNA til messenger RNA
    • 2.2 Splejsning af messenger-RNA
    • 2.3 Typer af RNA
    • 2.4 Oversættelse: fra messenger RNA til proteiner
    • 2.5 Den genetiske kode
    • 2.6 Kobling af aminosyre til overførsel af RNA
    • 2.7 RNA-meddelelsen dekodes af ribosomer
    • 2.8 Forlængelse af polypeptidkæden
    • 2.9 Afslutning af oversættelsen
  • 3 Referencer

Hvad er proteiner?

Proteiner er makromolekyler, der består af aminosyrer. Disse udgør næsten 80% af protoplasmaet i en hel dehydreret celle. Alle proteiner, der udgør en organisme, kaldes "proteom".

Dens funktioner er flere og varierede, fra strukturelle roller (kollagen) til transport (hæmoglobin), katalysatorer af biokemiske reaktioner (enzymer), forsvar mod patogener (antistoffer), blandt andre..

Der er 20 typer naturligt forekommende aminosyrer, der kombineres gennem peptidbindinger til dannelse af proteiner. Hver aminosyre er karakteriseret ved at have en bestemt gruppe, der giver den særlige kemiske og fysiske egenskaber.

Stadier og egenskaber

Den måde, hvorpå cellen formår at fortolke DNA-beskeden, sker gennem to grundlæggende begivenheder: transkription og translation. Mange kopier af RNA, som er kopieret fra det samme gen, er i stand til at syntetisere et betydeligt antal identiske proteinmolekyler.

Hvert gen transkriberes og oversættes differentielt, så cellen kan producere varierende mængder af en lang række proteiner. Denne proces involverer forskellige cellulære regulatoriske veje, som generelt inkluderer kontrol af RNA-produktion..

Det første trin, som cellen skal gøre for at begynde proteinproduktion, er at læse beskeden skrevet på DNA-molekylet. Dette molekyle er universelt og indeholder al den information, der er nødvendig for konstruktion og udvikling af organiske væsener..

Dernæst vil vi beskrive, hvordan proteinsyntese sker, begyndende processen med at "læse" det genetiske materiale og slutter med produktionen af ​​proteiner. i sig selv.

Transkription: fra DNA til messenger RNA

Meddelelsen i DNA-dobbelthelixen er skrevet i en kode på fire bogstaver svarende til baserne adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T).

Denne sekvens af DNA-bogstaver fungerer som en skabelon til at opbygge et ækvivalent RNA-molekyle.

Både DNA og RNA er lineære polymerer, der består af nukleotider. De adskiller sig imidlertid kemisk i to grundlæggende aspekter: Nukleotiderne i RNA er ribonukleotider, og i stedet for base thymin har RNAet uracil (U), som parres med adenin..

Transkriptionsprocessen begynder med åbningen af ​​den dobbelte helix i en bestemt region. En af de to tråde fungerer som en "skabelon" eller skabelon til RNA-syntese. Nukleotider tilføjes efter baseparringsreglerne, C med G og A med U.

Det vigtigste enzym, der er involveret i transkription, er RNA-polymerase. Det har ansvaret for at katalysere dannelsen af ​​de phosphodiesterbindinger, der forbinder kædens nukleotider. Kæden strækker sig i en 5 'til 3' retning.

Væksten af ​​molekylet involverer forskellige proteiner kendt som "forlængelsesfaktorer", der er ansvarlige for at opretholde bindingen af ​​polymerasen indtil slutningen af ​​processen..

Splejsning af messenger RNA

Kilde: Af BCSteve [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], fra Wikimedia Commons
I eukaryoter har gener en specifik struktur. Sekvensen afbrydes af elementer, der ikke er en del af proteinet, kaldet introner. Udtrykket er i modsætning til exon, som inkluderer de dele af genet, der vil blive oversat til proteiner..

Det splejsning det er en grundlæggende begivenhed, der består i eliminering af intronerne i messenger-molekylet, at kaste et molekyle, der udelukkende er bygget af exoner. Slutproduktet er det modne messenger-RNA. Fysisk finder det sted i spiceosome, et komplekst og dynamisk maskineri.

Ud over splejsning gennemgår messenger RNA yderligere kodninger, før de oversættes. Der tilføjes en "hætte", hvis kemiske natur er et modificeret guaninnukleotid, og i 5'-enden og en hale af forskellige adeniner i den anden ende.

RNA-typer

I cellen produceres forskellige typer RNA. Nogle gener i cellen producerer et messenger-RNA-molekyle, og det oversættes til protein - som vi vil se senere. Der er dog gener, hvis slutprodukt er selve RNA-molekylet..

For eksempel i gærgenomet har ca. 10% af gærgener RNA-molekyler som deres slutprodukt. Det er vigtigt at nævne dem, da disse molekyler spiller en grundlæggende rolle, når det kommer til proteinsyntese.

- Ribosomalt RNA: ribosomalt RNA er en del af hjertet af ribosomer, nøglestrukturer til proteinsyntese.

Kilde: Jane Richardson (Dcrjsr) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], fra Wikimedia Commons
Behandlingen af ​​ribosomale RNA'er og deres efterfølgende samling i ribosomer forekommer i en meget iøjnefaldende struktur af kernen - skønt den ikke er afgrænset af membran - kaldet nucleolus..

- Overfør RNA: den fungerer som en adapter, der vælger en specifik aminosyre og inkorporerer sammen med ribosomet aminosyreresten i proteinet. Hver aminosyre er relateret til et overførsels-RNA-molekyle.

I eukaryoter er der tre typer polymeraser, der, selvom de strukturelt ligner hinanden, spiller forskellige roller.

RNA-polymerase I og III transkriberer de gener, der koder for overførsel af RNA, ribosomalt RNA og nogle små RNA'er. RNA-polymerase II målretter translation af proteinkodende gener.

- Små RNA'er relateret til regulering: oKortlængde RNA'er deltager i reguleringen af ​​genekspression. Disse inkluderer mikroRNA'er og små interfererende RNA'er..

MicroRNA'er regulerer ekspression ved at blokere en bestemt besked, og små interfererende dem lukker udtryk gennem direkte nedbrydning af messenger. Tilsvarende er der små nukleare RNA'er, der deltager i processen med splejsning messenger RNA.

Oversættelse: fra messenger RNA til proteiner

Når messenger RNA modnes gennem processen med splejsning Når den bevæger sig fra kernen til cellecytoplasmaet, begynder proteinsyntese. Denne eksport formidles af det nukleare porekompleks - en række vandige kanaler placeret i membran af kernen, der direkte forbinder cytoplasma og nukleoplasma..

I hverdagen bruger vi udtrykket “oversættelse” til at henvise til konvertering af ord fra et sprog til et andet..

For eksempel kan vi oversætte en bog fra engelsk til spansk. På molekylært niveau involverer translation ændringen fra sprog til RNA til protein. For at være mere præcis er det ændringen fra nukleotider til aminosyrer. Men hvordan sker denne dialektændring?

Den genetiske kode

Nukleotidsekvensen for et gen kan transformeres til proteiner ved at følge de regler, der er fastlagt ved den genetiske kode. Dette blev dechiffreret i begyndelsen af ​​60'erne.

Som læseren vil være i stand til at udlede, kan oversættelsen ikke være en eller en, da der kun er 4 nukleotider og 20 aminosyrer. Logikken er som følger: foreningen af ​​tre nukleotider er kendt som "tripletter", og de er forbundet med en bestemt aminosyre.

Da der kan være 64 mulige tripletter (4 x 4 x 4 = 64), er den genetiske kode overflødig. Det vil sige, at den samme aminosyre kodes af mere end en triplet..

Tilstedeværelsen af ​​den genetiske kode er universel og bruges af alle levende organismer, der bebor jorden i dag. Denne store anvendelse er en af ​​naturens mest overraskende molekylære homologier..

Kobling af aminosyre til overførsel af RNA

Kodonerne eller tripletterne, der findes i messenger-RNA-molekylet, har ikke evnen til direkte at genkende aminosyrer. I modsætning hertil afhænger translationen af ​​messenger-RNA af et molekyle, der er i stand til at genkende og binde codon og aminosyren. Dette molekyle er transfer-RNA'et.

Overførsels-RNA kan foldes ind i en kompleks tredimensionel struktur, der ligner en kløver. I dette molekyle er der en region kaldet "anticodon", dannet af tre på hinanden følgende nukleotider, der parres med de på hinanden følgende komplementære nukleotider i messenger-RNA-kæden..

Som vi nævnte i det foregående afsnit, er den genetiske kode overflødig, så nogle aminosyrer har mere end et transfer-RNA.

Påvisning og fusion af den korrekte aminosyre til overførsels-RNA er en proces medieret af et enzym kaldet aminoacyl-tRNA-synthetase. Dette enzym er ansvarlig for kobling af begge molekyler gennem en kovalent binding.

RNA-meddelelse afkodes af ribosomer

For at danne et protein er aminosyrer bundet sammen gennem peptidbindinger. Processen med at læse messenger RNA og binding af specifikke aminosyrer forekommer i ribosomer.

Ribosomer

Ribosomer er katalytiske komplekser, der består af mere end 50 proteinmolekyler og forskellige typer ribosomalt RNA. I eukaryote organismer indeholder en gennemsnitlig celle i gennemsnit millioner af ribosomer i det cytoplasmatiske miljø.

Strukturelt består et ribosom af en stor og en lille underenhed. Rollen for den lille del er at sikre, at transfer-RNA'et parres korrekt med messenger-RNA'et, mens den store underenhed katalyserer dannelsen af ​​peptidbindingen mellem aminosyrer..

Når synteseprocessen ikke er aktiv, adskilles de to underenheder, der udgør ribosomer. I begyndelsen af ​​syntese forbinder messenger-RNA'et med begge underenheder, normalt nær 5'-enden.

I denne proces forekommer forlængelsen af ​​polypeptidkæden ved tilsætning af en ny aminosyrerest i følgende trin: binding af transfer-RNA, dannelse af peptidbinding, translokation af underenhederne. Resultatet af dette sidste trin er bevægelsen af ​​hele ribosomet, og en ny cyklus begynder..

Forlængelse af polypeptidkæde

I ribosomer skelnes der mellem tre steder: sted E, P og A (se hovedbillede). Forlængelsesprocessen begynder, når nogle aminosyrer allerede er bundet kovalent, og der er et overførings-RNA-molekyle på P-stedet..

Overfør RNA, der har den næste aminosyre, der skal inkorporeres, binder til sted A ved baseparring med messenger-RNA. Den carboxylterminale del af peptidet frigøres derefter fra transfer-RNA'et ved P-stedet ved at bryde en højenergibinding mellem transfer-RNA'et og den aminosyre, det bærer..

Den frie aminosyre er bundet til kæden, og der dannes en ny peptidbinding. Den centrale reaktion i hele denne proces medieres af enzymet peptidyltransferase, som findes i den store underenhed af ribosomer. Således bevæger ribosomet sig gennem messenger-RNA'et og oversætter dialekten fra aminosyrer til proteiner..

Som i transkription er forlængelsesfaktorer også involveret under proteinoversættelse. Disse elementer øger hastigheden og effektiviteten af ​​processen.

Afslutning af oversættelsen

Oversættelsesprocessen slutter, når ribosomet møder stopkodonerne: UAA, UAG eller UGA. Disse genkendes ikke af noget transfer-RNA og binder ikke nogen aminosyrer.

På dette tidspunkt binder proteiner kendt som frigivelsesfaktorer til ribosomet og forårsager katalyse af et vandmolekyle og ikke en aminosyre. Denne reaktion frigiver den terminale carboxylende. Endelig frigives peptidkæden i cellecytoplasmaet..

Referencer

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemi. 5. udgave. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitation til biologi. Panamerican Medical Ed..
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Molekylær cellebiologi. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton og Hall lærebog om medicinsk fysiologi e-bog. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gener Bind 1. Vend tilbage.
  6. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Panamerican Medical Ed..
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomstruktur og mekanismen for translation. Celle, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., og Case, C. L. (2007). Introduktion til mikrobiologi. Panamerican Medical Ed..
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Strukturen og funktionen af ​​det eukaryote ribosom. Cold Spring Harbour perspektiver i biologi, 4(5), a011536.

Endnu ingen kommentarer