Komórka każdego organizmu to jedna wielka fabryka do produkcji chemikaliów. Tutaj reakcje zachodzą w biosyntezie lipidów, kwasów nukleinowych, węglowodanów i oczywiście białek. Białka odgrywają ogromną rolę w życiu komórki, ponieważ pełnią wiele funkcji: enzymatyczną, sygnalizacyjną, strukturalną, ochronną i inne.
Biosynteza białek: opis procesu
Budowa cząsteczek białka to złożony, wieloetapowy proces, który zachodzi pod działaniem dużej liczby enzymów iw obecności określonych struktur.
Synteza każdego białka zaczyna się w jądrze. Informacja o budowie cząsteczki jest zapisywana w DNA komórki, z której jest odczytywana. Prawie każdy gen w organizmie koduje jedną, unikalną cząsteczkę białka.
Jaka jest rola cytoplazmy w biosyntezie białek? Faktem jest, że cytoplazma komórki jest „pulą” monomerów złożonych substancji, a także struktur odpowiedzialnych za proces syntezy białek. Ponadto środowisko wewnętrzne komórki ma stałą kwasowość izawartość jonów, które odgrywają ważną rolę w reakcjach biochemicznych.
Biosynteza białek przebiega w dwóch etapach: transkrypcji i translacji.
Transkrypcja
Ten etap zaczyna się w jądrze komórki. Tutaj główną rolę odgrywają takie kwasy nukleinowe jak DNA i RNA (kwasy dezoksy- i rybonukleinowe). U eukariontów jednostką transkrypcji jest transkrypcja, podczas gdy u prokariontów ta organizacja DNA nazywana jest operonem. Różnica między transkrypcją u prokariontów i eukariontów polega na tym, że operon jest sekcją cząsteczki DNA, która koduje kilka cząsteczek białka, podczas gdy transkrypcja niesie informacje o tylko jednym genie białka.
Głównym zadaniem komórki na etapie transkrypcji jest synteza informacyjnego RNA (mRNA) na matrycy DNA. Aby to zrobić, enzym, taki jak polimeraza RNA, wchodzi do jądra. Bierze udział w syntezie nowej cząsteczki mRNA, która jest komplementarna do miejsca kwasu dezoksyrybonukleinowego.
Do pomyślnej reakcji transkrypcji niezbędna jest obecność czynników transkrypcyjnych, określanych również skrótami TF-1, TF-2, TF-3. Te złożone struktury białkowe są zaangażowane w połączenie polimerazy RNA z promotorem na cząsteczce DNA.
Synteza mRNA trwa do momentu, gdy polimeraza dotrze do końcowego regionu transkryptonu, który jest nazywany terminatorem.
Operator, jako kolejny obszar funkcjonalny transkryptonu, jest odpowiedzialny za hamowanie transkrypcji lub odwrotnie, za przyspieszanie pracy polimerazy RNA. Odpowiedzialny zaregulacja pracy enzymów transkrypcyjnych odpowiednio specjalnych inhibitorów białek lub aktywatorów białek.
Transmisja
Po zsyntetyzowaniu mRNA w jądrze komórkowym wchodzi do cytoplazmy. Aby odpowiedzieć na pytanie o rolę cytoplazmy w biosyntezie białek, warto bardziej szczegółowo przeanalizować dalsze losy cząsteczki kwasu nukleinowego na etapie translacji.
Tłumaczenie odbywa się w trzech etapach: inicjacja, wydłużenie i zakończenie.
Po pierwsze, mRNA musi przyłączyć się do rybosomów. Rybosomy to małe, niebłonowe struktury komórki, które składają się z dwóch podjednostek: małej i dużej. Najpierw kwas rybonukleinowy przyłącza się do małej podjednostki, a następnie duża podjednostka zamyka cały kompleks translacyjny tak, że mRNA znajduje się wewnątrz rybosomu. Właściwie jest to koniec etapu inicjacji.
Jaka jest rola cytoplazmy w biosyntezie białek? Przede wszystkim jest źródłem aminokwasów – głównych monomerów każdego białka. Na etapie elongacji następuje stopniowa budowa łańcucha polipeptydowego, zaczynając od kodonu start metioniny, do którego przyłączone są pozostałe aminokwasy. Kodon w tym przypadku jest trójką nukleotydów mRNA, które kodują jeden aminokwas.
Na tym etapie inny rodzaj kwasu rybonukleinowego jest podłączony do pracy - transfer RNA lub tRNA. Odpowiadają za dostarczanie aminokwasów do kompleksu mRNA-rybosom poprzez tworzenie kompleksu aminoacylo-tRNA. Rozpoznawanie tRNA następuje poprzez komplementarnośćoddziaływania antykodonu tej cząsteczki z kodonem na mRNA. W ten sposób aminokwas jest dostarczany do rybosomu i dołączany do zsyntetyzowanego łańcucha polipeptydowego.
Zakończenie procesu translacji następuje, gdy mRNA osiągnie odcinki kodonu stop. Kodony te niosą informację o zakończeniu syntezy peptydu, po czym kompleks rybosom-RNA zostaje zniszczony, a pierwotna struktura nowego białka wchodzi do cytoplazmy w celu dalszych przemian chemicznych.
W procesie translacji biorą udział specjalne czynniki inicjacji białek IF i czynniki elongacji EF. Są różnego rodzaju, a ich zadaniem jest zapewnienie prawidłowego połączenia RNA z podjednostkami rybosomów, a także w syntezie samego łańcucha polipeptydowego na etapie wydłużania.
Jaka jest rola cytoplazmy w biosyntezie białek: krótko o głównych składnikach biosyntezy
Po opuszczeniu jądra przez mRNA do wewnętrznego środowiska komórki, cząsteczka musi utworzyć stabilny kompleks translacyjny. Jakie składniki cytoplazmy muszą być obecne na etapie translacji?
1. Rybosomy.
2. Aminokwasy.
3. tRNA.
Aminokwasy - monomery białkowe
Do syntezy łańcucha białkowego, obecność w cytoplazmie składników strukturalnych cząsteczki peptydu - aminokwasów. Te substancje o małej masie cząsteczkowej zawierają w swoim składzie grupę aminową NH2 i resztę kwasową COOH. Kolejny składnik cząsteczki - rodnik - jest cechą charakterystyczną każdego pojedynczego aminokwasu. Jaka jest rola cytoplazmy wbiosynteza białek?
AA występują w roztworach w postaci jonów dwubiegunowych, które są tymi samymi cząsteczkami, które oddają lub przyjmują protony wodoru. W ten sposób grupa aminowa aminokwasów jest przekształcana w NH3+, a grupa karbonylowa w COO-.
Łącznie w naturze występuje 200 AA, z których tylko 20 tworzy białka. Wśród nich znajduje się grupa aminokwasów egzogennych, które nie są syntetyzowane w ludzkim organizmie i wchodzą do komórki dopiero wraz ze spożytym pożywieniem, oraz aminokwasy endogenne, które organizm sam tworzy.
Wszystkie AA są kodowane przez pewien kodon, który odpowiada trzem nukleotydom mRNA, a jeden aminokwas może być często kodowany przez kilka takich sekwencji jednocześnie. Kodon metioniny u pro- i eukariontów jest kodonem wyjściowym, ponieważ rozpoczyna biosyntezę łańcucha peptydowego. Kodony stop obejmują sekwencje nukleotydowe UAA, UGA i UAG.
Co to są rybosomy?
W jaki sposób rybosomy odpowiadają za biosyntezę białek w komórce i jaka jest rola tych struktur? Przede wszystkim są to formacje bezbłonowe, które składają się z dwóch podjednostek: dużej i małej. Funkcją tych podjednostek jest utrzymywanie między sobą cząsteczki mRNA.
Są miejsca w rybosomach, do których wchodzą kodony mRNA. W sumie pomiędzy małą i dużą podjednostką zmieszczą się dwie takie trojaczki.
Kilka rybosomów może agregować w jeden duży polisom, dzięki czemu szybkość syntezy łańcucha peptydowego wzrasta, a wynik można uzyskać natychmiastkilka kopii białka. Oto rola cytoplazmy w biosyntezie białek.
Typy RNA
Kwasy rybonukleinowe odgrywają ważną rolę na wszystkich etapach transkrypcji. Istnieją trzy duże grupy RNA: transportowa, rybosomalna i informacyjna.
mRNA biorą udział w przekazywaniu informacji o składzie łańcucha peptydowego. tRNA są mediatorami w przenoszeniu aminokwasów do rybosomów, co osiąga się poprzez tworzenie kompleksu aminoacylo-tRNA. Przyłączenie aminokwasu następuje tylko przy komplementarnym oddziaływaniu antykodonu transferowego RNA z kodonem na informacyjnym RNA.
rRNA biorą udział w tworzeniu rybosomów. Ich sekwencje są jednym z powodów utrzymywania mRNA między małą i dużą podjednostką. Rybosomalne RNA są produkowane w jąderkach.
Znaczenie białek
Biosynteza białek i jej znaczenie dla komórki są kolosalne: większość enzymów organizmu ma charakter peptydowy, dzięki białkom substancje są transportowane przez błony komórkowe.
Białka pełnią również funkcję strukturalną, gdy są częścią mięśni, nerwów i innych tkanek. Rolą sygnalizacyjną jest przekazywanie informacji o procesach zachodzących np. podczas padania światła na siatkówkę. Białka ochronne – immunoglobuliny – stanowią podstawę układu odpornościowego człowieka.
