Synteza białek to bardzo ważny proces. To on pomaga naszemu ciału rosnąć i rozwijać się. Obejmuje wiele struktur komórkowych. W końcu najpierw musisz zrozumieć, co dokładnie zamierzamy zsyntetyzować.
Jakie białko trzeba w tej chwili zbudować - odpowiadają za to enzymy. Otrzymują sygnały z komórki o potrzebie konkretnego białka, po czym rozpoczyna się jego synteza.
Gdzie ma miejsce synteza białek
W każdej komórce głównym miejscem biosyntezy białka jest rybosom. Jest to duża makrocząsteczka o złożonej, asymetrycznej strukturze. Składa się z RNA (kwasów rybonukleinowych) i białek. Rybosomy mogą być zlokalizowane pojedynczo. Najczęściej jednak łączy się je z EPS, co ułatwia późniejsze sortowanie i transport białek.
Jeśli rybosomy osadzają się na retikulum endoplazmatycznym, nazywa się to szorstkim ER. Gdy translacja jest intensywna, kilka rybosomów może jednocześnie poruszać się wzdłuż jednego szablonu. Podążają za sobą i w ogóle nie kolidują z innymi organellami.
Co jest potrzebne do syntezywiewiórka
Aby proces mógł przebiegać, konieczne jest, aby wszystkie główne elementy systemu syntezy białek były na swoim miejscu:
- Program ustawiający kolejność reszt aminokwasowych w łańcuchu, mianowicie mRNA, który przeniesie tę informację z DNA do rybosomów.
- Materiał aminokwasowy, z którego zostanie zbudowana nowa cząsteczka.
- tRNA, które dostarczy każdy aminokwas do rybosomu, weźmie udział w rozszyfrowaniu kodu genetycznego.
- Syntetaza aminoacylo-tRNA.
- Rybosom jest głównym miejscem biosyntezy białek.
- Energia.
- Jony magnezu.
- Czynniki białkowe (każdy etap ma swój własny).
Teraz przyjrzyjmy się każdemu z nich bardziej szczegółowo i dowiedzmy się, jak powstają białka. Bardzo ciekawy jest mechanizm biosyntezy, wszystkie składniki działają w niezwykle skoordynowany sposób.
Program syntezy, przeszukiwanie macierzy
Wszystkie informacje o tym, jakie białka może zbudować nasz organizm, są zawarte w DNA. Kwas dezoksyrybonukleinowy służy do przechowywania informacji genetycznej. Jest bezpiecznie zapakowany w chromosomy i znajduje się w komórce w jądrze (jeśli mówimy o eukariotach) lub pływa w cytoplazmie (u prokariotów).
Po badaniach DNA i rozpoznaniu jego roli genetycznej stało się jasne, że nie jest to bezpośredni szablon do tłumaczenia. Obserwacje doprowadziły do sugestii, że RNA jest związane z syntezą białek. Naukowcy uznali, że powinien być pośrednikiem, przenosić informacje z DNA do rybosomów, służyć jako matryca.
W tym samym czasie nie byłoRybosomy są otwarte, ich RNA stanowi zdecydowaną większość komórkowego kwasu rybonukleinowego. Aby sprawdzić, czy jest to matryca do syntezy białek, A. N. Belozersky i A. S. Spirin w latach 1956-1957. przeprowadził analizę porównawczą składu kwasów nukleinowych w dużej liczbie mikroorganizmów.
Założono, że jeśli idea schematu „DNA-rRNA-białko” jest poprawna, to skład całkowitego RNA zmieni się w taki sam sposób jak DNA. Jednak pomimo ogromnych różnic w kwasie dezoksyrybonukleinowym u różnych gatunków, skład całkowitego kwasu rybonukleinowego był podobny we wszystkich rozważanych bakteriach. Na tej podstawie naukowcy doszli do wniosku, że główny komórkowy RNA (czyli rybosomalny) nie jest bezpośrednim pośrednikiem między nośnikiem informacji genetycznej a białkiem.
Odkrycie mRNA
Później odkryto, że niewielka część RNA powtarza skład DNA i może służyć jako pośrednik. W 1956 roku E. Volkin i F. Astrachan badali proces syntezy RNA w bakteriach zakażonych bakteriofagiem T2. Po dostaniu się do komórki przechodzi do syntezy białek fagowych. Jednocześnie główna część RNA nie uległa zmianie. Jednak w komórce rozpoczęła się synteza niewielkiej frakcji niestabilnego metabolicznie RNA, którego sekwencja nukleotydów była podobna do składu DNA faga.
W 1961 ta niewielka frakcja kwasu rybonukleinowego została wyizolowana z całkowitej masy RNA. Dowody jego funkcji pośredniczącej uzyskano z eksperymentów. Po zakażeniu komórek fagiem T4 powstało nowe mRNA. Połączyła się ze starymi mistrzamirybosomy (po infekcji nie znaleziono nowych rybosomów), które zaczęły syntetyzować białka fagowe. Stwierdzono, że to „RNA podobne do DNA” jest komplementarne do jednej z nici DNA faga.
W 1961 roku F. Jacob i J. Monod zasugerowali, że to RNA przenosi informacje z genów do rybosomów i jest matrycą dla sekwencyjnego ułożenia aminokwasów podczas syntezy białek.
Transfer informacji do miejsca syntezy białek jest realizowany przez mRNA. Proces odczytywania informacji z DNA i tworzenia informacyjnego RNA nazywa się transkrypcją. Następnie RNA przechodzi szereg dodatkowych zmian, co nazywa się „przetwarzaniem”. W jego trakcie z matrycy kwasu rybonukleinowego można wyciąć pewne fragmenty. Następnie mRNA trafia do rybosomów.
Materiał budulcowy dla białek: aminokwasy
W sumie jest 20 aminokwasów, niektóre z nich są niezbędne, to znaczy organizm nie może ich syntetyzować. Jeśli trochę kwasu w komórce nie wystarczy, może to doprowadzić do spowolnienia translacji lub nawet całkowitego zatrzymania procesu. Obecność każdego aminokwasu w wystarczającej ilości jest głównym warunkiem prawidłowego przebiegu biosyntezy białek.
Naukowcy uzyskali ogólne informacje o aminokwasach już w XIX wieku. Następnie, w 1820 roku, wyizolowano pierwsze dwa aminokwasy, glicynę i leucynę.
Sekwencja tych monomerów w białku (tzw. struktura pierwszorzędowa) całkowicie determinuje jego kolejne poziomy organizacji, a tym samym jego właściwości fizyczne i chemiczne.
Transport aminokwasów: tRNA i syntetaza aa-tRNA
Ale aminokwasy nie mogą same wbudować się w łańcuch białkowy. Aby mogły dotrzeć do głównego miejsca biosyntezy białek, potrzebne jest transferowe RNA.
Każda syntetaza aa-tRNA rozpoznaje tylko swój własny aminokwas i tylko tRNA, do którego musi być dołączona. Okazuje się, że ta rodzina enzymów obejmuje 20 odmian syntetaz. Pozostaje tylko powiedzieć, że aminokwasy są przyłączone do tRNA, a dokładniej do jego „ogona” akceptora hydroksylowego. Każdy kwas musi mieć swój własny transferowy RNA. Jest to monitorowane przez syntetazę aminoacylo-tRNA. Nie tylko dopasowuje aminokwasy do prawidłowego transportu, ale także reguluje reakcję wiązania estrów.
Po udanej reakcji przyłączenia, tRNA trafia do miejsca syntezy białek. To kończy procesy przygotowawcze i rozpoczyna się emisja. Rozważ główne etapy biosyntezy białek :
- inicjacja;
- wydłużenie;
- zakończenie.
Kroki syntezy: inicjacja
Jak przebiega biosynteza białka i jego regulacja? Naukowcy od dawna próbują to rozgryźć. Postawiono wiele hipotez, ale im nowocześniejszy stawał się sprzęt, tym lepiej zaczęliśmy rozumieć zasady nadawania.
Rybosom, główne miejsce biosyntezy białka, rozpoczyna odczytywanie mRNA od punktu, w którym rozpoczyna się jego część kodująca łańcuch polipeptydowy. Ten punkt znajduje się na pewnymod początku informacyjnego RNA. Rybosom musi rozpoznać punkt na mRNA, od którego rozpoczyna się odczyt i połączyć się z nim.
Inicjacja - zestaw zdarzeń zapewniających rozpoczęcie transmisji. Obejmuje białka (czynniki inicjacji), inicjator tRNA i specjalny kodon inicjatora. Na tym etapie mała podjednostka rybosomu wiąże się z białkami inicjacji. Uniemożliwiają kontakt z dużą podjednostką. Ale pozwalają połączyć się z inicjatorem tRNA i GTP.
Wtedy ten kompleks "siedzi" na mRNA, dokładnie w miejscu rozpoznanym przez jeden z czynników inicjacji. Nie może być pomyłki, a rybosom rozpoczyna swoją podróż przez informacyjne RNA, odczytując swoje kodony.
Gdy tylko kompleks osiągnie kodon inicjacyjny (AUG), podjednostka przestaje się poruszać i za pomocą innych czynników białkowych wiąże się z dużą podjednostką rybosomu.
Kroki syntezy: wydłużenie
Odczyt mRNA obejmuje sekwencyjną syntezę łańcucha białkowego przez polipeptyd. Polega na dodawaniu jednej reszty aminokwasowej po drugiej do budowanej cząsteczki.
Każda nowa reszta aminokwasowa jest dodawana do końca karboksylowego peptydu, C-koniec rośnie.
Kroki syntezy: zakończenie
Gdy rybosom osiągnie kodon terminacji informacyjnego RNA, synteza łańcucha polipeptydowego zostaje zatrzymana. W jej obecności organelle nie mogą przyjąć żadnego tRNA. Zamiast tego w grę wchodzą czynniki zakończenia. Uwalniają gotowe białko z zatrzymanego rybosomu.
PoPo zakończeniu translacji rybosom może albo opuścić mRNA, albo dalej przesuwać się po nim bez translacji.
Spotkanie rybosomu z nowym kodonem inicjacyjnym (na tej samej nici podczas kontynuacji ruchu lub na nowym mRNA) doprowadzi do nowej inicjacji.
Gdy gotowa cząsteczka opuści główne miejsce biosyntezy białka, jest znakowana i wysyłana do miejsca przeznaczenia. Jakie funkcje będzie wykonywał, zależy od jego struktury.
Kontrola procesu
W zależności od potrzeb komórka będzie niezależnie sterować transmisją. Bardzo ważną funkcją jest regulacja biosyntezy białek. Można to zrobić na wiele sposobów.
Jeśli komórka nie potrzebuje jakiegoś związku, zatrzyma biosyntezę RNA - biosynteza białek również przestanie zachodzić. W końcu bez matrycy cały proces się nie rozpocznie. A stare mRNA szybko zanikają.
Istnieje inna regulacja biosyntezy białek: komórka wytwarza enzymy, które zakłócają fazę inicjacji. Kolidują z tłumaczeniem, nawet jeśli matryca odczytu jest dostępna.
Druga metoda jest konieczna, gdy synteza białek musi zostać natychmiast wyłączona. Pierwsza metoda polega na kontynuacji powolnej translacji przez jakiś czas po zaprzestaniu syntezy mRNA.
Komórka to bardzo złożony system, w którym wszystko jest utrzymywane w równowadze i precyzyjnej pracy każdej cząsteczki. Ważne jest, aby znać zasady każdego procesu zachodzącego w komórce. Dzięki temu możemy lepiej zrozumieć, co dzieje się w tkankach i całym ciele.
