Proteinsyntese er en meget vigtig proces. Det er ham, der hjælper vores krop med at vokse og udvikle sig. Det involverer mange cellestrukturer. Når alt kommer til alt, skal du først forstå, hvad vi præcist skal syntetisere.
Hvilket protein skal bygges i øjeblikket - enzymer er ansvarlige for dette. De modtager signaler fra cellen om behovet for et bestemt protein, hvorefter dets syntese begynder.
Hvor proteinsyntese finder sted
I enhver celle er det primære sted for proteinbiosyntese ribosomet. Det er et stort makromolekyle med en kompleks asymmetrisk struktur. Den består af RNA (ribonukleinsyrer) og proteiner. Ribosomer kan lokaliseres enkeltvis. Men oftest kombineres de med EPS, hvilket letter den efterfølgende sortering og transport af proteiner.
Hvis ribosomer sidder på det endoplasmatiske retikulum, kaldes det ru ER. Når translationen er intens, kan flere ribosomer bevæge sig langs en skabelon på én gang. De følger efter hinanden og forstyrrer overhovedet ikke andre organeller.
Hvad er nødvendigt for synteseegern
For at processen kan fortsætte, er det nødvendigt, at alle hovedkomponenterne i proteinsyntesesystemet er på plads:
- Et program, der angiver rækkefølgen af aminosyrerester i kæden, nemlig mRNA, som vil overføre denne information fra DNA til ribosomer.
- Aminosyremateriale, som et nyt molekyle vil blive bygget af.
- tRNA, som vil levere hver aminosyre til ribosomet, vil være med til at dechifrere den genetiske kode.
- Aminoacyl-tRNA-syntetase.
- Ribosom er hovedstedet for proteinbiosyntese.
- Energy.
- Magnesiumioner.
- Proteinfaktorer (hver fase har sin egen).
Lad os nu se på hver af dem mere detaljeret og finde ud af, hvordan proteiner skabes. Mekanismen for biosyntese er meget interessant, alle komponenter virker på en usædvanlig koordineret måde.
Synteseprogram, matrixsøgning
Al information om, hvilke proteiner vores krop kan opbygge, er indeholdt i DNA. Deoxyribonukleinsyre bruges til at lagre genetisk information. Det er sikkert pakket i kromosomerne og er placeret i cellen i kernen (hvis vi taler om eukaryoter) eller flyder i cytoplasmaet (i prokaryoter).
Efter DNA-forskning og anerkendelse af dets genetiske rolle, blev det klart, at det ikke er en direkte skabelon til oversættelse. Observationer har ført til forslag om, at RNA er forbundet med proteinsyntese. Forskere besluttede, at det skulle være et mellemled, overføre information fra DNA til ribosomer, tjene som en matrix.
På samme tid var derribosomer er åbne, deres RNA udgør langt størstedelen af cellulær ribonukleinsyre. For at kontrollere, om det er en matrix til proteinsyntese, A. N. Belozersky og A. S. Spirin i 1956-1957. foretaget en sammenlignende analyse af sammensætningen af nukleinsyrer i et stort antal mikroorganismer.
Det blev antaget, at hvis ideen om "DNA-rRNA-protein"-skemaet er korrekt, så vil sammensætningen af tot alt RNA ændre sig på samme måde som DNA. Men på trods af de enorme forskelle i deoxyribonukleinsyre i forskellige arter, var sammensætningen af den totale ribonukleinsyre ens i alle betragtede bakterier. Ud fra dette konkluderede forskerne, at det primære cellulære RNA (det vil sige ribosom alt) ikke er et direkte mellemled mellem bæreren af genetisk information og proteinet.
Opdagelse af mRNA
Senere blev det opdaget, at en lille del af RNA gentager sammensætningen af DNA og kan tjene som mellemled. I 1956 undersøgte E. Volkin og F. Astrachan processen med RNA-syntese i bakterier, der var inficeret med T2-bakteriofagen. Efter at den er kommet ind i cellen, skifter den til syntese af fagproteiner. På samme tid ændrede hoveddelen af RNA sig ikke. Men i cellen begyndte syntesen af en lille del af metabolisk ustabilt RNA, hvor nukleotidsekvensen svarede til sammensætningen af fag-DNA.
I 1961 blev denne lille fraktion af ribonukleinsyre isoleret fra den samlede masse af RNA. Beviser for dets medierende funktion er opnået fra eksperimenter. Efter infektion af celler med T4-fag blev nyt mRNA dannet. Hun forbandt sig med de gamle mestreribosomer (der findes ingen nye ribosomer efter infektion), som begyndte at syntetisere fagproteiner. Dette "DNA-lignende RNA" viste sig at være komplementært til en af fagens DNA-strenge.
I 1961 foreslog F. Jacob og J. Monod, at dette RNA bærer information fra gener til ribosomer og er en matrix for det sekventielle arrangement af aminosyrer under proteinsyntese.
Overførsel af information til stedet for proteinsyntese udføres af mRNA. Processen med at læse information fra DNA og skabe messenger-RNA kaldes transkription. Efter det gennemgår RNA en række yderligere ændringer, dette kaldes "bearbejdning". I løbet af det kan visse sektioner skæres ud af matrix-ribonukleinsyren. Derefter går mRNA til ribosomer.
Byggemateriale til proteiner: aminosyrer
Der er 20 aminosyrer i alt, nogle af dem er essentielle, det vil sige, at kroppen ikke kan syntetisere dem. Hvis noget syre i cellen ikke er nok, kan dette føre til en opbremsning i translationen eller endda et fuldstændigt stop af processen. Tilstedeværelsen af hver aminosyre i tilstrækkelig mængde er hovedkravet for, at proteinbiosyntesen kan forløbe korrekt.
Forskere opnåede generel information om aminosyrer tilbage i det 19. århundrede. Så, i 1820, blev de første to aminosyrer, glycin og leucin, isoleret.
Sekvensen af disse monomerer i et protein (den såkaldte primære struktur) bestemmer fuldstændigt dets næste organisationsniveauer og dermed dets fysiske og kemiske egenskaber.
Transport af aminosyrer: tRNA og aa-tRNA syntetase
Men aminosyrer kan ikke bygge sig selv ind i en proteinkæde. For at de kan komme til hovedstedet for proteinbiosyntese, er det nødvendigt at overføre RNA.
Hver aa-tRNA-syntetase genkender kun sin egen aminosyre og kun det tRNA, som den skal være knyttet til. Det viser sig, at denne familie af enzymer omfatter 20 varianter af synthetaser. Det er kun tilbage at sige, at aminosyrer er knyttet til tRNA, mere præcist, til dets hydroxylacceptor "hale". Hver syre skal have sit eget transfer-RNA. Dette overvåges af aminoacyl-tRNA-syntetase. Det matcher ikke kun aminosyrer til den korrekte transport, det regulerer også esterbindingsreaktionen.
Efter en vellykket tilknytningsreaktion går tRNA til stedet for proteinsyntese. Dette afslutter de forberedende processer, og udsendelsen begynder. Overvej de vigtigste trin i proteinbiosyntese :
- initiering;
- elongation;
- terminering.
Syntesetrin: initiering
Hvordan foregår proteinbiosyntesen og dens regulering? Forskere har forsøgt at finde ud af dette i lang tid. Der blev fremsat adskillige hypoteser, men jo mere moderne udstyret blev, jo bedre begyndte vi at forstå principperne for udsendelse.
Ribosomet, hovedstedet for proteinbiosyntese, begynder at læse mRNA fra det punkt, hvor dets del, der koder for polypeptidkæden, begynder. Dette punkt er placeret på en visvæk fra starten af messenger RNA. Ribosomet skal genkende punktet på mRNA'et, hvorfra læsningen begynder og forbindes til det.
Initiation - et sæt begivenheder, der giver starten på udsendelsen. Det involverer proteiner (initieringsfaktorer), initiator tRNA og en speciel initiator codon. På dette stadium binder den lille underenhed af ribosomet til initieringsproteiner. De forhindrer den i at komme i kontakt med den store underenhed. Men de giver dig mulighed for at oprette forbindelse til initiator-tRNA og GTP.
Så "sidder" dette kompleks på mRNA'et, præcis på det sted, der genkendes af en af initieringsfaktorerne. Der kan ikke være nogen fejl, og ribosomet begynder sin rejse gennem messenger-RNA og læser dets kodoner.
Så snart komplekset når initieringskodonet (AUG), holder underenheden op med at bevæge sig og binder sig ved hjælp af andre proteinfaktorer til den store underenhed af ribosomet.
Syntesetrin: forlængelse
Læsning af mRNA involverer sekventiel syntese af en proteinkæde med et polypeptid. Det fortsætter ved at tilføje den ene aminosyrerest efter den anden til molekylet under opbygning.
Hver ny aminosyrerest føjes til carboxylenden af peptidet, C-terminalen vokser.
Syntesetrin: opsigelse
Når ribosomet når termineringskodonet for messenger-RNA, stopper syntesen af polypeptidkæden. I sin tilstedeværelse kan organellen ikke acceptere noget tRNA. I stedet spiller opsigelsesfaktorer ind. De frigiver det færdige protein fra det stoppede ribosom.
EfterEfter translation er afsluttet, kan ribosomet enten forlade mRNA'et eller fortsætte med at glide langs det uden at oversætte.
Mødet af ribosomet med et nyt initieringskodon (på den samme streng under fortsat bevægelse eller på et nyt mRNA) vil føre til en ny initiering.
Når det færdige molekyle forlader hovedstedet for proteinbiosyntese, mærkes det og sendes til dets destination. Hvilke funktioner den vil udføre afhænger af dens struktur.
Proceskontrol
Afhængigt af deres behov vil cellen uafhængigt styre udsendelsen. Regulering af proteinbiosyntese er en meget vigtig funktion. Det kan gøres på mange måder.
Hvis en celle ikke har brug for en form for forbindelse, vil den stoppe RNA-biosyntesen - proteinbiosyntesen vil også stoppe med at ske. Når alt kommer til alt, uden en matrix, begynder hele processen ikke. Og gamle mRNA'er henfalder hurtigt.
Der er en anden regulering af proteinbiosyntese: cellen skaber enzymer, der interfererer med initieringsfasen. De forstyrrer oversættelsen, selvom læsematrixen er tilgængelig.
Den anden metode er nødvendig, når proteinsyntese skal slås fra lige nu. Den første metode involverer fortsættelse af træg translation i nogen tid efter ophør af mRNA-syntese.
En celle er et meget komplekst system, hvor alt holdes i balance og det præcise arbejde for hvert molekyle. Det er vigtigt at kende principperne for hver proces, der foregår i cellen. Så vi bedre kan forstå, hvad der sker i vævene og i kroppen som helhed.
