Syntéza proteinových stadií a jejich charakteristika



syntézu proteinů je to biologická událost, ke které dochází prakticky ve všech živých bytostech. Buňky neustále získávají informace, které jsou uloženy v DNA a díky přítomnosti velmi složitých specializovaných strojů ji transformují na proteinové molekuly.

Čtyřpísmenný kód zašifrovaný v DNA se však nepřevádí přímo do proteinů. V tomto procesu se jedná o molekulu RNA, která funguje jako prostředník, tzv. Messenger RNA.

Když buňky potřebují určitý protein, nukleotidová sekvence vhodné části v DNA se zkopíruje do RNA - v procesu nazývaném transkripce - a to je zase přeloženo do daného proteinu.

Popsaný tok informací (DNA-messenger RNA a RNA zpráva k proteinům) se vyskytuje z velmi jednoduchých bytostí, jako jsou bakterie pro člověka. Tato série kroků byla nazývána centrální "dogma" biologie.

Mechanismy zodpovědné za syntézu proteinů jsou ribozomy. Tyto malé buněčné struktury se nacházejí ve velkém podílu v cytoplazmě a zakotveny v endoplazmatickém retikulu.

Index

  • 1 Co jsou proteiny?
  • 2 Fáze a charakteristiky
    • 2.1 Transkripce: z DNA na messenger RNA
    • 2.2 Sestřih messenger RNA
    • 2.3 Typy RNA
    • 2.4 Překlad: od messenger RNA k proteinům
    • 2.5 Genetický kód
    • 2.6 Vazba aminokyseliny na transferovou RNA
    • 2.7 RNA zpráva je dekódována ribozomy
    • 2.8 Prodloužení polypeptidového řetězce
    • 2.9 Dokončení překladu
  • 3 Odkazy

Co jsou to proteiny?

Proteiny jsou makromolekuly tvořené aminokyselinami. Ty tvoří téměř 80% protoplazmy celé dehydratované buňky. Všechny proteiny, které tvoří organismus, se nazývají "proteom".

Jeho funkce jsou četné a různé, od strukturálních rolí (kolagen) k transportu (hemoglobin), katalyzátorů biochemických reakcí (enzymů), obrany proti patogenům (protilátky), mimo jiné.

Existuje 20 typů přírodních aminokyselin, které jsou kombinovány peptidovými vazbami, aby vznikly proteiny. Každá aminokyselina se vyznačuje tím, že má určitou skupinu, která poskytuje určité chemické a fyzikální vlastnosti.

Fáze a charakteristiky

Způsob, jakým se buňce podaří interpretovat DNA zprávu, nastává prostřednictvím dvou základních událostí: transkripce a translace. Mnoho kopií RNA, které byly zkopírovány ze stejného genu, je schopno syntetizovat významný počet identických proteinových molekul.

Každý gen je transkribován a translatován odlišně, což umožňuje buňce produkovat různá množství široké škály proteinů. Tento proces zahrnuje různé cesty buněčné regulace, které obecně zahrnují kontrolu při produkci RNA.

Prvním krokem, který musí buňka udělat pro zahájení produkce proteinů, je přečíst zprávu napsanou na molekule DNA. Tato molekula je univerzální a obsahuje všechny informace nezbytné pro stavbu a vývoj organických bytostí.

Dále popíšeme, jak dochází k syntéze proteinů, začíná proces "čtení" genetického materiálu a končí produkcí proteinů. per se.

Transkripce: z DNA na messenger RNA

Zpráva ve dvojité šroubovici DNA je napsána čtyřpísmenným kódem odpovídajícím základům adeninu (A), guaninu (G), cytosinu (C) a thyminu (T).

Tato sekvence písmen DNA se používá k temperování molekuly ekvivalentu RNA.

DNA i RNA jsou lineární polymery tvořené nukleotidy. Chemicky se však liší ve dvou základních aspektech: nukleotidy v RNA jsou ribonukleotidy a místo thyminové báze RNA představuje uracil (U), který se páruje s adeninem.

Proces transkripce začíná otevřením dvojité šroubovice ve specifické oblasti. Jeden z těchto dvou řetězců působí jako "templát" nebo temper pro syntézu RNA. Nukleotidy budou přidány podle pravidel párování bází, C s G a A s U.

Hlavním enzymem zapojeným do transkripce je RNA polymeráza. Je zodpovědný za katalyzování tvorby fosfodiesterových vazeb, které spojují nukleotidy řetězce. Řetěz je prodloužen ve směru 5 'až 3'.

Růst molekuly zahrnuje různé proteiny známé jako "elongační faktory", které jsou zodpovědné za udržování vazby polymerázy do konce procesu..

Sestřih messenger RNA

V eukaryotech mají geny specifickou strukturu. Sekvence je přerušena prvky, které nejsou součástí proteinu, tzv. Introny. Tento termín je v protikladu k exonu, který zahrnuje části genu, které budou přeloženy do proteinů.

spojování je to zásadní událost, která spočívá v eliminaci intronů molekuly posla, vyhodit molekulu postavenou výhradně exony. Konečným produktem je zralá messengerová RNA. Fyzicky se ve spleenosomu odehrává komplexní a dynamický aparát.

Kromě sestřihu, messenger RNA podstoupí další kódování před tím, než je přeložen. Přidá se "kapuce", jejíž chemická povaha je modifikovaný guaninový nukleotid, a na 5 'konci a ocas několika adeninů na druhém konci..

Typy RNA

V buňce se produkují různé typy RNA. Některé geny v buňce produkují molekulu messenger RNA a to je přeloženo do proteinu - jak uvidíme později. Existují však geny, jejichž konečným produktem je samotná molekula RNA.

Například v genomu kvasinek má přibližně 10% genů této houby molekuly RNA jako svůj konečný produkt. Je důležité zmínit se o nich, protože tyto molekuly hrají zásadní úlohu, pokud jde o syntézu proteinů.

- Ribozomální RNA: ribozomální RNA je součástí srdce ribozomů, klíčových struktur pro syntézu proteinů.

Zpracování ribozomálních RNA a jejich následné sestavení do ribozomů se vyskytuje ve velmi nápadné struktuře jádra - i když není ohraničeno membránou - nazývanou nukleolus.

- Přenos RNA: Funguje jako adaptér, který vybírá specifickou aminokyselinu a spolu s ribozomem inkorporuje aminokyselinový zbytek do proteinu. Každá aminokyselina souvisí s molekulou transferové RNA.

U eukaryot existují tři typy polymeráz, které, i když jsou strukturně velmi podobné, hrají různé role.

RNA polymeráza I a III přepisují geny, které kódují transferovou RNA, ribozomální RNA a některé malé RNA. RNA polymeráza II se zaměřuje na translaci genů, které kódují proteiny.

- Malé RNA související s regulací: oDalší RNA s krátkou délkou se účastní regulace genové exprese. Mezi nimi jsou mikroRNA a malé interferující RNA.

MikroRNA regulují expresi blokováním specifické zprávy a malé interference vypínají expresi prostřednictvím přímé degradace posla. Podobně, tam jsou malé jaderné RNA, které se účastní procesu spojování mediátorové RNA.

Překlad: od messenger RNA k proteinům

Jakmile messenger RNA dozrává procesem spojování a putuje z jádra do buněčné cytoplazmy, začíná syntéza proteinů. Tento export je zprostředkován komplexem jaderných pórů - sérií vodních kanálů umístěných v membráně jádra, která přímo spojuje cytoplazmu a nukleoplazmu.

V každodenním životě používáme termín "překlad", který odkazuje na konverzi slov z jednoho jazyka do druhého.

Můžeme například přeložit knihu z angličtiny do španělštiny. Na molekulární úrovni, překlad zahrnuje změnu jazyka od RNA k proteinu. Přesněji řečeno, jde o změnu nukleotidů na aminokyseliny. Ale jak k této změně dialektu dochází??

Genetický kód

Nukleotidová sekvence genu může být transformována do proteinů podle pravidel stanovených genetickým kódem. Toto bylo rozluštěno na počátku 60. let.

Jak bude čtenář schopen odvodit, překlad nemůže být jeden nebo jeden, protože existují pouze 4 nukleotidy a 20 aminokyselin. Logika je následující: spojení tří nukleotidů je známé jako "triplety" a jsou spojeny s určitou aminokyselinou.

Protože může existovat 64 možných trojic (4 x 4 x 4 = 64), genetický kód je nadbytečný. To znamená, že stejná aminokyselina je kódována více než jedním tripletem.

Přítomnost genetického kódu je univerzální a používají ho všechny živé organismy, které dnes žijí na Zemi. Toto velmi široké použití je jednou z nejpřekvapivějších molekulárních homologií přírody.

Vazba aminokyseliny na transferovou RNA

Kodony nebo trojice, které se nacházejí v molekule messenger RNA, nemají schopnost přímo rozpoznávat aminokyseliny. Na rozdíl od toho translace messenger RNA závisí na molekule, která dokáže rozpoznat a vázat kodon a aminokyselinu. Tato molekula je transferová RNA.

Přenosová RNA může být složena do komplexní trojrozměrné struktury, která se podobá jeteli. V této molekule je oblast nazývaná "antikodon", tvořená třemi po sobě jdoucími nukleotidy, které se párují s po sobě jdoucími komplementárními nukleotidy řetězce messenger RNA.

Jak je uvedeno v předchozí části, genetický kód je nadbytečný, takže některé aminokyseliny mají více než jednu transferovou RNA.

Detekce a fúze správné aminokyseliny s transferovou RNA je proces zprostředkovaný enzymem nazývaným aminoacyl-tRNA syntetáza. Tento enzym je zodpovědný za navázání obou molekul kovalentní vazbou.

RNA zpráva je dekódována ribozomy

Pro vytvoření proteinu jsou aminokyseliny spojeny peptidovými vazbami. Proces čtení messenger RNA a vazba specifických aminokyselin se vyskytuje v ribozomech.

Ribozomy jsou katalytické komplexy tvořené více než 50 molekulami proteinu a několika typy ribozomální RNA. V eukaryotických organismech průměrná buňka obsahuje v průměru miliony ribozomů v cytoplazmatickém prostředí..

Strukturálně se ribozom skládá z velké podjednotky a malé podjednotky. Funkce malé části je zajistit, aby transferová RNA byla správně spárována s messengerovou RNA, zatímco velká podjednotka katalyzuje tvorbu peptidové vazby mezi aminokyselinami.

Když proces syntézy není aktivní, dvě podjednotky, které tvoří ribozomy, jsou odděleny. Na začátku syntézy, messenger RNA váže obě podjednotky, obvykle blízko 5 'konce..

V tomto procesu dochází k prodloužení polypeptidového řetězce přidáním nového aminokyselinového zbytku v následujících krocích: vazba transferové RNA, tvorba peptidové vazby, translokace podjednotek. Výsledkem tohoto posledního kroku je pohyb kompletního ribozomu a začíná nový cyklus.

Prodloužení polypeptidového řetězce

Na ribozomech se rozlišují tři místa: místa E, P a A (viz hlavní obrázek). Proces prodloužení začíná, když některé aminokyseliny již byly kovalentně vázány a v místě P je molekula transferové RNA.

Přenosová RNA, která obsahuje další aminokyselinu, která má být inkorporována, je navázána na místo A párováním bází s messengerovou RNA. Pak je karboxylová koncová část peptidu uvolněna z transferové RNA v místě P rozštěpením vazby vysoké energie mezi přenosovou RNA a aminokyselinou, která nese.

Volná aminokyselina se váže na řetězec a vzniká nová peptidová vazba. Centrální reakce tohoto celého procesu je zprostředkována enzymem peptidyl transferázou, který se nachází ve velké podjednotce ribozomů. Ribozom se tedy pohybuje přes messengerovou RNA, překládající dialekt aminokyselin do proteinů.

Stejně jako v transkripci se při translaci proteinů podílejí také faktory prodloužení. Tyto prvky zvyšují rychlost a efektivitu procesu.

Dokončení překladu

Translační proces končí, když ribozom nalezne stop kodony: UAA, UAG nebo UGA. Ty nejsou rozpoznávány žádnou transferovou RNA a nevážou žádnou aminokyselinu.

V této době se proteiny známé jako uvolňovací faktory vážou na ribozom a produkují katalýzu molekuly vody a ne aminokyseliny. Tato reakce uvolní konec karboxylového konce. Nakonec se peptidový řetězec uvolní do buněčné cytoplazmy.

Odkazy

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie 5. vydání. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biologii. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Molekulární buněčná biologie. New York: Vědecké americké knihy.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnice lékařské fyziologie e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geny Svazek 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Buněčná a molekulární biologie. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura ribozomu a mechanismus translace. Buňka, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B.R., a C. L. (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Struktura a funkce eukaryotického ribozomu. Cold Spring Harbor perspektivy v biologii, 4(5), a011536.