Celica katerega koli organizma je ena velika tovarna za proizvodnjo kemikalij. Tu potekajo reakcije pri biosintezi lipidov, nukleinskih kislin, ogljikovih hidratov in seveda beljakovin. Beljakovine igrajo ogromno vlogo v življenju celice, saj opravljajo številne funkcije: encimsko, signalno, strukturno, zaščitno in druge.
Biosinteza beljakovin: opis procesa
Izgradnja beljakovinskih molekul je kompleksen večstopenjski proces, ki poteka pod delovanjem velikega števila encimov in ob prisotnosti določenih struktur.
Sinteza katere koli beljakovine se začne v jedru. Informacije o strukturi molekule so zapisane v DNK celice, iz katere se berejo. Skoraj vsak gen v organizmu kodira eno edinstveno beljakovinsko molekulo.
Kakšna je vloga citoplazme pri biosintezi beljakovin? Dejstvo je, da je citoplazma celice "bazen" za monomere kompleksnih snovi, pa tudi strukture, ki so odgovorne za proces sinteze beljakovin. Tudi notranje okolje celice ima stalno kislost invsebnost ionov, ki igrajo pomembno vlogo pri biokemičnih reakcijah.
Biosinteza beljakovin poteka v dveh fazah: transkripcija in translacija.
Transkripcija
Ta stopnja se začne v jedru celice. Tukaj glavno vlogo igrajo nukleinske kisline, kot sta DNK in RNA (deoksi- in ribonukleinske kisline). Pri evkariontih je transkripcijska enota transkripton, pri prokariotih pa se ta organizacija DNK imenuje operon. Razlika med transkripcijo pri prokariotih in evkariontih je v tem, da je operon del molekule DNK, ki kodira več beljakovinskih molekul, ko transkripton nosi informacije samo o enem proteinskem genu.
Glavna naloga celice v fazi transkripcije je sinteza sporočilne RNA (mRNA) na DNK predlogi. Da bi to naredili, encim, kot je RNA polimeraza, vstopi v jedro. Sodeluje pri sintezi nove molekule mRNA, ki je komplementarna mestu deoksiribonukleinske kisline.
Za uspešne transkripcijske reakcije je nujna prisotnost transkripcijskih faktorjev, ki so tudi skrajšani kot TF-1, TF-2, TF-3. Te kompleksne beljakovinske strukture so vključene v povezavo RNA polimeraze s promotorjem na molekuli DNK.
Sinteza mRNA se nadaljuje, dokler polimeraza ne doseže končnega območja transkriptona, ki se imenuje terminator.
Operater je kot drugo funkcionalno področje transkriptona odgovoren za zaviranje transkripcije ali, nasprotno, za pospeševanje dela RNA polimeraze. Odgovoren zauravnavanje dela transkripcijskih encimov posebne beljakovine-inhibitorje oziroma beljakovine-aktivatorje.
oddaja
Ko je mRNA sintetizirana v celičnem jedru, vstopi v citoplazmo. Za odgovor na vprašanje o vlogi citoplazme pri biosintezi beljakovin je vredno podrobneje analizirati nadaljnjo usodo molekule nukleinske kisline v fazi prevajanja.
Prevajanje poteka v treh fazah: začetek, podaljšanje in zaključek.
Najprej se mora mRNA pritrditi na ribosome. Ribosomi so majhne nemembranske strukture celice, ki so sestavljene iz dveh podenot: majhne in velike. Najprej se ribonukleinska kislina veže na majhno podenoto, nato pa velika podenota zapre celoten translacijski kompleks, tako da je mRNA znotraj ribosoma. Pravzaprav je to konec iniciacijske faze.
Kakšna je vloga citoplazme pri biosintezi beljakovin? Najprej je vir aminokislin - glavnih monomerov katere koli beljakovine. V fazi raztezanja pride do postopnega nastajanja polipeptidne verige, začenši z začetnim kodonom metioninom, na katerega so vezane preostale aminokisline. Kodon je v tem primeru triplet nukleotidov mRNA, ki kodira eno aminokislino.
Na tej stopnji je na delo povezana druga vrsta ribonukleinske kisline - prenosna RNA ali tRNA. Odgovorni so za dostavo aminokislin v kompleks mRNA-ribosoma s tvorbo kompleksa aminoacil-tRNA. Prepoznavanje tRNA poteka preko komplementarnegainterakcije antikodona te molekule s kodonom na mRNA. Tako se aminokislina dostavi v ribosom in pritrdi na sintetizirano polipeptidno verigo.
Prekinitev postopka prevajanja se zgodi, ko mRNA doseže odseke stop kodona. Ti kodoni nosijo informacije o koncu sinteze peptidov, po katerem se kompleks ribosom-RNA uniči in primarna struktura novega proteina vstopi v citoplazmo za nadaljnje kemične transformacije.
V proces prevajanja so vključeni posebni proteinski iniciacijski faktorji IF in faktorji raztezka EF. So različnih vrst, njihova naloga pa je zagotoviti pravilno povezavo RNA z ribosomskimi podenotami, pa tudi pri sintezi same polipeptidne verige v fazi raztezanja.
Kakšna je vloga citoplazme pri biosintezi beljakovin: na kratko o glavnih komponentah biosinteze
Potem ko mRNA zapusti jedro v notranje okolje celice, mora molekula tvoriti stabilen translacijski kompleks. Katere komponente citoplazme morajo biti prisotne v fazi translacije?
1. ribosomi.
2. Aminokisline.
3. tRNA.
aminokisline - beljakovinski monomeri
Za sintezo beljakovinske verige je prisotnost v citoplazmi strukturnih komponent peptidne molekule - aminokislin. Te snovi z nizko molekulsko maso imajo v svoji sestavi amino skupino NH2 in kislinski ostanek COOH. Druga komponenta molekule – radikal – je zaščitni znak vsake posamezne aminokisline. Kakšna je vloga citoplazme pribiosinteza beljakovin?
AA se pojavljajo v raztopinah v obliki zwitterionov, ki so iste molekule, ki darujejo ali sprejemajo vodikove protone. Tako se amino skupina aminokislin pretvori v NH3+, karbonilna skupina pa v COO-.
V naravi je skupno 200 AA, od katerih le 20 tvori beljakovine. Med njimi je skupina esencialnih aminokislin, ki se v človeškem telesu ne sintetizirajo in vstopijo v celico le z zaužito hrano, ter neesencialnih aminokislin, ki jih telo tvori samo.
Vse AA so kodirane z nekim kodonom, ki ustreza trem nukleotidom mRNA, eno aminokislino pa lahko pogosto kodira več takih zaporedij hkrati. Metioninski kodon pri pro- in evkariontih je začetni, ker začne biosintezo peptidne verige. Stop kodoni vključujejo zaporedja nukleotidov UAA, UGA in UAG.
Kaj so ribosomi?
Kako so ribosomi odgovorni za biosintezo beljakovin v celici in kakšna je vloga teh struktur? Najprej so to nemembranske tvorbe, ki so sestavljene iz dveh podenot: velike in majhne. Funkcija teh podenot je, da zadržijo molekulo mRNA med njimi.
V ribosomih so mesta, kjer vstopajo kodoni mRNA. Skupno se lahko dva takšna trojčka prilegata med malo in veliko podenoto.
Več ribosomov se lahko združi v en velik polisom, zaradi česar se stopnja sinteze peptidne verige poveča, rezultat pa je mogoče dobiti takojveč kopij beljakovin. Tukaj je vloga citoplazme pri biosintezi beljakovin.
Vrste RNA
Ribonukleinske kisline igrajo pomembno vlogo na vseh stopnjah transkripcije. Obstajajo tri velike skupine RNA: transportna, ribosomska in informacijska.
mRNA sodelujejo pri prenosu informacij o sestavi peptidne verige. tRNA so posredniki pri prenosu aminokislin na ribosome, kar dosežemo s tvorbo kompleksa aminoacil-tRNA. Pritrditev aminokisline se pojavi le s komplementarno interakcijo antikodona prenosne RNA s kodonom na nosilni RNA.
rRNA sodelujejo pri tvorbi ribosomov. Njihova zaporedja so eden od razlogov, zakaj se mRNA zadrži med majhno in veliko podenoto. Ribosomske RNA se proizvajajo v jedrih.
Pomen beljakovin
Biosinteza beljakovin in njen pomen za celico sta ogromna: večina telesnih encimov je peptidne narave, zahvaljujoč beljakovinam se snovi prenašajo skozi celične membrane.
Proteini opravljajo tudi strukturno funkcijo, ko so del mišičnega, živčnega in drugih tkiv. Vloga signalizacije je prenos informacij o procesih, ki se zgodijo, na primer, ko svetloba pade na mrežnico. Zaščitni proteini - imunoglobulini - so osnova človeškega imunskega sistema.
