Življenje je proces obstoja beljakovinskih molekul. Tako se izrazijo številni znanstveniki, ki so prepričani, da so beljakovine osnova vsega živega. Te sodbe so popolnoma pravilne, saj imajo te snovi v celici največje število osnovnih funkcij. Vse druge organske spojine igrajo vlogo energijskih substratov, energija pa je spet potrebna za sintezo beljakovinskih molekul.
Zmožnost telesa, da sintetizira beljakovine
Vsi obstoječi organizmi niso sposobni sintetizirati beljakovin v celici. Virusi in nekatere vrste bakterij ne morejo tvoriti beljakovin, zato so paraziti in prejemajo potrebne snovi iz gostiteljske celice. Drugi organizmi, vključno s prokariontskimi celicami, so sposobni sintetizirati beljakovine. Vse človeške, živalske, rastlinske, glivične celice, skoraj vse bakterije in protisti živijo od zmožnosti biosinteze beljakovin. To je potrebno za izvajanje strukturotvornih, zaščitnih, receptorskih, transportnih in drugih funkcij.
Odziv na oderbiosinteza beljakovin
Struktura proteina je kodirana v nukleinski kislini (DNA ali RNA) v obliki kodonov. To je dedna informacija, ki se reproducira vsakič, ko celica potrebuje novo beljakovinsko snov. Začetek biosinteze je prenos informacij v jedro o potrebi po sintetizaciji novega proteina z že danimi lastnostmi.
V odgovor na to se del nukleinske kisline despiralizira, kjer je kodirana njena struktura. To mesto se podvoji s prenosno RNA in prenese na ribosome. Odgovorni so za izgradnjo polipeptidne verige, ki temelji na matriks – sporočilni RNA. Na kratko so vse stopnje biosinteze predstavljene na naslednji način:
- transkripcija (faza podvojitve segmenta DNK s kodirano beljakovinsko strukturo);
- obdelava (tvorba sporočilne RNA);
- translation (sinteza beljakovin v celici na podlagi sporočilne RNA);
- post-translacijska modifikacija ("zorenje" polipeptida, tvorba njegove tridimenzionalne strukture).
Transkripcija nukleinske kisline
Vso sintezo beljakovin v celici izvajajo ribosomi, informacije o molekulah pa vsebujejo nukleinska kislina (RNA ali DNK). Nahaja se v genih: vsak gen je specifična beljakovina. Geni vsebujejo informacije o zaporedju aminokislin nove beljakovine. V primeru DNK se odstranitev genetske kode izvede na ta način:
- prične se sproščanje mesta nukleinske kisline iz histonov, pride do despiralizacije;
- DNA polimerazapodvoji del DNK, ki shranjuje proteinski gen;
- dvojni odsek je predhodnik sporočilne RNA, ki jo encimi obdelujejo, da odstranijo nekodirajoče vložke (sinteza mRNA se izvaja na njeni osnovi).
Na podlagi proinformacijske RNA se sintetizira mRNA. Je že matriks, po katerem poteka sinteza beljakovin v celici na ribosomih (v grobem endoplazmatskem retikulumu).
sinteza ribosomskih beljakovin
Sporočilna RNA ima dva konca, ki sta razporejena kot 3`-5`. Branje in sinteza beljakovin na ribosomih se začne na 5' koncu in nadaljuje do introna, regije, ki ne kodira nobene od aminokislin. Gre takole:
- messenger RNA "nanizane" na ribosom, pritrdi prvo aminokislino;
- ribosom se premakne vzdolž sporočilne RNA za en kodon;
- transferna RNA zagotavlja želeno (kodirano z danim kodonom mRNA) alfa-amino kislino;
- aminokislina se pridruži začetni aminokislini in tvori dipeptid;
- potem se mRNA spet premakne za en kodon, vnese se alfa aminokislina in se pridruži rastoči peptidni verigi.
Ko ribosom doseže intron (nekodirajoči vložek), se sporočilna RNA samo premakne naprej. Nato, ko se prenašalna RNA napreduje, ribosom ponovno doseže ekson - mesto, katerega nukleotidno zaporedje ustreza določenemuaminokislina.
Od te točke se ponovno začne dodajanje beljakovinskih monomerov v verigo. Postopek se nadaljuje, dokler se ne pojavi naslednji intron oziroma do stop kodona. Slednji ustavi sintezo polipeptidne verige, po kateri se primarna struktura proteina šteje za dokončano in začne se stopnja postsintetične (post-translacijske) modifikacije molekule.
Sprememba po prevodu
Po prevodu pride do sinteze beljakovin v cisternah gladkega endoplazmatskega retikuluma. Slednji vsebuje majhno število ribosomov. V nekaterih celicah so lahko v RES popolnoma odsotne. Takšna področja so potrebna za oblikovanje najprej sekundarne, nato terciarne ali, če je programirana, kvartarne strukture.
Vsa sinteza beljakovin v celici poteka s porabo ogromne količine energije ATP. Zato so za vzdrževanje biosinteze beljakovin potrebni vsi drugi biološki procesi. Poleg tega je nekaj energije potrebno za prenos beljakovin v celici z aktivnim transportom.
Veliko beljakovin se prenese z ene lokacije v celici na drugo za spremembo. Zlasti posttranslacijska sinteza beljakovin poteka v Golgijevem kompleksu, kjer je ogljikova hidratna ali lipidna domena vezana na polipeptid določene strukture.
