Sinteza beljakovin je zelo pomemben proces. On je tisti, ki pomaga našemu telesu rasti in se razvijati. Vključuje številne celične strukture. Konec koncev morate najprej razumeti, kaj točno bomo sintetizirali.
Katere beljakovine je treba v tem trenutku zgraditi – za to so odgovorni encimi. Od celice prejmejo signale o potrebi po določeni beljakovini, po kateri se začne njena sinteza.
Kje poteka sinteza beljakovin
V kateri koli celici je glavno mesto biosinteze beljakovin ribosom. Je velika makromolekula s kompleksno asimetrično strukturo. Sestavljen je iz RNA (ribonukleinskih kislin) in beljakovin. Ribosomi se lahko nahajajo posamezno. Najpogosteje pa jih kombiniramo z EPS, kar olajša naknadno razvrščanje in transport beljakovin.
Če ribosomi sedijo na endoplazmatskem retikulumu, se imenuje groba ER. Ko je prevajanje intenzivno, se lahko več ribosomov premika vzdolž ene predloge hkrati. Sledijo drug drugemu in sploh ne posegajo v druge organele.
Kaj je potrebno za sintezoveverica
Za nadaljevanje postopka je potrebno, da so vse glavne komponente sistema za sintezo beljakovin na mestu:
- Program, ki nastavi vrstni red aminokislinskih ostankov v verigi, in sicer mRNA, ki bo te informacije prenesel iz DNK v ribosome.
- Material aminokislin, iz katerega bo zgrajena nova molekula.
- tRNA, ki bo vsako aminokislino dostavila ribosomu, bo sodelovala pri dešifriranju genetske kode.
- Aminoacil-tRNA sintetaza.
- Ribosom je glavno mesto biosinteze beljakovin.
- Energija.
- Magnezijevi ioni.
- Beljakovinski faktorji (vsaka stopnja ima svoje).
Sedaj si oglejmo vsakega od njih podrobneje in ugotovimo, kako nastajajo beljakovine. Mehanizem biosinteze je zelo zanimiv, vse komponente delujejo nenavadno usklajeno.
Program za sintezo, matrično iskanje
Vse informacije o tem, katere beljakovine lahko zgradi naše telo, so vsebovane v DNK. Deoksiribonukleinska kislina se uporablja za shranjevanje genetskih informacij. Varno je zapakiran v kromosome in se nahaja v celici v jedru (če govorimo o evkariontih) ali pa lebdi v citoplazmi (pri prokariotih).
Po raziskavi DNK in priznanju njene genetske vloge je postalo jasno, da ni neposredna predloga za prevajanje. Opazovanja so privedla do namigov, da je RNA povezana s sintezo beljakovin. Znanstveniki so se odločili, da bi moral biti posrednik, prenašati informacije iz DNK v ribosome, služiti kot matrica.
Ob istem času so biliribosomi so odprti, njihova RNA predstavlja veliko večino celične ribonukleinske kisline. Da bi preverili, ali gre za matriko za sintezo beljakovin, sta A. N. Belozersky in A. S. Spirin v letih 1956-1957. opravili primerjalno analizo sestave nukleinskih kislin v velikem številu mikroorganizmov.
Predpostavljalo se je, da če je ideja o shemi "DNA-rRNA-protein" pravilna, se bo sestava celotne RNA spremenila na enak način kot DNK. Toda kljub ogromnim razlikam v deoksiribonukleinski kislini pri različnih vrstah je bila sestava celotne ribonukleinske kisline podobna pri vseh obravnavanih bakterijah. Iz tega so znanstveniki zaključili, da glavna celična RNA (to je ribosomska) ni neposreden posrednik med nosilcem genetskih informacij in beljakovino.
Odkritje mRNA
Pozneje je bilo odkrito, da majhen del RNA ponavlja sestavo DNK in lahko služi kot posrednik. Leta 1956 sta E. Volkin in F. Astrachan preučevala proces sinteze RNA v bakterijah, ki so bile okužene z bakteriofagom T2. Ko vstopi v celico, preklopi na sintezo fagnih proteinov. Hkrati se glavni del RNA ni spremenil. Toda v celici se je začela sinteza majhnega deleža metabolično nestabilne RNA, v kateri je bilo zaporedje nukleotidov podobno sestavi DNK faga.
Leta 1961 je bila ta majhna frakcija ribonukleinske kisline izolirana iz celotne mase RNA. Dokaze o njegovi posredniški funkciji so pridobili s poskusi. Po okužbi celic s fagom T4 je nastala nova mRNA. Povezala se je s starimi mojstriribosomi (po okužbi ne najdemo novih ribosomov), ki so začeli sintetizirati fagne proteine. Ugotovljeno je bilo, da je ta "DNK podobna RNA" komplementarna eni od verig DNK faga.
Leta 1961 sta F. Jacob in J. Monod predlagala, da ta RNA prenaša informacije od genov do ribosomov in je matrika za zaporedno razporeditev aminokislin med sintezo beljakovin.
Prenos informacij na mesto sinteze beljakovin se izvaja z mRNA. Proces branja informacij iz DNK in ustvarjanja sporočilne RNA se imenuje transkripcija. Po njej se RNA podvrže vrsti dodatnih sprememb, ki se imenujejo "obdelava". Pri tem se lahko iz matriksa ribonukleinske kisline izrežejo določeni deli. Potem gre mRNA v ribosome.
Gradbeni material za beljakovine: aminokisline
Skupaj je 20 aminokislin, nekatere so esencialne, torej jih telo ne more sintetizirati. Če nekaj kisline v celici ni dovolj, lahko to povzroči upočasnitev prevajanja ali celo popolno zaustavitev procesa. Prisotnost vsake aminokisline v zadostni količini je glavna zahteva za pravilno biosintezo beljakovin.
Znanstveniki so pridobili splošne informacije o aminokislinah že v 19. stoletju. Nato sta bili leta 1820 izolirani prvi dve aminokislini, glicin in levcin.
Zaporedje teh monomerov v proteinu (tako imenovana primarna struktura) popolnoma določa njegove naslednje ravni organizacije in s tem njegove fizikalne in kemijske lastnosti.
Prenos aminokislin: tRNA in aa-tRNA sintetaza
Toda aminokisline se ne morejo vgraditi v beljakovinsko verigo. Da bi prišli do glavnega mesta biosinteze beljakovin, je potrebna prenosna RNA.
Vsaka aa-tRNA sintetaza prepozna samo svojo aminokislino in samo tRNA, na katero mora biti vezana. Izkazalo se je, da ta družina encimov vključuje 20 vrst sintetaz. Ostaja le reči, da so aminokisline vezane na tRNA, natančneje na njen hidroksilni akceptorski "rep". Vsaka kislina mora imeti svojo prenosno RNA. To spremlja aminoacil-tRNA sintetaza. Ne samo da poveže aminokisline s pravilnim transportom, ampak tudi uravnava reakcijo vezave estrov.
Po uspešni reakciji vezave gre tRNA na mesto sinteze beljakovin. S tem se končajo pripravljalni postopki in oddaja se začne. Razmislite o glavnih korakih pri biosintezi beljakovin :
- iniciacija;
- raztezanje;
- prekinitev.
Koraki sinteze: iniciacija
Kako poteka biosinteza beljakovin in njena regulacija? Znanstveniki to poskušajo ugotoviti že dolgo. Postavljene so bile številne hipoteze, a modernejša kot je postajala oprema, bolje smo začeli razumeti principe oddajanja.
Ribosom, glavno mesto biosinteze beljakovin, začne brati mRNA od točke, na kateri se začne njen del, ki kodira polipeptidno verigo. Ta točka se nahaja na določenemstran od začetka sporočilne RNA. Ribosom mora prepoznati točko na mRNA, s katere se branje začne, in se z njo povezati.
Začetek - niz dogodkov, ki zagotavljajo začetek oddaje. Vključuje beljakovine (iniciacijski faktorji), iniciatorsko tRNA in poseben iniciacijski kodon. V tej fazi se majhna podenota ribosoma veže na iniciacijske proteine. Preprečujejo stik z veliko podenoto. Omogočajo pa vam, da se povežete z iniciatorskim tRNA in GTP.
Potem ta kompleks "sedi" na mRNA, točno na mestu, ki ga prepozna eden od iniciacijskih faktorjev. Ne more biti napake in ribosom začne svojo pot skozi RNA, ki bere svoje kodone.
Takoj ko kompleks doseže iniciacijski kodon (AUG), se podenota preneha premikati in se s pomočjo drugih beljakovinskih faktorjev veže na veliko podenoto ribosoma.
Sintezni koraki: raztezek
Branje mRNA vključuje zaporedno sintezo beljakovinske verige s polipeptidom. Nadaljuje se z dodajanjem enega za drugim aminokislinskih ostankov molekuli v izdelavi.
Vsak nov aminokislinski ostanek se doda na karboksilni konec peptida, C-terminus raste.
Koraki sinteze: zaključek
Ko ribosom doseže zaključni kodon sporočilne RNA, se sinteza polipeptidne verige ustavi. V njegovi prisotnosti organela ne more sprejeti nobene tRNA. Namesto tega pridejo v poštev prekinitveni dejavniki. Sprostijo končni protein iz ustavljenega ribosoma.
PoKo je translacija končana, lahko ribosom bodisi zapusti mRNA ali pa še naprej drsi po njej brez prevajanja.
Srečanje ribosoma z novim iniciacijskim kodonom (na isti verigi med nadaljevanjem gibanja ali na novi mRNA) bo vodilo do nove iniciacije.
Ko končna molekula zapusti glavno mesto biosinteze beljakovin, je označena in poslana na cilj. Katere funkcije bo opravljal, je odvisno od njegove strukture.
Nadzor procesa
Odvisno od njihovih potreb bo celica neodvisno nadzorovala oddajo. Regulacija biosinteze beljakovin je zelo pomembna funkcija. To je mogoče storiti na več načinov.
Če celica ne potrebuje nekakšne spojine, bo ustavila biosintezo RNA - tudi biosinteza beljakovin se bo nehala dogajati. Konec koncev se brez matrike celoten proces ne bo začel. In stare mRNA hitro propadajo.
Obstaja še ena regulacija biosinteze beljakovin: celica ustvarja encime, ki ovirajo začetno fazo. Motijo prevajanje, tudi če je bralna matrika na voljo.
Druga metoda je potrebna, ko je treba sintezo beljakovin takoj izklopiti. Prva metoda vključuje nadaljevanje počasnega prevajanja nekaj časa po prenehanju sinteze mRNA.
Celica je zelo zapleten sistem, v katerem je vse v ravnotežju in natančno delo vsake molekule. Pomembno je poznati principe vsakega procesa, ki poteka v celici. Tako lahko bolje razumemo, kaj se dogaja v tkivih in v telesu kot celoti.
