BALTYMŲ SINTEZĖ: ETAPAI IR JŲ YPATYBĖS - BIOLOGIJA - 2025

Baltymų sintezė yra biologinis renginys, kuris vyksta į beveik visų gyvų būtybių. Ląstelės nuolat paima informaciją, kuri yra saugoma DNR, ir dėl labai sudėtingų specializuotų mechanizmų buvimo paverčia ją baltymų molekulėmis.

Tačiau 4 raidžių kodas, užšifruotas DNR, nėra tiesiogiai perkeltas į baltymus. Procese dalyvauja RNR molekulė, veikianti kaip tarpininkė, vadinama messenger RNR.

Baltymų sintezė.
Šaltinis: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

Kai ląstelėms reikia tam tikro baltymo, tinkamos DNR dalies nukleotidų seka nukopijuojama į RNR - proceso, vadinamo transkripcija, metu, ir tai savo ruožtu virsta atitinkamu baltymu.

Apibūdintas informacijos srautas (DNR - Messenger RNR ir žinutė RNR - baltymams) įvyksta iš labai paprastų būtybių, tokių kaip bakterijos, žmonėms. Ši žingsnių serija buvo vadinama centrine biologijos „dogma“.

Už baltymų sintezę atsakingos mašinos yra ribosomos. Šios mažos ląstelių struktūros dažniausiai aptinkamos citoplazmoje ir tvirtinamos prie endoplazminio retikulumo.

Kas yra baltymai?

Baltymai yra makromolekulės, sudarytos iš aminorūgščių. Tai sudaro beveik 80% visos dehidratuotos ląstelės protoplazmos. Visi baltymai, kurie sudaro organizmą, yra vadinami „proteomais“.

Jo funkcijos yra įvairios ir įvairios: nuo struktūrinių vaidmenų (kolageno) iki transportavimo (hemoglobino), biocheminių reakcijų katalizatorių (fermentų), gynybos nuo patogenų (antikūnų), be kita ko.

Yra 20 natūralių aminorūgščių rūšių, kurios yra sujungtos peptidinėmis jungtimis ir sudaro baltymus. Kiekviena aminorūgštis pasižymi tam tikra grupe, kuri suteikia jai tam tikras chemines ir fizikines savybes.

Etapai ir charakteristikos

Tai, kaip ląstelė sugeba interpretuoti DNR pranešimą, įvyksta per du pagrindinius įvykius: transkripciją ir vertimą. Daugybė RNR kopijų, nukopijuotų iš to paties geno, yra pajėgios sintetinti daugybę identiškų baltymų molekulių.

Kiekvienas genas yra transkribuojamas ir transliuojamas skirtingai, leidžiant ląstelei gaminti įvairius kiekius įvairių baltymų. Šis procesas apima įvairius ląstelių reguliavimo kelius, kurie paprastai apima RNR gamybos kontrolę.

Pirmasis žingsnis, kurį ląstelė turi padaryti, kad galėtų pradėti gaminti baltymus, yra perskaityti pranešimą, parašytą ant DNR molekulės. Ši molekulė yra universali ir joje yra visa informacija, reikalinga organinių būtybių statybai ir vystymuisi.

Toliau aprašysime, kaip vyksta baltymų sintezė, pradedant genetinės medžiagos „skaitymo“ procesu ir baigiant baltymų gamyba per se.

Transkripcija: iš DNR į pasiuntinio RNR

Pranešimas apie dvigubą DNR spiralę yra parašytas keturių raidžių kodu, atitinkančiu bazių adeniną (A), guaniną (G), citoziną (C) ir timiną (T).

Ši DNR raidžių seka naudojama kaip šablonas ekvivalentiškos RNR molekulės sukūrimui.

Tiek DNR, tiek RNR yra linijiniai polimerai, sudaryti iš nukleotidų. Tačiau jie chemiškai skiriasi dviem pagrindiniais aspektais: RNR nukleotidai yra ribonukleotidai, o vietoje bazinio timino RNR turi uracilą (U), kuris poruojasi su adeninu.

Transkripcijos procesas prasideda dvigubos spiralės atidarymu konkrečiame regione. Viena iš dviejų grandinių veikia kaip „šablonas“ arba šablonas RNR sintezei. Nukleotidai bus dedami laikantis bazių poravimo taisyklių, C su G ir A su U.

Pagrindinis fermentas, dalyvaujantis transkripcijoje, yra RNR polimerazė. Jis yra atsakingas už fosfodiesterinių ryšių, jungiančių grandinės nukleotidus, formavimąsi. Grandinė tęsiasi 5 '- 3' kryptimi.

Molekulės augimas apima skirtingus baltymus, vadinamus „pailgėjimo faktoriais“, kurie yra atsakingi už polimerazės jungimosi palaikymą iki proceso pabaigos.

Messenger RNR sujungimas

Šaltinis: „BCSteve“, iš „Wikimedia Commons“. Eukariotuose genai turi specifinę struktūrą. Seka nutraukiama elementais, kurie nėra baltymo dalis, vadinami intronais. Terminas priešinamas egzonui, į kurį įeina geno dalys, kurios bus perkeltos į baltymus.

Sujungimas yra esminis įvykis, kurį sudaro pasiuntinės molekulės intronų pašalinimas, kad būtų galima išmesti molekulę, kurią sukūrė tik egzonai. Galutinis produktas yra subrendusios pasiuntinio RNR. Fiziškai tai vyksta splaisosomoje, sudėtingoje ir dinamiškoje mašinoje.

Be sujungimo, prieš perduodant RNR, papildomos koduotės daromos. Pridedamas "gaubtas", kurio cheminis pobūdis yra modifikuotas guanino nukleotidas, o 5 'gale ir kelių adeninų uodega kitame gale.

RNR tipai

Ląstelėje susidaro įvairių rūšių RNR. Kai kurie genai ląstelėje sukuria pasiuntinio RNR molekulę ir tai virsta baltymais - kaip pamatysime vėliau. Tačiau yra genų, kurių galutinis produktas yra pati RNR molekulė.

Pavyzdžiui, mielių genome apie 10% mielių genų yra RNR molekulės. Svarbu juos paminėti, nes šios molekulės vaidina pagrindinį vaidmenį sintezuojant baltymus.

- Ribosominė RNR: ribosominė RNR yra ribosomų širdies dalis, pagrindinės baltymų sintezės struktūros.

Šaltinis: Jane Richardson (Dcrjsr), iš „Wikimedia Commons“. Ribosominių RNR perdirbimas ir paskesnis jų sujungimas į ribosomas vyksta labai pastebimoje branduolio struktūroje, nors ji nėra ribojama membrana, vadinama branduoliu.

- Perduodanti RNR: ji veikia kaip adapteris, kuris parenka specifinę aminorūgštį ir kartu su ribosoma į baltymą įtraukia aminorūgšties liekaną. Kiekviena aminorūgštis yra susijusi su pernešančios RNR molekulės.

Eukariotuose yra trijų rūšių polimerazės, kurios, nors ir struktūriškai labai panašios viena į kitą, vaidina skirtingus vaidmenis.

RNR polimerazė I ir III perrašo genus, koduojančius perduoti RNR, ribosomų RNR ir kai kurias mažas RNR. RNR polimerazė II nukreipta į baltymų kodavimo genų vertimą.

- Mažos RNR, susijusios su reguliavimu: Kitos trumpo ilgio RNR dalyvauja reguliuojant genų ekspresiją. Tai apima mikroRNR ir mažas trukdančias RNR.

MikroRNR reguliuoja išraišką blokuodami konkretų pranešimą, o maži trukdantys išraišką sustabdo tiesiogiai pernešdami pranešėjo funkciją. Panašiai yra ir mažos branduolinės RNR, kurios dalyvauja pasiuntinių RNR splaisingo procese.

Vertimas: nuo pasiuntinio RNR iki baltymų

Kai pasiuntinio RNR subręsta per susiuvimo procesą ir keliauja iš branduolio į ląstelės citoplazmą, prasideda baltymų sintezė. Šį eksportą tarpininkauja branduolinių porų kompleksas - branduolio membranoje esančių vandeninių kanalų, tiesiogiai jungiančių citoplazmą ir nukleoplazmą, serija.

Kasdieniniame gyvenime mes vartojame terminą „vertimas“, kad paminėtume žodžių konvertavimą iš vienos kalbos į kitą.

Pavyzdžiui, galime išversti knygą iš anglų į ispanų kalbą. Molekuliniame lygmenyje vertimas apima pasikeitimą iš kalbos į RNR į baltymą. Tiksliau sakant, tai yra nukleotidų pakeitimas aminorūgštimis. Tačiau kaip pasikeičia šis dialektas?

Genetinis kodas

Geno nukleotidų seka gali būti transformuota į baltymus laikantis genetinio kodo nustatytų taisyklių. Tai buvo iššifruota septintojo dešimtmečio pradžioje.

Kaip skaitytojas galės nuspręsti, vertimas negali būti nei vienas, nei vienas, nes yra tik 4 nukleotidai ir 20 aminorūgščių. Logika yra tokia: trijų nukleotidų sąjunga yra žinoma kaip „tripletai“ ir jie yra susieti su tam tikra aminorūgštimi.

Kadangi gali būti 64 galimi trynukai (4 x 4 x 4 = 64), genetinis kodas yra nereikalingas. T. y., Tą pačią aminorūgštį koduoja daugiau nei vienas tripletas.

Genetinio kodo buvimas yra universalus ir yra naudojamas visų gyvų organizmų, kurie šiandien gyvena žemėje. Šis platus panaudojimas yra viena ryškiausių gamtos molekulių homologijų.

Aminorūgšties susiejimas RNR pernešimui

Kodonai ar tripletai, esantys RNN molekulėje, neturi galimybės tiesiogiai atpažinti aminorūgščių. Priešingai, pasiuntinio RNR vertimas priklauso nuo molekulės, kuri gali atpažinti ir surišti kodoną ir aminorūgštį. Ši molekulė yra pernešančioji RNR.

Perduodanti RNR gali sulankstyti į sudėtingą trimatę struktūrą, primenančią dobilą. Šioje molekulėje yra sritis, vadinama „antikodonu“, sudaryta iš trijų iš eilės nukleotidų, kurie suporuojasi su iš eilės einančiais RNR grandinės papildomais nukleotidais.

Kaip minėjome ankstesniame skyriuje, genetinis kodas yra nereikalingas, todėl kai kurios aminorūgštys turi daugiau nei vieną perdavimo RNR.

Teisingos aminorūgšties aptikimas ir suliejimas su pernešančia RNR yra procesas, kurį skatina fermentas, vadinamas aminoacil-tRNR sintetaze. Šis fermentas yra atsakingas už abiejų molekulių sujungimą per kovalentinį ryšį.

RNR pranešimą dekoduoja ribosomos

Norėdami suformuoti baltymą, aminorūgštys yra sujungtos tarpusavyje per peptidinius ryšius. Messenger RNR skaitymo ir specifinių aminorūgščių surišimo procesas vyksta ribosomose.

Ribosomos

Ribosomos yra kataliziniai kompleksai, sudaryti iš daugiau nei 50 baltymo molekulių ir įvairių rūšių ribosomų RNR. Eukariotų organizmuose citoplazminėje aplinkoje vidutinė ląstelė turi vidutiniškai milijonus ribosomų.

Struktūriškai ribosomą sudaro didelis ir mažas subvienetas. Mažos porcijos paskirtis yra užtikrinti, kad pernešančioji RNR būtų tinkamai suporuota su pasiuntinio RNR, o didelis subvienetas katalizuoja peptidinio ryšio tarp aminorūgščių formavimąsi.

Kai sintezės procesas neaktyvus, du subvienetai, sudarantys ribosomas, yra atskirti. Sintezės pradžioje pasiuntinio RNR jungiasi prie abiejų subvienetų, paprastai netoli 5 'galo.

Šiame procese polipeptido grandinės pailgėjimas įvyksta pridedant naują aminorūgšties liekaną šiais etapais: pernešančios RNR surišimas, peptido jungties formavimas, subvienetų perkėlimas. Šio paskutinio žingsnio rezultatas yra visos ribosomos judėjimas ir prasideda naujas ciklas.

Polipeptido grandinės pailgėjimas

Ribosomose išskiriamos trys vietos: E, P ir A (žr. Pagrindinį vaizdą). Pailgėjimo procesas prasideda, kai kai kurios aminorūgštys jau yra kovalentiškai sujungtos, o P vietoje yra perdavimo RNR molekulė.

Perkelianti RNR, turinti kitą įtrauktiną aminorūgštį, jungiasi prie A vietos, bazės pora sujungdama su pasiuntinio RNR. Tada karboksilo galinė peptido dalis yra atpalaiduojama iš pernešančios RNR P vietoje, nutraukiant didelės energijos ryšį tarp pernešančios RNR ir aminorūgšties, kurią ji nešioja.

Laisva aminorūgštis yra pritvirtinta prie grandinės ir susidaro naujas peptido ryšys. Centrinę viso šio proceso reakciją skatina peptidiltransferazė, randama dideliame ribosomų subvienete. Taigi ribosoma keliauja per pasiuntinio RNR, perkeldama tarmę iš aminorūgščių į baltymus.

Kaip ir transkripcijoje, pailgėjimo faktoriai taip pat dalyvauja baltymų transliacijos metu. Šie elementai padidina proceso greitį ir efektyvumą.

Vertimo užbaigimas

Vertimo procesas baigiasi, kai ribosoma susiduria su sustabdymo kodonais: UAA, UAG arba UGA. Jų neatpažįsta jokia pernešančioji RNR ir jie nesieja jokių amino rūgščių.

Šiuo metu baltymai, žinomi kaip atpalaidavimo faktoriai, jungiasi prie ribosomos ir sukelia vandens molekulės, o ne aminorūgšties katalizę. Ši reakcija išskiria galinį karboksilo galą. Galiausiai peptido grandinė išleidžiama į ląstelės citoplazmą.

Nuorodos

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemija. 5-asis leidimas. Niujorkas: WH Freeman.
2. Curtis, H., ir Schnek, A. (2006). Kvietimas į biologiją. Panamerican Medical Ed.
3. Darnell, JE, Lodish, HF ir Baltimore, D. (1990). Molekulinių ląstelių biologija. Niujorkas: mokslinės Amerikos knygos.
4. Salė, JE (2015). Gytono ir Hallo medicinos fiziologijos e-knygos vadovėlis. Elsevier sveikatos mokslai.
5. Lewinas, B. (1993). Genai 1 tomas. Grąžinkite.
6. Lodish, H. (2005). Ląstelių ir molekulių biologija. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomų struktūra ir vertimo mechanizmas. Cell, 108 (4), 557-572.
8. „Tortora“, G. J., „Funke“, „BR“ ir „Case“, CL (2007). Įvadas į mikrobiologiją. Panamerican Medical Ed.
9. Wilsonas, DN ir Cate, JHD (2012). Eukariotų ribosomos struktūra ir funkcijos. Šaltojo pavasario uosto biologinės perspektyvos, 4 (5), a011536.