Proteinsyntes är en mycket viktig process. Det är han som hjälper vår kropp att växa och utvecklas. Det involverar många cellstrukturer. När allt kommer omkring måste du först förstå exakt vad vi ska syntetisera.
Vilket protein behöver byggas för tillfället - enzymer är ansvariga för detta. De får signaler från cellen om behovet av ett visst protein, varefter dess syntes börjar.
Där proteinsyntes äger rum
I alla celler är den huvudsakliga platsen för proteinbiosyntesen ribosomen. Det är en stor makromolekyl med en komplex asymmetrisk struktur. Den består av RNA (ribonukleinsyror) och proteiner. Ribosomer kan lokaliseras var för sig. Men oftast kombineras de med EPS, vilket underlättar efterföljande sortering och transport av proteiner.
Om ribosomer sitter på det endoplasmatiska retikulumet kallas det grov ER. När translationen är intensiv kan flera ribosomer röra sig längs en mall samtidigt. De följer varandra och stör inte andra organeller alls.
Vad som behövs för syntesekorre
För att processen ska fortsätta är det nödvändigt att alla huvudkomponenter i proteinsyntessystemet är på plats:
- Ett program som anger ordningen för aminosyrarester i kedjan, nämligen mRNA, som kommer att överföra denna information från DNA till ribosomer.
- Aminosyramaterial som en ny molekyl kommer att byggas av.
- tRNA, som kommer att leverera varje aminosyra till ribosomen, kommer att delta i att dechiffrera den genetiska koden.
- Aminoacyl-tRNA-syntetas.
- Ribosom är huvudplatsen för proteinbiosyntes.
- Energy.
- Magnesiumjoner.
- Proteinfaktorer (varje steg har sina egna).
Låt oss nu titta på var och en av dem mer i detalj och ta reda på hur proteiner skapas. Mekanismen för biosyntes är mycket intressant, alla komponenter verkar på ett ovanligt koordinerat sätt.
Syntesprogram, matrissökning
All information om vilka proteiner vår kropp kan bygga finns i DNA. Deoxiribonukleinsyra används för att lagra genetisk information. Den är säkert packad i kromosomerna och sitter i cellen i kärnan (om vi pratar om eukaryoter) eller flyter i cytoplasman (i prokaryoter).
Efter DNA-forskning och erkännande av dess genetiska roll blev det tydligt att det inte är en direkt mall för översättning. Observationer har lett till förslag om att RNA är associerat med proteinsyntes. Forskare beslutade att det skulle vara en mellanhand, överföra information från DNA till ribosomer, fungera som en matris.
Samtidigt fanns detribosomerna är öppna, deras RNA utgör den stora majoriteten av cellulär ribonukleinsyra. För att kontrollera om det är en matris för proteinsyntes, A. N. Belozersky och A. S. Spirin 1956-1957. genomförde en jämförande analys av sammansättningen av nukleinsyror i ett stort antal mikroorganismer.
Det antogs att om idén med "DNA-rRNA-protein"-schemat är korrekt, så kommer sammansättningen av tot alt RNA att förändras på samma sätt som DNA. Men trots de enorma skillnaderna i deoxiribonukleinsyra i olika arter, var sammansättningen av den totala ribonukleinsyran likartad i alla bakterier som beaktades. Av detta drog forskarna slutsatsen att det huvudsakliga cellulära RNA:t (det vill säga ribosom alt) inte är en direkt mellanhand mellan bäraren av genetisk information och proteinet.
Upptäckt av mRNA
Senare upptäcktes att en liten del av RNA upprepar DNA-sammansättningen och kan fungera som mellanhand. 1956 studerade E. Volkin och F. Astrachan processen för RNA-syntes i bakterier som var infekterade med T2-bakteriofagen. Efter att den kommit in i cellen, övergår den till syntesen av fagproteiner. Samtidigt förändrades inte huvuddelen av RNA. Men i cellen började syntesen av en liten del av metaboliskt instabilt RNA, nukleotidsekvensen i vilken liknade sammansättningen av fag-DNA.
År 1961 isolerades denna lilla del av ribonukleinsyra från den totala massan av RNA. Bevis på dess förmedlande funktion har erhållits från experiment. Efter infektion av celler med T4-fag bildades nytt mRNA. Hon knöt an till de gamla mästarnaribosomer (inga nya ribosomer hittas efter infektion), som började syntetisera fagproteiner. Detta "DNA-liknande RNA" visade sig vara komplementärt till en av fagens DNA-strängar.
1961 föreslog F. Jacob och J. Monod att detta RNA bär information från gener till ribosomer och är en matris för det sekventiella arrangemanget av aminosyror under proteinsyntes.
Överföring av information till platsen för proteinsyntesen utförs av mRNA. Processen att läsa information från DNA och skapa budbärar-RNA kallas transkription. Efter det genomgår RNA:t en rad ytterligare förändringar, detta kallas "bearbetning". Under loppet av det kan vissa sektioner skäras ut ur matrisen ribonukleinsyra. Sedan går mRNA till ribosomer.
Byggmaterial för proteiner: aminosyror
Det finns tot alt 20 aminosyror, några av dem är essentiella, det vill säga kroppen kan inte syntetisera dem. Om en del syra i cellen inte räcker till kan detta leda till en avmattning av translationen eller till och med ett fullständigt stopp av processen. Närvaron av varje aminosyra i tillräcklig mängd är huvudkravet för att proteinbiosyntesen ska fortgå korrekt.
Forskare fick allmän information om aminosyror redan på 1800-talet. Sedan, 1820, isolerades de två första aminosyrorna, glycin och leucin.
Sekvensen av dessa monomerer i ett protein (den så kallade primära strukturen) bestämmer fullständigt dess nästa organisationsnivå, och därmed dess fysikaliska och kemiska egenskaper.
Transport av aminosyror: tRNA och aa-tRNA-syntetas
Men aminosyror kan inte bygga upp sig själva till en proteinkedja. För att de ska kunna ta sig till huvudplatsen för proteinbiosyntes behövs överförings-RNA.
Varje aa-tRNA-syntetas känner bara igen sin egen aminosyra och endast det tRNA som det måste fästas till. Det visar sig att denna familj av enzymer inkluderar 20 varianter av syntetaser. Det återstår bara att säga att aminosyror är bundna till tRNA, mer exakt, till dess hydroxylacceptor "svans". Varje syra måste ha sitt eget transfer-RNA. Detta övervakas av aminoacyl-tRNA-syntetas. Den matchar inte bara aminosyror till rätt transport, den reglerar också esterbindningsreaktionen.
Efter en framgångsrik bindningsreaktion går tRNA till platsen för proteinsyntes. Detta avslutar de förberedande processerna och sändningen börjar. Tänk på huvudstegen i proteinbiosyntes :
- initiering;
- elongation;
- uppsägning.
Syntessteg: initiering
Hur sker proteinbiosyntesen och dess reglering? Forskare har försökt ta reda på detta under lång tid. Många hypoteser lades fram, men ju modernare utrustningen blev, desto bättre började vi förstå principerna för sändning.
Ribosomen, huvudstället för proteinbiosyntes, börjar läsa mRNA från den punkt där dess del som kodar för polypeptidkedjan börjar. Denna punkt ligger på en vissbort från början av budbärar-RNA. Ribosomen måste känna igen punkten på mRNA:t från vilken läsningen börjar och ansluta till den.
Initiering - en uppsättning händelser som ger starten på sändningen. Det involverar proteiner (initieringsfaktorer), initiator-tRNA och ett speciellt initiatorkodon. I detta skede binder den lilla subenheten av ribosomen till initieringsproteiner. De förhindrar att den kommer i kontakt med den stora underenheten. Men de tillåter dig att ansluta till initiatorns tRNA och GTP.
Sedan "sitter" detta komplex på mRNA:t, exakt på den plats som känns igen av en av initieringsfaktorerna. Det kan inte vara några misstag, och ribosomen börjar sin resa genom budbärar-RNA och läser dess kodoner.
Så snart komplexet når initieringskodonet (AUG) slutar subenheten att röra sig och binder med hjälp av andra proteinfaktorer till den stora subenheten av ribosomen.
Syntessteg: förlängning
Att läsa mRNA involverar sekventiell syntes av en proteinkedja av en polypeptid. Den fortsätter genom att lägga till en aminosyrarest efter den andra till molekylen som är under uppbyggnad.
Varje ny aminosyrarest läggs till karboxyländen av peptiden, C-terminalen växer.
Syntessteg: uppsägning
När ribosomen når termineringskodonet för budbärar-RNA, stannar syntesen av polypeptidkedjan. I sin närvaro kan organellen inte acceptera något tRNA. Istället spelar uppsägningsfaktorer in. De frigör det färdiga proteinet från den stoppade ribosomen.
EfterEfter att translationen har avslutats kan ribosomen antingen lämna mRNA:t eller fortsätta att glida längs den utan att översätta.
Mötet av ribosomen med ett nytt initieringskodon (på samma sträng under fortsättningen av rörelsen eller på ett nytt mRNA) kommer att leda till en ny initiering.
När den färdiga molekylen lämnar huvudplatsen för proteinbiosyntesen märks den och skickas till sin destination. Vilka funktioner den kommer att utföra beror på dess struktur.
Processkontroll
Beroende på deras behov kommer cellen att kontrollera sändningen oberoende av varandra. Reglering av proteinbiosyntes är en mycket viktig funktion. Det kan göras på många sätt.
Om en cell inte behöver någon form av förening, kommer den att stoppa RNA-biosyntesen - proteinbiosyntesen kommer också att sluta hända. När allt kommer omkring, utan en matris, kommer inte hela processen att börja. Och gamla mRNA sönderfaller snabbt.
Det finns en annan reglering av proteinbiosyntes: cellen skapar enzymer som stör initieringsfasen. De stör översättningen, även om läsmatrisen är tillgänglig.
Den andra metoden är nödvändig när proteinsyntesen måste stängas av just nu. Den första metoden innebär en fortsättning av trög translation under en tid efter att mRNA-syntesen upphört.
En cell är ett mycket komplext system där allt hålls i balans och varje molekyls exakta arbete. Det är viktigt att känna till principerna för varje process som sker i cellen. Så vi kan bättre förstå vad som händer i vävnaderna och i kroppen som helhet.
