Синтез на протеинови етапи и техните характеристики



на синтез на протеини това е биологично събитие, което се среща практически във всички живи същества. Постоянно клетките приемат информацията, която се съхранява в ДНК и благодарение на наличието на много сложна специализирана техника, я превръщат в белтъчни молекули..

Въпреки това 4-буквеният код, кодиран в ДНК, не се превежда директно в протеини. В процеса се включва РНК молекула, която функционира като посредник, наречена РНК на пратеника.

Когато клетките се нуждаят от определен протеин, нуклеотидната последователност на подходяща част в ДНК се копира в РНК - в процес, наречен транскрипция - и това на свой ред се превежда на въпросния протеин..

Описаният поток от информация (ДНК към РНК на РНК и РНК към протеини) се появява от много прости същества като бактерии за хората. Тази поредица от стъпки е наречена централна "догма" на биологията.

Машината, отговорна за синтезните протеини, са рибозоми. Тези малки клетъчни структури са открити в голяма част в цитоплазмата и са закотвени в ендоплазмения ретикулум..

индекс

  • 1 Какво представляват протеините?
  • 2 Етапи и характеристики
    • 2.1 Транскрипция: от ДНК към РНК
    • 2.2 Спликиране на информационната РНК
    • 2.3 Видове РНК
    • 2.4 Превод: от информационната РНК към протеините
    • 2.5 Генетичен код
    • 2.6. Свързване на аминокиселината с трансферната РНК
    • 2.7 Съобщението РНК се декодира от рибозомите
    • 2.8 Удължаване на полипептидната верига
    • 2.9 Приключване на превода
  • 3 Препратки

Какво представляват протеините?

Протеините са макромолекули, образувани от аминокиселини. Те представляват почти 80% от протоплазмата на цяла дехидратирана клетка. Всички протеини, които образуват организъм, се наричат ​​"протеоми".

Неговите функции са многобройни и разнообразни, от структурни роли (колаген) до транспорт (хемоглобин), катализатори на биохимични реакции (ензими), защита срещу патогени (антитела), наред с други.

Има 20 вида естествени аминокиселини, които се комбинират чрез пептидни връзки, за да се създадат протеини. Всяка аминокиселина се характеризира с наличието на определена група, която дава специфични химични и физични свойства.

Етапи и характеристики

Начинът, по който клетката успява да интерпретира ДНК съобщението, се осъществява чрез две основни събития: транскрипция и превод. Много копия на РНК, които са копирани от един и същ ген, са способни да синтезират значителен брой идентични протеинови молекули.

Всеки ген е транскрибиран и транслиран диференциално, позволявайки на клетката да произвежда различни количества от голямо разнообразие от протеини. Този процес включва различни пътища на клетъчно регулиране, които обикновено включват контрола в производството на РНК.

Първата стъпка, която трябва да направи клетката, за да започне производството на протеини, е да прочете съобщението, написано на ДНК молекулата. Тази молекула е универсална и съдържа цялата информация, необходима за изграждането и развитието на органични същества.

След това ще опишем как се случва синтеза на протеини, започвайки процеса на "четене" на генетичния материал и завършвайки с производството на протеини. per se.

Транскрипция: от ДНК към РНК

Съобщението в двойната спирала на ДНК е написано с четирибуквен код, съответстващ на базите аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т)..

Тази последователност от букви от ДНК се използва за закаляване на еквивалентна на РНК молекула.

И ДНК, и РНК са линейни полимери, образувани от нуклеотиди. Въпреки това, те се различават химически в два основни аспекта: нуклеотидите в РНК са рибонуклеотиди и вместо тиминовата база, РНК представя урацила (U), който се свързва с аденина..

Процесът на транскрипция започва с отварянето на двойната спирала в специфичен регион. Една от двете вериги действа като "шаблон" или темперамент за синтез на РНК. Нуклеотидите ще бъдат добавени следвайки правилата за базово сдвояване, С с G и А с U.

Основният ензим, участващ в транскрипцията, е РНК полимераза. Той е отговорен за катализирането на образуването на фосфодиестерни връзки, които се свързват с нуклеотидите на веригата. Веригата е удължена в посока 5 'до 3'.

Растежът на молекулата включва различни протеини, известни като "фактори на удължаване", които са отговорни за поддържането на свързването на полимеразата до края на процеса.

Спликиране на информационната РНК

При еукариотите гените имат специфична структура. Последователността се прекъсва от елементи, които не са част от протеина, наречени интрони. Терминът е противоположен на този на екзон, който включва частите на гена, които ще бъдат преведени в протеини.

на снаждане това е фундаментално събитие, което се състои в елиминирането на интроните на молекулата на пратеника, за да се изхвърли молекула, изградена изключително от екзони. Крайният продукт е зрялата месинджорна РНК. Физически, сложна и динамична машина се осъществява в спленозомата.

В допълнение към сплайсинга, информационната РНК претърпява допълнителни кодирания, преди да бъде преведена. Добавя се „качулка“, чиято химична природа е модифициран гуанинов нуклеотид, а на 5 'края и опашка на няколко аденина в другия край..

Видове РНК

В клетката се получават различни видове РНК. Някои гени в клетката произвеждат молекула на пратеник РНК и това се превежда в протеин - както ще видим по-късно. Въпреки това, съществуват гени, чийто краен продукт е самата РНК молекула.

Например, в генома на дрождите, около 10% от гените на тази гъбичка имат РНК молекули като техен краен продукт. Важно е да ги споменем, тъй като тези молекули играят основна роля при синтеза на протеини.

- Рибозомна РНК: рибозомната РНК е част от сърцето на рибозомите, ключови структури за синтеза на протеини.

Обработката на рибозомните РНК и последващото им сглобяване в рибозоми се среща в много очебийна структура на ядрото - въпреки че не е ограничена от мембрана - наречена ядрена клетка..

- Прехвърляне на РНК: Той работи като адаптор, който избира специфична аминокиселина и заедно с рибозомата, те включват аминокиселинния остатък в протеина. Всяка аминокиселина е свързана с трансферна РНК молекула.

В еукариотите има три вида полимерази, които, макар и структурно много близки една към друга, играят различни роли.

РНК полимераза I и III транскрибират гените, които кодират трансферната РНК, рибозомната РНК и някои малки РНК. РНК полимераза II се фокусира върху транслацията на гени, които кодират протеини.

- Малки РНК, свързани с регулирането: oДруги къси RNAs участват в регулирането на генната експресия. Сред тях са микроРНК и малки интерфериращи РНК.

МикроРНК регулират експресията чрез блокиране на специфично съобщение и малките от интерференция изключват израз чрез директно разграждане на пратеника. По същия начин има малки ядрени РНК, които участват в процеса на снаждане на пратеник РНК.

Превод: от пратеник РНК към протеини

След като пратеник РНК узрее през процеса на снаждане и пътува от ядрото до клетъчната цитоплазма, започва синтеза на протеини. Този износ се осъществява от ядрения порен комплекс - серия от водни канали, разположени в мембраната на ядрото, която директно свързва цитоплазмата и нуклеоплазмата..

В ежедневието използваме термина "превод", за да обозначим превръщането на думи от един език в друг.

Например можем да преведем книга от английски на испански. На молекулярно ниво, преводът включва промяна на езика от РНК към протеин. По-точно, това е промяната на нуклеотидите в аминокиселини. Но как се случва тази промяна на диалекта??

Генетичният код

Нуклеотидната последователност на гена може да се трансформира в протеини, следвайки правилата, установени от генетичния код. Това беше разчетено в началото на 60-те години.

Както читателят ще може да заключи, преводът не може да бъде един или един, тъй като има само 4 нуклеотида и 20 аминокиселини. Логиката е следната: обединението на три нуклеотида е известно като "триплети" и те са свързани с определена аминокиселина.

Тъй като може да има 64 възможни триплета (4 x 4 x 4 = 64), генетичният код е излишен. Това означава, че една и съща аминокиселина е кодирана от повече от един триплет.

Наличието на генетичния код е универсално и се използва от всички живи организми, които днес живеят на земята. Тази много широка употреба е една от най-изненадващите молекулярни хомологии на природата.

Свързване на аминокиселината към трансферната РНК

Кодоните или триплетите, които се намират в молекулата на RNA, нямат способността директно да разпознават аминокиселините. Обратно, транслацията на информационната РНК зависи от молекула, която успява да разпознае и свърже кодон и аминокиселина. Тази молекула е трансферната РНК.

Трансферната РНК може да се сгъне в сложна триизмерна структура, която прилича на детелина. В тази молекула има област, наречена "антикодон", образувана от три последователни нуклеотиди, които се сдвояват с последователните комплементарни нуклеотиди на веригата на пратеник РНК..

Както е споменато в предишния раздел, генетичният код е излишен, така че някои аминокиселини имат повече от една трансферна РНК.

Откриването и сливането на правилната аминокиселина с трансферната РНК е процес, опосредстван от ензим, наречен аминоацил-тРНК синтетаза. Този ензим е отговорен за свързването на двете молекули чрез ковалентна връзка.

Съобщението за РНК се декодира от рибозомите

За да се образува протеин, аминокиселините се свързват заедно с пептидни връзки. Процесът на разчитане на РНК и свързването на специфични аминокиселини се среща в рибозоми.

Рибозомите са каталитични комплекси, образувани от повече от 50 протеинови молекули и няколко вида рибозомна РНК. При еукариотните организми средната клетка съдържа средно милиони рибозоми в цитоплазмената среда.

Структурно рибозомът се състои от голяма субединица и малка субединица. Функцията на малката част е да гарантира, че трансферната РНК е правилно свързана с информационната РНК, докато голямата субединица катализира образуването на пептидната връзка между аминокиселините..

Когато процесът на синтез не е активен, двете подединици, които образуват рибозомите, се разделят. В началото на синтеза, информационната РНК свързва двете субединици, обикновено близо до 5 'края..

В този процес, удължаването на полипептидната верига става чрез добавяне на нов аминокиселинен остатък в следните етапи: свързване на трансферната РНК, образуване на пептидна връзка, транслокация на субединиците. Резултатът от тази последна стъпка е движението на пълната рибозом и започва нов цикъл.

Удължаване на полипептидната верига

В рибозомите се разграничават три места: обекти Е, Р и А (виж основно изображение). Процесът на удължаване започва, когато някои аминокиселини вече са ковалентно свързани и има РНК молекула в Р сайт.

Трансферната РНК, която притежава следващата аминокиселина, която трябва да бъде включена, е свързана към място А чрез сдвояване на база с информационната РНК. След това, карбоксилната терминална част на пептида се освобождава от трансферната РНК в Р сайт, чрез разпадане на високо енергийна връзка между трансферната РНК и аминокиселината, която носи.

Свободната аминокиселина се свързва с веригата и се образува нова пептидна връзка. Централната реакция на целия този процес се осъществява от ензима пептидилтрансфераза, който се намира в голямата субединица на рибозомите. По този начин, рибозомата се движи през РНК на вестника, превеждайки диалекта на аминокиселините в протеини.

Както при транскрипцията, фактори на удължение са включени и при транслацията на протеини. Тези елементи увеличават скоростта и ефективността на процеса.

Приключване на превода

Процесът на транслация завършва, когато рибозомата открива стоп кодоните: UAA, UAG или UGA. Те не се разпознават от никаква трансферна РНК и не свързват никаква аминокиселина.

По това време, протеини, известни като фактори на освобождаване, се свързват с рибозомата и произвеждат катализа на водната молекула, а не аминокиселина. Тази реакция освобождава края на карбоксилния край. Накрая, пептидната верига се освобождава в клетъчната цитоплазма.

препратки

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Биохимия. 5-то издание. Ню Йорк: З. Ф. Фрийман.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Покана за биология. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J.E., Lodish, H.F. & Baltimore, D. (1990). Молекулярна клетъчна биология. Ню Йорк: Научни американски книги.
  4. Hall, J.E. (2015). Учебникът на Гитън и Хол за медицинска физиология. Elsevier Health Sciences.
  5. Левин, Б. (1993). Гени. Том 1. Реверте.
  6. Lodish, H. (2005). Клетъчна и молекулярна биология. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Рибозомна структура и механизъм на транслация. клетка, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C.L. (2007). Въведение в микробиологията. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D.N. & Cate, J.H.D. (2012). Структурата и функцията на еукариотната рибозома. Перспективите на Cold Spring Harbor в биологията, 4(5), a011536.