Hlavní místo biosyntézy proteinů. Etapy biosyntézy proteinů

Syntéza bílkovin je velmi důležitý proces. Je to on, kdo pomáhá našemu tělu růst a rozvíjet. Zahrnuje mnoho buněčných struktur. Koneckonců nejprve musíme pochopit, co přesně budeme syntetizovat.

Jaký druh bílkovin je třeba v současné době stavět - pro tuto odpověď enzymy. Obdrží signály z buněk o potřebě bílkovin a poté zahájí syntézu.

Kde je syntéza bílkovin

V každé buňce je základním místem biosyntézy proteinů ribozom. Jedná se o velkou makromolekula s komplexní asymetrickou strukturou. Skládá se z RNA (ribonukleové kyseliny) a bílkoviny. Ribosomy mohou být umístěny jednotlivě. Nejčastěji se však kombinují s EPS, což usnadňuje následné třídění a transport bílkovin. Pokud endoplazmatické retikulum sedí ribozómy, nazývá se hrubým EPS. Pokud je translace intenzivní, může jeden nebo více ribozomů současně přesunout jednu matici. Jedou za druhým a nezasahují do jiných organel.

Co je nezbytné pro syntézu proteinů

Aby mohl proces pokračovat, je nutné, aby všechny hlavní složky systému syntézy bílkovin byly na místě:

1. Program, který specifikuje pořadí aminokyselinových zbytků v řetězci, jmenovitě mRNA, která tyto informace přenáší z DNA na ribozomy.
2. Aminokyselinový materiál, ze kterého bude vybudována nová molekula.
3. tRNA, která dodává každou aminokyselinu do ribosomu, se bude podílet na dekódování genetického kódu.
4. Aminoacyl-tRNA syntetáza.
5. Ribosomy jsou hlavním místem biosyntézy proteinů.
6. Energie.
7. Hořčíkové ionty.
8. Proteinové faktory (pro každou vlastní etapu).

Nyní je každý z nich podrobněji prohlédneme a zjistíme, jak jsou vytvořeny bílkoviny. Mechanismus biosyntézy je velmi zajímavý, všechny složky působí neobvykle dobře.

Program syntézy, maticové hledání

Veškeré informace o tom, jaké bílkoviny může tělo vytvářet, jsou obsaženy v DNA. Deoxyribonukleová kyselina slouží k ukládání genetických informací. Je bezpečně zabalen v chromozomech a nachází se v buňce v jádru (jestliže to je případ eukaryot) nebo plováků v cytoplazmě (v prokaryotách).

Po výzkumu DNA a uznání její genetické úlohy bylo jasné, že to není přímá matice pro překlad. Pozorování vedla k předpokladu, že RNA je spojena se syntézou proteinů. Vědci se rozhodli, že by měli být prostředníkem, přenášet informace z DNA na ribosomy, sloužit jako matice.

Současně byly objeveny ribozomy, jejich RNA tvoří ohromnou část buněčné ribonukleové kyseliny. Prověřit, zda je to matrice pro syntézu proteinů, AN Belozersky a AS Spirin v letech 1956-1957. provedli srovnávací analýza složení nukleových kyselin ve velkém počtu mikroorganismů.

Předpokládalo se, že pokud je myšlenka schématu "DNA-rRNA-protein" správná, změní se složení celkové RNA stejným způsobem jako DNA. Ale i přes obrovské rozdíly v deoxyribonukleové kyselině u různých druhů bylo složení celkové ribonukleové kyseliny podobné u všech zkoumaných bakterií. Vědci proto dospěli k závěru, že základní buněčná RNA (tj. Ribosomální) není přímým prostředkem mezi nosičem genetické informace a proteiny.

Objevování mRNA

Později bylo zjištěno, že malá část RNA opakuje složení DNA a může sloužit jako prostředník. V roce 1956 E. Volkin a F. Astrachan studovali syntézu RNA v bakteriích infikovaných bakteriofágem T2. Po pádu do klece přešla na syntézu fágových proteinů. Současně se většina RNA nezměnila. Ale v buňce byla syntetizována malá část metabolicky nestabilní RNA, jejíž nukleotidová sekvence byla podobná sekvenci fágové DNA.

V roce 1961 byla tato malá část ribonukleové kyseliny izolována z celkové hmotnosti RNA. Důkaz funkce mediátoru byl získán z experimentů. Po infekci buněk fágem T4 byla vytvořena nová mRNA. To souvisí se starými hostitelskými ribozomy (po infekci nejsou detekovány nové ribosomy), které začaly syntetizovat fágové proteiny. Tato "DNA podobná RNA" byla komplementární k jednomu z DNA řetězců fágu.

V roce 1961 F. Jacob a J. Mono vyjádřili názor, že tato RNA nese informace od genů k ribosomům a je matrice pro postupné uspořádání aminokyselin v procesu syntézy proteinů.

Přenos informací na místo syntézy proteinů se provádí pomocí mRNA. Proces čtení informací z DNA a vytvoření matricové RNA se nazývá transkripce. Po ní RNA prochází řadou dalších změn, což se nazývá "zpracování". V průběhu toho mohou být některé oblasti odstraněny z matricové ribonukleové kyseliny. Další mRNA jde na ribozomy.

Stavební materiál pro bílkoviny: aminokyseliny

Celkem existuje 20 aminokyselin, některé z nich jsou nenahraditelné, to znamená, že jejich tělo nemůže syntetizovat. Pokud nějaká kyselina v kleci nestačí, může to vést ke zpomalení vysílání nebo dokonce k úplnému vypnutí procesu. Přítomnost každé aminokyseliny v dostatečném množství je hlavním požadavkem pro správnou biosyntézu proteinu.

Obecné informace o vědcích aminokyselin přijaté v 19. století. Pak se v roce 1820 izolovaly první dvě aminokyseliny - glycin a leucin.

Sekvence těchto monomerů v proteinu (tzv. Primární struktura) zcela určuje jeho další úrovně organizace a tím i její fyzikální a chemické vlastnosti.

Transport aminokyselin: tRNA a a-tRNA syntetáza

Ale aminokyseliny se nemohou stavět do proteinového řetězce. Aby se dostali na hlavní místo biosyntézy proteinů, je nutná transportní RNA.

Každá aa-tRNA syntetáza rozpoznává pouze svou aminokyselinu a pouze tu tRNA, ke které by měla být připojena. Ukazuje se, že tato rodina enzymů obsahuje 20 druhů syntetáz. Zbývá pouze říci, že aminokyseliny se připojují k tRNA, konkrétněji k "ocasu" svého akceptoru hydroxylů. Každá kyselina musí mít svou vlastní transportní RNA. Následuje aminoacyl-tRNA syntetáza. Nejen, že porovnává aminokyseliny se správným transportem, ale také reguluje reakci tvorby esterové vazby.

Po úspěšné reakci následuje spojení tRNA s místem syntézy proteinů. Toto uzavírá přípravné procesy a zahájí vysílání. Zvažte hlavní fáze biosyntézy proteinů:

• zahájení;
• prodloužení;
• ukončení.

Stadia syntézy: zahájení

Jak funguje biosyntéza proteinů a regulace? Vědci se dlouho snaží zjistit. Byly předloženy četné hypotézy, ale čím více moderní techniky se staly, tím lépe jsme začali chápat principy překladu.

Ribosom - hlavní místo biosyntézy proteinů - začíná číst mRNA od okamžiku, kdy její část začíná kódovat polypeptidový řetězec. Tento bod je umístěn v určité vzdálenosti od původu matice RNA. Ribosom musí znát bod na mRNA, ze které začíná čtení, a připojit se k němu.

Zahájení je komplex událostí, které zajišťují začátek vysílání. Zahrnuje proteiny (iniciační faktory), iniciátorovou tRNA a speciální iniciační kodon. V této fázi se malá podjednotka ribozomu váže na iniciační proteiny. Nedovolí, aby se dostala do kontaktu s velkou podjednotkou. Ale umožňují propojení s iniciátorem tRNA a GTP.

Pak tento komplex "sedí" na mRNA, přesně na tom místě, který je rozpoznán jedním z iniciačních faktorů. Chyby nelze provést a ribozom začne svou cestu po matricové RNA, čtením jeho kodonů.

Jakmile komplex dosáhne iniciačního kodonu (AUG), podjednotka se přestane pohybovat a pomocí dalších proteinových faktorů se váže na velkou podjednotku ribozomu.

Stadia syntézy: prodloužení

Čtení mRNA zahrnuje sekvenční syntézu proteinového řetězce polypeptidem. Jedná se o přidání jednoho zbytku aminokyselin za druhým do molekuly ve výstavbě.

Každý nový aminokyselinový zbytek se přidá ke karboxylovému konci peptidu, růst C-konce.

Etapy syntézy: ukončení

Když ribozom dosáhne zakončení kodonu templátové RNA, syntéza polypeptidového řetězce přestane. V jeho přítomnosti organel nemůže vzít žádnou tRNA. Namísto toho vstupují do hry faktory ukončení. Uvolní připravený protein z zastaveného ribosomu.

Po ukončení translace může ribozom buď sestoupit z mRNA, nebo pokračovat v klouzání po něm, aniž by se překládal.

Setkání ribosomu s novým iniciačním kodonem (na stejném řetězci během pokračování pohybu nebo na novém mRNA) povede k novému zahájení.

Po dokončení molekuly opustí hlavní místo biosyntézy proteinů, je označeno a odesláno do cíle. Jaké funkce bude fungovat, závisí na jeho struktuře.

Řízení procesů

V závislosti na jejich potřebách buňka bude nezávisle řídit vysílání. Regulace biosyntézy proteinů je velmi důležitou funkcí. Může být implementován různými způsoby.

Pokud buňka nepotřebuje žádné spojení, zastaví biosyntézu biosyntézy RNA - proteinu také přestane nastat. Koneckonců, bez matrice, celý proces nezačne. A stará mRNA se rychle rozpadá.

Existuje další regulace biosyntézy bílkovin: buňka vytváří enzymy, které interferují s průběhem iniciační fáze. Překážou v překladu, i když je k dispozici matice pro čtení.

Druhá metoda je nezbytná v případě, že syntézu bílkovin musí být právě vypnuto. První metoda předpokládá pokračování pomalého překladu po nějakou dobu po ukončení syntézy mRNA.

Buňka je velmi složitý systém, ve kterém je vše udržováno v rovnováze a přesné fungování každé molekuly. Je důležité znát zásady každého procesu, který probíhá v buňce. Takže můžeme lépe pochopit, co se děje v tkáních a v těle jako celku.