Valgu faaside ja nende omaduste süntees



The valgu süntees see on bioloogiline sündmus, mis toimub praktiliselt kõigis elusolendites. Püsivalt võtavad rakud DNA-s talletatud informatsiooni ja tänu väga keerukate spetsialiseeritud masinate olemasolule muundavad need valgumolekulideks.

Kuid DNA-s krüpteeritud neljakohaline kood ei transleeri otse valkudeks. Protsessis on kaasatud RNA molekul, mis toimib vahendajana, mida nimetatakse messenger RNA-ks.

Kui rakud vajavad konkreetset valku, kopeeritakse DNA-s sobiva osa nukleotiidjärjestus RNA-sse - transkriptsioonina nimetatavasse protsessi - ja see omakorda tõlgitakse kõnealusesse valku.

Kirjeldatud informatsiooni voog (DNA-d RNS-i ja RNA-sõnumiga valkudele) toimub väga lihtsate olendite, näiteks inimeste bakterite poolt. Seda sammu on kutsutud bioloogia keskseks "dogmaks".

Sünteesi valkude eest vastutavad masinad on ribosoomid. Need väikesed rakulised struktuurid on leitud tsütoplasmas suurel määral ja ankurdatakse endoplasmaatilisse retikulusse..

Indeks

  • 1 Mis on valgud?
  • 2 etapid ja omadused
    • 2.1 Transkriptsioon: DNA-st messenger-RNA-le
    • 2.2 Messengeri RNA jagamine
    • 2.3 RNA tüübid
    • 2.4 Tõlge: messenger RNA-st valkudeni
    • 2.5 Geneetiline kood
    • 2.6 Aminohappe sidumine ülekand RNA-ga
    • 2.7 Ribosoomid dekodeerivad RNA-teate
    • 2.8 Polüpeptiidahela pikenemine
    • 2.9 Tõlke lõpuleviimine
  • 3 Viited

Mis on valgud?

Valgud on aminohapetest koosnevad makromolekulid. Need moodustavad peaaegu 80% kogu veetustatud raku protoplasmast. Kõiki organismi moodustavaid valke nimetatakse "proteoomiks"..

Selle funktsioonid on mitmekesised ja erinevad, alates struktuurilistest rollidest (kollageen) kuni transportini (hemoglobiin), biokeemiliste reaktsioonide katalüsaatoritesse (ensüümid), kaitsmisest patogeenide (antikehade) vastu, muu hulgas.

Proteiinide tekitamiseks on peptiidsidemetega ühendatud 20 liiki looduslikke aminohappeid. Iga aminohapet iseloomustab konkreetne rühm, mis annab konkreetsed keemilised ja füüsikalised omadused.

Etapid ja omadused

Viis, kuidas rakk suudab DNA sõnumit tõlgendada, toimub kahe olulise sündmuse kaudu: transkriptsioon ja tõlge. Paljud RNA koopiad, mis on kopeeritud samast geenist, on võimelised sünteesima märkimisväärsel hulgal identseid valgu molekule.

Iga geen transkribeeritakse ja transleeritakse erinevalt, võimaldades rakul toota erinevaid koguseid erinevaid valke. See protsess hõlmab erinevaid rakulise reguleerimise viise, mis üldiselt hõlmavad RNA tootmise kontrollimist.

Esimene samm, mida rakk peab valkude tootmise alustamiseks tegema, on DNA molekulile kirjutatud sõnumi lugemine. See molekul on universaalne ja sisaldab kogu teavet, mis on vajalik maheolendite ehitamiseks ja arendamiseks.

Järgmisena kirjeldame, kuidas toimub valgu süntees, alustades geneetilise materjali "lugemist" ja lõpetades valkude tootmisega. iseenesest.

Transkriptsioon: DNA-st messenger-RNA-le

DNA topeltsükli sõnum on kirjutatud neljakohalise koodiga, mis vastab aluste adeniinile (A), guaniinile (G), tsütosiinile (C) ja tümiinile (T)..

Seda DNA-tähtede järjestust kasutatakse RNA ekvivalendi molekuli leevendamiseks.

Nii DNA kui ka RNA on nukleotiidide poolt moodustatud lineaarsed polümeerid. Kuid need erinevad keemiliselt kahest põhiaspektist: RNA nukleotiidid on ribonukleotiidid ja tümiinaluse asemel RNA esitab uratsiili (U), mis paarid adeniiniga..

Transkriptsiooni protsess algab kahekordse heeliksi avamisega konkreetses piirkonnas. Üks kahest ahelast toimib RNA sünteesi "mallina" või tujus. Nukleotiidid lisatakse baaspaarimise reeglitele C, G ja A koos U-ga.

Peamine transkriptsiooniga seotud ensüüm on RNA polümeraas. See vastutab keti nukleotiide ühendavate fosfodiestersidemete moodustumise katalüüsimise eest. Ketti pikendatakse 5 'kuni 3' suunas.

Molekuli kasv hõlmab erinevaid valke, mida nimetatakse "pikenemisteguriteks", mis vastutavad polümeraasi seondumise säilitamise eest protsessi lõpuni..

Messengeri RNA ühendamine

Eukarüootides on geenidel spetsiifiline struktuur. Järjestuse katkestavad elemendid, mis ei ole valgu osa, mida nimetatakse introniteks. Termin on vastupidine eksonile, mis hõlmab geeni osi, mis teisendatakse valkudeks.

The splaissimine see on fundamentaalne sündmus, mis seisneb sõnumimolekuli intronite kõrvaldamises, et visata välja ainult eksonitega ehitatud molekul. Lõppsaadus on küpseks saatja RNA. Füüsiliselt toimub spleenosoomis keerukas ja dünaamiline masin.

Lisaks splaissimisele läbib messenger RNA enne tõlkimist täiendavaid kodeeringuid. Lisatakse "kapuuts", mille keemiline olemus on modifitseeritud guaniini nukleotiid ja teise otsa 5'-otsas ja saba teises otsas..

RNA tüübid

Rakus toodetakse erinevaid RNA tüüpe. Mõned raku geenid toodavad RNA RNA molekuli ja see teisendatakse valguks - nagu me hiljem näeme. Siiski on olemas geene, mille lõpptoode on RNA molekul ise.

Näiteks pärmi genoomis on umbes 10% selle seeni geenidest lõpp-produktina RNA molekule. Neid on oluline mainida, sest need molekulid mängivad valgusünteesi osas olulist rolli.

- Ribosomaalne RNA: ribosomaalne RNA on osa ribosoomide südamest, valkude sünteesi võtmestruktuuridest.

Ribosomaalsete RNAde töötlemine ja nende järgnev kokkupanemine ribosoomideks toimub tuuma väga silmatorkavas struktuuris - kuigi seda ei piira membraan - nimetatakse nukleiiniks..

- RNA ülekandmine: See toimib adapterina, mis valib spetsiifilise aminohappe ja sisaldab koos ribosoomiga aminohappejääki valku. Iga aminohape on seotud ülekande RNA molekuliga.

Eukarüootides on kolm tüüpi polümeraase, mis, kuigi struktuuriliselt väga sarnased, mängivad erinevaid rolle.

RNA polümeraas I ja III transkribeerivad ülekande RNA, ribosomaalse RNA ja mõnede väikeste RNAde geene. RNA polümeraas II keskendub valkude kodeerivate geenide translatsioonile.

- Väikesed RNA-d, mis on seotud regulatsiooniga: oTeised lühikese pikkusega RNAd osalevad geeniekspressiooni reguleerimises. Nende hulgas on mikroRNAd ja väikesed häirivad RNAd.

MikroRNA-d reguleerivad ekspressiooni, blokeerides spetsiifilise sõnumi ja väikesed interferentsid välistavad ekspressiooni sõnumitooja otsese lagundamise abil. Samamoodi on olemas ka väikesed tuuma RNAd, mis osalevad splaissimine sõnumi RNA-d.

Tõlge: messenger RNA-st valkudeni

Kui messenger RNA küpseb läbi protsessi splaissimine ja see liigub tuumast rakulise tsütoplasmani, algab valkude süntees. Seda eksporti vahendab tuuma pooride kompleks - rida vesikanaleid, mis asuvad tuuma membraanis, mis ühendab otseselt tsütoplasma ja nukleoplasma..

Igapäevaelus kasutame terminit "tõlge", et viidata sõnade teisendamisele ühest keelest teise.

Näiteks saame tõlkida raamatu inglise keelest hispaania keelde. Molekulaarsel tasandil hõlmab tõlge keele muutmist RNA-st valkudeks. Täpsemalt, see on nukleotiidide muutumine aminohapeteks. Aga kuidas see dialekti muutus toimub??

Geneetiline kood

Geeni nukleotiidjärjestust saab transformeerida valkudeks, järgides geneetilise koodi poolt kehtestatud reegleid. See dešifreeriti 60ndate alguses.

Kuna lugeja suudab järeldada, ei saa tõlge olla üks või üks, kuna seal on ainult 4 nukleotiidi ja 20 aminohapet. Loogika on järgmine: kolme nukleotiidi liit nimetatakse "triplettideks" ja need on seotud konkreetse aminohappega.

Kuna võib esineda 64 võimalikku tripletti (4 x 4 x 4 = 64), on geneetiline kood üleliigne. See tähendab, et sama aminohapet kodeerib rohkem kui üks triplett.

Geneetilise koodi olemasolu on universaalne ja seda kasutavad kõik elusorganismid, mis täna maad elavad. See väga lai kasutamine on üks looduse kõige üllatavamaid molekulaarseid homoloogiaid.

Aminohappe sidumine ülekand RNA-ga

Koodonitel või triplettidel, mis leiduvad messenger RNA molekulis, ei ole võimet otseselt ära tunda aminohappeid. Vastupidiselt sellele sõltub messenger RNA translatsioon molekulist, mis suudab ära tunda ja siduda koodoni ja aminohappe. See molekul on ülekand RNA.

Ülekande RNA saab kokku panna keerukaks kolmemõõtmeliseks struktuuriks, mis sarnaneb ristikule. Selles molekulis on piirkond, mida nimetatakse "antikodoniks", mis on moodustatud kolme järjestikuse nukleotiidiga, mis on sidestatud RNS-ahela järjestikuste komplementaarsete nukleotiididega..

Nagu eelmises lõigus mainitud, on geneetiline kood üleliigne, seega on mõnedel aminohapetel rohkem kui üks RNA ülekanne.

Õige aminohappe tuvastamine ja liitmine RNA-ga on protsess, mille vahendab ensüüm, mida nimetatakse aminoatsüül-tRNA süntetaasiks. See ensüüm vastutab mõlema molekuli sidumise eest kovalentse sideme kaudu.

Ribosoomid dekodeerivad RNA-teate

Valgu moodustamiseks on aminohapped seotud peptiidsidemetega. Ribosoomides toimub messenger RNA lugemine ja spetsiifiliste aminohapete seondumine.

Ribosoomid on katalüütilised kompleksid, mis on moodustatud rohkem kui 50 valgumolekulist ja mitut tüüpi ribosomaalsest RNA-st. Eukarüootsetes organismides sisaldab keskmine rakk tsütoplasmaatilises keskkonnas keskmiselt miljoneid ribosoome.

Struktuuriliselt koosneb ribosoom suurest allüksusest ja väikesest allüksusest. Väikese osa funktsioon on tagada, et ülekande RNA on korrektselt sidestatud messenger RNA-ga, samas kui suur subühik katalüüsib aminohapete vahelise peptiidsideme moodustumist..

Kui sünteesiprotsess ei ole aktiivne, eraldatakse kaks ribosoome moodustavat alaühikut. Sünteesi alguses seob messenger RNA mõlemad allüksused, tavaliselt 5 'otsa lähedal..

Selles protsessis toimub polüpeptiidahela pikenemine uue aminohappejäägi lisamisega järgmistes etappides: ülekande RNA seondumine, peptiidsideme moodustumine, subühikute translokatsioon. Selle viimase etapi tulemus on täieliku ribosoomi liikumine ja algab uus tsükkel.

Polüpeptiidahela pikenemine

Ribosoomides eristatakse kolme saiti: saidid E, P ja A (vt põhipilt). Pikenemisprotsess algab siis, kui mõned aminohapped on juba kovalentselt seotud ja P-saidil on ülekande RNA-molekul..

Ülekandev RNA, millel on järgmine kaasatav aminohape, on seotud A-alaga sidumise RNA-ga aluspaaristamisega. Seejärel vabaneb peptiidi karboksüülterminaalne osa P-kohast ülekande RNA-st, ülekande RNA ja kandva aminohappe vahelise suure energia sideme lagunemise kaudu..

Vaba aminohape seondub ahelaga ja moodustub uus peptiidsidem. Selle kogu protsessi keskreaktsiooni vahendab ensüüm peptidüül transferaas, mis leidub ribosoomide suurtes allüksustes. Seega liigub ribosoom läbi messenger RNA, teisendades aminohapete dialekti valkudeks.

Nagu transkriptsioonis, on valkude translatsiooni käigus kaasatud ka venitusfaktorid. Need elemendid suurendavad protsessi kiirust ja tõhusust.

Tõlke lõpuleviimine

Tõlkeprotsess lõpeb siis, kui ribosoom leiab stop-koodonid: UAA, UAG või UGA. Neid ei tunnista ükski ülekandev RNA ja nad ei seo mingeid aminohappeid.

Sel ajal seonduvad ribosoomiga vabanemistegurina tuntud valgud ja tekitavad veemolekuli katalüüsi, mitte aminohapet. See reaktsioon vabastab karboksüülterminali otsa. Lõpuks vabastatakse peptiidahel raku tsütoplasmasse.

Viited

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokeemia 5. väljaanne. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Kutse bioloogiasse. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Molekulaarrakkude bioloogia. New York: teaduslikud Ameerika raamatud.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton ja Hall meditsiinilise füsioloogia e-raamatu õpik. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geenid 1. köide. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Rakuline ja molekulaarbioloogia. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosoomi struktuur ja tõlkimise mehhanism. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R. & Case, C. L. (2007). Mikrobioloogia tutvustus. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Eukarüootsete ribosoomide struktuur ja funktsioon. Külma kevadise sadama perspektiivid bioloogias, 4(5), a011536.