FEHÉRJE SZINTÉZIS: SZAKASZOK ÉS JELLEMZŐIK - BIOLÓGIA - 2026

A proteinszintézis egy biológiai esemény, amely gyakorlatilag minden élőlényben előfordul. A sejtek folyamatosan átveszik a DNS-ben tárolt információkat, és a rendkívül összetett speciális gépek jelenléte révén fehérjemolekulákká alakítják azokat.

A DNS-ben titkosított 4 betűs kódot azonban nem fordítják közvetlenül fehérjékbe. A folyamatban egy közvetítőként működő RNS molekula, az úgynevezett messenger RNS vesz részt.

Protein szintézis.

Forrás:

Amikor a sejteknek szükségük van egy adott fehérjére, akkor a DNS egy megfelelő részének nukleotidszekvenciáját másolják az RNS-be - egy transzkripciónak nevezett eljárásban -, és ez viszont a szóban forgó fehérjévé fordul.

A leírt információáramlás (a DNS-t a messenger RNS-ig és az RNS-t a fehérjékig terjesztik) nagyon egyszerű lényektől, például baktériumoktól származik az emberekig. Ezt a lépéssort a biológia központi "dogmájának" nevezték.

A proteinszintézisért a riboszómák felelősek. Ezeket a kis sejtes struktúrákat nagyrészt a citoplazmában találják meg, és az endoplazmatikus retikulumhoz rögzítik.

Melyek a fehérjék?

A fehérjék aminosavakból álló makromolekulák. Ezek a teljes dehidratált sejt protoplazmájának csaknem 80% -át teszik ki. Az összes olyan proteint, amely egy szervezetet alkot, proteomnak nevezzük.

Funkciói sokrétűek és változatosak, a strukturális szerepektől (kollagén) a transzportig (hemoglobin), a biokémiai reakciókatalizátorokhoz (enzimek), a kórokozókkal szembeni védelemhez (antitestek), többek között.

20 természetes aminosavtípus létezik, amelyeket peptidkötések kombinálnak fehérjék létrehozására. Mindegyik aminosavat egy olyan csoport jellemzi, amely különleges kémiai és fizikai tulajdonságokat ad neki.

Szakaszok és jellemzők

Az a mód, ahogyan a sejt képes a DNS-üzenet értelmezésére, két alapvető eseményen keresztül történik: transzkripció és transzláció. Az RNS sok másolata, amelyeket ugyanabból a génből másoltak, jelentős számú azonos fehérjemolekulát képes szintetizálni.

Mindegyik gént transzkripcióval és transzlációval különböztetjük meg, így a sejt változó mennyiségben képes előállítani sokféle fehérjét. Ez a folyamat különféle sejtes szabályozási útvonalakat foglal magában, amelyek általában magukban foglalják az RNS-termelés szabályozását.

Az első lépés, amelyet a sejtnek meg kell tennie a fehérjetermelés megkezdéséhez, a DNS-molekulára írt üzenet elolvasása. Ez a molekula univerzális, és a szerves lények felépítéséhez és fejlődéséhez szükséges összes információt tartalmazza.

A következőkben leírjuk, hogyan történik a fehérjeszintézis, kezdve a genetikai anyag „leolvasásának” folyamatát és a fehérjék önmagában történő előállításától kezdve.

Transzkripció: DNS-ről messenger RNS-re

Az üzenet a DNS kettős spirálon négybetűs kódban van írva, amely megfelel az adenin (A), guanin (G), citozin (C) és a timin (T) bázisoknak.

Ez a DNS-betű-szekvencia sablonként szolgál egy ekvivalens RNS-molekula felépítéséhez.

A DNS és az RNS egyaránt nukleotidokból álló lineáris polimerek. Kémiai szempontból azonban két alapvető szempontból különböznek egymástól: az RNS nukleotidjai ribonukleotidok, és a bázis-timin helyett az RNS-ben uracil (U) van, amely párosul az adeninnel.

Az átírási folyamat a kettős spirál megnyitásával kezdődik egy adott régióban. A két lánc egyike "templátként" vagy templátként szolgál az RNS szintéziséhez. Nukleotidokat adunk az alap-párosítási szabályok betartásával, C-vel G-vel és A-val U-val.

A transzkripcióban részt vevő fő enzim az RNS-polimeráz. Felelõs a lánc nukleotidjaihoz kapcsolódó foszfodiészter kötések kialakulásának katalizálásáért. A lánc 5 '- 3' irányba nyúlik.

A molekula növekedésében különféle fehérjék vesznek részt, amelyek úgynevezett "megnyúlási faktorok", amelyek felelősek a polimeráz kötődésének fenntartásáig a folyamat végéig.

A messenger RNS összeillesztése

Forrás: BCSteve, a Wikimedia Commons-tól. Az eukariótákban a gének sajátos szerkezettel rendelkeznek. A szekvenciát az intronoknak nevezett elemek szakítják meg, amelyek nem képezik a fehérje részét. A kifejezés ellentétes az exonnal, amely magában foglalja a gén azon részeit, amelyek fehérjékbe kerülnek.

Az összeillesztés egy alapvető esemény, amely az intronok eltávolításából áll a hírvivő molekulából, hogy a kizárólag az exonok által felépített molekulát elrontják. A végtermék az érett messenger RNS. Fizikailag a splicoszómában zajlik, egy komplex és dinamikus mechanizmusban.

A splicing mellett az Messenger RNS további kódolásokon megy keresztül, mielőtt lefordítják. Hozzáadunk egy "motorháztetőt", amelynek kémiai jellege egy módosított guanin-nukleotid, és az 5 'végén, és a másik végén több adenin farka.

RNS-típusok

A sejtben különféle típusú RNS képződik. Néhány gén a sejtben messenger RNS-molekulát termel, és ez fehérjévé alakul - amint később meglátjuk. Vannak azonban olyan gének, amelyek végterméke maga az RNS-molekula.

Például az élesztő genomban az élesztőgének kb. 10% -ánál van RNS-molekulák a végtermékként. Fontos megemlíteni őket, mivel ezek a molekulák alapvető szerepet játszanak a fehérjék szintézisében.

- Riboszomális RNS: A riboszómális RNS a riboszómák szívének része, kulcsfontosságú struktúrák a fehérjék szintéziséhez.

Forrás: Jane Richardson (Dcrjsr), a Wikimedia Commons-ból. A riboszómális RNS-ek feldolgozása és későbbi riboszómákká történő összeállítása a mag nagyon szembetűnő szerkezetében zajlik - bár ezt nem határolja a membrán - úgynevezett nucleolus.

- Transzfer RNS: adapterként működik, amely kiválaszt egy adott aminosavat, és a riboszómával együtt beépíti az aminosav maradékot a fehérjébe. Minden aminosav kapcsolatban van egy transzfer RNS-molekulával.

Az eukariótákban háromféle polimeráz létezik, amelyek, bár szerkezetileg nagyon hasonlóak egymáshoz, eltérő szerepet játszanak.

Az RNS polimeráz I és III átírja azokat a géneket, amelyek kódolják az RNS-t, a riboszomális RNS-t és néhány apró RNS-t. Az RNS-polimeráz II a fehérjéket kódoló gének transzlációját célozza.

- Kis RNS-ek a szabályozással kapcsolatban: Más rövid hosszúságú RNS-k részt vesznek a gén expressziójának szabályozásában. Ide tartoznak a mikroRNS-ek és a kis interferáló RNS-ek.

A mikroRNS-ek egy kifejezett üzenet blokkolásával szabályozzák az expressziót, a kis zavaróak pedig a messenger közvetlen lebomlásával leállítják az expressziót. Hasonlóképpen vannak kis nukleáris RNS-ek, amelyek részt vesznek a messenger RNS splicing folyamatában.

Fordítás: a messenger RNS-től a fehérjéig

Amint a hírvivő RNS a splicing folyamatán érlelődik és a sejtmagból a sejt citoplazmába halad, megkezdődik a fehérje szintézis. Ezt az exportot a nukleáris póruskomplex közvetíti - egy olyan vizes csatorna sorozat, amely a mag membránjában található, és amely közvetlenül összeköti a citoplazmát és a nukleoplazmát.

A mindennapi életben a "fordítás" kifejezést használjuk arra, hogy a szavak egyik nyelvről a másikra történő átalakulására utaljunk.

Például lefordíthatunk egy könyvet angolról spanyolra. Molekuláris szinten a transzláció magában foglalja a nyelv RNS-ről fehérjévé válását. Pontosabban fogalmazva, ez a nukleotidokról aminosavakra történő váltás. De hogyan változik ez a nyelvjárás?

A genetikai kód

A gén nukleotidszekvenciája fehérjévé transzformálható a genetikai kód által meghatározott szabályok betartásával. Ezt az 1960-as évek elején megfejtették.

Amint az olvasó le tudja következtetni, a transzláció nem lehet egy vagy egy, mivel csak 4 nukleotid és 20 aminosav van. A logika a következő: három nukleotid egységét "triplett" néven ismerték, és ezek kapcsolódnak egy adott aminosavhoz.

Mivel 64 lehetséges hármas lehet (4 x 4 x 4 = 64), a genetikai kód felesleges. Vagyis ugyanazt az aminosavat egynél több hármas is kódolja.

A genetikai kód jelenléte univerzális, és az összes élő szervezet él, amely manapság a Földön lakik. Ez a hatalmas felhasználás a természet egyik legszembetűnőbb molekuláris homológiája.

Az aminosav kapcsolása az RNS átviteléhez

Az átvivő RNS-molekulában található kodonok vagy hármasok nem képesek közvetlenül felismerni az aminosavakat. Ezzel szemben a messenger RNS transzlációja attól a molekulától függ, amely képes felismerni és megkötni a kodont és az aminosavat. Ez a molekula a transzfer RNS.

A transzfer RNS összecsukható egy háromdimenziós szerkezetbe, amely hasonlít a lóherere. Ebben a molekulában található egy antikodonnak nevezett régió, amelyet három egymást követő nukleotid alkot, amelyek párosulnak a hírvivő RNS lánc egymást követő komplementer nukleotidjaival.

Mint az előző szakaszban említettük, a genetikai kód felesleges, tehát egyes aminosavaknak egynél több transzfer RNS-e van.

A helyes aminosav kimutatása és fuzionálása a transzfer RNS-hez egy folyamat, amelyet egy aminoacil-tRNS szintetáznak nevezett enzim közvetít. Ez az enzim felelős mindkét molekula kovalens kötéssel történő kapcsolásáért.

Az RNS üzenetet a riboszómák dekódolják

Fehérje kialakításához az aminosavakat peptidkötések útján kapcsolják össze. A hírvivő RNS leolvasása és a specifikus aminosavak megkötése a riboszómákban zajlik.

A riboszómák

A riboszómák olyan katalitikus komplexek, amelyek több mint 50 fehérjemolekulából és különféle típusú riboszómális RNS-ből állnak. Az eukarióta szervezetekben egy átlagos sejt átlagosan riboszóm milliókat tartalmaz a citoplazmatikus környezetben.

Szerkezetileg a riboszóma egy nagy és egy kicsi alegységből áll. A kis rész szerepe annak biztosítása, hogy a transzfer RNS helyesen párosuljon a messenger RNS-sel, míg a nagy alegység az aminosavak közötti peptidkötés kialakulását katalizálja.

Ha a szintézis folyamat nem aktív, a riboszómákat alkotó két alegységet elválasztjuk. A szintézis kezdetén a messenger RNS mindkét alegységhez csatlakozik, általában az 5 'vége közelében.

Ebben az eljárásban a polipeptidlánc meghosszabbítása új aminosavmaradék hozzáadásával történik a következő lépésekben: a transzfer RNS megkötése, a peptidkötés kialakítása, az alegységek áttelepítése. Ennek az utolsó lépésnek az eredménye a teljes riboszóma mozgása és egy új ciklus kezdődik.

A polipeptidlánc meghosszabbítása

A riboszómákban három helyet különböztetünk meg: E, P és A helyet (lásd a fő képet). A meghosszabbítási folyamat akkor kezdődik, amikor néhány aminosavat már kovalensen összekapcsolták, és a P helyén van egy transzfer RNS molekula.

A transzfer RNS, amelyben a következő beillesztendő aminosav van, az A helyhez kötődik bázispárral a messenger RNS-sel. A peptid karboxil-terminális részét ezután felszabadítják a transzfer RNS-ből a P helyén, nagy energiájú kötés megszakításával a transzfer RNS és a hordozott aminosav között.

A szabad aminosav kapcsolódik a lánchoz, és új peptidkötés jön létre. A teljes reakció központi reakcióját a peptidil-transzferáz enzim közvetíti, amely a riboszómák nagy alegységében található. Így a riboszóma áthalad a hírvivő RNS-en, átalakítva a dialektust aminosavakból fehérjékbe.

A transzkripcióhoz hasonlóan a meghosszabbodási tényezők is szerepet játszanak a fehérje transzlációjában. Ezek az elemek növelik a folyamat sebességét és hatékonyságát.

A fordítás befejezése

A transzlációs folyamat akkor ér véget, amikor a riboszóma találkozik a stop kodonokkal: UAA, UAG vagy UGA. Ezeket semmilyen transzfer RNS nem ismeri fel, és semmilyen aminosavat nem kötődnek.

Ebben az időben a felszabadulási tényezőként ismert proteinek kötődnek a riboszómához, és nem egy aminosav, hanem egy vízmolekula katalizációját okozzák. Ez a reakció felszabadítja a terminális karboxil-végét. Végül a peptidlánc felszabadul a sejt citoplazmájában.

Irodalom

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokémia. 5. kiadás. New York: WH Freeman.
2. Curtis, H. és Schnek, A. (2006). Meghívó a biológiához. Panamerican Medical Ed.
3. Darnell, JE, Lodish, HF és Baltimore, D. (1990). Molekuláris sejtbiológia. New York: Tudományos amerikai könyvek.
4. Hall, JE (2015). Guyton és Hall tankönyv az orvosi élettan e-könyvéből. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). gének 1. kötet. Fordítsa meg.
6. Lodish, H. (2005). Sejtes és molekuláris biológia. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). A riboszóma szerkezete és a transzláció mechanizmusa. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Bevezetés a mikrobiológiába. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, és Cate, JHD (2012). Az eukarióta riboszóma szerkezete és funkciója. A Cold Spring Harbor biológiai perspektívái, 4 (5), a011536.