PROTEINSYNTESE: STADIER OG DERES EGENSKABER - BIOLOGI - 2025

Den proteinsyntese er en biologisk begivenhed, der forekommer i næsten alle levende væsener. Celler tager konstant de oplysninger, der er lagret i DNA, og takket være tilstedeværelsen af ​​meget komplekse specialiserede maskiner transformerer de dem til proteinmolekyler.

Imidlertid er 4-bogstavskoden, der er krypteret i DNA, ikke direkte oversat til proteiner. Et RNA-molekyle, der fungerer som en mellemmand, kaldet messenger RNA, er involveret i processen.

Proteinsyntese.

Kilde:

Når celler har brug for et bestemt protein, kopieres nukleotidsekvensen af ​​en passende del af DNA til RNA - i en proces kaldet transkription - og dette omsættes til gengæld til det pågældende protein.

Den beskrevne informationsstrøm (DNA til messenger RNA og meddelelse RNA til proteiner) forekommer fra meget enkle væsener såsom bakterier til mennesker. Denne række trin er blevet kaldt biologiens centrale "dogme".

Maskinerne, der er ansvarlige for proteinsyntese, er ribosomer. Disse små cellulære strukturer findes i vid udstrækning i cytoplasmaet og forankres til det endoplasmatiske retikulum.

Hvad er proteiner?

Proteiner er makromolekyler, der består af aminosyrer. Disse udgør næsten 80% af protoplasmaet i en hel dehydreret celle. Alle proteiner, der udgør en organisme, kaldes "proteom."

Dets funktioner er forskellige og varierede, fra strukturelle roller (kollagen) til transport (hæmoglobin), katalysatorer til biokemiske reaktioner (enzymer), forsvar mod patogener (antistoffer), blandt andre.

Der er 20 typer naturlige aminosyrer, der kombineres af peptidbindinger til dannelse af proteiner. Hver aminosyre er kendetegnet ved at have en bestemt gruppe, der giver den særlige kemiske og fysiske egenskaber.

Stadier og egenskaber

Den måde, hvorpå cellen formår at fortolke DNA-beskeden, sker gennem to grundlæggende begivenheder: transkription og oversættelse. Mange kopier af RNA, der er blevet kopieret fra det samme gen, er i stand til at syntetisere et betydeligt antal identiske proteinmolekyler.

Hvert gen transkriberes og translateres differentielt, hvilket gør det muligt for cellen at producere forskellige mængder af en lang række proteiner. Denne proces involverer forskellige cellulære reguleringsveje, som generelt inkluderer kontrol af RNA-produktion.

Det første trin, som cellen skal gøre for at begynde proteinproduktion, er at læse beskeden skrevet på DNA-molekylet. Dette molekyle er universelt og indeholder al den information, der er nødvendig til konstruktion og udvikling af organiske væsener.

Derefter beskriver vi, hvordan proteinsyntese finder sted, idet vi begynder denne proces med at "læse" det genetiske materiale og slutte med produktion af proteiner i sig selv.

Transkription: fra DNA til messenger RNA

Beskeden på den dobbelte DNA-helix er skrevet i en firbogstavskode svarende til baserne adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T).

Denne sekvens af DNA-bogstaver tjener som en skabelon til at opbygge et ækvivalent RNA-molekyle.

Både DNA og RNA er lineære polymerer, der består af nukleotider. De adskiller sig imidlertid kemisk i to grundlæggende henseender: nucleotiderne i RNA er ribonukleotider, og i stedet for basthyminet har RNA uracil (U), der parrer med adenin.

Transkriptionsprocessen begynder med åbningen af ​​dobbelt helix i et specifikt område. En af de to kæder fungerer som en "skabelon" eller skabelon til RNA-syntese. Nukleotider vil blive tilføjet efter baseparringsreglerne, C med G og A med U.

Det vigtigste enzym involveret i transkription er RNA-polymerase. Det er ansvarlig for at katalysere dannelsen af ​​de phosphodiesterbindinger, der er forbundet med kædenes nukleotider. Kæden strækker sig i retning 5 'til 3'.

Væksten af ​​molekylet involverer forskellige proteiner kendt som "forlængelsesfaktorer", der er ansvarlige for at opretholde bindingen af ​​polymerasen indtil afslutningen af ​​processen.

Splejsning af messenger RNA

Kilde: Af BCSteve fra Wikimedia Commons I eukaryoter har gener en specifik struktur. Sekvensen afbrydes af elementer, der ikke er en del af proteinet, kaldet introner. Udtrykket er imod exon, der inkluderer de dele af genet, der vil blive oversat til proteiner.

Splejsning er en grundlæggende begivenhed, der består af eliminering af intronerne i messenger-molekylet, for at kaste et molekyle, der udelukkende er bygget af eksoner. Slutproduktet er den modne messenger RNA. Fysisk foregår det i spliceosomet, et komplekst og dynamisk maskineri.

Foruden splejsning gennemgår messenger-RNA yderligere kodinger, før de oversættes. Der tilføjes en "hætte", hvis kemiske natur er et modificeret guaninnukleotid, og i 5'-enden og en hale af flere adeniner i den anden ende.

RNA-typer

I cellen produceres forskellige typer RNA. Nogle gener i cellen producerer et messenger-RNA-molekyle, og dette oversættes til protein - som vi vil se senere. Der er imidlertid gener, hvis slutprodukt er selve RNA-molekylet.

For eksempel i gærgenomet har ca. 10% af gærgenerne RNA-molekyler som deres endelige produkt. Det er vigtigt at nævne dem, da disse molekyler spiller en grundlæggende rolle, når det kommer til proteinsyntese.

- Ribosomalt RNA: ribosomalt RNA er en del af hjertet af ribosomer, nøglestrukturer til syntesen af ​​proteiner.

Kilde: Jane Richardson (Dcrjsr), fra Wikimedia Commons Behandlingen af ​​ribosomale RNA'er og deres efterfølgende samling til ribosomer forekommer i en meget iøjnefaldende struktur i kernen - selvom den ikke er afgrænset af membranen - kaldet kernen.

- Overfør RNA: det fungerer som en adapter, der vælger en specifik aminosyre og sammen med ribosomet inkorporerer aminosyreresten i proteinet. Hver aminosyre er relateret til et transfer-RNA-molekyle.

I eukaryoter er der tre typer polymeraser, som, selv om de strukturelt meget ligner hinanden, spiller forskellige roller.

RNA-polymerase I og III transkriberer generne, der koder for overførsel af RNA, ribosomalt RNA og nogle små RNA'er. RNA-polymerase II er målrettet mod translationen af ​​gener, der koder for proteiner.

- Små RNA'er relateret til regulering: Andre kortvarige RNA'er deltager i reguleringen af ​​genekspression. Disse inkluderer mikroRNA'er og små interfererende RNA'er.

MicroRNAs regulerer ekspression ved at blokere en specifik meddelelse, og små interfererende dem lukker ekspression gennem direkte nedbrydning af messenger. Tilsvarende er der små nukleare RNA'er, der deltager i splejsningsprocessen for messenger-RNA.

Oversættelse: fra messenger RNA til proteiner

Når messenger-RNA modnes gennem splejsningsprocessen og rejser fra kernen til cellecytoplasma, begynder proteinsyntese. Denne eksport formidles af det nukleare porekompleks - en række vandige kanaler placeret i membranen i kernen, der direkte forbinder cytoplasma og nucleoplasma.

I hverdagen bruger vi udtrykket "oversættelse" til at henvise til konvertering af ord fra et sprog til et andet.

For eksempel kan vi oversætte en bog fra engelsk til spansk. På molekylært niveau involverer translation ændringen fra sprog til RNA til protein. For at være mere præcis er det skiftet fra nukleotider til aminosyrer. Men hvordan forekommer denne dialektændring?

Den genetiske kode

Genens nukleotidsekvens kan transformeres til proteiner i henhold til reglerne fastlagt af den genetiske kode. Dette blev dechiffreret i begyndelsen af ​​1960'erne.

Som læseren vil være i stand til at udlede, kan oversættelsen ikke være en eller en, da der kun er 4 nukleotider og 20 aminosyrer. Logikken er som følger: foreningen af ​​tre nukleotider er kendt som "tripletter", og de er forbundet med en bestemt aminosyre.

Da der kan være 64 mulige tripletter (4 x 4 x 4 = 64), er den genetiske kode overflødig. Det vil sige, den samme aminosyre er kodet af mere end en triplet.

Tilstedeværelsen af ​​den genetiske kode er universel og bruges af alle levende organismer, der bebor jorden i dag. Denne enorme anvendelse er en af ​​naturens mest slående molekylære homologier.

Kobling af aminosyre til overførsel af RNA

Kodonerne eller tripletterne, der findes i messenger-RNA-molekylet, har ikke evnen til direkte at genkende aminosyrer. I modsætning hertil afhænger oversættelsen af ​​messenger-RNA af et molekyle, der kan genkende og binde codon og aminosyren. Dette molekyle er overførsels-RNA.

Transfer RNA kan foldes ind i en kompleks tredimensionel struktur, der ligner en kløver. I dette molekyle er der en region kaldet "anticodon", dannet af tre på hinanden følgende nukleotider, der parrer med de på hinanden følgende komplementære nukleotider i messenger-RNA-kæden.

Som vi nævnte i det foregående afsnit, er den genetiske kode overflødig, så nogle aminosyrer har mere end et overførsels-RNA.

Påvisning og fusion af den korrekte aminosyre til overførings-RNA er en proces medieret af et enzym kaldet aminoacyl-tRNA-syntetase. Dette enzym er ansvarlig for kobling af begge molekyler gennem en kovalent binding.

RNA-meddelelse afkodes af ribosomer

For at danne et protein bindes aminosyrer sammen gennem peptidbindinger. Processen til læsning af messenger-RNA og binding af specifikke aminosyrer forekommer i ribosomer.

ribosomer

Ribosomer er katalytiske komplekser, der består af mere end 50 proteinmolekyler og forskellige typer ribosomalt RNA. I eukaryote organismer indeholder en gennemsnitlig celle i gennemsnit millioner af ribosomer i det cytoplasmatiske miljø.

Strukturelt består en ribosom af en stor og en lille underenhed. Den lille portions rolle er at sikre, at overførsels-RNA'et er korrekt parret med messenger-RNA, mens den store underenhed katalyserer dannelsen af ​​peptidbindingen mellem aminosyrer.

Når synteseprocessen ikke er aktiv, adskilles de to underenheder, der udgør ribosomer. I begyndelsen af ​​syntesen slutter messenger-RNA sig til begge underenheder, generelt nær 5'-enden.

I denne proces forekommer forlængelsen af ​​polypeptidkæden ved tilsætning af en ny aminosyrerest i de følgende trin: binding af overførsels-RNA, dannelse af peptidbindingen, translokation af underenhederne. Resultatet af dette sidste trin er bevægelsen af ​​hele ribosomet, og en ny cyklus begynder.

Forlængelse af polypeptidkæden

I ribosomer adskilles tre steder: sted E, P og A (se hovedbillede). Forlængelsesprocessen begynder, når nogle aminosyrer allerede er kovalent bundet, og der er et overførsels-RNA-molekyle på P-stedet.

Overfør RNA, der har den næste aminosyre, der skal inkorporeres, binder til sted A ved baseparring med messenger-RNA. Den carboxylterminale del af peptidet frigøres derefter fra overførsels-RNA på P-stedet ved at bryde en højenergibinding mellem overførsels-RNA og den aminosyre, det bærer.

Den frie aminosyre er bundet til kæden, og en ny peptidbinding dannes. Den centrale reaktion i hele denne proces formidles af enzymet peptidyltransferase, som findes i den store underenhed af ribosomer. Således bevæger ribosomet sig gennem messenger RNA og oversætter dialekten fra aminosyrer til proteiner.

Som ved transkription er forlængelsesfaktorer også involveret under proteintransaktion. Disse elementer øger hastigheden og effektiviteten af ​​processen.

Afslutning af oversættelsen

Oversættelsesprocessen slutter, når ribosomet støder på stopkodonerne: UAA, UAG eller UGA. Disse genkendes ikke af nogen overførsels-RNA og binder ikke nogen aminosyrer.

På dette tidspunkt binder proteiner kendt som frigørelsesfaktorer til ribosomet og forårsager katalyse af et vandmolekyle og ikke en aminosyre. Denne reaktion frigiver den terminale carboxylende. Endelig frigøres peptidkæden i cellecytoplasmaet.

Referencer

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemi. 5. udgave. New York: WH Freeman.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitation til biologi. Panamerican Medical Ed.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, & Baltimore, D. (1990). Molekylær cellebiologi. New York: Scientific American Books.
4. Hall, JE (2015). Guyton og Halls lærebog om medicinsk fysiologi e-bog. Elsevier Sundhedsvidenskab.
5. Lewin, B. (1993). Gener Bind 1. Retur.
6. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomstruktur og oversættelsesmekanismen. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduktion til mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Strukturen og funktionen af ​​det eukaryote ribosom. Cold Spring Harbour-perspektiver i biologi, 4 (5), a011536.