Sintesis peringkat protein dan ciri-ciri mereka



The sintesis protein ia adalah peristiwa biologi yang berlaku hampir di semua makhluk hidup. Sentiasa sel-sel mengambil maklumat yang disimpan dalam DNA dan, dengan adanya jentera khusus yang sangat kompleks, mengubahnya menjadi molekul protein.

Walau bagaimanapun, kod 4 huruf yang disulitkan dalam DNA tidak diterjemahkan terus ke dalam protein. Dalam proses ini terdapat molekul RNA yang berfungsi sebagai perantara, yang dikenali sebagai RNA messenger.

Apabila sel memerlukan protein tertentu, urutan nucleotide dari bahagian yang sesuai dalam DNA disalin ke RNA - dalam proses yang dipanggil transkripsi - dan ini pula diterjemahkan ke dalam protein yang dimaksudkan.

Aliran maklumat yang diterangkan (DNA kepada mesej RNA messenger dan RNA kepada protein) berlaku dari makhluk-makhluk yang sangat mudah seperti bakteria kepada manusia. Siri langkah ini telah dipanggil "dogma" utama biologi.

Jentera yang bertanggungjawab untuk protein sintesis adalah ribosom. Struktur selular kecil ini didapati dalam bahagian besar dalam sitoplasma dan berlabuh ke retikulum endoplasmik.

Indeks

  • 1 Apakah protein?
  • 2 Peringkat dan ciri-ciri
    • 2.1 Transkripsi: dari DNA ke messenger RNA
    • 2.2 Splicing messenger RNA
    • 2.3 Jenis RNA
    • 2.4 Terjemahan: dari messenger RNA kepada protein
    • 2.5 Kod genetik
    • 2.6 Gandingan asid amino ke RNA pemindahan
    • 2.7 Mesej RNA dikodkan oleh ribosomes
    • 2.8 Pemanjangan rangkaian polipeptida
    • 2.9 Penyempurnaan terjemahan
  • 3 Rujukan

Apakah protein?

Protein adalah makromolekul yang terbentuk daripada asid amino. Ini merupakan hampir 80% daripada protoplasma sel dehidrasi keseluruhan. Semua protein yang membentuk organisma dipanggil "proteome".

Fungsinya adalah pelbagai dan berbeza, dari peranan struktur (kolagen) untuk pengangkutan (hemoglobin), pemangkin reaksi biokimia (enzim), pertahanan terhadap patogen (antibodi), antara lain.

Terdapat 20 jenis asid amino semulajadi yang digabungkan oleh ikatan peptida untuk menimbulkan protein. Setiap asid amino dicirikan dengan mempunyai kumpulan tertentu yang memberikan sifat kimia dan fizikal tertentu.

Peringkat dan ciri-ciri

Cara di mana sel berjaya mentafsirkan mesej DNA berlaku melalui dua peristiwa asas: transkripsi dan terjemahan. Banyak salinan RNA, yang telah disalin dari gen yang sama, dapat mensintesis sejumlah molekul protein yang sama.

Setiap gen ditranskripsikan dan diterjemahkan secara berbeza, membolehkan sel menghasilkan pelbagai jenis protein yang berlainan. Proses ini melibatkan laluan pelbagai peraturan selular, yang biasanya termasuk kawalan dalam pengeluaran RNA.

Langkah pertama yang mesti dilakukan oleh sel untuk memulakan pengeluaran protein adalah membaca mesej yang ditulis pada molekul DNA. Molekul ini adalah universal dan mengandungi semua maklumat yang diperlukan untuk pembinaan dan pembangunan makhluk organik.

Seterusnya, kita akan menerangkan bagaimana sintesis protein berlaku, memulakan proses "membaca" bahan genetik dan berakhir dengan pengeluaran protein. per se.

Transkripsi: dari DNA ke messenger RNA

Mesej dalam helix double DNA ditulis dalam kod empat huruf yang sepadan dengan asas adenine (A), guanine (G), sitosin (C) dan timin (T).

Susunan huruf DNA ini digunakan untuk mengganggu molekul setara RNA.

Kedua-dua DNA dan RNA adalah polimer linier yang dibentuk oleh nukleotida. Walau bagaimanapun, ia berbeza secara kimia dalam dua aspek asas: nukleotida dalam RNA adalah ribonukleotida dan bukannya asas timina, RNA membentangkan uracil (U), yang berpasangan dengan adenine.

Proses transkripsi bermula dengan pembukaan heliks ganda di rantau tertentu. Salah satu daripada dua rantai bertindak sebagai "templat" atau temper untuk sintesis RNA. Nukleotida akan ditambah berikutan peraturan pasangan berpasangan, C dengan G dan A dengan U.

Enzim utama yang terlibat dalam transkripsi ialah polimerase RNA. Ia bertanggungjawab untuk memangkinkan pembentukan ikatan fosfodiester yang menyertai nukleotida rantai. Rantaian ini diperluaskan dalam arah 5 'ke 3'.

Pertumbuhan molekul melibatkan protein yang berbeza yang dikenali sebagai "faktor pemanjangan" yang bertanggungjawab untuk mengekalkan pengikatan polimerase hingga akhir proses.

Splicing of messenger RNA

Dalam eukariota, gen mempunyai struktur tertentu. Urutan terganggu oleh unsur-unsur yang bukan sebahagian daripada protein, yang dipanggil introns. Istilah ini bertentangan dengan exon, yang merangkumi bahagian-bahagian gen yang akan diterjemahkan ke dalam protein.

The splicing ia adalah peristiwa asas yang terdiri daripada penghapusan introns molekul utusan, untuk membuang molekul yang dibina secara eksklusif oleh exon. Produk akhir adalah RNA utusan yang matang. Secara fizikal, jentera kompleks dan dinamik berlaku di spleenosome.

Selain splicing, RNA messenger menjalani pengkodan tambahan sebelum diterjemahkan. Satu "tudung" ditambah sifat semula jadi kimianya adalah nukleotida guanine yang diubahsuai, dan pada akhir 5 'dan ekor beberapa adenin di ujung yang lain.

Jenis RNA

Dalam sel, pelbagai jenis RNA dihasilkan. Sesetengah gen dalam sel menghasilkan molekul RNA messenger dan ini diterjemahkan ke dalam protein - seperti yang akan kita lihat kemudian. Walau bagaimanapun, terdapat gen yang produk akhirnya adalah molekul RNA sendiri.

Sebagai contoh, dalam genom yis, kira-kira 10% daripada gen kulat ini mempunyai molekul RNA sebagai produk akhir mereka. Adalah penting untuk menyebutkannya, kerana molekul ini memainkan peranan penting ketika datang ke sintesis protein.

- RNA Ribosom: RNA ribosom adalah sebahagian daripada ribosom jantung, struktur utama untuk sintesis protein.

Pemprosesan RNA ribosom dan pemasangan mereka ke dalam ribosom berlaku dalam struktur nukleus yang sangat mudah dilihat - walaupun ia tidak dibatasi oleh membran - dipanggil nukleolus.

- Pemindahan RNA: Ia berfungsi sebagai penyesuai yang memilih asid amino tertentu dan bersama-sama dengan ribosom, mereka menggabungkan residu asid amino ke dalam protein. Setiap asid amino berkaitan dengan molekul RNA pemindahan.

Dalam eukariota terdapat tiga jenis polimerase yang, walaupun secara struktural sangat mirip dengan satu sama lain, memainkan peranan yang berlainan.

RNA polimerase I dan III menyalin gen yang kod untuk pemindahan RNA, RNA ribosom dan beberapa RNA kecil. RNA polimerase II memberi tumpuan kepada terjemahan gen yang mengandungi kod protein.

- RNA kecil berkaitan dengan peraturan: oRNA jangka pendek lain mengambil bahagian dalam pengawalseliaan ekspresi gen. Antaranya ialah mikroRNA dan RNA mengganggu kecil.

MikroRNAs mengawal ungkapan dengan menyekat mesej tertentu dan gangguan yang kecil mematikan ungkapan dengan cara merosot langsung utusan itu. Begitu juga, terdapat RNA nuklear kecil yang mengambil bahagian dalam proses splicing RNA utusan.

Terjemahan: dari messenger RNA kepada protein

Sebaik sahaja utusan RNA matang melalui proses splicing dan ia bergerak dari nukleus ke sitoplasma selular, sintesis protein bermula. Eksport ini ditengah oleh kompleks liang nuklear - satu siri saluran berair yang terletak di dalam membran nukleus yang secara langsung menghubungkan sitoplasma dan nukleoplasma.

Dalam kehidupan seharian, kami menggunakan istilah "terjemahan" untuk merujuk kepada penukaran kata-kata dari satu bahasa ke bahasa lain.

Sebagai contoh, kita boleh menterjemahkan sebuah buku dari Bahasa Inggeris ke Bahasa Sepanyol. Di peringkat molekul, terjemahan melibatkan perubahan bahasa dari RNA ke protein. Untuk menjadi lebih tepat, perubahan nukleotida menjadi asid amino. Tetapi bagaimana perubahan dialek ini terjadi??

Kod genetik

Urutan nukleotida gen boleh diubah menjadi protein berikutan peraturan yang ditetapkan oleh kod genetik. Ini telah diuraikan pada awal tahun 60-an.

Sebagai pembaca akan dapat menyimpulkan, terjemahan itu tidak boleh menjadi satu atau satu, kerana hanya ada 4 nukleotida dan 20 asid amino. Logik adalah berikut: kesatuan tiga nukleotida dikenali sebagai "triplet" dan ia dikaitkan dengan asid amino tertentu.

Memandangkan mungkin 64 kali ganda tiga kali ganda (4 x 4 x 4 = 64), kod genetik adalah berlebihan. Iaitu, asid amino yang sama dikodkan oleh lebih daripada satu triplet.

Kehadiran kod genetik adalah sejagat dan digunakan oleh semua organisma hidup yang kini mendiami bumi. Penggunaan yang sangat luas ini adalah salah satu daripada homologi molekul yang paling mengejutkan.

Gandingan asid amino ke RNA pemindahan

Kodon atau triplet yang terdapat dalam molekul RNA messenger tidak mempunyai keupayaan untuk mengenali langsung asid amino. Sebaliknya, terjemahan RNA utusan bergantung kepada molekul yang dapat mengenali dan mengikat kodon dan asid amino. Molekul ini ialah pemindahan RNA.

RNA pemindahan boleh dilipat ke dalam struktur tiga dimensi kompleks yang menyerupai semanggi. Di dalam molekul ini terdapat satu kawasan yang dipanggil "anticodon", dibentuk oleh tiga nukleotida berturut-turut yang dipadankan dengan nukleotida komplementer yang berturut-turut dari rantai messenger RNA.

Seperti yang disebutkan dalam bahagian sebelumnya, kod genetik adalah berlebihan, jadi sesetengah asid amino mempunyai lebih daripada satu RNA pemindahan.

Pengesanan dan gabungan asid amino yang betul kepada pemindahan RNA adalah satu proses yang ditengah oleh enzim yang dipanggil synthetase aminoacyl-tRNA. Enzim ini bertanggungjawab untuk gandingan kedua-dua molekul melalui ikatan kovalen.

Mesej RNA diuraikan oleh ribosom

Untuk membentuk protein, asid amino dikaitkan dengan ikatan peptida. Proses membaca messenger RNA dan mengikat asam amino tertentu berlaku di ribosomes.

Ribosom adalah kompleks pemangkin yang dibentuk oleh lebih daripada 50 molekul protein dan beberapa jenis RNA ribosom. Dalam organisma eukariotik, sel purata mengandungi, secara purata, berjuta-juta ribosom dalam persekitaran sitoplasma.

Secara struktural, ribosom terdiri daripada subunit yang besar dan subunit kecil. Fungsi bahagian kecil adalah untuk memastikan pemindahan RNA betul dipasangkan dengan messenger RNA, sedangkan subunit yang besar mempercepat pembentukan ikatan peptida antara asid amino.

Apabila proses sintesis tidak aktif, kedua-dua subunit yang membentuk ribosom dipisahkan. Pada permulaan sintesis, RNA messenger mengikat kedua-dua subunit, biasanya berhampiran dengan 5 'akhir..

Dalam proses ini, pemanjangan rantaian polipeptida berlaku dengan penambahan residu asid amino baru dalam langkah-langkah berikut: pengikatan pemindahan RNA, pembentukan ikatan peptida, translocation subunit. Hasil dari langkah terakhir ini adalah pergerakan ribosom lengkap dan kitaran baru bermula.

Pemanjangan rangkaian polipeptida

Tiga tapak dibezakan dalam ribosomes: tapak E, P dan A (lihat imej utama). Proses pemanjangan bermula apabila beberapa asid amino telah terikat secara kovalen dan terdapat molekul RNA pemindahan di tapak P.

Pemindahan RNA yang mempunyai asid amino akan dimasukkan ke tapak A dengan pasangan asas dengan RNA Rasul. Kemudian, bahagian terminal karboksil dari peptida dibebaskan dari RNA pemindahan di tapak P, dengan pecahan ikatan tenaga yang tinggi antara pemindahan RNA dan asid amino yang membawa.

Asid amino bebas mengikat pada rantai, dan ikatan peptida baru terbentuk. Reaksi tengah keseluruhan proses ini diantarkan oleh peptidyl transferase enzim, yang terdapat dalam subunit besar ribosomes. Oleh itu, ribosom bergerak melalui messenger RNA, menerjemahkan dialek asam amino menjadi protein.

Seperti dalam transkripsi, faktor pemanjangan turut terlibat semasa terjemahan protein. Elemen-elemen ini meningkatkan kelajuan dan kecekapan proses.

Penyempurnaan terjemahan

Proses penterjemahan menyimpulkan apabila ribosom mendapati kodon berhenti: UAA, UAG atau UGA. Ini tidak diiktiraf oleh sebarang RNA pemindahan dan tidak mengikat sebarang asid amino.

Pada masa ini, protein yang dikenali sebagai faktor pelepas mengikat ribosom dan menghasilkan pemangkinan molekul air dan bukan asid amino. Tindak balas ini membebaskan terminal terminal karboksil. Akhirnya, rantai peptida dilepaskan ke dalam sitoplasma sel.

Rujukan

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokimia Edisi ke-5. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Jemputan kepada Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Biologi sel molekul. New York: Buku American Scientific.
  4. Hall, J. E. (2015). Buku teks Guyton dan Hall e-Book fisiologi perubatan. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gen Jilid 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Biologi selular dan molekul. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktur ribosom dan mekanisme terjemahan. Sel, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Pengenalan kepada mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Struktur dan fungsi ribosom eukariotik. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, 4(5), a011536.