Sinteza proteina je vrlo važan proces. On je taj koji pomaže našem tijelu rasti i razvijati se. Uključuje mnoge stanične strukture. Uostalom, prvo morate razumjeti što ćemo točno sintetizirati.
Koji protein je potrebno izgraditi u ovom trenutku - enzimi su zaslužni za to. Oni primaju signale iz stanice o potrebi za određenim proteinom, nakon čega počinje njegova sinteza.
Gdje se odvija sinteza proteina
U bilo kojoj stanici, glavno mjesto biosinteze proteina je ribosom. To je velika makromolekula složene asimetrične strukture. Sastoji se od RNA (ribonukleinskih kiselina) i proteina. Ribosomi se mogu nalaziti pojedinačno. Ali najčešće se kombiniraju s EPS-om, što olakšava naknadno razvrstavanje i transport proteina.
Ako ribosomi sjede na endoplazmatskom retikulumu, to se naziva gruba ER. Kada je translacija intenzivna, nekoliko ribosoma može se kretati duž jednog predloška odjednom. One slijede jedna drugu i uopće ne ometaju druge organele.
Što je potrebno za sintezuvjeverica
Da bi se proces nastavio, potrebno je da sve glavne komponente sustava sinteze proteina budu na mjestu:
- Program koji postavlja redoslijed aminokiselinskih ostataka u lancu, naime mRNA, koji će prenijeti ovu informaciju s DNK na ribosome.
- Aminokiselinski materijal od kojeg će se izgraditi nova molekula.
- tRNA, koja će dostaviti svaku aminokiselinu ribosomu, sudjelovat će u dešifriranju genetskog koda.
- Aminoacil-tRNA sintetaza.
- Ribosom je glavno mjesto biosinteze proteina.
- Energija.
- Ioni magnezija.
- Proteinski čimbenici (svaka faza ima svoje).
Sada pogledajmo svaki od njih detaljnije i saznajmo kako nastaju proteini. Mehanizam biosinteze je vrlo zanimljiv, sve komponente djeluju na neobično koordiniran način.
Program za sintezu, pretraživanje matrice
Sve informacije o tome koje proteine naše tijelo može izgraditi sadržane su u DNK. Deoksiribonukleinska kiselina se koristi za pohranjivanje genetskih informacija. Sigurno je upakiran u kromosome i nalazi se u stanici u jezgri (ako govorimo o eukariotima) ili pluta u citoplazmi (kod prokariota).
Nakon istraživanja DNK i prepoznavanja njezine genetske uloge, postalo je jasno da to nije izravni predložak za prijevod. Promatranja su dovela do sugestija da je RNA povezana sa sintezom proteina. Znanstvenici su odlučili da bi trebao biti posrednik, prenositi informacije s DNK na ribosome, služiti kao matrica.
U isto vrijeme bilo jeribosomi su otvoreni, njihova RNA čini veliku većinu stanične ribonukleinske kiseline. Da bi provjerili je li to matrica za sintezu proteina, A. N. Belozersky i A. S. Spirin 1956.-1957. proveo komparativnu analizu sastava nukleinskih kiselina u velikom broju mikroorganizama.
Pretpostavljalo se da ako je ideja sheme "DNA-rRNA-protein" točna, tada će se sastav ukupne RNA promijeniti na isti način kao i DNK. No, unatoč ogromnim razlikama u deoksiribonukleinskoj kiselini u različitim vrstama, sastav ukupne ribonukleinske kiseline bio je sličan u svim razmatranim bakterijama. Iz toga su znanstvenici zaključili da glavna stanična RNA (odnosno ribosomska) nije izravni posrednik između nositelja genetske informacije i proteina.
Otkriće mRNA
Kasnije je otkriveno da mali dio RNA ponavlja sastav DNK i može poslužiti kao posrednik. Godine 1956. E. Volkin i F. Astrachan proučavali su proces sinteze RNA u bakterijama koje su bile inficirane bakteriofagom T2. Nakon što uđe u stanicu, prelazi na sintezu proteina faga. Pritom se glavni dio RNK nije promijenio. Ali u stanici je započela sinteza malog dijela metabolički nestabilne RNA, nukleotidni slijed u kojem je bio sličan sastavu DNA faga.
Godine 1961. ovaj mali dio ribonukleinske kiseline izoliran je iz ukupne mase RNA. Dokazi o njegovoj posredničkoj funkciji dobiveni su iz eksperimenata. Nakon infekcije stanica fagom T4, nastala je nova mRNA. Povezala se sa starim majstorimaribosomi (nakon infekcije nisu pronađeni novi ribosomi), koji su počeli sintetizirati proteine faga. Utvrđeno je da je ova "RNA slična DNK" komplementarna jednom od lanaca DNK faga.
Godine 1961., F. Jacob i J. Monod sugerirali su da ova RNA nosi informacije od gena do ribosoma i da je matrica za sekvencijalni raspored aminokiselina tijekom sinteze proteina.
Prijenos informacija na mjesto sinteze proteina provodi se mRNA. Proces čitanja informacija iz DNK i stvaranja glasničke RNA naziva se transkripcija. Nakon toga, RNA prolazi kroz niz dodatnih promjena, to se naziva "obrada". Pri tome se iz matrične ribonukleinske kiseline mogu izrezati određeni dijelovi. Zatim mRNA ide u ribosome.
Građevinski materijal za proteine: aminokiseline
Ukupno ima 20 aminokiselina, neke od njih su esencijalne, odnosno tijelo ih ne može sintetizirati. Ako neka kiselina u stanici nije dovoljna, to može dovesti do usporavanja translacije ili čak potpunog zaustavljanja procesa. Prisutnost svake aminokiseline u dovoljnoj količini glavni je uvjet za ispravan nastavak biosinteze proteina.
Znanstvenici su dobili opće informacije o aminokiselinama još u 19. stoljeću. Zatim su 1820. godine izolirane prve dvije aminokiseline, glicin i leucin.
Slijed ovih monomera u proteinu (tzv. primarna struktura) u potpunosti određuje njegove sljedeće razine organizacije, a time i fizička i kemijska svojstva.
Transport aminokiselina: tRNA i aa-tRNA sintetaza
Ali aminokiseline se ne mogu ugraditi u proteinski lanac. Da bi dospjeli do glavnog mjesta biosinteze proteina, potrebna je prijenosna RNA.
Svaka aa-tRNA sintetaza prepoznaje samo svoju aminokiselinu i samo tRNA na koju mora biti vezana. Ispostavilo se da ova obitelj enzima uključuje 20 vrsta sintetaza. Ostaje samo reći da su aminokiseline vezane za tRNA, točnije, za njen hidroksilni akceptor "rep". Svaka kiselina mora imati svoju prijenosnu RNK. To se prati aminoacil-tRNA sintetazom. Ne samo da povezuje aminokiseline s ispravnim transportom, već također regulira reakciju vezivanja estera.
Nakon uspješne reakcije vezivanja, tRNA odlazi na mjesto sinteze proteina. Time se završavaju pripremni procesi i počinje emitiranje. Razmotrite glavne korake u biosintezi proteina :
- inicijacija;
- izduženje;
- prekid.
Koraci sinteze: inicijacija
Kako se odvija biosinteza proteina i njezina regulacija? Znanstvenici to već dugo pokušavaju shvatiti. Iznesene su brojne hipoteze, ali što je oprema postajala modernija, to smo bolje razumjeli principe emitiranja.
Ribosom, glavno mjesto biosinteze proteina, počinje čitati mRNA od točke na kojoj počinje njezin dio koji kodira polipeptidni lanac. Ova se točka nalazi na određenojdaleko od početka glasničke RNA. Ribosom mora prepoznati točku na mRNA od koje počinje čitanje i povezati se s njom.
Inicijacija - skup događaja koji osiguravaju početak emitiranja. Uključuje proteine (inicijacijski čimbenici), inicijatorsku tRNA i poseban inicijatorski kodon. U ovoj fazi, mala podjedinica ribosoma veže se na inicijacijski protein. One ga sprječavaju da dođe u kontakt s velikom podjedinicom. Ali oni vam omogućuju povezivanje s tRNA inicijatora i GTP-om.
Tada ovaj kompleks "sjedi" na mRNA, točno na mjesto koje prepoznaje jedan od faktora inicijacije. Ne može biti greške, a ribosom započinje svoje putovanje kroz glasničku RNA, čitajući svoje kodone.
Čim kompleks dosegne inicijacijski kodon (AUG), podjedinica se prestaje kretati i, uz pomoć drugih proteinskih čimbenika, veže se na veliku podjedinicu ribosoma.
Koraci sinteze: elongacija
Očitavanje mRNA uključuje sekvencijalnu sintezu proteinskog lanca polipeptidom. Nastavlja se dodavanjem jednog aminokiselinskog ostatka za drugim molekulama u izgradnji.
Svaki novi aminokiselinski ostatak se dodaje na karboksilni kraj peptida, C-terminus raste.
Koraci sinteze: završetak
Kada ribosom dosegne završni kodon glasničke RNA, sinteza polipeptidnog lanca prestaje. U njegovoj prisutnosti, organela ne može prihvatiti nikakvu tRNA. Umjesto toga, faktori prekida dolaze u igru. Oni oslobađaju gotov protein iz zaustavljenog ribosoma.
NakonNakon što se translacija završi, ribosom može ili napustiti mRNA ili nastaviti kliziti duž nje bez translacije.
Susret ribosoma s novim inicijacijskim kodonom (na istom lancu tijekom nastavka kretanja ili na novoj mRNA) dovest će do nove inicijacije.
Nakon što gotova molekula napusti glavno mjesto biosinteze proteina, označava se i šalje na svoje odredište. Koje će funkcije obavljati ovisi o njegovoj strukturi.
Kontrola procesa
Ovisno o njihovim potrebama, stanica će samostalno kontrolirati emitiranje. Regulacija biosinteze proteina vrlo je važna funkcija. To se može učiniti na mnogo načina.
Ako stanici ne treba neka vrsta spoja, zaustavit će se biosinteza RNA - biosinteza proteina također će se prestati događati. Uostalom, bez matrice, cijeli proces neće započeti. A stare mRNA brzo propadaju.
Postoji još jedna regulacija biosinteze proteina: stanica stvara enzime koji ometaju fazu inicijacije. Oni ometaju prijevod, čak i ako je matrica za čitanje dostupna.
Druga metoda je neophodna kada treba odmah isključiti sintezu proteina. Prva metoda uključuje nastavak usporenog prevođenja neko vrijeme nakon prestanka sinteze mRNA.
Stanica je vrlo složen sustav u kojem se sve održava u ravnoteži i preciznom radu svake molekule. Važno je poznavati principe svakog procesa koji se odvija u stanici. Tako možemo bolje razumjeti što se događa u tkivima i tijelu u cjelini.
