Syntese av proteinfaser og deres egenskaper



den proteinsyntese Det er en biologisk hendelse som skjer nesten i alle levende vesener. Konstant tar cellene informasjonen som er lagret i DNA, og, takket være tilstedeværelsen av svært komplisert spesialisert maskiner, omdannes det til proteinmolekyler.

Imidlertid oversetter 4-bokstavskoden som krypteres i DNAet ikke direkte til proteiner. I prosessen er involvert et RNA-molekyl som fungerer som en mellommann, kalt messenger RNA.

Når celler trenger et bestemt protein, blir nukleotidsekvensen av en passende del i DNAet kopiert til RNA - i en prosess kalt transkripsjon - og dette blir i sin tur oversatt til det aktuelle protein.

Informasjonsflyten beskrevet (DNA til messenger RNA og RNA-melding til proteiner) skjer fra svært enkle vesener som bakterier til mennesker. Denne rekke trinnene har blitt kalt det sentrale "dogma" av biologi.

Maskiner som er ansvarlige for synteseproteinene er ribosomer. Disse småcellestrukturer finnes i stor andel i cytoplasma og forankret til endoplasmatisk retikulum.

index

  • 1 Hva er proteiner?
  • 2 trinn og egenskaper
    • 2.1 Transkripsjon: fra DNA til messenger RNA
    • 2.2 Spleising av messenger RNA
    • 2.3 Typer av RNA
    • 2.4 Oversettelse: fra messenger RNA til proteiner
    • 2.5 Den genetiske koden
    • 2.6 Kobling av aminosyren til overførings-RNA
    • 2.7 RNA-meldingen dekodes av ribosomene
    • 2.8 Forlengelse av polypeptidkjeden
    • 2.9 Fullføring av oversettelsen
  • 3 referanser

Hva er proteiner?

Proteiner er makromolekyler dannet av aminosyrer. Disse utgjør nesten 80% av protoplasmaet til en hel dehydrert celle. Alle proteiner som utgjør en organisme kalles "proteom".

Dens løp er mange og varierte, fra strukturelle roller (kollagen) til transport (hemoglobin), katalysatorer av biokjemiske reaksjoner (enzymer), patogen forsvar (antistoffer), inkludert.

Det er 20 typer naturlige aminosyrer som kombineres med peptidbindinger for å gi opphav til proteiner. Hver aminosyre karakteriseres ved å ha en bestemt gruppe som gir spesielle kjemiske og fysiske egenskaper.

Faser og egenskaper

Måten cellen klarer å tolke DNA-meldingen på, skjer gjennom to grunnleggende hendelser: transkripsjon og oversettelse. Mange RNA-kopier, som er kopiert fra samme gen, er i stand til å syntetisere et betydelig antall identiske proteinmolekyler.

Hvert gen blir transkribert og oversatt differensielt, slik at cellen kan produsere varierende mengder av et bredt utvalg av proteiner. Denne prosessen innebærer forskjellige veier for cellulær regulering, som generelt omfatter kontrollen i produksjonen av RNA.

Det første trinnet som cellen må gjøre for å starte produksjonen av proteiner, er å lese meldingen skrevet på DNA-molekylet. Dette molekylet er universelt og inneholder all den informasjonen som er nødvendig for bygging og utvikling av organiske vesener.

Deretter skal vi beskrive hvordan proteinsyntese skjer, og begynner prosessen med å "lese" det genetiske materialet og slutte med produksjon av proteiner. i seg selv.

Transkripsjon: fra DNA til messenger RNA

Meldingen i den doble DNA-spiral er skrevet i et fire bokstavkode svarende til basene adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og tymin (T).

Denne sekvensen av DNA-bokstaver brukes til å temperere et RNA-ekvivalent molekyl.

Både DNA og RNA er lineære polymerer dannet av nukleotider. Imidlertid er de kjemisk forskjellig i to grunnleggende aspekter: nukleotidene i RNA er ribonukleotider, og i stedet for tyminbasen presenterer RNA uracilet (U), som parrer med adeninet.

Transkripsjonsprosessen begynner med åpningen av doble helixen i en bestemt region. En av de to kjedene virker som en "mal" eller et temperament for RNA-syntese. Nukleotidene vil bli tilsatt etter regler for baseparering, C med G og A med U.

Hovedenzymet involvert i transkripsjon er RNA-polymerase. Det er ansvarlig for katalysering av dannelsen av fosfodiesterbindinger som inngår i nukleotidene i kjeden. Kjeden er utvidet i 5 'til 3' retningen.

Veksten av molekylet innebærer forskjellige proteiner kjent som "forlengelsesfaktorer" som er ansvarlige for å opprettholde bindingen av polymerasen til slutten av prosessen.

Splitsing av messenger RNA

I eukaryoter har gener en spesifikk struktur. Sekvensen avbrytes av elementer som ikke er en del av proteinet, kalt introner. Begrepet er i motsetning til ekson, som inkluderer delene av genet som skal oversettes til proteiner.

den skjøting Det er en grunnleggende begivenhet som består av eliminering av introns av messenger molekylet, å kaste ut et molekyl bygget eksklusivt av exoner. Det endelige produktet er den modne messenger RNA. Fysisk skjer et komplekst og dynamisk maskineri i spleenosomet.

I tillegg til spleising gjennomgår messenger-RNA ytterligere kodinger før de oversettes. En "hette" er tilsatt hvis kjemisk natur er et modifisert guaninukleotid, og ved 5'-enden og en hale av adeniner i den andre enden.

Typer av RNA

I cellen produseres ulike typer RNA. Noen gener i cellen produserer et molekyl av messenger RNA, og dette blir oversatt til protein - som vi vil se senere. Imidlertid er det gener som er sluttproduktet selv RNA-molekylet.

For eksempel, i genen av gjær, har ca. 10% av gener av denne sopp RNA-molekyler som deres sluttprodukt. Det er viktig å nevne dem, da disse molekylene spiller en viktig rolle når det gjelder proteinsyntese.

- Ribosomal RNA: ribosomal RNA er en del av hjertet av ribosomer, viktige strukturer for syntese av proteiner.

Behandlingen av ribosomale RNA og deres påfølgende montering i ribosomer forekommer i en meget iøynefallende struktur av kjernen - selv om den ikke er avgrenset av en membran som kalles nukleolus.

- Overfør RNA: Det fungerer som en adapter som velger en bestemt aminosyre, og sammen med ribosomet inkorporerer de aminosyreresten i proteinet. Hver aminosyre er relatert til et overførings-RNA-molekyl.

I eukaryoter er det tre typer polymeraser som, selv om de er strukturelt ligner hverandre, spiller forskjellige roller.

RNA-polymerase I og III transkriberer gener som koder for overførings-RNA, ribosomalt RNA og noen små RNAer. RNA polymerase II fokuserer på oversettelsen av gener som koder for proteiner.

- Små RNA relatert til regulering: oAndre kortlange RNAer deltar i reguleringen av genuttrykk. Blant dem er mikroRNA og små interfererende RNAer.

MikroRNAene regulerer uttrykket ved å blokkere en bestemt melding, og de små av forstyrrelser slår av uttrykket ved hjelp av direkte nedbrytning av budbringeren. Tilsvarende er det små kjernefysiske RNAer som deltar i prosessen med skjøting av messenger RNA.

Oversettelse: fra messenger RNA til proteiner

Når messenger RNA modnes gjennom prosessen med skjøting og den beveger seg fra kjernen til den cellulære cytoplasma, begynner syntesen av proteiner. Denne eksporten formidles av atomkjernekomplekset - en serie av vandige kanaler som ligger i membranen i kjernen som kobler direkte cytoplasma og nukleoplasma.

I hverdagen bruker vi ordet "oversettelse" for å henvise til konvertering av ord fra ett språk til et annet.

For eksempel kan vi oversette en bok fra engelsk til spansk. På molekylær nivå innebærer oversettelsen språkendring fra RNA til protein. For å være mer presis, er det endringen av nukleotider til aminosyrer. Men hvordan skjer denne dialektiske endringen??

Den genetiske koden

Nukleotidsekvensen til et gen kan transformeres til proteiner som følger reglene som er etablert av den genetiske koden. Dette ble dechiffrert tidlig på 60-tallet.

Som leseren vil være i stand til å utlede, kan oversettelsen ikke være en eller en, siden det bare er 4 nukleotider og 20 aminosyrer. Logikken er følgende: Foreningen av tre nukleotider er kjent som "tripeller" og de er assosiert med en bestemt aminosyre.

Siden det kan være 64 mulige triplets (4 x 4 x 4 = 64), er den genetiske koden overflødig. Det vil si at den samme aminosyren er kodet av mer enn en triplett.

Tilstedeværelsen av den genetiske koden er universell og brukes av alle levende organismer som i dag lever i jorden. Denne meget brede bruken er en av de mest overraskende molekylære homologiene i naturen.

Kobling av aminosyren til overførings-RNA

Kodonene eller triplettene som finnes i messenger-RNA-molekylet har ikke muligheten til å gjenkjenne aminosyrer direkte. I motsetning henger oversettelsen av messenger RNA av et molekyl som klarer å gjenkjenne og binde kodonet og aminosyren. Dette molekylet er overførings-RNA.

Overførings RNA kan brettes i en kompleks tredimensjonal struktur som ligner en kløver. I dette molekylet er det en region som kalles "anticodon", dannet av tre påfølgende nukleotider som parrer sammen med de påfølgende komplementære nukleotider av messenger-RNA-kjeden.

Som nevnt i forrige avsnitt, er den genetiske koden overflødig, så noen aminosyrer har mer enn ett overførings-RNA.

Påvisning og fusjon av den korrekte aminosyren til overførings-RNA er en prosess mediert av et enzym kalt aminoacyl-tRNA-syntetase. Dette enzymet er ansvarlig for kobling av begge molekyler gjennom et kovalent bindemiddel.

RNA-meldingen dekodes av ribosomene

For å danne et protein, blir aminosyrer koblet sammen ved hjelp av peptidbindinger. Prosessen med å lese messenger-RNA og binding av spesifikke aminosyrer forekommer i ribosomer.

Ribosomer er katalytiske komplekser dannet av mer enn 50 proteinmolekyler og flere typer ribosomalt RNA. I eukaryotiske organismer inneholder en gjennomsnittlig celle i gjennomsnitt millioner av ribosomer i det cytoplasmiske miljøet.

Strukturelt består en ribosom av en stor underenhet og en liten underenhet. Funksjonen av den lille andel er for å sikre at overføringen RNA er riktig sammenkoblet med messenger RNA, mens den store underenhet katalyserer peptid-bindingsdannelse mellom aminosyrene.

Når synteseprosessen ikke er aktiv, separeres de to underenhetene som danner ribosomene. Ved starten av syntesen binder messenger RNA begge underenheter, vanligvis nær 5'-enden..

I denne prosessen, skjer polypeptidkjeden forlengelse ved tilsetning av en ny aminosyre-rest i de følgende trinn: binding av transfer-RNA, peptid-bindingsdannelse, translokasjon av underenhetene. Resultatet av dette siste trinnet er bevegelsen av det komplette ribosomet og en ny syklus begynner.

Forlengelse av polypeptidkjeden

Tre steder utmerker seg i ribosomer: steder E, P og A (se hovedbilde). Forlengelsesprosessen starter når noen aminosyrer allerede er kovalent bundet og det er et overførings-RNA-molekyl ved P-stedet.

Overførings-RNA som besitter den neste aminosyre som skal inkorporeres, er bundet til sted A ved baseparering med messenger-RNA. Deretter blir den karboksylterminale del av peptidet frigjort fra overførings RNA på stedet P, ved brudd i en høy-energi binding mellom overførings RNA og aminosyre-lageret.

Den frie aminosyren binder seg til kjeden, og en ny peptidbinding dannes. Den sentrale Reaksjonen ved denne fremgangsmåte er mediert av peptidyl transferase enzym, lokalisert i den store subenhet av ribosomet. Dermed beveger ribosomet gjennom messenger RNA, som oversetter dialekten av aminosyrer til proteiner.

Som ved transkripsjon er også forlengelsesfaktorer involvert under translasjonen av proteiner. Disse elementene øker hastigheten og effektiviteten av prosessen.

Fullføring av oversettelsen

Oversetterprosessen konkluderer når ribosomet finner stoppkodonene: UAA, UAG eller UGA. Disse er ikke gjenkjent av noen overførings-RNA og binder ikke noen aminosyre.

På dette tidspunkt, er kjent som frigjøringsfaktorer proteinet binder til ribosomet og produserer katalyse av et vannmolekyl, og ikke en aminosyre. Denne reaksjon frigjør den karboksylterminale ende. Endelig frigjøres peptidkjeden i cellenes cytoplasma.

referanser

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokjemi. 5. utgave. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitasjon til biologi. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., og Baltimore, D. (1990). Molekylærcellebiologi. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton og Hall lærebok av medisinsk fysiologi e-bok. Elsevier Helsefag.
  5. Lewin, B. (1993). Gener. Volum 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosome struktur og mekanismen for oversettelse. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, B.R., og Case, C.L. (2007). Introduksjon til mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J.H. D. (2012). Strukturen og funksjonen til det eukaryote ribosomet. Cold Spring Harbour perspektiver i biologi, 4(5), a011536.