Buňka jakéhokoli organismu je jedna velká továrna na výrobu chemikálií. Zde probíhají reakce v biosyntéze lipidů, nukleových kyselin, sacharidů a samozřejmě bílkovin. Proteiny hrají v životě buňky obrovskou roli, protože plní mnoho funkcí: enzymatické, signalizační, strukturální, ochranné a další.
Biosyntéza bílkovin: popis procesu
Stavba molekul bílkovin je složitý vícestupňový proces, který probíhá působením velkého množství enzymů a za přítomnosti určitých struktur.
Syntéza jakékoli bílkoviny začíná v jádře. Informace o struktuře molekuly je zaznamenána v DNA buňky, ze které je čtena. Téměř každý gen v organismu kóduje jednu jedinečnou molekulu proteinu.
Jaká je role cytoplazmy v biosyntéze proteinů? Faktem je, že cytoplazma buňky je "pool" pro monomery komplexních látek, stejně jako struktury, které jsou zodpovědné za proces syntézy proteinů. Také vnitřní prostředí buňky má stálou kyselost aobsah iontů, který hraje důležitou roli v biochemických reakcích.
Biosyntéza bílkovin probíhá ve dvou fázích: transkripce a translace.
Přepis
Tato fáze začíná v jádře buňky. Zde hrají hlavní roli takové nukleové kyseliny jako DNA a RNA (deoxy- a ribonukleové kyseliny). U eukaryot je jednotkou transkripce transkript, zatímco u prokaryot se tato organizace DNA nazývá operon. Rozdíl mezi transkripcí u prokaryot a eukaryot je ten, že operon je úsek molekuly DNA, který kóduje několik molekul proteinu, přičemž transkript nese informaci pouze o jednom genu proteinu.
Hlavním úkolem buňky ve fázi transkripce je syntéza messenger RNA (mRNA) na templátu DNA. K tomu vstupuje do jádra enzym, jako je RNA polymeráza. Podílí se na syntéze nové molekuly mRNA, která je komplementární k místu deoxyribonukleové kyseliny.
Pro úspěšné transkripční reakce je nezbytná přítomnost transkripčních faktorů, které se také označují zkratkou TF-1, TF-2, TF-3. Tyto složité proteinové struktury se podílejí na spojení RNA polymerázy s promotorem na molekule DNA.
Syntéza mRNA pokračuje, dokud polymeráza nedosáhne koncové oblasti transkriptonu, která se nazývá terminátor.
Operátor je jako další funkční oblast transkriptu zodpovědný za inhibici transkripce nebo naopak za urychlení práce RNA polymerázy. Zodpovědný zaregulace práce transkripčních enzymů speciální proteiny-inhibitory, resp. proteiny-aktivátory.
Vysílání
Poté, co byla mRNA syntetizována v buněčném jádru, vstupuje do cytoplazmy. Abychom odpověděli na otázku o roli cytoplazmy v biosyntéze proteinů, stojí za to podrobněji analyzovat další osud molekuly nukleové kyseliny ve fázi translace.
Překlad probíhá ve třech fázích: iniciace, prodloužení a ukončení.
Nejprve se mRNA musí připojit k ribozomům. Ribozomy jsou malé nemembránové struktury buňky, které se skládají ze dvou podjednotek: malé a velké. Nejprve se ribonukleová kyselina naváže na malou podjednotku a poté velká podjednotka uzavře celý translační komplex, takže mRNA je uvnitř ribozomu. Ve skutečnosti toto je konec iniciační fáze.
Jaká je role cytoplazmy v biosyntéze proteinů? Především je zdrojem aminokyselin – hlavních monomerů jakékoli bílkoviny. Ve fázi elongace dochází k postupnému budování polypeptidového řetězce, počínaje startovacím kodonem methioninem, na který jsou navázány zbývající aminokyseliny. Kodon je v tomto případě triplet nukleotidů mRNA, který kóduje jednu aminokyselinu.
V této fázi je k práci připojen další typ ribonukleové kyseliny – transferová RNA neboli tRNA. Jsou zodpovědné za dodání aminokyselin do komplexu mRNA-ribozom vytvořením komplexu aminoacyl-tRNA. K rozpoznání tRNA dochází prostřednictvím komplementárníchinterakce antikodonu této molekuly s kodonem na mRNA. Aminokyselina je tak dodána do ribozomu a připojena k syntetizovanému polypeptidovému řetězci.
K ukončení translačního procesu dochází, když mRNA dosáhne úseků stop kodonů. Tyto kodony nesou informaci o konci syntézy peptidu, po které je komplex ribozom-RNA zničen a primární struktura nového proteinu vstupuje do cytoplazmy pro další chemické transformace.
Na procesu translace se podílejí speciální proteinové iniciační faktory IF a elongační faktory EF. Jsou různého typu a jejich úkolem je zajistit správné spojení RNA s podjednotkami ribozomu a také při syntéze samotného polypeptidového řetězce ve fázi prodlužování.
Jaká je role cytoplazmy v biosyntéze bílkovin: stručně o hlavních složkách biosyntézy
Poté, co mRNA opustí jádro do vnitřního prostředí buňky, musí molekula vytvořit stabilní translační komplex. Jaké složky cytoplazmy musí být přítomny ve fázi translace?
1. Ribozomy.
2. Aminokyseliny.
3. tRNA.
Aminokyseliny – proteinové monomery
Pro syntézu proteinového řetězce přítomnost strukturních složek molekuly peptidu - aminokyselin v cytoplazmě. Tyto nízkomolekulární látky mají ve svém složení aminoskupinu NH2 a kyselý zbytek COOH. Další složka molekuly – radikál – je charakteristickým znakem každé jednotlivé aminokyseliny. V čem hraje roli cytoplazmabiosyntéza bílkovin?
AA se vyskytují v roztocích ve formě zwitteriontů, což jsou stejné molekuly, které darují nebo přijímají protony vodíku. Aminoskupina aminokyselin se tak přemění na NH3+ a karbonylová skupina na COO-.
Celkem je v přírodě 200 AA, z nichž pouze 20 tvoří bílkoviny. Mezi nimi je skupina esenciálních aminokyselin, které se v lidském těle nesyntetizují a do buňky se dostávají pouze s přijatou potravou, a neesenciální aminokyseliny, které si tělo tvoří samo.
Všechny AA jsou kódovány nějakým kodonem, který odpovídá třem nukleotidům mRNA, a jedna aminokyselina může být často kódována několika takovými sekvencemi najednou. Kodon methionin v pro- a eukaryotech je výchozí, protože zahajuje biosyntézu peptidového řetězce. Stop kodony zahrnují nukleotidové sekvence UAA, UGA a UAG.
Co jsou ribozomy?
Jak jsou ribozomy zodpovědné za biosyntézu proteinů v buňce a jaká je role těchto struktur? Především se jedná o nemembránové formace, které se skládají ze dvou podjednotek: velké a malé. Funkcí těchto podjednotek je držet mezi sebou molekulu mRNA.
V ribozomech jsou místa, kam vstupují kodony mRNA. Celkem se mezi malou a velkou podjednotku vejdou dvě takové trojice.
Několik ribozomů se může agregovat do jednoho velkého polysomu, díky čemuž se zvyšuje rychlost syntézy peptidového řetězce a výstup lze získat okamžitěněkolik kopií proteinu. Zde je role cytoplazmy v biosyntéze proteinů.
Typy RNA
Ribonukleové kyseliny hrají důležitou roli ve všech fázích transkripce. Existují tři velké skupiny RNA: transportní, ribozomální a informační.
mRNA se podílejí na přenosu informací o složení peptidového řetězce. tRNA jsou mediátory při přenosu aminokyselin na ribozomy, čehož je dosaženo tvorbou komplexu aminoacyl-tRNA. K připojení aminokyseliny dochází pouze při komplementární interakci antikodonu transferové RNA s kodonem na messenger RNA.
rRNA se podílejí na tvorbě ribozomů. Jejich sekvence jsou jedním z důvodů, proč se mRNA drží mezi malou a velkou podjednotkou. Ribozomální RNA jsou produkovány v jadérkách.
Význam bílkovin
Biosyntéza bílkovin a její význam pro buňku jsou kolosální: většina enzymů v těle je peptidové povahy, díky bílkovinám jsou látky transportovány buněčnými membránami.
Proteiny také plní strukturální funkci, když jsou součástí svalů, nervů a dalších tkání. Signální role spočívá v přenosu informací o procesech, ke kterým dochází například při dopadu světla na sítnici. Ochranné proteiny - imunoglobuliny - jsou základem lidského imunitního systému.
