Život je proces existence molekul bílkovin. Tak to vyjadřuje mnoho vědců, kteří jsou přesvědčeni, že bílkoviny jsou základem všeho živého. Tyto soudy jsou naprosto správné, protože tyto látky v buňce mají největší počet základních funkcí. Všechny ostatní organické sloučeniny hrají roli energetických substrátů a energie je opět potřebná pro syntézu molekul bílkovin.
Schopnost těla syntetizovat bílkoviny
Ne všechny existující organismy jsou schopny syntetizovat proteiny v buňce. Viry a některé druhy bakterií nemohou tvořit bílkoviny, a proto jsou parazity a potřebné látky přijímají z hostitelské buňky. Jiné organismy, včetně prokaryotických buněk, jsou schopny syntetizovat proteiny. Všechny lidské, zvířecí, rostlinné, houbové buňky, téměř všechny bakterie a protistové žijí ze schopnosti biosyntézy bílkovin. To je nutné pro implementaci strukturotvorných, ochranných, receptorových, transportních a dalších funkcí.
Reakce fázebiosyntéza bílkovin
Struktura proteinu je zakódována v nukleové kyselině (DNA nebo RNA) ve formě kodonů. Jedná se o dědičnou informaci, která se reprodukuje pokaždé, když buňka potřebuje novou bílkovinnou látku. Počátkem biosyntézy je přenos informace do jádra o nutnosti syntetizovat nový protein s již danými vlastnostmi.
V reakci na to je despiralizována část nukleové kyseliny, kde je zakódována její struktura. Toto místo je duplikováno messengerovou RNA a přeneseno na ribozomy. Jsou zodpovědné za vybudování polypeptidového řetězce založeného na matrici - messenger RNA. Stručně, všechny fáze biosyntézy jsou prezentovány následovně:
- transkripce (fáze zdvojení segmentu DNA s kódovanou proteinovou strukturou);
- zpracování (tvorba messenger RNA);
- translace (syntéza bílkovin v buňce na základě messenger RNA);
- posttranslační modifikace („zrání“polypeptidu, vytvoření jeho trojrozměrné struktury).
Trankripce nukleové kyseliny
Veškerou syntézu proteinů v buňce provádějí ribozomy a informace o molekulách jsou obsaženy v nukleové kyselině (RNA nebo DNA). Nachází se v genech: každý gen je specifický protein. Geny obsahují informace o sekvenci aminokyselin nového proteinu. V případě DNA se odstranění genetického kódu provádí tímto způsobem:
- začíná uvolňování místa nukleové kyseliny z histonů, dochází k despiralizaci;
- DNA polymerázazdvojnásobuje část DNA, která uchovává proteinový gen;
- dvojitý úsek je prekurzorem messenger RNA, který je zpracován enzymy k odstranění nekódujících inzertů (na jeho základě probíhá syntéza mRNA).
Na základě proinformační RNA je syntetizována mRNA. Je to již matrice, po které dochází k syntéze proteinů v buňce na ribozomech (v hrubém endoplazmatickém retikulu).
Syntéza ribozomálních proteinů
Zpráva RNA má dva konce, které jsou uspořádány jako 3`-5`. Čtení a syntéza proteinů na ribozomech začíná na 5' konci a pokračuje k intronu, oblasti, která nekóduje žádnou z aminokyselin. Zní to takto:
- messenger RNA se "naváže" na ribozom, připojí první aminokyselinu;
- ribozom se posouvá podél messenger RNA o jeden kodon;
- transferová RNA poskytuje požadovanou (kódovanou daným kodonem mRNA) alfa-aminokyselinu;
- aminokyselina se připojí k výchozí aminokyselině a vytvoří dipeptid;
- pak se mRNA opět posune o jeden kodon, vnese se alfa aminokyselina a připojí se k rostoucímu peptidovému řetězci.
Jakmile ribozom dosáhne intronu (nekódující inzert), messenger RNA se prostě posune dál. Poté, jak messenger RNA postupuje, ribozom opět dosáhne exonu - místa, jehož nukleotidová sekvence odpovídá určitémuaminokyselina.
Od tohoto bodu opět začíná přidávání proteinových monomerů do řetězce. Proces pokračuje, dokud se neobjeví další intron nebo dokud se neobjeví stop kodon. Ten zastaví syntézu polypeptidového řetězce, načež je primární struktura proteinu považována za dokončenou a začíná fáze postsyntetické (posttranslační) modifikace molekuly.
Úprava po překladu
Po translaci dochází k syntéze proteinů v cisternách hladkého endoplazmatického retikula. Ten obsahuje malý počet ribozomů. V některých buňkách mohou v OZE zcela chybět. Takové oblasti jsou potřeba k vytvoření nejprve sekundární, pak terciární nebo, je-li naprogramována, kvartérní struktury.
Veškerá syntéza bílkovin v buňce probíhá s vynaložením obrovského množství energie ATP. Proto jsou k udržení biosyntézy proteinů potřeba všechny další biologické procesy. Část energie je navíc potřebná pro přenos bílkovin v buňce aktivním transportem.
Mnoho proteinů se přenáší z jednoho místa v buňce do jiného za účelem modifikace. Posttranslační proteinová syntéza probíhá zejména v Golgiho komplexu, kde je sacharidová nebo lipidová doména připojena k polypeptidu určité struktury.
