Syntéza bílkovin je velmi důležitý proces. Je to on, kdo pomáhá našemu tělu růst a rozvíjet se. Zahrnuje mnoho buněčných struktur. Koneckonců, nejprve musíte pochopit, co přesně budeme syntetizovat.
Jaký protein je v tuto chvíli potřeba vybudovat – za to mohou enzymy. Přijímají signály z buňky o potřebě určitého proteinu, poté začíná jeho syntéza.
Kde probíhá syntéza bílkovin
V každé buňce je hlavním místem biosyntézy bílkovin ribozom. Je to velká makromolekula se složitou asymetrickou strukturou. Skládá se z RNA (ribonukleové kyseliny) a bílkovin. Ribozomy mohou být umístěny jednotlivě. Nejčastěji se ale kombinují s EPS, což usnadňuje následné třídění a transport bílkovin.
Pokud ribozomy sedí na endoplazmatickém retikulu, nazývá se to drsné ER. Když je translace intenzivní, několik ribozomů se může pohybovat po jedné šabloně najednou. Navazují na sebe a vůbec neruší ostatní organely.
Co je potřeba pro syntézuveverka
Aby proces mohl pokračovat, je nutné, aby byly na místě všechny hlavní součásti systému syntézy proteinů:
- Program, který nastavuje pořadí aminokyselinových zbytků v řetězci, konkrétně mRNA, který přenese tyto informace z DNA do ribozomů.
- Aminokyselinový materiál, ze kterého bude postavena nová molekula.
- tRNA, která dodá každou aminokyselinu do ribozomu, se bude podílet na dešifrování genetického kódu.
- Aminoacyl-tRNA syntetáza.
- Ribozom je hlavním místem biosyntézy bílkovin.
- Energie.
- Ionty hořčíku.
- Proteinové faktory (každá fáze má své vlastní).
Nyní se na každý z nich podíváme podrobněji a zjistíme, jak proteiny vznikají. Mechanismus biosyntézy je velmi zajímavý, všechny složky působí neobvykle koordinovaně.
Program syntézy, maticové vyhledávání
Všechny informace o tom, které proteiny si naše tělo dokáže vytvořit, jsou obsaženy v DNA. Kyselina deoxyribonukleová se používá k ukládání genetické informace. Je bezpečně zabalen v chromozomech a nachází se v buňce v jádře (pokud mluvíme o eukaryotech) nebo se vznáší v cytoplazmě (u prokaryot).
Po výzkumu DNA a uznání její genetické role se ukázalo, že nejde o přímou šablonu pro překlad. Pozorování vedla k domněnkám, že RNA je spojena se syntézou proteinů. Vědci se rozhodli, že by to měl být prostředník, přenášet informace z DNA do ribozomů, sloužit jako matrice.
Ve stejné době bylyribozomy jsou otevřené, jejich RNA tvoří převážnou většinu buněčné ribonukleové kyseliny. Pro kontrolu, zda jde o matrici pro syntézu proteinů, A. N. Belozersky a A. S. Spirin v letech 1956-1957. provedli srovnávací analýzu složení nukleových kyselin ve velkém počtu mikroorganismů.
Předpokládalo se, že pokud je myšlenka schématu „DNA-rRNA-protein“správná, pak se složení celkové RNA změní stejným způsobem jako DNA. Ale i přes obrovské rozdíly v deoxyribonukleové kyselině u různých druhů bylo složení celkové ribonukleové kyseliny u všech uvažovaných bakterií podobné. Z toho vědci usoudili, že hlavní buněčná RNA (tedy ribozomální) není přímým prostředníkem mezi nositelem genetické informace a proteinem.
Objev mRNA
Později bylo zjištěno, že malá část RNA opakuje složení DNA a může sloužit jako prostředník. V roce 1956 studovali E. Volkin a F. Astrachan proces syntézy RNA u bakterií, které byly infikovány bakteriofágem T2. Po vstupu do buňky přechází na syntézu fágových proteinů. Hlavní část RNA se přitom nezměnila. Ale v buňce začala syntéza malé frakce metabolicky nestabilní RNA, jejíž nukleotidová sekvence byla podobná složení fágové DNA.
V roce 1961 byla tato malá frakce ribonukleové kyseliny izolována z celkové hmotnosti RNA. Důkazy o jeho zprostředkující funkci byly získány z experimentů. Po infekci buněk fágem T4 se vytvořila nová mRNA. Spojila se se starými mistryribozomy (po infekci nejsou nalezeny žádné nové ribozomy), které začaly syntetizovat fágové proteiny. Bylo zjištěno, že tato „RNA podobná DNA“je komplementární k jednomu z řetězců DNA fága.
V roce 1961 F. Jacob a J. Monod navrhli, že tato RNA přenáší informace z genů do ribozomů a je matricí pro sekvenční uspořádání aminokyselin během syntézy proteinů.
Přenos informací do místa syntézy proteinů provádí mRNA. Proces čtení informací z DNA a vytváření messenger RNA se nazývá transkripce. Poté RNA prochází řadou dalších změn, které se nazývají „zpracování“. V jejím průběhu lze z matrice ribonukleové kyseliny vyříznout určité úseky. Poté mRNA jde do ribozomů.
Stavební materiál pro bílkoviny: aminokyseliny
Existuje celkem 20 aminokyselin, některé z nich jsou esenciální, to znamená, že je tělo neumí syntetizovat. Pokud nějaká kyselina v buňce nestačí, může to vést ke zpomalení translace nebo dokonce k úplnému zastavení procesu. Přítomnost každé aminokyseliny v dostatečném množství je hlavním požadavkem pro správný průběh biosyntézy bílkovin.
Vědci získali obecné informace o aminokyselinách již v 19. století. Poté, v roce 1820, byly izolovány první dvě aminokyseliny, glycin a leucin.
Sekvence těchto monomerů v proteinu (takzvaná primární struktura) zcela určuje jeho další úrovně organizace, a tím i jeho fyzikální a chemické vlastnosti.
Transport aminokyselin: tRNA a aa-tRNA syntetáza
Aminokyseliny se však nemohou zabudovat do proteinového řetězce. Aby se dostaly do hlavního místa biosyntézy bílkovin, je potřeba transferová RNA.
Každá aa-tRNA syntetáza rozpoznává pouze svou vlastní aminokyselinu a pouze tRNA, ke které musí být připojena. Ukazuje se, že tato rodina enzymů zahrnuje 20 druhů syntetáz. Zbývá jen říci, že aminokyseliny jsou navázány na tRNA, přesněji na její hydroxylový akceptorový „ocásek“. Každá kyselina musí mít svou vlastní přenosovou RNA. To je monitorováno aminoacyl-tRNA syntetázou. Nejenže přiřazuje aminokyseliny ke správnému transportu, ale také reguluje reakci esterové vazby.
Po úspěšné reakci připojení jde tRNA do místa syntézy proteinů. Tím končí přípravné procesy a začíná vysílání. Zvažte hlavní kroky v biosyntéze bílkovin :
- zahájení;
- elongation;
- ukončení.
Kroky syntézy: zahájení
Jak probíhá biosyntéza bílkovin a její regulace? Vědci se na to snažili přijít už dlouho. Bylo předloženo mnoho hypotéz, ale čím modernější bylo zařízení, tím lépe jsme začali chápat principy vysílání.
Ribozom, hlavní místo biosyntézy proteinů, začíná číst mRNA od bodu, ve kterém začíná jeho část kódující polypeptidový řetězec. Tento bod se nachází na určitémdaleko od začátku messenger RNA. Ribozom musí rozpoznat bod na mRNA, ze kterého začíná čtení, a připojit se k němu.
Zahájení – soubor událostí, které poskytují začátek vysílání. Zahrnuje proteiny (iniciační faktory), iniciační tRNA a speciální iniciační kodon. V této fázi se malá podjednotka ribozomu váže na iniciační proteiny. Brání mu v kontaktu s velkou podjednotkou. Ale umožňují vám spojit se s iniciátorem tRNA a GTP.
Pak tento komplex „sedí“na mRNA, přesně na místo, které je rozpoznáno jedním z iniciačních faktorů. Nemůže dojít k žádné chybě a ribozom zahájí svou cestu přes messenger RNA, čte své kodony.
Jakmile komplex dosáhne iniciačního kodonu (AUG), podjednotka se zastaví a za pomoci dalších proteinových faktorů se naváže na velkou podjednotku ribozomu.
Kroky syntézy: prodloužení
Čtení mRNA zahrnuje sekvenční syntézu proteinového řetězce polypeptidem. Postupuje se přidáváním jednoho aminokyselinového zbytku za druhým do molekuly ve výstavbě.
Každý nový aminokyselinový zbytek je přidán na karboxylový konec peptidu, C-konec roste.
Kroky syntézy: ukončení
Když ribozom dosáhne terminačního kodonu messenger RNA, syntéza polypeptidového řetězce se zastaví. V jeho přítomnosti nemůže organela přijmout žádnou tRNA. Místo toho vstupují do hry faktory ukončení. Uvolňují hotový protein ze zastaveného ribozomu.
PoPo ukončení translace může ribozom buď opustit mRNA, nebo po ní pokračovat v klouzání bez překládání.
Setkání ribozomu s novým iniciačním kodonem (na stejném řetězci během pokračování pohybu nebo na nové mRNA) povede k nové iniciaci.
Poté, co hotová molekula opustí hlavní místo biosyntézy proteinu, je označena a odeslána na místo určení. Jaké funkce bude vykonávat, závisí na jeho struktuře.
Řízení procesu
V závislosti na jejich potřebách bude buňka nezávisle řídit vysílání. Regulace biosyntézy bílkovin je velmi důležitou funkcí. Dá se to udělat mnoha způsoby.
Pokud buňka nepotřebuje nějaký druh sloučeniny, zastaví biosyntézu RNA – biosyntéza bílkovin se také zastaví. Bez matrice totiž celý proces nezačne. A staré mRNA se rychle rozkládají.
Existuje další regulace biosyntézy bílkovin: buňka vytváří enzymy, které interferují s iniciační fází. Zasahují do překladu, i když je čtecí matice k dispozici.
Druhá metoda je nezbytná, když je třeba právě teď vypnout syntézu bílkovin. První metoda zahrnuje pokračování pomalé translace po určitou dobu po zastavení syntézy mRNA.
Buňka je velmi složitý systém, ve kterém je vše udržováno v rovnováze a precizní práce každé molekuly. Je důležité znát principy každého procesu probíhajícího v buňce. Můžeme tak lépe porozumět tomu, co se děje v tkáních a v těle jako celku.
