סינתזה של שלבי חלבון ומאפייניהם

ה סינתזת חלבונים זהו אירוע ביולוגי המתרחש כמעט בכל היצורים החיים. כל הזמן התאים לוקחים את המידע המאוחסן ב- DNA, הודות לנוכחות של מכונות מיוחדות מורכבות מאוד, להפוך אותו למולקולות חלבון.

עם זאת, קוד 4 אות מוצפן ב- DNA אינו מתורגם ישירות חלבונים. בתהליך זה מעורב מולקולת רנ"א הפועלת כמתווך, הנקרא RNA שליח.

כאשר התאים זקוקים לחלבון מסוים, רצף הנוקליאוטידים של חלק מתאים בדנ"א מועתק ל- RNA - בתהליך הנקרא שעתוק - וזה בתורו מתורגם לחלבון הנדון.

זרימת המידע המתוארת (DNA ל- Messenger RNA ו RNA הודעה חלבונים) מתרחשת מתוך יצורים פשוטים מאוד כגון חיידקים לבני אדם. סדרה זו של צעדים נקראה "הדוגמה" המרכזית של הביולוגיה.

המכונות האחראיות על החלבונים הסינתטיים הן ריבוזומים. מבנים הסלולר הקטנים הללו נמצאים בשיעור גדול בציטופלסמה ומעוגנים בריטקולום האנדופלאסמי.

אינדקס

• 1 מהם חלבונים?
• 2 שלבים ומאפיינים
  • 2.1 תמלול: מ DNA ל Messenger RNA
  • 2.2 חיבור של רנ"א של שליח
  • 2.3 סוגי רנ"א
  • 2.4 תרגום: מ RNA שליח לחלבונים
  • 2.5 הקוד הגנטי
  • 2.6 צימוד של חומצת אמינו כדי להעביר את RNA
  • 2.7 הודעת ה- RNA מפוענחת על ידי הריבוזומים
  • 2.8 התארכות שרשרת הפוליפפטידים
  • 2.9 השלמת התרגום
• 3 הפניות

מה הם חלבונים?

החלבונים הם מקרומולקולות הנוצרות מחומצות אמינו. אלה מהווים כמעט 80% מהפרוטופלסמה של תא מיובש שלם. כל החלבונים שמרכיבים אורגניזם נקראים "פרוטאומה".

תפקידיו מרובים ומגוונים, מתפקידים מבניים (קולגן) להובלה (המוגלובין), זרזים לתגובות ביוכימיות (אנזימים), הגנה נגד פתוגנים (נוגדנים), בין היתר.

ישנם 20 סוגים של חומצות אמינו טבעיות המשולבים על ידי קשרים פפטידים כדי לייצר חלבונים. כל חומצת אמינו מאופיינת על ידי קבוצה מסוימת המעניקה תכונות כימיות ופיסיקליות מסוימות.

שלבים ומאפיינים

האופן שבו התא מצליח לפרש את הודעת ה- DNA מתרחשת באמצעות שני אירועים בסיסיים: שעתוק ותרגום. עותקים רבים של RNA, אשר הועתקו מאותו הגן, מסוגלים לסנתז מספר רב של פרודות חלבונים זהות.

כל גן הוא transcribed ו מתורגם דיפרנציאלי, המאפשר לתא לייצר כמויות משתנות של מגוון רחב של חלבונים. תהליך זה כרוך מסלולים מגוונים של רגולציה הסלולר, אשר בדרך כלל כוללים את השליטה בייצור של רנ"א.

הצעד הראשון שבו התא צריך לעשות כדי להתחיל את הייצור של חלבונים הוא לקרוא את ההודעה שנכתבה על מולקולת הדנ"א. מולקולה זו היא אוניברסלית ומכילה את כל המידע הדרוש לבנייה ופיתוח של יצורים אורגניים.

בהמשך, נתאר כיצד מתרחשת סינתזת החלבון, המתחילה את תהליך הקריאה של החומר הגנטי ומסתיימת בייצור החלבונים. כשלעצמה.

תמלול: מ DNA ל Messenger RNA

המסר בסליל הכפול של ה- DNA נכתב בקוד בן ארבע אותיות המתאים לאדנין בסיסים (A), גואנין (G), ציטוזין (C) ות'ימין (T).

רצף זה של אותיות דנ"א משמש לטמפרטורת מולקולה רנ"א.

שניהם DNA ו- RNA הם פולימרים ליניאריים שנוצרו על ידי נוקליאוטידים. עם זאת, הם שונים מבחינה כימית בשני היבטים בסיסיים: נוקליאוטידים ב RNA הם ribonucleotides ובמקום בסיס thymine, RNA מציג את uracil (U), אשר זוגות עם adenine.

תהליך ההעתקה מתחיל עם פתיחת הסליל הכפול באזור מסוים. אחת משתי השרשראות משמשת "תבנית" או מזיגה לסינתזת רנ"א. נוקליאוטידים יתווספו בעקבות הכללים של צימוד הבסיס, C עם G ו- A עם U.

האנזים העיקרי המעורב בתעתיק הוא פולימרז RNA. היא אחראית על הקטליזציה של יצירת קשרי פוספודיסטר המצטרפים לנוקליאוטידים של השרשרת. השרשרת מורחבת בכיוון 5 'עד 3'.

הצמיחה של המולקולה כוללת חלבונים שונים הידועים כ"גורמי התארכות "האחראים לשמירה על קשירת הפולימראז עד לסוף התהליך.

שחבור של רנ"א שליח

באוקריוטים, לגנים יש מבנה מסוים. רצף מופרע על ידי אלמנטים שאינם חלק מהחלבון, המכונה אינטרונים. המונח מתנגד לזה של אקסון, הכולל את החלקים של הגן שיתורגם לחלבונים.

ה שחבור זהו אירוע יסודי המורכב מחיסול האינטרונים של מולקולת השליח, לזרוק מולקולה שנבנתה באופן בלעדי על ידי אקסונים. המוצר הסופי הוא RNA שליח בוגרת. מבחינה פיזית, מנגנון מורכב ודינמי מתרחש בספלינוזום.

בנוסף לשחבור, רנ"א השליח עובר קידודים נוספים לפני שתורגמו. "מכסה המנוע" הוא הוסיף כי הטבע הכימי שלו הוא שונה נוקלאוטיד guanine, ובסוף 5 'ו זנב של מספר adenines בקצה השני.

סוגי רנ"א

בתא, סוגים שונים של RNA מיוצרים. כמה גנים בתא לייצר מולקולה של RNA שליח וזה מתורגם לחלבון - כפי שנראה בהמשך. עם זאת, ישנם גנים אשר המוצר הסופי שלהם הוא מולקולה RNA עצמה.

לדוגמה, בגנום השמרים, כ -10% מהגנים של הפטרייה הזו יש מולקולות רנ"א כמוצר הסופי שלהם. חשוב להזכיר אותם, שכן מולקולות אלה ממלאות תפקיד בסיסי בכל הנוגע לסינתזת החלבון.

- RNA ריבוזומלי: רנ"א ריבוזומלי הוא חלק מליבו של הריבוזומים, מבנים מרכזיים לסינתזת החלבונים.

עיבוד של RNAs ריבוזומלית ההרכבה הבאים שלהם הריבוזומים מתרחשת מבנה בולט מאוד של הגרעין - למרות שזה לא תחומה על ידי קרום - הנקרא נוקלאולוס.

- העברת RNA: זה עובד כמו מתאם זה בוחר חומצת אמינו מסוימת יחד עם הריבוזום, הם משלבים את שאריות חומצת אמינו לתוך החלבון. כל חומצת אמינו קשורה למולקולת רנ"א.

ב eukaryotes ישנם שלושה סוגים של פולימריות, כי למרות מבנית דומה מאוד זה לזה, לשחק תפקידים שונים.

RNA פולימראז אני ו- III לתמלל את הגנים כי קוד עבור העברת RNA, RNA ריבוזומלי וכמה RNAs קטן. RNA פולימראז II מתמקד בתרגום של גנים קוד עבור חלבונים.

- RNAs קטנים הקשורים רגולציה: oאחרים RNA אורך קצר להשתתף הרגולציה של ביטוי גנים. ביניהם הם microRNAs ו RNAs מפריע קטן.

ה- microRNAs מווסתים את הביטוי על-ידי חסימת הודעה ספציפית והקטנה של ההפרעה מכבה את הביטוי באמצעות השפלה ישירה של השליח. באופן דומה, יש RNAs גרעיני קטן המשתתפים בתהליך שחבור של רנ"א שליח.

תרגום: מ RNA שליח לחלבונים

לאחר RNA השליח מתבגר בתהליך של שחבור והיא נובעת מן הגרעין אל הציטופלסמה הסלולרית, מתחיל הסינתזה של החלבונים. יצוא זה מתווך על ידי מורכבות הגרעין הגרעיני - סדרה של תעלות מימיות הממוקם בקרום של הגרעין המחבר ישירות את הציטופלסמה ואת נוקלאופלזמה.

בחיי היומיום, אנו משתמשים במונח "תרגום" כדי להתייחס להמרת מילים משפה אחת לשפה אחרת.

לדוגמה, אנו יכולים לתרגם ספר מאנגלית לאנגלית. ברמה המולקולרית, התרגום כולל את השינוי של השפה מ RNA לחלבון. ליתר דיוק, זהו שינוי של נוקליאוטידים לחומצות אמינו. אבל איך זה שינוי הדיאלקטיות להתרחש??

הקוד הגנטי

רצף נוקליאוטידים של הגן יכול להפוך לחלבונים בעקבות הכללים שנקבעו על ידי הקוד הגנטי. זה היה מפוענח בתחילת שנות ה -60.

כמו הקורא יוכל להסיק, התרגום לא יכול להיות אחד או אחד, שכן יש רק 4 נוקליאוטידים ו 20 חומצות אמינו. ההיגיון הוא כדלקמן: האיחוד של שלושה נוקליאוטידים ידוע כ"שלישייה "והם קשורים לחומצת אמינו מסוימת.

מכיוון שיש אולי 64 שלישיות אפשריות (4 x 4 x 4 = 64), הקוד הגנטי הוא מיותר. כלומר, חומצת האמינו זהה מקודד על ידי יותר משלישייה אחת.

נוכחותו של הקוד הגנטי היא אוניברסלית ומשמשת את כל האורגניזמים החיים אשר חיים כיום בכדור הארץ. שימוש רחב זה הוא אחד ההומולוגיות המולקולריות המפתיעות ביותר של הטבע.

צימוד של חומצת אמינו כדי להעביר את RNA

לקודונים או לשלוש המצויים במולקולה של רנ"א של השליח אין יכולת לזהות ישירות חומצות אמינו. לעומת זאת, התרגום של רנ"א השליח תלוי במולקולה שמצליחה לזהות ולקשור את הקודון ואת חומצת האמינו. מולקולה זו היא העברת RNA.

העברת RNA יכול להיות מקופל לתוך מבנה תלת מימדי מורכב הדומה תלתן. במולקולה זו יש אזור הנקרא "אנטיקודון", שנוצרו על ידי שלושה נוקליאוטידים רצופים אשר זוג עם נוקליאוטידים משלימים רצופים של שרשרת RNA השליח.

כאמור בסעיף הקודם, הקוד הגנטי הוא מיותר, ולכן כמה חומצות אמינו יש יותר מ RNA העברת אחד.

זיהוי ו היתוך של חומצת אמינו נכונה כדי להעביר את RNA הוא תהליך מתווכת על ידי אנזים שנקרא synthetase aminoacyl-tRNA. אנזים זה אחראי על צימוד שתי המולקולות באמצעות קשר קוולנטי.

הודעת ה- RNA מפוענחת על ידי הריבוזומים

כדי ליצור חלבון, חומצות אמינו מקושרים יחד על ידי אג"ח פפטיד. תהליך קריאת שליח RNA וקישור של חומצות אמינו מסוימות מתרחשת הריבוזומים.

ריבוזומים הם קומפליקטים קטליטיים שנוצרו על ידי יותר מ -50 מולקולות חלבון וכמה סוגים של RNA ריבוזומלי. באורגניזמים אאוקריוטים, תא ממוצע מכיל, בממוצע, מיליוני ריבוזומים בסביבה הציטופלאסמית.

מבחינה מבנית, הריבוזום מורכב ממקטע גדול וממקטע קטן. הפונקציה של החלק הקטן היא להבטיח כי RNA העברת מותאמת כראוי עם RNA שליח, ואילו יחידת משנה גדולה מזרז את היווצרות הקשר פפטיד בין חומצות האמינו.

כאשר תהליך הסינתזה אינו פעיל, שתי יחידות משנה המרכיבים את הריבוזומים מופרדים. בתחילת הסינתזה, RNA השליח מחייב הן יחידות משנה, בדרך כלל ליד סוף 5 '..

בתהליך זה, התארכות של שרשרת פוליפפטיד מתרחשת על ידי תוספת של שאריות חומצת אמינו חדשה בשלבים הבאים: מחייב של העברת RNA, היווצרות של הקשר פפטיד, טרנסלוקציה של יחידות משנה. התוצאה של השלב האחרון היא התנועה של הריבוזום המלא והמחזור החדש מתחיל.

הארכת שרשרת פוליפפטיד

שלושה אתרים נבדלים בריבוזומים: אתרים E, P ו- A (ראה תמונה ראשית). תהליך ההארכה מתחיל כאשר כמה חומצות אמינו כבר קשורה קוולנטית ויש המולקולת RNA העברת באתר P.

העברת RNA כי בעל חומצת אמינו הבאה להיות משולב קשורה לאתר על ידי זיווג בסיס עם RNA שליח. לאחר מכן, החלק הטרמינלים של הפרביד של הפפטיד משוחרר מ RNA העברת P באתר, על ידי התמוטטות של אנרגיה גבוהה הקשר בין העברת RNA לבין חומצת אמינו שנושאת.

חומצת האמינו החופשית נקשרת לשרשרת, ונוצר קשר פפטיד חדש. התגובה המרכזית של כל התהליך הזה מתווכת על ידי האנזים peptidyl transferase, אשר נמצא במפלגה גדולה של הריבוזומים. לכן, הריבוזום נע דרך RNA שליח, לתרגם את הניב של חומצות אמינו לתוך חלבונים.

כמו בתעתיק, גורמים התארכות מעורבים גם בתרגום של חלבונים. אלמנטים אלה מגבירים את המהירות והיעילות של התהליך.

השלמת התרגום

תהליך התרגום מסתיים כאשר הריבוזום מוצא את קודון העצירה: UAA, UAG או UGA. אלה אינם מוכרים על ידי העברת כל RNA ולא לאגד כל חומצת אמינו.

בשלב זה, חלבונים הידועים כגורמי שחרור נקשרים לריבוזום ומייצרים קטליזה של מולקולת מים ולא חומצת אמינו. תגובה זו משחררת את סוף מסוף carboxyl. לבסוף, שרשרת הפפטידים משתחררת לציטופלסמה של התא.

הפניות

1. ברג JM, טימוצ'קו JL, Stryer L. (2002). ביוכימיה מהדורה 5. ניו יורק: פרימן.
2. קרטיס, ח ', ושנק, א' (2006). הזמנה לביולוגיה. אד פנמריקנה מדיקל.
3. דרנל, י ', לודש, ה' פ ', ובולטימור, ד' (1990). ביולוגיה תא מולקולרית. ניו יורק: ספרים מדעיים אמריקאים.
4. Hall, J. E. (2015). גויטון הול הספר של פיזיולוגיה רפואית הספר האלקטרוני. Elsevier מדעי הבריאות.
5. Lewin, B. (1993). גנים כרך 1. רוברט.
6. Lodish, H. (2005). ביולוגיה תאית ומולקולרית. אד פנמריקנה מדיקל.
7. Ramakrishnan, V. (2002). מבנה הריבוזום ומנגנון התרגום. תא, 108(4), 557-572.
8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). מבוא למיקרוביולוגיה. אד פנמריקנה מדיקל.
9. וילסון, ד 'נ', & קייט, ג 'יי ד' (2012). מבנה ותפקוד הריבוזום האיקריוטי. פרספקטיבות הקרה ספרינג הארבור בביולוגיה, 4(5), a011536.