Syntese af proteinstrin og deres egenskaber



den proteinsyntese det er en biologisk begivenhed, der forekommer næsten i alle levende væsener. Konstant tager cellerne de oplysninger, der er lagret i DNA'et, og som følge af tilstedeværelsen af ​​meget komplekse specialiserede maskiner, omdannes det til proteinmolekyler.

4-bogstavskoden, der krypteres i DNA'et, oversætter imidlertid ikke direkte til proteiner. I processen er der involveret et RNA-molekyle, der fungerer som en mellemmand, kaldet messenger RNA.

Når cellerne har brug for et bestemt protein, kopieres nukleotidsekvensen af ​​en passende del i DNA'et til RNA - i en proces kaldet transkription - og dette til gengæld oversættes til det pågældende protein.

Informationsstrømmen (DNA til messenger RNA og RNA-besked til proteiner) forekommer fra meget enkle væsener som bakterier til mennesker. Denne serie af trin er blevet kaldt det centrale "dogma" af biologi.

Maskinerne, der er ansvarlige for synteseproteinerne, er ribosomer. Disse små cellulære strukturer findes i stor andel i cytoplasma og forankret til det endoplasmatiske retikulum.

indeks

  • 1 Hvad er proteiner?
  • 2 trin og egenskaber
    • 2.1 Transskription: Fra DNA til messenger RNA
    • 2.2 Splejsning af messenger RNA
    • 2.3 Typer af RNA
    • 2.4 Oversættelse: fra messenger RNA til proteiner
    • 2.5 Den genetiske kode
    • 2.6 Kobling af aminosyren til transfer RNA
    • 2.7 RNA-meddelelsen dekodes af ribosomerne
    • 2.8 Forlængelse af polypeptidkæden
    • 2.9 Afslutning af oversættelsen
  • 3 referencer

Hvad er proteiner?

Proteiner er makromolekyler dannet af aminosyrer. Disse udgør næsten 80% af protoplasmaet af en hel dehydreret celle. Alle proteiner, der udgør en organisme, kaldes "proteom".

Dens funktioner er flere og varierede, fra strukturelle roller (kollagen) til transport (hæmoglobin), katalysatorer af biokemiske reaktioner (enzymer), forsvar mod patogener (antistoffer), blandt andre.

Der er 20 typer naturlige aminosyrer, der kombineres med peptidbindinger for at give anledning til proteiner. Hver aminosyre er karakteriseret ved at have en særlig gruppe, der giver særlige kemiske og fysiske egenskaber.

Stadier og egenskaber

Den måde, hvorpå cellen formår at fortolke DNA-meddelelsen, sker via to grundlæggende begivenheder: transkription og oversættelse. Mange RNA-kopier, som er kopieret fra det samme gen, er i stand til at syntetisere et betydeligt antal identiske proteinmolekyler.

Hvert gen transskriberes og transleres forskelligt, hvilket gør det muligt for cellen at producere varierende mængder af et bredt udvalg af proteiner. Denne proces involverer forskellige veje til cellulær regulering, som generelt indbefatter kontrollen i produktionen af ​​RNA.

Det første skridt, cellen skal gøre for at starte produktionen af ​​proteiner, er at læse meddelelsen skrevet på DNA-molekylet. Dette molekyle er universelt og indeholder alle de oplysninger, der er nødvendige for opbygning og udvikling af økologiske væsener.

Derefter vil vi beskrive, hvordan proteinsyntese opstår, begyndende processen med at "læse" det genetiske materiale og slutte med produktion af proteiner. i sig selv.

Transskription: fra DNA til messenger RNA

Meddelelsen i DNA-dobbelt helix er skrevet i en firebogstavskode svarende til baserne adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T).

Denne sekvens af DNA-bogstaver anvendes til at temperere et RNA-ækvivalent molekyle.

Både DNA og RNA er lineære polymerer dannet af nucleotider. Imidlertid afviger de kemisk i to grundlæggende aspekter: nukleotiderne i RNA'et er ribonukleotider, og i stedet for thyminbasen præsenterer RNA uracilet (U), hvilke par med adeninet.

Transkriptionsprocessen begynder med åbningen af ​​dobbelthelixen i en bestemt region. En af de to kæder virker som en "skabelon" eller et temperament for RNA-syntese. Nukleotiderne vil blive tilføjet efter reglerne for basisparring, C med G og A med U.

Det primære enzym involveret i transkription er RNA-polymerase. Det er ansvarligt for katalysering af dannelsen af ​​phosphodiesterbindinger, som forbinder nucleotiderne i kæden. Kæden forlænges i 5'- til 3'-retningen.

Væksten i molekylet involverer forskellige proteiner kendt som "forlængelsesfaktorer", der er ansvarlige for at opretholde polymeras binding indtil afslutningen af ​​processen.

Splejsning af messenger RNA

I eukaryoter har gener en specifik struktur. Sekvensen afbrydes af elementer, der ikke er en del af proteinet, kaldet introner. Udtrykket er i modsætning til ekson, som omfatter de dele af genet, som vil blive omdannet til proteiner.

den splejsning Det er en fundamental begivenhed, der består i at fjerne messengermolekylets introner, at kaste ud et molekyle, der udelukkende er bygget af exoner. Slutproduktet er den modne messenger RNA. Fysisk sker et komplekst og dynamisk maskineri i spleenosomet.

Udover splejsning undergår messenger-RNA yderligere kodninger, inden de oversættes. En "hætte" tilsættes, hvis kemiske natur er et modificeret guaninukleotid, og ved 5'-enden og en hale af adskillige adeniner i den anden ende.

Typer af RNA

I cellen produceres forskellige typer af RNA. Nogle gener i cellen producerer et molekyle af messenger RNA, og dette er omdannet til protein - som vi vil se senere. Der er imidlertid gener, hvis slutprodukt er selve RNA-molekylet.

For eksempel i gærgenomet har omkring 10% af generne af denne svamp RNA-molekyler som deres endelige produkt. Det er vigtigt at nævne dem, da disse molekyler spiller en afgørende rolle, når det gælder proteinsyntese.

- Ribosomal RNA: ribosomalt RNA er en del af hjertet af ribosomer, nøglestrukturer til syntese af proteiner.

Behandlingen af ​​ribosomale RNA'er og deres efterfølgende samling i ribosomer forekommer i en meget iøjnefaldende struktur af kernen - selv om den ikke er afgrænset af en membran kaldet en nucleolus.

- Overfør RNA: Det virker som en adapter, der vælger en specifik aminosyre, og sammen med ribosomet inkorporerer de aminosyreresten i proteinet. Hver aminosyre er relateret til et transfer RNA-molekyle.

I eukaryoter er der tre typer polymeraser, der, selv om de er strukturelt meget ens i forhold til hinanden, spiller forskellige roller.

RNA-polymerase I og III transkriberer de gener, der koder for overførings-RNA, ribosomalt RNA og nogle små RNA'er. RNA polymerase II fokuserer på oversættelsen af ​​gener, der koder for proteiner.

- Små RNA relateret til regulering: oAndre korte længde-RNA'er deltager i reguleringen af ​​genekspression. Blandt dem er mikroRNA'er og små interfererende RNA'er.

MikroRNA'erne regulerer udtrykket ved at blokere en specifik besked, og de små forstyrrelser slukker udtrykket ved hjælp af den direkte nedbrydning af messengeren. Tilsvarende er der små nukleare RNA'er, der deltager i processen med splejsning af messenger RNA.

Oversættelse: fra messenger RNA til proteiner

Når messenger RNA modnes gennem processen af splejsning og det rejser fra kernen til den cellulære cytoplasma, begynder syntesen af ​​proteiner. Denne eksport er formidlet af kernekernekomplekset - en række vandige kanaler placeret i membranen af ​​kernen, som direkte forbinder cytoplasma og nukleoplasma.

I hverdagen bruger vi udtrykket "oversættelse" til at omdanne ord fra et sprog til et andet.

For eksempel kan vi oversætte en bog fra engelsk til spansk. På molekylær niveau involverer oversættelse sprogskiftet fra RNA til protein. For at være mere præcis er det nukleotidernes ændring til aminosyrer. Men hvordan opstår dialektændringen??

Den genetiske kode

Nukleotidsekvensen af ​​et gen kan transformeres til proteiner efter regler fastsat af den genetiske kode. Dette blev dechiffreret i begyndelsen af ​​60'erne.

Som læseren vil kunne afgøre, kan oversættelsen ikke være en eller en, da der kun er 4 nukleotider og 20 aminosyrer. Logikken er følgende: Foreningen af ​​tre nukleotider er kendt som "tripletter", og de er forbundet med en bestemt aminosyre.

Da der kan være 64 mulige tripletter (4 x 4 x 4 = 64), er den genetiske kode overflødig. Det vil sige, den samme aminosyre er kodet af mere end en triplet.

Tilstedeværelsen af ​​den genetiske kode er universel og anvendes af alle levende organismer, som i dag beboer jorden. Denne meget brede anvendelse er en af ​​de mest overraskende molekylære homologier i naturen.

Kobling af aminosyren til transfer RNA

De codoner eller tripletter, der findes i messenger RNA-molekylet, har ikke evnen til direkte at genkende aminosyrer. I modsætning hertil afhænger oversættelsen af ​​messenger RNA af et molekyle, som formår at genkende og binde codon og aminosyre. Dette molekyle er overførsels-RNA'et.

Overførsels-RNA'et kan foldes ind i en kompleks tredimensionel struktur, der ligner en kløver. I dette molekyle er der en region kaldet "anticodon", dannet af tre på hinanden følgende nukleotider, der parrer med de på hinanden følgende komplementære nukleotider af messenger-RNA-kæden.

Som nævnt i det foregående afsnit er den genetiske kode overflødig, så nogle aminosyrer har mere end et overførsels-RNA.

Påvisningen og fusionen af ​​den korrekte aminosyre til overførsels-RNA'et er en proces medieret af et enzym kaldet aminoacyl-tRNA-syntetase. Dette enzym er ansvarligt for kobling af begge molekyler gennem en kovalent binding.

RNA-meddelelsen dekodes af ribosomerne

For at danne et protein er aminosyrer forbundet sammen med peptidbindinger. Processen med at læse messenger-RNA og binding af specifikke aminosyrer forekommer i ribosomer.

Ribosomer er katalytiske komplekser dannet med mere end 50 proteinmolekyler og forskellige typer af ribosomalt RNA. I eukaryoter, en gennemsnitlig celle indeholder i gennemsnit million ribosomer i den cytoplasmatiske miljø.

Strukturelt består et ribosom af en stor underenhed og en lille underenhed. Funktionen af ​​den lille del er at sikre, at overførsels-RNA'et er korrekt parret med messenger-RNA'et, medens den store underenhed katalyserer dannelsen af ​​peptidbinding mellem aminosyrerne.

Når synteseprocessen ikke er aktiv, separeres de to underenheder, der danner ribosomerne. Ved starten af ​​syntesen binder messenger RNA begge underenheder, sædvanligvis nær 5'-enden..

I denne proces, polypeptidkæden forlængelse sker ved tilsætning af en ny aminosyrerest i følgende trin: binding af transfer-RNA, peptidbindingsdannelse, translokation af underenhederne. Resultatet af dette sidste trin er bevægelsen af ​​hele ribosom og starte en ny cyklus.

Forlængelse af polypeptidkæden

Webstedet E, P og A (se hovedbilledet): ribosomer i tre sites er fornem. Forlængelsen begynder, når visse aminosyrer er blevet bundet covalent og er en transfer-RNA-molekyle på stedet P.

Transfer RNA med den næste aminosyre, der skal inkorporeres det binder sig til stedet A ved baseparring med mRNA. Derefter carboxylterminaldelen af ​​peptidet frigjort fra transfer-RNA ved stedet P, ved brud af en højenergi-binding mellem transfer-RNA og aminosyre bærende.

Den frie aminosyre er fastgjort til kæden, og en ny peptidbinding dannes. Den centrale reaktion af denne proces medieres af peptidyltransferasefunktion enzym, placeret i den store underenhed af ribosomet. ribosomet bevæger sig således langs messenger-RNA, oversætte den dialekt af aminosyrer til proteiner.

Som ved transkription er også trækfaktorer involveret under translation af proteiner. Disse elementer øger hastigheden og effektiviteten af ​​processen.

Afslutning af oversættelsen

Oversættelsesprocessen afsluttes, når ribosomet finder stopkodonerne: UAA, UAG eller UGA. Disse genkendes ikke af nogen overførsels-RNA og binder ikke nogen aminosyre.

På dette tidspunkt binder proteiner kendt som frigivelsesfaktorer til ribosomet og frembringer katalysen af ​​et vandmolekyle og ikke en aminosyre. Denne reaktion frigiver carboxylterminalen. Endelig frigives peptidkæden i celle-cytoplasma.

referencer

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemi. 5. udgave. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitation til biologi. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., og Baltimore, D. (1990). Molekylcellebiologi. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton og Hall lærebog af medicinsk fysiologi e-bog. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gener. Bind 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosom struktur og mekanismen for oversættelse. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, B.R., og Case, C.L. (2007). Introduktion til mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J.H.D. (2012). Strukturen og funktionen af ​​det eukaryote ribosom. Cold Spring Harbor perspektiver i biologi, 4(5), a011536.