Synteza etapów białkowych i ich charakterystyka



The synteza białek jest to wydarzenie biologiczne występujące praktycznie we wszystkich żywych istotach. Stale komórki pobierają informacje, które są przechowywane w DNA, a dzięki obecności bardzo złożonego specjalistycznego mechanizmu przekształcają je w cząsteczki białka.

Jednak czteroliterowy kod zaszyfrowany w DNA nie przekłada się bezpośrednio na białka. W procesie tym bierze udział cząsteczka RNA, która działa jako pośrednik, zwany informacyjnym RNA.

Gdy komórki potrzebują konkretnego białka, sekwencja nukleotydowa odpowiedniej części DNA jest kopiowana do RNA - w procesie zwanym transkrypcją - a to z kolei jest tłumaczone na dane białko.

Przepływ opisanych informacji (DNA do wiadomości RNA i RNA do białek) występuje od bardzo prostych istot, takich jak bakterie, do ludzi. Ta seria kroków została nazwana centralnym „dogmatem” biologii.

Mechanizmem odpowiedzialnym za białka syntezy są rybosomy. Te małe struktury komórkowe znajdują się w dużej proporcji w cytoplazmie i są zakotwiczone w retikulum endoplazmatycznym.

Indeks

  • 1 Czym są białka?
  • 2 Etapy i cechy charakterystyczne
    • 2.1 Transkrypcja: od DNA do informacyjnego RNA
    • 2.2 Łączenie informacyjnego RNA
    • 2.3 Rodzaje RNA
    • 2.4 Tłumaczenie: od informacyjnego RNA do białek
    • 2.5 Kod genetyczny
    • 2.6 Łączenie aminokwasu z przenoszącym RNA
    • 2.7 Komunikat RNA jest dekodowany przez rybosomy
    • 2.8 Wydłużenie łańcucha polipeptydowego
    • 2.9 Zakończenie tłumaczenia
  • 3 referencje

Czym są białka?

Białka są makrocząsteczkami utworzonymi z aminokwasów. Stanowią one prawie 80% protoplazmy całej odwodnionej komórki. Wszystkie białka tworzące organizm nazywane są „proteomem”.

Jego funkcje są różnorodne, od strukturalnych (kolagen) do transportu (hemoglobina), katalizatorów reakcji biochemicznych (enzymów), obrony przed patogenami (przeciwciała), między innymi.

Istnieje 20 rodzajów naturalnych aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi, które powodują powstawanie białek. Każdy aminokwas charakteryzuje się posiadaniem określonej grupy, która nadaje szczególne właściwości chemiczne i fizyczne.

Etapy i cechy charakterystyczne

Sposób, w jaki komórce udaje się zinterpretować komunikat DNA, zachodzi poprzez dwa podstawowe zdarzenia: transkrypcję i translację. Wiele kopii RNA, które zostały skopiowane z tego samego genu, jest w stanie zsyntetyzować znaczną liczbę identycznych cząsteczek białka.

Każdy gen ulega transkrypcji i translacji w różny sposób, umożliwiając komórce wytwarzanie różnych ilości szerokiej gamy białek. Proces ten obejmuje różne drogi regulacji komórkowej, które zazwyczaj obejmują kontrolę wytwarzania RNA.

Pierwszym krokiem, który musi wykonać komórka, aby rozpocząć produkcję białek, jest odczytanie komunikatu zapisanego na cząsteczce DNA. Ta cząsteczka jest uniwersalna i zawiera wszystkie informacje niezbędne do budowy i rozwoju istot organicznych.

Następnie opiszemy, jak zachodzi synteza białek, rozpoczynając proces „czytania” materiału genetycznego i kończąc na produkcji białek. per se.

Transkrypcja: od DNA do informacyjnego RNA

Wiadomość w podwójnej helisy DNA jest zapisana w czteroliterowym kodzie odpowiadającym zasadom adeniny (A), guaniny (G), cytozynie (C) i tyminie (T).

Ta sekwencja liter DNA jest używana do hartowania cząsteczki równoważnej RNA.

Zarówno DNA, jak i RNA są polimerami liniowymi utworzonymi przez nukleotydy. Różnią się jednak chemicznie w dwóch podstawowych aspektach: nukleotydy w RNA są rybonukleotydami, a zamiast zasady tyminy, RNA przedstawia uracyl (U), który łączy się z adeniną.

Proces transkrypcji rozpoczyna się od otwarcia podwójnej helisy w określonym regionie. Jeden z dwóch łańcuchów działa jako „szablon” lub temperament do syntezy RNA. Nukleotydy zostaną dodane zgodnie z zasadami parowania zasad, C z G i A z U.

Głównym enzymem zaangażowanym w transkrypcję jest polimeraza RNA. Odpowiada za katalizowanie tworzenia wiązań fosfodiestrowych, które łączą nukleotydy łańcucha. Łańcuch jest przedłużony w kierunku 5 'do 3'.

Wzrost cząsteczki obejmuje różne białka znane jako „czynniki wydłużające”, które są odpowiedzialne za utrzymanie wiązania polimerazy do końca procesu.

Łączenie informacyjnego RNA

W eukariotach geny mają specyficzną strukturę. Sekwencja jest przerywana przez elementy, które nie są częścią białka, zwane intronami. Termin ten jest przeciwny terminowi egzonu, który obejmuje części genu, które ulegną translacji na białka.

The łączenie jest to podstawowe wydarzenie, które polega na eliminacji intronów cząsteczki posłańca, aby wyrzucić cząsteczkę zbudowaną wyłącznie przez egzony. Produktem końcowym jest dojrzały informacyjny RNA. Fizycznie złożona i dynamiczna maszyna ma miejsce w śledzionie.

Oprócz splicingu, informacyjny RNA podlega dodatkowym kodowaniom przed translacją. Dodaje się „kaptur”, którego charakter chemiczny jest zmodyfikowanym nukleotydem guaninowym, a na końcu 5 'i ogonem kilku adeninów na drugim końcu.

Rodzaje RNA

W komórce wytwarzane są różne typy RNA. Niektóre geny w komórce wytwarzają cząsteczkę informacyjnego RNA, która jest tłumaczona na białko - jak zobaczymy później. Istnieją jednak geny, których końcowym produktem jest sama cząsteczka RNA.

Na przykład w genomie drożdży około 10% genów tego grzyba ma cząsteczki RNA jako produkt końcowy. Ważne jest, aby o nich wspomnieć, ponieważ cząsteczki te odgrywają zasadniczą rolę w syntezie białek.

- RNA rybosomalny: RNA rybosomalny jest częścią serca rybosomów, kluczowych struktur do syntezy białek.

Przetwarzanie rybosomalnych RNA i ich późniejsze składanie w rybosomy zachodzi w bardzo widocznej strukturze jądra - chociaż nie jest ograniczone przez błonę - zwaną jąderkiem.

- Przenieś RNA: Działa jako adapter, który wybiera konkretny aminokwas i wraz z rybosomem włączają resztę aminokwasową do białka. Każdy aminokwas jest powiązany z przeniesioną cząsteczką RNA.

W eukariotach istnieją trzy typy polimeraz, które, chociaż strukturalnie bardzo do siebie podobne, odgrywają różne role.

Polimeraza RNA I i III transkrybuje geny kodujące transfer RNA, rybosomalny RNA i niektóre małe RNA. Polimeraza RNA II skupia się na translacji genów kodujących białka.

- Małe RNA związane z regulacją: oInne RNA o krótkiej długości uczestniczą w regulacji ekspresji genów. Wśród nich są mikroRNA i małe interferujące RNA.

MikroRNA regulują ekspresję, blokując konkretny komunikat, a małe zakłócenia wyłączają ekspresję poprzez bezpośrednią degradację posłańca. Podobnie są małe jądrowe RNA, które uczestniczą w procesie łączenie informacyjnego RNA.

Tłumaczenie: od informacyjnego RNA do białek

Kiedy tylko informacyjny RNA dojrzeje w procesie łączenie i przemieszcza się od jądra do cytoplazmy komórkowej, rozpoczyna się synteza białek. W eksporcie pośredniczy kompleks porów jądrowych - seria kanałów wodnych zlokalizowanych w błonie jądra, która bezpośrednio łączy cytoplazmę i nukleoplazmę.

W życiu codziennym używamy terminu „tłumaczenie” w odniesieniu do konwersji słów z jednego języka na inny.

Na przykład możemy przetłumaczyć książkę z angielskiego na hiszpański. Na poziomie molekularnym translacja obejmuje zmianę języka z RNA na białko. Dokładniej mówiąc, jest to zmiana nukleotydów na aminokwasy. Ale w jaki sposób zachodzi ta zmiana dialektu??

Kod genetyczny

Sekwencja nukleotydowa genu może zostać przekształcona w białka zgodnie z zasadami ustalonymi przez kod genetyczny. Zostało to rozszyfrowane na początku lat 60-tych.

Jak czytelnik będzie mógł wydedukować, tłumaczenie nie może być jedno lub jedno, ponieważ są tylko 4 nukleotydy i 20 aminokwasów. Logika jest następująca: związek trzech nukleotydów jest znany jako „trojaczki” i są one związane z konkretnym aminokwasem.

Ponieważ mogą istnieć 64 możliwe tryplety (4 x 4 x 4 = 64), kod genetyczny jest zbędny. Oznacza to, że ten sam aminokwas jest kodowany przez więcej niż jeden tryplet.

Obecność kodu genetycznego jest uniwersalna i jest używana przez wszystkie żywe organizmy, które obecnie zamieszkują ziemię. To bardzo szerokie zastosowanie jest jedną z najbardziej zaskakujących molekularnych homologii natury.

Sprzęganie aminokwasu z przenoszącym RNA

Kodony lub tryplety, które znajdują się w cząsteczce informacyjnego RNA, nie mają zdolności do bezpośredniego rozpoznawania aminokwasów. Natomiast translacja informacyjnego RNA zależy od cząsteczki, która potrafi rozpoznać i związać kodon i aminokwas. Ta cząsteczka jest RNA przenoszącym.

Przenoszone RNA można złożyć w złożoną trójwymiarową strukturę, która przypomina koniczynę. W tej cząsteczce znajduje się region zwany „antykodem”, utworzony przez trzy kolejne nukleotydy, które parują się z kolejnymi komplementarnymi nukleotydami łańcucha informacyjnego RNA.

Jak wspomniano w poprzedniej części, kod genetyczny jest zbędny, więc niektóre aminokwasy mają więcej niż jeden transferowy RNA.

Wykrywanie i fuzja właściwego aminokwasu z przenoszonym RNA jest procesem, w którym pośredniczy enzym zwany syntetazą aminoacylo-tRNA. Enzym ten jest odpowiedzialny za sprzęganie obu cząsteczek poprzez wiązanie kowalencyjne.

Komunikat RNA jest dekodowany przez rybosomy

Aby utworzyć białko, aminokwasy są połączone ze sobą wiązaniami peptydowymi. Proces czytania informacyjnego RNA i wiązania określonych aminokwasów zachodzi w rybosomach.

Rybosomy są kompleksami katalitycznymi utworzonymi przez ponad 50 cząsteczek białka i kilka rodzajów rybosomalnego RNA. W organizmach eukariotycznych przeciętna komórka zawiera średnio miliony rybosomów w środowisku cytoplazmatycznym.

Strukturalnie rybosom składa się z dużej podjednostki i małej podjednostki. Funkcją małej części jest zapewnienie, że przenoszony RNA jest prawidłowo sparowany z informacyjnym RNA, podczas gdy duża podjednostka katalizuje tworzenie wiązania peptydowego między aminokwasami.

Gdy proces syntezy nie jest aktywny, dwie podjednostki tworzące rybosomy są rozdzielane. Na początku syntezy informacyjny RNA wiąże obie podjednostki, zwykle w pobliżu końca 5 '..

W tym procesie wydłużanie łańcucha polipeptydowego następuje przez dodanie nowej reszty aminokwasowej w następujących etapach: wiązanie przenoszonego RNA, tworzenie wiązania peptydowego, translokacja podjednostek. Rezultatem tego ostatniego kroku jest ruch całego rybosomu i rozpoczyna się nowy cykl.

Wydłużenie łańcucha polipeptydowego

W rybosomach wyróżniono trzy miejsca: miejsca E, P i A (patrz główny obraz). Proces wydłużania rozpoczyna się, gdy niektóre aminokwasy są już związane kowalencyjnie i w miejscu P jest przeniesiona cząsteczka RNA.

Przenoszone RNA, które zawiera następny aminokwas, który ma być włączony, wiąże się z miejscem A przez parowanie zasad z informacyjnym RNA. Następnie karboksylowa końcowa część peptydu jest uwalniana z przenoszonego RNA w miejscu P, przez rozpad wiązania wysokoenergetycznego między przenoszącym RNA a aminokwasem, który niesie.

Wolny aminokwas wiąże się z łańcuchem i powstaje nowe wiązanie peptydowe. W centralnej reakcji tego całego procesu pośredniczy enzym transferazy peptydylowej, który znajduje się w dużej podjednostce rybosomów. Zatem rybosom przemieszcza się przez informacyjny RNA, tłumacząc dialekt aminokwasów na białka.

Podobnie jak w transkrypcji, czynniki wydłużające są również zaangażowane w translację białek. Te elementy zwiększają szybkość i wydajność procesu.

Zakończenie tłumaczenia

Proces translacji kończy się, gdy rybosom znajduje kodony stop: UAA, UAG lub UGA. Nie są one rozpoznawane przez żaden transfer RNA i nie wiążą żadnego aminokwasu.

W tym czasie białka znane jako czynniki uwalniające wiążą się z rybosomem i wytwarzają katalizę cząsteczki wody, a nie aminokwasu. Ta reakcja uwalnia koniec karboksylowy. Wreszcie łańcuch peptydowy jest uwalniany do cytoplazmy komórkowej.

Referencje

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemia 5. edycja. Nowy Jork: W H Freeman.
  2. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie do biologii. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., i Baltimore, D. (1990). Biologia komórek molekularnych. Nowy Jork: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton and Hall podręcznik fizjologii medycznej e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geny Tom 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Biologia komórkowa i molekularna. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura rybosomu i mechanizm translacji. Komórka, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R. i Case, C. L. (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., i Cate, J. H. D. (2012). Struktura i funkcja rybosomu eukariotycznego. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, 4(5), a011536.