Galvenā proteīnu biosintēzes vieta. Olbaltumvielu biosintēzes stadijas

Olbaltumvielu sintēze ir ļoti svarīgs process. Tas ir tas, kurš palīdz mūsu ķermenim augt un attīstīties. Tas ietver daudzas šūnu struktūras. Galu galā vispirms mums ir jāsaprot, ko tieši mēs gatavojamies sintezēt.

Kādu olbaltumvielu vajadzētu uzbūvēt pašlaik - jo tas ir atbildīgi fermentus. Viņi saņem signālus no šūnas par olbaltumvielu nepieciešamību, pēc kura sintēze sākas.

Kur ir olbaltumvielu sintēze

Jebkurā šūnā proteīnu biosintēzes pamatvieta ir ribosoms. Tas ir liels makromolekuls ar kompleksu asimetrisku struktūru. Tas sastāv no RNS (ribonukleīnskābēm) un olbaltumvielām. Ribosomu var novietot atsevišķi. Bet visbiežāk tie tiek apvienoti ar EPS, kas veicina turpmāku olbaltumvielu šķirošanu un transportēšanu. Ja ribosomas atrodas endoplasma retikulā , to sauc par neapstrādātu EPS. Ja tulkojums ir intensīvs, viens vai vairāki ribosomas vienā laikā var pārvietot vienu matricu. Viņi iet viens pēc otra un netraucē citiem organelliem.

Kas nepieciešams olbaltumvielu sintēzi

Lai turpinātu procesu, ir vajadzīgi visi proteīna sintezēšanas sistēmas galvenie komponenti:

1. Programma, kas nosaka ķēdē esošo aminoskābju atlikumu secību, proti, mRNS, kas pārnes šo informāciju no DNS uz ribosomas.
2. Aminoskābes materiāls, no kura tiks uzcelta jauna molekula.
3. TRNS, kas nodrošina katru aminoskābi ribosomā, piedalīsies ģenētiskā koda atšifrēšanā.
4. Aminoacil-tRNS synthetase.
5. Ribosomas ir galvenā olbaltumvielu biosintēzes vieta .
6. Enerģija.
7. Magnija joni.
8. Olbaltumvielu faktori (katram atsevišķam posmam).

Tagad mēs izskatīsim katru no tiem detalizētāk un uzzināsim, kā tiek veidoti proteīni. Biosintēzes mehānisms ir ļoti interesants, visas sastāvdaļas darbojas neparasti labi.

Sintēzes programma, matricas meklēšana

Visa informācija par to, kādi proteīni var veidot mūsu ķermeni, ir ietverta DNS. Deoksiribonukleīnskābe kalpo, lai saglabātu ģenētisko informāciju. Tas ir droši iesaiņots hromosomās un atrodas kodolā (ja tas ir eikariotu gadījumā) vai pludiņiem citoplazmā (prokariotā).

Pēc DNS izpēte un tās ģenētiskās lomas atzīšanas kļuva skaidrs, ka tā nav tieša tulkošanas matrica. Novērojumi noveda pie pieņēmuma, ka RNS ir saistīta ar olbaltumvielu sintēzi. Zinātnieki nolēma, ka tai vajadzētu būt starpniekam, pārnest informāciju no DNS uz ribosomas, kalpot par matricu.

Tajā pašā laikā atklājās ribosomas, to RNS veido lielāko daļu šūnu ribonukleīnskābes. Lai pārbaudītu, vai tā ir olbaltumvielu sintēzes matrica, AN Belozersky un AS Spirins 1956.-1957. Gadā. Veica salīdzinošu analīzi par nukleīnskābju sastāvu daudzos mikroorganismos.

Tika pieņemts, ka, ja ideja par "DNS-rRNS-proteīna" shēmu ir pareiza, tad kopējā RNS sastāvs mainīsies tāpat kā DNS. Bet, neskatoties uz lielajām dezoksiribonukleīnskābju atšķirībām dažādās sugās, kopējā ribonukleīnskābes sastāvs bija līdzīgs visām pārbaudītajām baktērijām. Tādējādi zinātnieki secināja, ka pamata šūnu RNS (t.i., ribosomāls) nav tiešs starpnieks starp ģenētiskās informācijas nesēju un olbaltumvielu.

MRNS atklāšana

Vēlāk tika konstatēts, ka neliela daļa RNS atkārto DNS sastāvu un var kalpot kā starpnieks. 1956. gadā E.Volkins un F.Astračans pētīja RNS sintēzi baktērijās, kuras bija inficētas ar bakteriofāgu T2. Pēc tam, kad viņš iekrita būrī, viņa pārcēlās uz fāzes olbaltumvielu sintēzi. Tomēr lielākā daļa RNS nemainījās. Bet šūnā sākās nelielas metabolisma nestabilās RNS daļas sintēze, nukleotīdu sekvence, kas bija līdzīga fāgas DNS sastāvam.

1961. gadā šī nelielā ribonukleīnskābes daļa tika izolēta no kopējās RNS masas. Pierādījums par tās starpnieka funkciju tika iegūts no eksperimentiem. Pēc šūnu inficēšanas ar fāgu T4 tika izveidota jauna mRNS. Tas saistīts ar vecajām saimniekorganisma ribosomām (pēc infekcijas nav konstatētas jaunas ribosomas), kas sāka fāzu olbaltumvielu sintezēšanu. Šī "DNS-veida RNS" papildināja vienu no DNS fāgas ķēdēm.

1961. gadā F. Jacobs un J. Mono izteica domu, ka šī RNS pārraida informāciju no gēniem uz ribosomas un ir matrica aminoskābju secīgai noformēšanai proteīnu sintēzes procesā.

Informācijas pārnešana uz olbaltumvielu sintēzes vietu tiek apstrādāta ar mRNS. Informācijas no DNS nolasīšanas process un matrices RNS izveidošana tiek saukta par transkripciju. Pēc tam RNS tiek veiktas vairākas papildu izmaiņas, to sauc par "apstrādi". Tās laikā atsevišķas zonas var izgriezt no matricas ribonukleīnskābes. Papildu mRNS iet uz ribosomām.

Būvmateriāls proteīniem: aminoskābes

Kopumā ir 20 aminoskābes, dažas no tām ir neaizvietojamas, tas ir, to ķermenis nevar sintezēt. Ja kādai skābei būrī nepietiek, tas var izraisīt apraides palēnināšanos vai pat procesa pilnīgu izslēgšanu. Katras aminoskābes klātbūtne pietiekamā daudzumā ir galvenā prasība pareizai olbaltumvielu biosintēzei.

Vispārīga informācija par aminoskābēm zinātnieki saņēma XIX gadsimtā. Tad 1820. gadā tika izdalītas pirmās divas aminoskābes - glicīns un lejcīns.

Minēto monomēru secība olbaltumvielās (tā saucamā primārā struktūra) pilnībā nosaka tā nākamos organizācijas līmeņus un tātad arī tā fizikālās un ķīmiskās īpašības.

Aminoskābju transportēšana: tRNS un aa-tRNS sintetāze

Bet aminoskābes nevar veidot sevi proteīnu ķēdē. Lai tie iekļūtu olbaltumvielu biosintēzes galvenajā vietā, ir nepieciešams transportēt RNS.

Katra aa-tRNS sintetāze atpazīst tikai savu aminoskābi un tikai to tRNS, pie kuras tā jāpiestiprina. Izrādās, ka šajā fermentu ģimenē ir iekļautas 20 sintēzes šķirnes. Joprojām paliek tikai teikt, ka aminoskābes pievienojas tRNS, precīzāk, tās hidroksilu akceptora "astei". Katrai skābei jābūt savai transporta RNS. Tam sekos aminoacil-tRNS sintetāze. Tas ne tikai salīdzina aminoskābes ar pareizu transportu, bet arī regulē estera saišu veidošanās reakciju.

Pēc veiksmīgas reakcijas proteīnu sintēzes vietā tiek novērota tRNS piesaistīšana. Tas slēdz sagatavošanas procesus un sāk raidījumu. Apsvērsim olbaltumvielu biosintēzes pamatelementus :

• Uzsākšana;
• Pagarinājums;
• Izbeigšana

Sintēzes stadijas: uzsākšana

Kā darbojas olbaltumvielu biosintēze un regulēšana? Zinātnieki jau ilgu laiku mēģina uzzināt. Tika izvirzītas daudzas hipotēzes, taču, jo mūsdienīgāka ierīce kļuva, jo labāk mēs sākām saprast tulkošanas principus.

Ribosoms - galvenā olbaltumvielu biosintēzes vieta - sāk izlasīt mRNS no punkta, kurā tās daļa sāk kodēt polipeptīda ķēdi. Šis punkts atrodas noteiktā attālumā no matricas RNS izcelsmes. Ribosomam ir jānoskaidro punkts mRNA, no kura sākas lasījums, un pieslēdzas tam.

Uzsākšana ir notikumu komplekss, kas nodrošina raidījuma sākumu. Tas ietver proteīnus (ierosināšanas faktorus), tRNS ierosinātāju un īpašu iniciatora kodonu. Šajā stadijā neliela ribosomas subvienība saistās ar starojuma proteīniem. Viņi neļauj viņai sazināties ar lielo apakšvienību. Bet tie ļauj savienot ar iniciatoru tRNA un GTP.

Tad šis komplekss "sēž" uz mRNS, tieši tajā vietā, ko atzīst viens no sākuma faktoriem. Kļūdas nevar izdarīt, un ribosoms sāk ceļojumu pa matricas RNS, lasot tā kodonus.

Kad komplekss sasniedz sākuma kodonu (AUC), apakšvienība pārstāj kustēties un, izmantojot citu proteīna faktoru palīdzību, saistās ar lielo ribosomas subvienību.

Sintēzes stadijas: pagarinājums

MRNA nolasījums ietver olbaltumvielu ķēdes secīgu sintēzi ar polipeptīdu. Tas notiek, pievienojot vienu aminoskābes atlikumu pēc otra uz molekulu, kas tiek būvēta.

Katram jaunam aminoskābes atlikumam pievieno peptīda karboksilgrupu, C-terminālis aug.

Sintēzes fāzes: izbeigšana

Kad ribosoms sasniedz veidņu RNS izbeigšanas kodonu, polipeptīda ķēdes sintēze tiek pārtraukta. Tās klātbūtnē organelli nevar pieņemt tRNS. Tā vietā spēlē notiek izbeigšanas faktori. Viņi atbrīvo gatavo proteīnu no pārtrauktās ribosomas.

Pēc tulkojuma izbeigšanās ribosomu var vai nu nolaisties no mRNS, vai turpināt slīdēt pa to, nevis tulkot.

Novērot ribosomu ar jaunu ierosinātāja kodonu (tajā pašā ķēdē kustības turpināšanas laikā vai ar jaunu mRNS) novedīs pie jauna ierosinājuma.

Kad galīgā molekula atstāj galveno olbaltumvielu biosintēzes vietu, tā tiek marķēta un nosūta uz galamērķi. Kādas funkcijas tā veiks, ir atkarīgs no tā struktūras.

Procesu vadība

Atkarībā no viņu vajadzībām šūna neatkarīgi kontrolē raidījumu. Olbaltumvielu biosintēzes regulēšana ir ļoti svarīga funkcija. To var īstenot dažādos veidos.

Ja šūnai nav nepieciešams savienojums, tas pārtrauks RNS biosintēzi - proteīnu biosintēze arī vairs nenotiek. Galu galā, bez matricas, viss process nedarbosies. Un vecā mRNA strauji samazinās.

Pastāv vēl viens olbaltumvielu biosintēzes regulējums: šūnas veido enzīmus, kas traucē ierosināšanas posma gaitu. Tie traucē tulkošanu, pat ja ir pieejama lasīšanas matrica.

Otra metode ir nepieciešama gadījumā, ja olbaltumvielu sintēze ir jāizslēdz tieši tagad. Pirmā metode liek turpināt lēnu tulkošanu kādu laiku pēc mRNS sintēzes pārtraukšanas.

Šūna ir ļoti sarežģīta sistēma, kurā visu uztur molekulas līdzsvaru un precīzu darbu. Ir svarīgi zināt katra procesa, kas notiek šūnā, principus. Lai mēs labāk izprastu, kas notiek audos un ķermenī kopumā.