Az élet fehérjemolekulák létezésének folyamata. Sok tudós fogalmaz így, akik meg vannak győződve arról, hogy a fehérje minden élőlény alapja. Ezek az ítéletek teljesen helytállóak, mert a sejtben ezeknek az anyagoknak van a legtöbb alapvető funkciója. Az összes többi szerves vegyület energiaszubsztrátot tölt be, és ismét energiára van szükség a fehérjemolekulák szintéziséhez.
A szervezet fehérjeszintetizáló képessége
Nem minden létező organizmus képes fehérjéket szintetizálni egy sejtben. A vírusok és bizonyos típusú baktériumok nem tudnak fehérjéket képezni, ezért paraziták, és a szükséges anyagokat a gazdasejttől kapják. Más organizmusok, beleértve a prokarióta sejteket is, képesek fehérjék szintetizálására. Minden emberi, állati, növényi, gombás sejt, szinte minden baktérium és protiszta fehérje bioszintézis képességéből él. Ez szükséges a szerkezetformáló, védő, receptor, transzport és egyéb funkciók megvalósításához.
Színpadi válaszfehérje bioszintézis
Egy fehérje szerkezetét nukleinsav (DNS vagy RNS) kódolja kodonok formájában. Ez egy örökletes információ, amely minden alkalommal reprodukálódik, amikor egy sejtnek új fehérjeanyagra van szüksége. A bioszintézis kezdete az információ átadása a sejtmagnak egy új, már adott tulajdonságokkal rendelkező fehérje szintetizálásának szükségességéről.
Erre válaszul a nukleinsav egy részét despiralizálják, ahol a szerkezete kódolva van. Ezt a helyet a hírvivő RNS megkettőzi, és átkerül a riboszómákba. Ők felelősek egy mátrix - hírvivő RNS-en alapuló polipeptidlánc felépítéséért. Röviden a bioszintézis összes szakaszát a következőképpen mutatjuk be:
- transzkripció (a DNS-szakasz megkettőzésének szakasza a kódolt fehérjeszerkezettel);
- feldolgozás (a hírvivő RNS képződése);
- transzláció (fehérjeszintézis sejtben hírvivő RNS alapján);
- poszt-transzlációs módosítás (a polipeptid "érése", háromdimenziós szerkezetének kialakulása).
Nukleinsav-transzkripció
A sejtben az összes fehérjeszintézist a riboszómák végzik, a molekulákkal kapcsolatos információkat pedig a nukleinsav (RNS vagy DNS) tartalmazza. A génekben található: minden gén egy meghatározott fehérje. A gének információkat tartalmaznak egy új fehérje aminosav-szekvenciájáról. DNS esetén a genetikai kód eltávolítása a következőképpen történik:
- megkezdődik a nukleinsav hely felszabadulása a hisztonokból, despiralizáció következik be;
- DNS polimerázmegduplázza a fehérjegént tároló DNS-szakaszt;
- A kettős szakasz a hírvivő RNS prekurzora, amelyet enzimek dolgoznak fel a nem kódoló inszertek eltávolítására (az mRNS szintézis ennek alapján történik).
A pro-információs RNS alapján mRNS szintetizálódik. Ez már egy mátrix, amely után a fehérjeszintézis a sejtben a riboszómákon (a durva endoplazmatikus retikulumban) megy végbe.
Riboszomális fehérjeszintézis
Az üzenet RNS-nek két vége van, amelyek 3`-5`-ként vannak elrendezve. A fehérjék leolvasása és szintézise a riboszómákon az 5' végén kezdődik, és az intronig folytatódik, amely régió nem kódolja egyik aminosavat sem. Ez így megy:
- a hírvivő RNS "fűződik" a riboszómához, hozzákapcsolja az első aminosavat;
- a riboszóma egy kodonnal eltolódik a hírvivő RNS mentén;
- transzfer RNS biztosítja a kívánt (az adott mRNS kodon által kódolt) alfa-aminosavat;
- egy aminosav csatlakozik a kiindulási aminosavhoz, és dipeptidet képez;
- majd az mRNS ismét egy kodonnal eltolódik, egy alfa-aminosavat viszünk be és csatlakozik a növekvő peptidlánchoz.
Miután a riboszóma eléri az intront (nem kódoló inszert), a hírvivő RNS csak továbbhalad. Aztán ahogy a hírvivő RNS előrehalad, a riboszóma ismét eléri az exont - azt a helyet, amelynek nukleotidszekvenciája megfelel egy bizonyosaminosav.
Innentől kezdve újra kezdődik a fehérjemonomerek hozzáadása a lánchoz. A folyamat a következő intron megjelenéséig vagy a stopkodonig folytatódik. Ez utóbbi leállítja a polipeptid lánc szintézisét, ami után a fehérje elsődleges szerkezete teljesnek tekinthető, és megkezdődik a molekula posztszintetikus (poszt-transzlációs) módosulása.
Fordítás utáni módosítás
A transzláció után a fehérjeszintézis a sima endoplazmatikus retikulum ciszternáiban megy végbe. Ez utóbbi kis számú riboszómát tartalmaz. Egyes cellákban ezek teljesen hiányozhatnak a RES-ből. Ilyen területekre van szükség ahhoz, hogy először egy másodlagos, majd egy harmadlagos vagy, ha programozzuk, egy negyedes szerkezetet alkossanak.
A sejtben az összes fehérjeszintézis hatalmas mennyiségű ATP energia felhasználásával megy végbe. Ezért minden más biológiai folyamatra szükség van a fehérje bioszintézis fenntartásához. Ezenkívül az energia egy része szükséges a fehérjék sejtben történő aktív transzport útján történő átviteléhez.
Sok fehérje átkerül a sejt egyik helyéről a másikra módosítás céljából. A poszttranszlációs fehérjeszintézis különösen a Golgi-komplexben megy végbe, ahol egy szénhidrát- vagy lipiddomén egy bizonyos szerkezetű polipeptidhez kapcsolódik.
