A fehérjeszintézis nagyon fontos folyamat. Ő az, aki segít testünk növekedésében és fejlődésében. Számos sejtszerkezetet érint. Végül is először meg kell értened, hogy pontosan mit is fogunk szintetizálni.
Milyen fehérjét kell jelenleg felépíteni – az enzimek felelősek ezért. Jeleket kapnak a sejttől egy bizonyos fehérje szükségességéről, ami után megkezdődik annak szintézise.
Ahol a fehérjeszintézis zajlik
Minden sejtben a fehérje bioszintézisének fő helye a riboszóma. Ez egy nagy makromolekula, összetett aszimmetrikus szerkezettel. RNS-ből (ribonukleinsavak) és fehérjékből áll. A riboszómák egyenként is elhelyezkedhetnek. De leggyakrabban EPS-sel kombinálják, ami megkönnyíti a fehérjék későbbi válogatását és szállítását.
Ha riboszómák ülnek az endoplazmatikus retikulumon, azt durva ER-nek nevezik. Ha a transzláció intenzív, egyszerre több riboszóma is mozoghat egy sablon mentén. Követik egymást, és egyáltalán nem zavarják a többi organellum működését.
Mi kell a szintézishezmókus
A folyamat folytatásához szükséges, hogy a fehérjeszintézis rendszer összes fő összetevője a helyén legyen:
- Egy program, amely beállítja az aminosavak sorrendjét a láncban, nevezetesen az mRNS-t, amely ezt az információt továbbítja a DNS-ből a riboszómákba.
- Aminosavas anyag, amelyből új molekula épül fel.
- tRNS, amely minden aminosavat a riboszómába szállít, részt vesz a genetikai kód megfejtésében.
- Aminoacil-tRNS-szintetáz.
- A riboszóma a fehérjebioszintézis fő helye.
- Energia.
- Magnézium-ionok.
- Fehérje faktorok (minden szakasznak megvan a sajátja).
Most nézzük meg mindegyiket részletesebben, és nézzük meg, hogyan jönnek létre a fehérjék. A bioszintézis mechanizmusa nagyon érdekes, minden komponens szokatlanul összehangolt módon működik.
Szintézis program, mátrix keresés
Az összes információt a DNS tartalmazza arról, hogy testünk mely fehérjéket képes felépíteni. A dezoxiribonukleinsavat genetikai információ tárolására használják. Biztonságosan be van csomagolva a kromoszómákban, és a sejtmagban található (ha eukariótákról beszélünk) vagy a citoplazmában lebeg (prokariótákban).
A DNS-kutatás és genetikai szerepének felismerése után világossá vált, hogy nem közvetlen sablon a fordításhoz. A megfigyelések arra utalnak, hogy az RNS kapcsolatban áll a fehérjeszintézissel. A tudósok úgy döntöttek, hogy közvetítőnek kell lennie, információt kell átvinnie a DNS-ből a riboszómákba, és mátrixként kell szolgálnia.
Ugyanakkor voltakA riboszómák nyitottak, RNS-ük alkotja a sejtes ribonukleinsav túlnyomó többségét. Annak ellenőrzésére, hogy ez egy fehérjeszintézis mátrixa, A. N. Belozersky és A. S. Spirin 1956-1957-ben. összehasonlító elemzést végzett a nukleinsavak összetételéről számos mikroorganizmusban.
Azt feltételezték, hogy ha a "DNS-rRNS-protein" séma helyes, akkor a teljes RNS összetétele ugyanúgy változik, mint a DNS. De annak ellenére, hogy a dezoxiribonukleinsavban a különböző fajok között óriási különbségek vannak, a teljes ribonukleinsav összetétele az összes figyelembe vett baktériumban hasonló volt. Ebből a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a fő sejt RNS (vagyis a riboszómális) nem közvetlen közvetítő a genetikai információ hordozója és a fehérje között.
Az mRNS felfedezése
Később felfedezték, hogy az RNS egy kis része megismétli a DNS összetételét, és közvetítőként szolgálhat. 1956-ban E. Volkin és F. Astrachan az RNS-szintézis folyamatát tanulmányozta a T2 bakteriofággal fertőzött baktériumokban. Miután bejutott a sejtbe, átvált a fágfehérjék szintézisére. Ugyanakkor az RNS fő része nem változott. De a sejtben megindult a metabolikusan instabil RNS egy kis részének szintézise, amelynek nukleotidszekvenciája hasonló volt a fág DNS összetételéhez.
1961-ben a ribonukleinsavnak ezt a kis frakcióját izolálták az RNS teljes tömegéből. Kísérletek bizonyítják közvetítő funkcióját. A sejtek T4 fággal való fertőzése után új mRNS képződik. Kapcsolatot teremtett a régi mesterekkelriboszómák (a fertőzés után nem találhatók új riboszómák), amelyek fágfehérjéket kezdtek szintetizálni. Ezt a „DNS-szerű RNS-t” komplementernek találták a fág egyik DNS-szálával.
1961-ben F. Jacob és J. Monod azt javasolta, hogy ez az RNS információt hordoz a génektől a riboszómákig, és az aminosavak szekvenciális elrendezésének mátrixa a fehérjeszintézis során.
Az információ átvitelét a fehérjeszintézis helyére az mRNS végzi. A DNS-ből történő információolvasás és a hírvivő RNS létrehozásának folyamatát transzkripciónak nevezik. Ezt követően az RNS egy sor további változáson megy keresztül, ezt nevezik "feldolgozásnak". Ennek során a mátrix ribonukleinsavból bizonyos szakaszok kivághatók. Ezután az mRNS a riboszómákhoz megy.
Fehérjék építőanyaga: aminosavak
Összesen 20 aminosav van, ezek egy része esszenciális, vagyis a szervezet nem tudja szintetizálni. Ha némi sav a sejtben nem elegendő, az a transzláció lelassulásához vagy akár a folyamat teljes leállásához vezethet. Az egyes aminosavak megfelelő mennyiségben való jelenléte a fő feltétele a fehérjebioszintézis megfelelő lefolytatásának.
A tudósok általános információkat szereztek az aminosavakkal kapcsolatban a 19. században. Aztán 1820-ban izolálták az első két aminosavat, a glicint és a leucint.
E monomerek szekvenciája egy fehérjében (az úgynevezett elsődleges szerkezet) teljesen meghatározza a szervezet következő szintjeit, és ezáltal fizikai és kémiai tulajdonságait is.
Aminósavak transzportja: tRNS és aa-tRNS szintetáz
De az aminosavak nem tudnak fehérjeláncot alkotni. Ahhoz, hogy eljussanak a fehérjebioszintézis fő helyszínére, transzfer RNS-re van szükség.
Minden aa-tRNS szintetáz csak a saját aminosavát ismeri fel, és csak azt a tRNS-t, amelyhez kapcsolódnia kell. Kiderült, hogy ez az enzimcsalád 20 fajta szintetázt tartalmaz. Csak annyit kell mondanunk, hogy az aminosavak a tRNS-hez, pontosabban annak hidroxil-akceptor "farkához" kapcsolódnak. Minden savnak saját transzfer RNS-sel kell rendelkeznie. Ezt az aminoacil-tRNS szintetáz figyeli. Nemcsak az aminosavakat igazítja a megfelelő szállításhoz, hanem szabályozza az észterkötési reakciót is.
A sikeres kapcsolódási reakció után a tRNS a fehérjeszintézis helyére kerül. Ezzel véget érnek az előkészítő folyamatok és megkezdődik az adás. Tekintsük a fehérje bioszintézis fő lépéseit :
- kezdeményezés;
- megnyúlás;
- megszüntetés.
Szintézis lépései: iniciáció
Hogyan zajlik a fehérje bioszintézise és szabályozása? A tudósok már régóta próbálják ezt kideríteni. Számos hipotézist állítottak fel, de minél modernebbek lettek a berendezések, annál jobban kezdtük megérteni a műsorszórás elveit.
A riboszóma, a fehérje bioszintézis fő helye, attól a ponttól kezdi el olvasni az mRNS-t, ahol a polipeptidláncot kódoló része elkezdődik. Ez a pont egy bizonyostávol a hírvivő RNS kezdetétől. A riboszómának fel kell ismernie az mRNS-en azt a pontot, ahonnan a leolvasás kezdődik, és csatlakoznia kell hozzá.
Initiation – események összessége, amelyek a közvetítés kezdetét biztosítják. Ez magában foglalja a fehérjéket (iniciációs faktorokat), az iniciátor tRNS-t és egy speciális iniciátor kodont. Ebben a szakaszban a riboszóma kis alegysége az iniciációs fehérjékhez kötődik. Megakadályozzák, hogy érintkezzen a nagy alegységgel. De lehetővé teszik, hogy kapcsolódjon az iniciátor tRNS-hez és a GTP-hez.
Akkor ez a komplex "ül" az mRNS-en, pontosan azon a helyen, amelyet az egyik iniciációs tényező felismer. Nem lehet tévedés, és a riboszóma megkezdi útját a hírvivő RNS-en keresztül, beolvassa kodonjait.
Amint a komplex eléri az iniciációs kodont (AUG), az alegység mozgása leáll, és más fehérjefaktorok segítségével a riboszóma nagy alegységéhez kötődik.
Szintézis lépései: nyúlás
Az mRNS leolvasása magában foglalja a fehérjelánc szekvenciális szintézisét egy polipeptid által. Úgy megy végbe, hogy egyik aminosav maradékot a másik után adják az építés alatt álló molekulához.
Minden új aminosav-maradék hozzáadódik a peptid karboxilvégéhez, a C-terminális növekszik.
Szintézis lépései: befejezés
Amikor a riboszóma eléri a hírvivő RNS terminációs kodonját, a polipeptidlánc szintézise leáll. Jelenlétében az organellum nem tud tRNS-t elfogadni. Ehelyett a lezárási tényezők lépnek életbe. Felszabadítják a kész fehérjét a leállított riboszómából.
UtánaA transzláció befejezése után a riboszóma vagy elhagyhatja az mRNS-t, vagy tovább csúszik rajta anélkül, hogy lefordítaná.
A riboszóma találkozása egy új iniciációs kodonnal (ugyanazon a szálon a mozgás folytatása során vagy egy új mRNS-en) új iniciációhoz vezet.
Miután a kész molekula elhagyja a fehérjebioszintézis fő helyszínét, megjelölik és elküldik rendeltetési helyére. Az, hogy milyen funkciókat fog ellátni, a szerkezetétől függ.
Folyamatvezérlés
Igényeiktől függően a cella önállóan vezérli az adást. A fehérje bioszintézis szabályozása nagyon fontos funkció. Sokféleképpen meg lehet csinálni.
Ha egy sejtnek nincs szüksége valamilyen vegyületre, leállítja az RNS bioszintézist – a fehérje bioszintézise is leáll. Hiszen mátrix nélkül az egész folyamat nem indul el. És a régi mRNS-ek gyorsan lebomlanak.
A fehérjebioszintézisnek van egy másik szabályozása is: a sejt olyan enzimeket hoz létre, amelyek megzavarják az iniciációs fázist. Zavarják a fordítást, még akkor is, ha az olvasómátrix elérhető.
A második módszerre akkor van szükség, ha a fehérjeszintézist éppen most ki kell kapcsolni. Az első módszer az mRNS-szintézis leállása után egy ideig lassú transzlációt tartalmaz.
A sejt egy nagyon összetett rendszer, amelyben minden egyensúlyban van és az egyes molekulák precíz munkája. Fontos ismerni a sejtben lezajló egyes folyamatok alapelveit. Így jobban megérthetjük, mi történik a szövetekben és a test egészében.
