Proteinsyntesstadier och deras egenskaper

3153
Charles McCarthy

De proteinsyntes det är en biologisk händelse som inträffar i praktiskt taget alla levande saker. Celler tar ständigt den information som lagras i DNA och tack vare närvaron av mycket komplexa specialiserade maskiner förvandlar den den till proteinmolekyler.

Den 4-bokstavskod som är krypterad i DNA översätts dock inte direkt till proteiner. En RNA-molekyl som fungerar som mellanhand, kallad budbärar-RNA, är involverad i processen..

Proteinsyntes.
Källa: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

När celler behöver ett visst protein kopieras nukleotidsekvensen för en lämplig del av DNA till RNA - i en process som kallas transkription - och detta i sin tur översätts till proteinet i fråga..

Det beskrivna informationsflödet (DNA till budbärar-RNA och meddelande-RNA till proteiner) kommer från mycket enkla varelser som bakterier till människor. Denna serie av steg har kallats biologins centrala "dogm"..

Maskineriet som ansvarar för proteinsyntesen är ribosomer. Dessa små cellulära strukturer finns i stor utsträckning i cytoplasman och förankrade i det endoplasmatiska retikulumet..

Artikelindex

  • 1 Vad är proteiner?
  • 2 stadier och egenskaper
    • 2.1 Transkription: från DNA till budbärar-RNA
    • 2.2 Skarvning av budbärar-RNA
    • 2.3 Typer av RNA
    • 2.4 Översättning: från budbärar-RNA till proteiner
    • 2.5 Den genetiska koden
    • 2.6 Koppling av aminosyra för överföring av RNA
    • 2.7 RNA-meddelandet avkodas av ribosomer
    • 2.8 Förlängning av polypeptidkedjan
    • 2.9 Slutföra översättningen
  • 3 Referenser

Vad är proteiner?

Proteiner är makromolekyler som består av aminosyror. Dessa utgör nästan 80% av protoplasman i en hel uttorkad cell. Alla proteiner som utgör en organism kallas "proteom".

Dess funktioner är flera och varierade, från strukturella roller (kollagen) till transport (hemoglobin), katalysatorer för biokemiska reaktioner (enzymer), försvar mot patogener (antikroppar), bland andra..

Det finns 20 typer av naturligt förekommande aminosyror som kombineras genom peptidbindningar för att bilda proteiner. Varje aminosyra kännetecknas av att ha en viss grupp som ger den särskilda kemiska och fysiska egenskaper.

Stadier och egenskaper

Det sätt på vilket cellen lyckas tolka DNA-meddelandet sker genom två grundläggande händelser: transkription och översättning. Många kopior av RNA, som har kopierats från samma gen, kan syntetisera ett betydande antal identiska proteinmolekyler.

Varje gen transkriberas och översätts differentiellt, vilket gör att cellen kan producera varierande mängder av en mängd olika proteiner. Denna process involverar olika cellulära regleringsvägar, som i allmänhet inkluderar kontroll av RNA-produktion..

Det första steget som cellen måste göra för att starta proteinproduktionen är att läsa meddelandet skrivet på DNA-molekylen. Denna molekyl är universell och innehåller all information som krävs för konstruktion och utveckling av organiska varelser..

Därefter kommer vi att beskriva hur proteinsyntes sker, som börjar processen att "läsa" det genetiska materialet och slutar med produktionen av proteiner. i sig.

Transkription: från DNA till budbärar-RNA

Meddelandet i DNA-dubbelspiralen är skrivet i en kod med fyra bokstäver motsvarande baserna adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T).

Denna sekvens av DNA-bokstäver fungerar som en mall för att bygga en ekvivalent RNA-molekyl.

Både DNA och RNA är linjära polymerer som består av nukleotider. De skiljer sig emellertid kemiskt i två grundläggande aspekter: nukleotiderna i RNA är ribonukleotider och i stället för bastymin har RNA uracil (U), som parar sig med adenin..

Transkriptionsprocessen börjar med att dubbelspiralen öppnas i en specifik region. En av de två strängarna fungerar som en "mall" eller mall för RNA-syntes. Nukleotider kommer att läggas till enligt basparningsreglerna, C med G och A med U.

Huvudenzymet som är involverat i transkription är RNA-polymeras. Det ansvarar för att katalysera bildningen av fosfodiesterbindningarna som förenar kedjans nukleotider. Kedjan sträcker sig i en 5 'till 3' riktning.

Tillväxten av molekylen involverar olika proteiner som kallas "förlängningsfaktorer" som är ansvariga för att bibehålla bindningen av polymeraset till slutet av processen..

Skarvning av budbärar-RNA

Källa: Av BCSteve [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], från Wikimedia Commons
I eukaryoter har gener en specifik struktur. Sekvensen avbryts av element som inte ingår i proteinet, så kallade introner. Termen är motsatt exon, som inkluderar de delar av genen som kommer att översättas till proteiner..

De skarvning det är en grundläggande händelse som består i att eliminera introns av budbärarmolekylen, att kasta en molekyl byggd uteslutande av exoner. Slutprodukten är det mogna budbärar-RNA. Fysiskt sker det i spiceosomen, ett komplext och dynamiskt maskineri.

Förutom splitsning genomgår messenger RNA ytterligare kodningar innan de översätts. En "huva" tillsätts vars kemiska natur är en modifierad guaninnukleotid, och i 5'-änden och en svans av olika adeniner i andra änden.

RNA-typer

I cellen produceras olika typer av RNA. Vissa gener i cellen producerar en budbärar-RNA-molekyl och den översätts till protein - som vi kommer att se senare. Det finns dock gener vars slutprodukt är själva RNA-molekylen..

I jästgenomet har till exempel cirka 10% av jästgener RNA-molekyler som slutprodukt. Det är viktigt att nämna dem, eftersom dessa molekyler spelar en grundläggande roll när det gäller proteinsyntes.

- Ribosomalt RNA: ribosomalt RNA är en del av hjärtat av ribosomer, nyckelstrukturer för proteinsyntes.

Källa: Jane Richardson (Dcrjsr) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], från Wikimedia Commons
Bearbetningen av ribosomala RNA och deras efterföljande sammansättning i ribosomer sker i en mycket iögonfallande struktur av kärnan - även om den inte är avgränsad av membran - kallad nucleolus..

- Överför RNA: den fungerar som en adapter som väljer en specifik aminosyra och, tillsammans med ribosomen, införlivar aminosyraresten i proteinet. Varje aminosyra är relaterad till en överförings-RNA-molekyl.

I eukaryoter finns det tre typer av polymeraser som, även om de är strukturellt mycket lika varandra, spelar olika roller.

RNA-polymeras I och III transkriberar generna som kodar för överföring av RNA, ribosomalt RNA och några små RNA. RNA-polymeras II riktar sig mot översättning av proteinkodande gener.

- Små RNA relaterade till reglering: oKortlängda RNA deltar i regleringen av genuttryck. Dessa inkluderar mikroRNA och små störande RNA..

MicroRNA reglerar uttryck genom att blockera ett specifikt meddelande, och små störande stänger av uttryck genom direkt nedbrytning av budbäraren. På samma sätt finns det små kärnkrafts-RNA som deltar i processen för skarvning budbärar-RNA.

Översättning: från budbärar-RNA till proteiner

När messenger RNA mognar genom processen av skarvning När den reser från kärnan till cellcytoplasman börjar proteinsyntes. Denna export förmedlas av kärnporkomplexet - en serie vattenhaltiga kanaler i kärnmembranet som direkt förbinder cytoplasman och nukleoplasman..

I vardagen använder vi termen ”översättning” för att omvandla ord från ett språk till ett annat..

Vi kan till exempel översätta en bok från engelska till spanska. På molekylär nivå innebär översättning övergången från språk till RNA till protein. För att vara mer exakt är det förändringen från nukleotider till aminosyror. Men hur sker denna dialektändring?

Den genetiska koden

Nukleotidsekvensen för en gen kan transformeras till proteiner enligt de regler som fastställs av den genetiska koden. Detta dechiffrerades i början av 60-talet.

Som läsaren kan dra slutsatsen kan översättningen inte vara en eller en, eftersom det bara finns 4 nukleotider och 20 aminosyror. Logiken är som följer: föreningen av tre nukleotider är känd som "tripletter" och de är associerade med en viss aminosyra.

Eftersom det kan finnas 64 möjliga tripletter (4 x 4 x 4 = 64) är den genetiska koden överflödig. Det vill säga att samma aminosyra kodas av mer än en triplett..

Förekomsten av den genetiska koden är universell och används av alla levande organismer som bor på jorden idag. Denna stora användning är en av naturens mest överraskande molekylära homologier..

Koppling av aminosyra för att överföra RNA

De kodoner eller tripletter som finns i budbärar-RNA-molekylen har inte förmågan att direkt känna igen aminosyror. Däremot beror översättningen av budbärar-RNA på en molekyl som kan känna igen och binda kodonet och aminosyran. Denna molekyl är överförings-RNA.

Överförings-RNA kan vikas in i en komplex tredimensionell struktur som liknar en klöver. I denna molekyl finns det en region som kallas "antikodon", bildad av tre på varandra följande nukleotider som parar sig med de på varandra följande komplementära nukleotiderna i budbärar-RNA-kedjan..

Som vi nämnde i föregående avsnitt är den genetiska koden överflödig, så vissa aminosyror har mer än ett överförings-RNA.

Detektion och fusion av rätt aminosyra till överförings-RNA är en process som medieras av ett enzym som kallas aminoacyl-tRNA-syntetas. Detta enzym är ansvarigt för att koppla båda molekylerna genom en kovalent bindning.

RNA-meddelande avkodas av ribosomer

För att bilda ett protein kopplas aminosyror samman genom peptidbindningar. Processen med att läsa budbärar-RNA och bindning av specifika aminosyror sker i ribosomer.

Ribosomer

Ribosomer är katalytiska komplex som består av mer än 50 proteinmolekyler och olika typer av ribosomalt RNA. I eukaryota organismer innehåller en genomsnittlig cell i genomsnitt miljontals ribosomer i den cytoplasmiska miljön.

Strukturellt består en ribosom av en stor och en liten underenhet. Rollen för den lilla delen är att säkerställa att överförings-RNA är korrekt parat med budbärar-RNA, medan den stora underenheten katalyserar bildningen av peptidbindningen mellan aminosyror..

När syntesprocessen inte är aktiv separeras de två underenheterna som utgör ribosomer. I början av syntesen ansluter budbärar-RNA till båda underenheterna, vanligtvis nära 5'-änden.

I denna process sker förlängningen av polypeptidkedjan genom tillsats av en ny aminosyrarest i följande steg: bindning av överförings-RNA, bildning av peptidbindningen, translokation av underenheterna. Resultatet av detta sista steg är förflyttningen av hela ribosomen och en ny cykel börjar..

Polypeptidkedjeförlängning

I ribosomer utmärks tre platser: plats E, P och A (se huvudbild). Förlängningsprocessen börjar när vissa aminosyror redan har kopplats kovalent och det finns en överförings-RNA-molekyl vid P-stället..

Överför RNA med nästa aminosyra som ska införlivas binder till plats A genom basparning med budbärar-RNA. Den karboxylterminala delen av peptiden frigörs sedan från överförings-RNA: t vid P-stället genom att bryta en högenergibindning mellan överförings-RNA: t och den aminosyra det bär..

Den fria aminosyran är fäst vid kedjan och en ny peptidbindning bildas. Den centrala reaktionen i hela denna process förmedlas av enzymet peptidyltransferas, som finns i den stora subenheten av ribosomer. Således färdas ribosomen genom budbärar-RNA: t och översätter dialekten från aminosyror till proteiner..

Som i transkription är förlängningsfaktorer också involverade under proteinöversättning. Dessa element ökar hastigheten och effektiviteten i processen.

Översättningen är klar

Översättningen avslutas när ribosomen stöter på stoppkodonerna: UAA, UAG eller UGA. Dessa känns inte igen av något överförings-RNA och binder inga aminosyror.

Vid denna tidpunkt binder proteiner som kallas frisättningsfaktorer till ribosomen och orsakar katalys av en vattenmolekyl och inte en aminosyra. Denna reaktion frigör den terminala karboxyländen. Slutligen frigörs peptidkedjan i cellcytoplasman..

Referenser

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemi. 5: e upplagan. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Inbjudan till biologi. Panamerican Medical Ed..
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Molekylär cellbiologi. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton and Hall lärobok för medicinsk fysiologi e-bok. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gener Volym 1. Återvänd.
  6. Lodish, H. (2005). Cell- och molekylärbiologi. Panamerican Medical Ed..
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomstruktur och mekanismen för translation. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Introduktion till mikrobiologi. Panamerican Medical Ed..
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Strukturen och funktionen hos den eukaryota ribosomen. Cold Spring Harbour perspektiv i biologi, 4(5), a011536.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.