Клетката на всеки организъм е една голяма фабрика за производство на химикали. Тук протичат реакции в биосинтеза на липиди, нуклеинови киселини, въглехидрати и, разбира се, протеини. Протеините играят огромна роля в живота на клетката, тъй като изпълняват много функции: ензимни, сигнални, структурни, защитни и други.
Биосинтеза на протеини: описание на процеса
Изграждането на протеинови молекули е сложен многоетапен процес, който протича под действието на голям брой ензими и в присъствието на определени структури.
Синтезът на всеки протеин започва в ядрото. Информацията за структурата на молекулата се записва в ДНК на клетката, от която се чете. Почти всеки ген в един организъм кодира една, уникална протеинова молекула.
Каква е ролята на цитоплазмата в протеиновата биосинтеза? Факт е, че цитоплазмата на клетката е "басейн" за мономери на сложни вещества, както и структури, които са отговорни за процеса на протеинов синтез. Също така вътрешната среда на клетката има постоянна киселинност исъдържание на йони, което играе важна роля в биохимичните реакции.
Биосинтезата на протеин се извършва на два етапа: транскрипция и транслация.
Транскрипция
Този етап започва в ядрото на клетката. Тук основна роля играят такива нуклеинови киселини като ДНК и РНК (дезокси- и рибонуклеинови киселини). При еукариотите единицата за транскрипция е транскриптонът, докато при прокариотите тази организация на ДНК се нарича оперон. Разликата между транскрипцията при прокариотите и еукариотите е, че оперонът е част от ДНК молекула, която кодира няколко протеинови молекули, когато транскриптонът носи информация само за един протеинов ген.
Основната задача на клетката на етапа на транскрипция е синтеза на информационна РНК (иРНК) върху ДНК шаблона. За да направите това, ензим като РНК полимераза влиза в ядрото. Той участва в синтеза на нова молекула иРНК, която е комплементарна на мястото на дезоксирибонуклеинова киселина.
За успешни реакции на транскрипция е необходимо наличието на транскрипционни фактори, които също са съкратени като TF-1, TF-2, TF-3. Тези сложни протеинови структури участват в свързването на РНК полимеразата с промотора на ДНК молекулата.
Синтезът на иРНК продължава, докато полимеразата достигне крайната област на транскриптона, която се нарича терминатор.
Операторът, като друга функционална област на транскрипция, е отговорен за инхибиране на транскрипцията или, обратно, за ускоряване на работата на РНК полимеразата. Отговорен зарегулиране на работата на транскрипционните ензими, съответно специални протеини-инхибитори или протеини-активатори.
Излъчване
След като иРНК е синтезирана в клетъчното ядро, тя навлиза в цитоплазмата. За да отговорим на въпроса за ролята на цитоплазмата в протеиновата биосинтеза, си струва да анализираме по-подробно по-нататъшната съдба на молекулата на нуклеинова киселина на етапа на транслация.
Преводът се извършва на три етапа: започване, удължаване и прекратяване.
Първо, иРНК трябва да се прикрепи към рибозомите. Рибозомите са малки немембранни структури на клетката, които се състоят от две субединици: малка и голяма. Първо рибонуклеиновата киселина се прикрепя към малката субединица, а след това голямата субединица затваря целия транслационен комплекс, така че иРНК да е вътре в рибозомата. Всъщност това е краят на етапа на иницииране.
Каква е ролята на цитоплазмата в протеиновата биосинтеза? На първо място, това е източник на аминокиселини - основните мономери на всеки протеин. На етапа на удължаване настъпва постепенно натрупване на полипептидната верига, започвайки със стартовия кодон метионин, към който са прикрепени останалите аминокиселини. Кодонът в този случай е триплет от иРНК нуклеотиди, който кодира една аминокиселина.
На този етап друг вид рибонуклеинова киселина е свързан с работата - трансферна РНК или тРНК. Те са отговорни за доставянето на аминокиселини в тРНК-рибозомния комплекс чрез образуване на комплекс аминоацил-тРНК. разпознаването на tRNA става чрез комплементарнивзаимодействия на антикодона на тази молекула с кодона на иРНК. Така аминокиселината се доставя до рибозомата и се прикрепя към синтезираната полипептидна верига.
Прекратяване на процеса на транслация настъпва, когато иРНК достигне секциите на стоп кодон. Тези кодони носят информация за края на пептидния синтез, след което комплексът рибозома-РНК се разрушава и първичната структура на новия протеин влиза в цитоплазмата за по-нататъшни химични трансформации.
Специални протеинови иницииращи фактори IF и фактори на удължаване EF участват в процеса на транслация. Те са различни видове и тяхната задача е да осигурят правилното свързване на РНК с рибозомни субединици, както и в синтеза на самата полипептидна верига в етапа на удължаване.
Каква е ролята на цитоплазмата в биосинтезата на протеини: накратко за основните компоненти на биосинтеза
След като иРНК напусне ядрото във вътрешната среда на клетката, молекулата трябва да образува стабилен транслационен комплекс. Какви компоненти на цитоплазмата трябва да присъстват на етапа на транслация?
1. Рибозоми.
2. Аминокиселини.
3. tRNA.
Аминокиселини - протеинови мономери
За синтеза на протеинова верига, присъствието в цитоплазмата на структурните компоненти на пептидната молекула - аминокиселини. Тези нискомолекулни вещества в състава си имат аминогрупа NH2 и киселинен остатък COOH. Друг компонент на молекулата – радикалът – е отличителният белег на всяка отделна аминокиселина. Каква е ролята на цитоплазмата впротеинова биосинтеза?
AA се срещат в разтвори под формата на цвитериони, които са същите молекули, които даряват или приемат водородни протони. Така аминогрупата на аминокиселините се превръща в NH3+, а карбонилната група в COO-.
Общо в природата има 200 АА, от които само 20 образуват протеини. Сред тях има група есенциални аминокиселини, които не се синтезират в човешкото тяло и влизат в клетката само с поетата храна, и неесенциални аминокиселини, които организмът образува сам.
Всички AA са кодирани от някакъв кодон, който съответства на три мРНК нуклеотида, а една аминокиселина често може да бъде кодирана от няколко такива последователности наведнъж. Метиониновият кодон при про- и еукариотите е изходният, т.к той започва биосинтеза на пептидната верига. Стоп кодоните включват UAA, UGA и UAG нуклеотидни последователности.
Какво са рибозомите?
Как рибозомите са отговорни за биосинтеза на протеини в клетката и каква е ролята на тези структури? На първо място, това са немембранни образувания, които се състоят от две субединици: голяма и малка. Функцията на тези субединици е да задържат молекулата на иРНК между тях.
Има места в рибозомите, където влизат тРНК кодони. Общо две такива тройки могат да се поберат между малката и голямата субединица.
Няколко рибозоми могат да се агрегират в една голяма полизома, поради което скоростта на синтез на пептидната верига се увеличава и изходът може да бъде получен незабавноняколко копия от протеина. Ето ролята на цитоплазмата в биосинтеза на протеини.
Видове РНК
Рибонуклеиновите киселини играят важна роля на всички етапи на транскрипция. Има три големи групи РНК: транспортна, рибозомна и информационна.
mRNAs участват в трансфера на информация за състава на пептидната верига. tRNAs са медиатори при трансфера на аминокиселини към рибозомите, което се постига чрез образуването на комплекс аминоацил-тРНК. Прикрепването на аминокиселина се осъществява само с комплементарното взаимодействие на антикодона на трансферната РНК с кодона на информационната РНК.
рРНК участват в образуването на рибозоми. Техните последователности са една от причините, поради които иРНК се задържа между малките и големите субединици. Рибозомните РНК се произвеждат в нуклеолите.
Значение на протеини
Биосинтезата на протеина и неговото значение за клетката са колосални: повечето от ензимите в тялото са с пептидна природа, благодарение на протеините, веществата се транспортират през клетъчните мембрани.
Протеините също изпълняват структурна функция, когато са част от мускулни, нервни и други тъкани. Сигналната роля е да предава информация за процесите, протичащи, например, когато светлината попадне върху ретината. Защитните протеини - имуноглобулините - са в основата на човешката имунна система.
