Животът е процес на съществуване на протеинови молекули. Така го изразяват много учени, които са убедени, че протеинът е в основата на всичко живо. Тези преценки са абсолютно правилни, тъй като тези вещества в клетката имат най-голям брой основни функции. Всички други органични съединения играят ролята на енергийни субстрати и енергията отново е необходима за синтеза на протеинови молекули.
Способността на тялото да синтезира протеин
Не всички съществуващи организми са способни да синтезират протеини в клетката. Вирусите и някои видове бактерии не могат да образуват протеини и следователно са паразити и получават необходимите вещества от клетката гостоприемник. Други организми, включително прокариотни клетки, са способни да синтезират протеини. Всички човешки, животински, растителни, гъбични клетки, почти всички бактерии и протисти живеят от способността на протеинов биосинтез. Това е необходимо за изпълнението на структурообразуващи, защитни, рецепторни, транспортни и други функции.
Отговор на етаппротеинова биосинтеза
Структурата на протеина е кодирана в нуклеинова киселина (ДНК или РНК) под формата на кодони. Това е наследствена информация, която се възпроизвежда всеки път, когато клетката се нуждае от ново протеиново вещество. Началото на биосинтезата е предаването на информация към ядрото за необходимостта от синтезиране на нов протеин с вече дадени свойства.
В отговор на това част от нуклеинова киселина се деспирализира, където нейната структура е кодирана. Това място се дублира от информационна РНК и се прехвърля в рибозомите. Те са отговорни за изграждането на полипептидна верига на базата на матрикс - информационна РНК. Накратко, всички етапи на биосинтеза са представени по следния начин:
- транскрипция (етапът на удвояване на ДНК сегмента с кодираната протеинова структура);
- обработка (формиране на информационна РНК);
- транслация (протеинов синтез в клетка на базата на месинджър РНК);
- пост-транслационна модификация ("съзряване" на полипептида, образуване на неговата триизмерна структура).
Транскрипция на нуклеинова киселина
Целият протеинов синтез в клетката се осъществява от рибозоми, а информацията за молекулите се съдържа в нуклеинова киселина (РНК или ДНК). Той се намира в гените: всеки ген е специфичен протеин. Гените съдържат информация за аминокиселинната последователност на нов протеин. В случай на ДНК, премахването на генетичния код се извършва по следния начин:
- започва освобождаването на мястото на нуклеиновата киселина от хистоните, настъпва деспирализация;
- ДНК полимеразаудвоява участъка от ДНК, който съхранява протеиновия ген;
- двойната секция е предшественик на информационната РНК, която се обработва от ензими за отстраняване на некодиращи вложки (синтезът на иРНК се извършва на негова основа).
Въз основа на проинформационна РНК се синтезира иРНК. Това вече е матрица, след която протеиновият синтез в клетката настъпва върху рибозомите (в грубия ендоплазмен ретикулум).
Рибозомен протеинов синтез
РНК за съобщения има два края, които са подредени като 3`-5`. Четенето и синтезът на протеини върху рибозомите започва от 5' края и продължава до интрона, област, която не кодира нито една от аминокиселините. Става така:
- месинджър РНК "наниза" на рибозомата, прикрепя първата аминокиселина;
- рибозомата се измества по протежение на информационната РНК с един кодон;
- трансферна РНК осигурява желаната (кодирана от дадения иРНК кодон) алфа-аминокиселина;
- аминокиселина се присъединява към изходната аминокиселина, за да образува дипептид;
- след това иРНК се измества отново с един кодон, въвежда се алфа аминокиселина и се присъединява към растящата пептидна верига.
След като рибозомата достигне интрона (некодираща вложка), информационната РНК просто продължава. След това, когато предавателната РНК напредва, рибозомата отново достига екзона - мястото, чиято нуклеотидна последователност съответства на определенааминокиселина.
От този момент добавянето на протеинови мономери към веригата започва отново. Процесът продължава до появата на следващия интрон или до стоп кодона. Последният спира синтеза на полипептидната верига, след което първичната структура на протеина се счита за завършена и започва етапът на постсинтетична (пост-транслационна) модификация на молекулата.
Пост-транслационна модификация
След транслацията, протеиновият синтез се извършва в цистерните на гладкия ендоплазмен ретикулум. Последният съдържа малък брой рибозоми. В някои клетки те могат да отсъстват напълно в ВЕИ. Такива области са необходими, за да се формира първо вторична, след това третична или, ако е програмирана, четвъртична структура.
Целият протеинов синтез в клетката се осъществява с изразходването на огромно количество АТФ енергия. Следователно всички други биологични процеси са необходими за поддържане на биосинтеза на протеини. В допълнение, част от енергията е необходима за преноса на протеини в клетката чрез активен транспорт.
Много от протеините се прехвърлят от едно място в клетката на друго за модификация. По-специално, пост-транслационният протеинов синтез се осъществява в комплекса на Голджи, където въглехидратен или липиден домен е прикрепен към полипептид с определена структура.
