Протеиновият синтез е много важен процес. Той е този, който помага на тялото ни да расте и да се развива. Той включва много клетъчни структури. В крайна сметка, първо трябва да разберете какво точно ще синтезираме.
Какъв протеин трябва да се изгради в момента - ензимите са отговорни за това. Те получават сигнали от клетката за нуждата от определен протеин, след което започва неговият синтез.
Къде се извършва протеиновия синтез
Във всяка клетка основното място на биосинтеза на протеин е рибозомата. Това е голяма макромолекула със сложна асиметрична структура. Състои се от РНК (рибонуклеинови киселини) и протеини. Рибозомите могат да бъдат разположени поединично. Но най-често те се комбинират с EPS, което улеснява последващото сортиране и транспортиране на протеини.
Ако рибозомите се намират върху ендоплазмения ретикулум, това се нарича груб ER. Когато транслацията е интензивна, няколко рибозоми могат да се движат по един шаблон наведнъж. Те следват един друг и изобщо не пречат на други органели.
Какво е необходимо за синтезкатерица
За да продължи процесът, е необходимо всички основни компоненти на системата за протеинов синтез да са на място:
- Програма, която задава реда на аминокиселинните остатъци във веригата, а именно иРНК, която ще прехвърли тази информация от ДНК към рибозомите.
- Аминокиселинен материал, от който ще бъде изградена нова молекула.
- tRNA, която ще доставя всяка аминокиселина на рибозомата, ще участва в дешифрирането на генетичния код.
- Аминоацил-тРНК синтетаза.
- Рибозомата е основното място за биосинтеза на протеини.
- Енергия.
- Манезиеви йони.
- Протеинови фактори (всеки етап има свои собствени).
Сега нека разгледаме всеки един от тях по-подробно и да разберем как се създават протеините. Механизмът на биосинтеза е много интересен, всички компоненти действат по необичайно координиран начин.
Програма за синтез, матрично търсене
Всичката информация за това кои протеини тялото ни може да изгради се съдържа в ДНК. Дезоксирибонуклеиновата киселина се използва за съхраняване на генетична информация. Той е надеждно опакован в хромозомите и се намира в клетката в ядрото (ако говорим за еукариоти) или плува в цитоплазмата (при прокариотите).
След изследване на ДНК и признаване на нейната генетична роля, стана ясно, че тя не е директен шаблон за превод. Наблюденията доведоха до предположения, че РНК е свързана с протеиновия синтез. Учените решиха, че трябва да бъде посредник, да прехвърля информация от ДНК към рибозоми, да служи като матрица.
В същото време имашерибозомите са отворени, тяхната РНК съставлява по-голямата част от клетъчната рибонуклеинова киселина. За да проверят дали това е матрица за протеинов синтез, A. N. Belozersky и A. S. Spirin през 1956-1957 г. проведе сравнителен анализ на състава на нуклеиновите киселини в голям брой микроорганизми.
Предполага се, че ако идеята за схемата "ДНК-рРНК-протеин" е правилна, тогава съставът на общата РНК ще се промени по същия начин като ДНК. Но въпреки огромните разлики в дезоксирибонуклеинова киселина при различните видове, съставът на общата рибонуклеинова киселина е сходен при всички разглеждани бактерии. От това учените стигнаха до заключението, че основната клетъчна РНК (тоест рибозомна) не е пряк посредник между носителя на генетична информация и протеина.
Откриване на иРНК
По-късно беше открито, че малка част от РНК повтаря състава на ДНК и може да служи като посредник. През 1956 г. Е. Волкин и Ф. Астрачан изследват процеса на синтеза на РНК в бактерии, които са били заразени с бактериофага Т2. След като влезе в клетката, той преминава към синтеза на фагови протеини. В същото време основната част от РНК не се промени. Но в клетката започва синтеза на малка част от метаболитно нестабилна РНК, нуклеотидната последователност в която е подобна на състава на фаговата ДНК.
През 1961 г. тази малка фракция рибонуклеинова киселина е изолирана от общата маса на РНК. Доказателство за неговата посредническа функция е получено от експерименти. След заразяване на клетките с Т4 фаг се образува нова иРНК. Свързала се със старите майсторирибозоми (не се откриват нови рибозоми след инфекция), които започват да синтезират фагови протеини. Установено е, че тази "ДНК-подобна РНК" е комплементарна на една от ДНК вериги на фага.
През 1961 г. F. Jacob и J. Monod предполагат, че тази РНК носи информация от гените към рибозомите и е матрица за последователното подреждане на аминокиселините по време на протеиновия синтез.
Прехвърлянето на информация към мястото на синтеза на протеин се извършва от иРНК. Процесът на четене на информация от ДНК и създаване на информационна РНК се нарича транскрипция. След него РНК претърпява серия от допълнителни промени, това се нарича "обработка". В хода на него могат да бъдат изрязани определени участъци от матричната рибонуклеинова киселина. След това иРНК отива в рибозомите.
Строителен материал за протеини: аминокиселини
Има общо 20 аминокиселини, някои от тях са есенциални, тоест тялото не може да ги синтезира. Ако някаква киселина в клетката не е достатъчна, това може да доведе до забавяне на транслацията или дори до пълно спиране на процеса. Наличието на всяка аминокиселина в достатъчно количество е основното изискване за правилно протичане на протеиновата биосинтеза.
Учените са получили обща информация за аминокиселините още през 19-ти век. След това, през 1820 г., първите две аминокиселини, глицин и левцин, са изолирани.
Последователността на тези мономери в протеина (т.нар. първична структура) напълно определя следващите му нива на организация, а оттам и неговите физични и химични свойства.
Транспорт на аминокиселини: tRNA и aa-tRNA синтетаза
Но аминокиселините не могат да се изградят в протеинова верига. За да стигнат до основното място на протеинова биосинтеза, е необходима трансферна РНК.
Всяка аа-тРНК синтетаза разпознава само собствената си аминокиселина и само тРНК, към която трябва да бъде прикрепена. Оказва се, че това семейство ензими включва 20 разновидности на синтетази. Остава само да се каже, че аминокиселините са прикрепени към tRNA, по-точно към нейната хидроксилна акцепторна "опашка". Всяка киселина трябва да има своя собствена трансферна РНК. Това се следи от аминоацил-тРНК синтетаза. Той не само свързва аминокиселините с правилния транспорт, но също така регулира реакцията на естерно свързване.
След успешна реакция на прикрепване, tRNA отива към мястото на синтеза на протеин. Това приключва подготвителните процеси и излъчването започва. Помислете за основните стъпки в биосинтеза на протеини :
- иницииране;
- удължаване;
- прекратяване.
Стъпки на синтез: иницииране
Как протича протеиновата биосинтеза и нейното регулиране? Учените се опитват да разберат това от дълго време. Бяха изтъкнати множество хипотези, но колкото по-модерно ставаше оборудването, толкова по-добре започвахме да разбираме принципите на излъчване.
Рибозомата, основното място на протеинова биосинтеза, започва да чете иРНК от точката, в която започва нейната част, кодираща полипептидната верига. Тази точка се намира на определенадалеч от началото на информационната РНК. Рибозомата трябва да разпознае точката на иРНК, от която започва четенето, и да се свърже с нея.
Initiation - набор от събития, които осигуряват началото на излъчването. Той включва протеини (инициационни фактори), инициаторна tRNA и специален инициатор кодон. На този етап малката субединица на рибозомата се свързва с иницииращите протеини. Те му пречат да се свърже с голямата субединица. Но те ви позволяват да се свържете с инициаторната tRNA и GTP.
Тогава този комплекс "седи" върху иРНК, точно на мястото, което се разпознава от един от иницииращите фактори. Не може да има грешка и рибозомата започва своето пътуване през информационната РНК, четейки нейните кодони.
Веднага щом комплексът достигне иницииращия кодон (AUG), субединицата спира да се движи и с помощта на други протеинови фактори се свързва с голямата субединица на рибозомата.
Стъпки на синтез: удължаване
Разчитането на иРНК включва последователен синтез на протеинова верига от полипептид. Продължава чрез добавяне на един аминокиселинен остатък след друг към молекулата в процес на изграждане.
Всеки нов остатък от аминокиселина се добавя към карбоксилния край на пептида, C-краят нараства.
Стъпки на синтез: прекратяване
Когато рибозомата достигне крайния кодон на информационната РНК, синтезът на полипептидната верига спира. В негово присъствие органелата не може да приеме никаква tRNA. Вместо това в игра влизат фактори за прекратяване. Те освобождават готовия протеин от спряната рибозома.
СледСлед като транслацията приключи, рибозомата може или да напусне иРНК, или да продължи да се плъзга по нея без транслация.
Срещата на рибозомата с нов инициационен кодон (на същата верига по време на продължаване на движението или върху нова иРНК) ще доведе до ново иницииране.
След като готовата молекула напусне основното място на протеинов биосинтез, тя се етикетира и изпраща до местоназначението си. Какви функции ще изпълнява зависи от неговата структура.
Контрол на процеса
В зависимост от техните нужди, клетката ще контролира независимо излъчването. Регулирането на протеиновата биосинтеза е много важна функция. Може да се направи по много начини.
Ако клетката не се нуждае от някакъв вид съединение, тя ще спре биосинтезата на РНК - биосинтезата на протеин също ще спре да се случва. В крайна сметка, без матрица, целият процес няма да започне. И старите иРНК бързо се разпадат.
Има друга регулация на биосинтеза на протеини: клетката създава ензими, които пречат на фазата на иницииране. Те пречат на превода, дори ако матрицата за четене е налична.
Вторият метод е необходим, когато протеиновият синтез трябва да бъде изключен точно сега. Първият метод включва продължаване на бавната транслация за известно време след спиране на синтеза на иРНК.
Клетката е много сложна система, в която всичко се поддържа в баланс и прецизната работа на всяка молекула. Важно е да знаете принципите на всеки процес, протичащ в клетката. Така че можем по-добре да разберем какво се случва в тъканите и в тялото като цяло.
