Proces prevođenja se odvija tokom biosinteze proteina. Glavno mjesto biosinteze proteina. Faze biosinteze proteina. Gdje i kako dolazi do biosinteze proteina

Biosinteza proteina.

Plastični metabolizam (asimilacija ili anabolizam) je skup reakcija biološke sinteze. Naziv ove vrste izmjene odražava njegovu suštinu: od tvari koje ulaze u ćeliju izvana nastaju tvari slične onima u ćeliji.

Razmotrimo jedan od najvažnijih oblika plastičnog metabolizma - biosintezu proteina. Biosinteza proteina provodi se u svim stanicama pro-i eukariota. Podaci o primarnoj strukturi (redoslijed aminokiselina) proteinske molekule kodirani su nizom nukleotida u odgovarajućoj regiji molekule DNA - genu.

Gen je dio molekula DNK koji određuje redoslijed aminokiselina u molekulu proteina. Slijedom toga, redoslijed aminokiselina u polipeptidu ovisi o redu nukleotida u genu, tj. njegova primarna struktura, od koje, pak, ovise sve ostale strukture, svojstva i funkcije proteinske molekule.

Sustav za bilježenje genetskih informacija u DNK (i - RNK) u obliku specifične sekvence nukleotida naziva se genetski kod. One. jedinica genetskog koda (kodon) je trojka nukleotida u DNK ili RNK koja kodira jednu aminokiselinu.

Ukupno, genetski kod uključuje 64 kodona, od kojih je 61 kodirajući i 3 nekodirajući (terminatorski kodoni označavaju kraj procesa prevođenja).

Terminatorski kodoni u i - RNA: UAA, UAG, UGA, u DNK: ATT, ATC, ACT.

Početak procesa prevođenja određen je inicijatorskim kodonom (AUG, u DNK - TAC), koji kodira aminokiselinu metionin. Ovaj kodon prvi ulazi u ribosom. Nakon toga, metionin se odvaja, ako nije naveden kao prva aminokiselina ovog proteina.

Genetski kod ima karakteristična svojstva.

1. Univerzalnost - kôd je isti za sve organizme. Isti triplet (kodon) u bilo kojem organizmu kodira istu aminokiselinu.

2. Specifičnost - svaki kodon šifrira samo jednu aminokiselinu.

3. Degeneracija - većina aminokiselina može biti kodirana s nekoliko kodona. Izuzetak su dvije aminokiseline - metionin i triptofan, koje imaju samo jednu varijantu kodona.

4. Između gena postoje "interpunkcijski znakovi" - tri posebne trojke (UAA, UAG, UGA), od kojih svaka označava prekid sinteze polipeptidnog lanca.

5. Ne postoje "interpunkcijski znakovi" unutar gena.

Da bi se protein sintetizirao, informacije o nukleotidnoj sekvenci u njegovoj primarnoj strukturi moraju se dostaviti ribosomima. Ovaj proces uključuje dvije faze - transkripciju i prevođenje.

Transkripcija(prepisivanje) informacije se javljaju sintezom jednolančanog molekula RNA na jednom od lanaca molekule DNK, čija se nukleotidna sekvenca potpuno podudara sa sekvencom matriksnih nukleotida - polinukleotidnog lanca DNK.

Ona (i - RNA) je posrednik koji prenosi informacije iz DNK na mjesto sastavljanja proteinskih molekula u ribosomu. Sinteza i - RNA (transkripcija) odvija se na sljedeći način. Enzim (RNA - polimeraza) cijepa dvostruki lanac DNK, a nukleotidi RNA su poredani na jednom od njegovih lanaca (kodiraju) prema principu komplementarnosti. Tako sintetizirana molekula u-RNK (sinteza matriksa) ulazi u citoplazmu, a male podjedinice ribosoma nanizane su na jedan njen kraj.

Drugi korak u biosintezi proteina je emitovanje- ovo je prevođenje sekvence nukleotida u molekuli i - RNK u sekvencu aminokiselina u polipeptidu. Kod prokariota koji nemaju formirano jezgro, ribosomi se mogu vezati za novosintetizirani molekul i - RNK odmah nakon odvajanja od DNK ili čak prije nego što se završi njegova sinteza. Kod eukariota i - RNA se prvo mora isporučiti kroz nuklearni omotač u citoplazmu. Transfer se vrši posebnim proteinima koji tvore kompleks s molekulom i - RNK. Osim funkcija prijenosa, ovi proteini štite i - RNK od štetnog djelovanja citoplazmatskih enzima.

U citoplazmu ribosom ulazi na jedan od krajeva u-RNK (naime, onaj s kojeg počinje sinteza molekula u jezgri) i počinje sinteza polipeptida. Dok se kreće duž molekule RNA, ribosom se prevodi triplet po triplet, uzastopno vezujući aminokiseline za rastući kraj polipeptidnog lanca. Tačnu podudarnost aminokiseline trojnom kodu i - RNK daje t - RNK.

Transportna RNA (t - RNA) "dovodi" aminokiseline u veliku podjedinicu ribosoma. Molekul t-RNK ima složenu konfiguraciju. U nekim njegovim dijelovima formiraju se vodikove veze između komplementarnih nukleotida, a molekula u obliku podsjeća na list djeteline. Na njegovom vrhu nalazi se trojka slobodnih nukleotida (antikodon), koja odgovara određenoj aminokiselini, a baza služi kao mjesto vezivanja ove aminokiseline (slika 1).

Pirinač. 1. Šema strukture transportne RNK: 1 - vodonične veze; 2 - antikodon; 3-mjesto vezivanja aminokiseline.

Svaka m - RNK može nositi samo svoju aminokiselinu. T-RNA se aktivira posebnim enzimima, veže svoju aminokiselinu i transportira je do ribosoma. Unutar ribosoma u svakom trenutku postoje samo dva i-RNA kodona. Ako je t-RNA antikodon komplementaran s kodonom m-RNK, tada dolazi do privremenog vezivanja t-RNK s aminokiselinom na m-RNK. Druga t-RNK je vezana za drugi kodon, koji nosi njegovu aminokiselinu. Aminokiseline se nalaze jedna pored druge u velikoj podjedinici ribosoma, a uz pomoć enzima uspostavlja se peptidna veza između njih. U isto vrijeme, veza između prve aminokiseline i njene t-RNA je uništena, a t-RNA napušta ribosom za sljedeću aminokiselinu. Ribosom pomiče jednu trojku i proces se ponavlja. Tako postupno raste molekula polipeptida u kojem su aminokiseline raspoređene u strogom skladu s redoslijedom trojki koje ih kodiraju (sinteza matriksa) (slika 2).

Pirinač. 2. Shema bisinteze proteina: 1 - i -RNA; 2 - podjedinice ribosoma; 3 - t -RNK sa aminokiselinama; 4 - t -RNK bez aminokiselina; 5 - polipeptid; 6 - i -RNA kodon; 7- t-RNA antikodon.

Jedan ribosom je sposoban sintetizirati potpuni polipeptidni lanac. Međutim, često se nekoliko ribosoma kreće duž jedne molekule m-RNA. Takvi kompleksi nazivaju se poliribosomi. Nakon završetka sinteze, polipeptidni lanac se odvaja od matriksa - molekula i -RNA, namotan u spiralu i dobiva svoju karakterističnu (sekundarnu, tercijarnu ili kvartarnu) strukturu. Ribosomi djeluju vrlo efikasno: u roku od 1 s bakterijski ribosom formira polipeptidni lanac od 20 aminokiselina.

Genetski podaci o strukturi proteina pohranjeni su kao niz DNK tripleta. U ovom slučaju samo jedan od DNK lanaca služi kao predložak za transkripciju.

Biosinteza proteina u stanicama slijed je reakcija tipa matriksa, tijekom kojih uzastopni prijenos nasljednih informacija s jedne vrste molekula na drugu dovodi do stvaranja polipeptida s genetski određenom strukturom.

Biosinteza proteina je početna faza implementacije ili izražavanja genetskih informacija. Glavni procesi matriksa koji osiguravaju biosintezu proteina uključuju transkripciju DNA i translaciju mRNA. Transkripcija DNK se sastoji u prepisivanju informacija iz DNK u mRNK (matriks ili messenger RNA). Emitiranje mRNA je prijenos informacija s mRNA na polipeptid.

Kopiranje MRNA počinje vezivanjem RNA polimeraze za dio DNK koji se naziva promotor. Međutim, s obzirom na informacije o mogućnosti alternativnog spajanja, moguće je da će geni, čak i oni koji se nalaze u blizini, biti transkribirani iz različitih lanaca. Stoga se oba lanca DNK mogu koristiti za transkripciju. Tijekom transkripcije komplementarnih DNK lanaca koriste se različite RNA polimeraze, a smjer njihovog kretanja duž lanca određen je slijedom promotora.

Budući da su lanci DNA međusobno obrnuti, a sinteza mRNA, kao i sinteza DNK, odvija se samo u smjeru od 5ꞌ do 3ꞌ kraja, tada se transkripcije na DNK kreću u suprotnim smjerovima.

Zove se DNK lanac koji sadrži iste sekvence kao i mRNA kodiranje, i lanac koji osigurava sintezu mRNA (na temelju komplementarnog uparivanja) - anti-kodiranje... Lanac protiv kodiranja se takođe naziva prepisano.

Osim mRNA, u ćeliji se stvaraju i drugi proizvodi transkripcije DNA. Ovo uključuje molekule rRNA i tRNA, koje su takođe učesnici u sintezi polipeptida. Sve ove RNK nazivaju se nuklearne.

Ako uzmemo u obzir postotak ove tri vrste RNA u ćeliji, tada zrela mRNA čini oko 5% ukupnog sadržaja RNK, tRNA čini oko 10%, a većina do 85% otpada na rRNA.

Sve RNK se prepisuju iz DNK iz ribonukleotid trifosfata uz oslobađanje pirofosfata uz učešće RNA polimeraza. U prokariotima postoji samo jedna vrsta RNA polimeraze koja osigurava sintezu mRNA, rRNA i tRNA.

Eukariotske ćelije sadrže tri vrste RNA polimeraza (I, II, III). Svaka od ovih RNA polimeraza, vezivanjem za promotor na DNK, osigurava transkripciju različitih sekvenci DNK. RNA polimeraza I sintetizira veliku rRNA (osnovne molekule RNK velikih i malih podjedinica ribosoma). RNA polimeraza II sintetizira svu mRNA i dio male rRNA, RNA polimeraza III sintetizira tRNA i RNA 5s - podjedinice ribosoma.

Za vezanje RNA polimeraza na promotor potrebni su posebni proteini koji obavljaju funkciju faktora inicijacije transkripcije (TF I, TF II, TF III za odgovarajuće polimeraze).

Uzimajući u obzir ove pozicije, glavne faze biosinteze proteina su sljedeće:

Faza 1. DNK transkripcija... Komplementarni lanac mRNA kompletira se na transkribovanom lancu DNK koristeći DNK-zavisnu RNK polimerazu. Molekul mRNA je egzaktna kopija neprepisane DNK niti, s tom razlikom što umjesto deoksiribonukleotida sadrži ribonukleotide koji umjesto uraka sadrže uracil.

Faza 2. Obrada (sazrijevanje) mRNA... Sintetizirani molekul mRNA (primarni transkript) prolazi kroz dodatne transformacije. U većini slučajeva, originalni molekul mRNA je isječen na zasebne fragmente. Neki fragmenti - introni - cijepaju se na nukleotide, dok se drugi - egzoni - spajaju u zrelu mRNA. Sve faze obrade mRNA odvijaju se u česticama RNP -a (ribonukleoproteinski kompleksi).

Kako se pro -mRNA sintetizira, ona odmah formira komplekse s nuklearnim proteinima - informoferi i formira nuklearne i citoplazmatske komplekse (mRNA plus informoferi) - informosomi. Dakle, mRNA nikada nije bez proteina. MRNA je zaštićena od nukleaza duž cijele rute dok se translacija ne završi. Osim toga, proteini mu daju potrebnu konformaciju.

Faza 3. MRNA prevod... Molekula mRNA dobivena tijekom transkripcije služi kao predložak za sintezu polipeptida na ribosomima. Tripleti mRNA koji kodiraju određenu aminokiselinu nazivaju se kodoni... Molekule TRNA učestvuju u prevođenju. Svaki molekul tRNA sadrži anticodon- triplet za prepoznavanje, u kojem je nukleotidna sekvenca komplementarna specifičnom kodonu mRNA. Svaki molekul tRNA sposoban je nositi strogo definiranu aminokiselinu.

Molekul tRNA u svojoj općoj konformaciji podsjeća na list djeteline na peteljci. "Vrh lista" nosi antikodon. Postoji 61 vrsta tRNA sa različitim antikodonima. Aminokiselina je vezana za "peteljku lista" (postoji 20 aminokiselina uključenih u sintezu polipeptida na ribosomima). Svaka molekula tRNA sa specifičnim antikodonom odgovara strogo definiranoj aminokiselini. U isto vrijeme, određena aminokiselina obično odgovara nekoliko tipova tRNA s različitim antikodonima. Aminokiselina je kovalentno vezana za tRNA pomoću enzima - aminoacil -tRNA sintetaza. Ova reakcija naziva se aminoacilacija tRNA. Kombinacija tRNA s aminokiselinom naziva se aminoacil-tRNA.

Prijevod (kao i svi matrični procesi) uključuje tri faze: iniciranje (početak), produženje (nastavak) i završetak (završetak).

Iniciranje. Suština inicijacije je stvaranje peptidne veze između prve dvije aminokiseline polipeptida.

U početku se formira inicirajući kompleks koji uključuje: malu podjedinicu ribosoma, specifične proteine ​​(inicijacijski faktori) i posebnu inicijacijsku metioninsku tRNA s aminokiselinom metionin - Met -tRNAMet. Inicirajući kompleks prepoznaje početak mRNA, veže se za njega i klizi do točke iniciranja (početka) biosinteze proteina: u većini slučajeva ovo je početni kodon AUG... Između početnog kodona mRNA i antikodona metionin tRNA dolazi do vezivanja kodona s stvaranjem vodikovih veza. Zatim se veže velika podjedinica ribosoma.

Kad se podjedinice spoje, nastaje integralni ribosom, koji nosi dva aktivna centra (mjesta): A-mjesto (aminoacil, koji služi za vezivanje aminoacil-tRNA) i P-mjesto (peptidiltransferaza, koje služi za stvaranje peptidna veza između aminokiselina). U početku se Met-tRNKMet nalazi na A-mjestu, ali se zatim premješta na P-mjesto. Ispraznjeno A-mjesto prima aminoacil-tRNA s antikodonom, koji je komplementaran kodonu mRNA koji slijedi AUG kodon. Na primjer, ovo je Gly-tRNAGly sa CCG antikodonom, koji je komplementaran GHC kodonu. Kao rezultat vezivanja ovisnog o kodonu između kodona mRNA i aminoacil-tRNA antikodona, nastaju vodikove veze. Dakle, na ribosomu postoje dvije aminokiseline jedna do druge, između kojih se stvara peptidna veza. Kovalentna veza između prve aminokiseline (metionina) i njene tRNA je prekinuta.

Nakon stvaranja peptidne veze između prve dvije aminokiseline, ribosom se pomiče za jednu trojku. Kao rezultat toga, inicijator metionin tRNAMet se translocira (pomjeri) izvan ribosoma. Vodonična veza između početnog kodona i antikodona inicijatorske tRNA je prekinuta. Kao rezultat toga, slobodni tRNAMet se otcjepljuje i odlazi u potragu za svojom aminokiselinom.

U ovom slučaju, druga tRNA, zajedno s aminokiselinom (Gly-tRNAGli), kao rezultat translokacije pojavljuje se na P-mjestu, a A-mjesto se oslobađa.

Elongation. Suština produženja je dodavanje sljedećih aminokiselina, odnosno produženje polipeptidnog lanca. Radni ciklus ribosoma u procesu produženja sastoji se od tri koraka: vezivanje mRNA i aminoacil-tRNA zavisno od kodona na A-mjestu, stvaranje peptidne veze između aminokiseline i rastućeg polipeptidnog lanca i translokacija sa objavljivanje A-stranice.

Ispraznjeno A-mjesto prima aminoacil-tRNA s antikodonom koji odgovara sljedećem kodonu mRNA (na primjer, Tyr-tRNATyr s AUA antikodonom, koji je komplementaran kodonu AUA).

Na ribosomu postoje dvije aminokiseline jedna do druge, između kojih se stvara peptidna veza. Veza između prethodne aminokiseline i njene tRNA (u našem primjeru, između glicina i tRNAGly) je prekinuta.

Tada se ribosom istiskuje za još jedan triplet, a kao rezultat translokacije tRNA, koja je bila na P-mjestu (u našem primjeru, tRNAGli), pojavljuje se izvan ribosoma i cijepa se iz mRNA. A-mjesto se oslobađa i radni ciklus ribosoma počinje iznova.

Raskid. Sastoji se od završetka sinteze polipeptidnog lanca.
Na kraju, ribosom dostiže mRNA kodon kojem ne odgovara nijedna tRNA (i aminokiselina). Postoje tri takva n onsense kod: UAA ("oker"), UAG ("jantar"), UGA ("opal"). Kod ovih kodona mRNA, radni ciklus ribosoma je prekinut, a rast polipeptida prestaje. Pod utjecajem određenih proteina, ribosom se ponovno dijeli na podjedinice.

Energija biosinteze proteina. Biosinteza proteina je energetski intenzivan proces. Tokom aminoacilacije tRNA, energija jedne veze molekula ATP se troši, tokom kodona ovisnog vezivanja aminoacil-tRNA, energija jedne veze molekule GTP, kada se ribosom pomiče za jedan triplet, energija jedna veza drugog GTP molekula. Kao rezultat toga, oko 90 kJ / mol se troši na vezivanje aminokiseline za polipeptidni lanac. Prilikom hidrolize peptidne veze oslobađa se samo 2 kJ / mol. Tako se tijekom biosinteze većina energije nepovratno gubi (rasipa u obliku topline).

Prvo, utvrdite slijed koraka u biosintezi proteina, počevši od transkripcije. Čitav niz procesa koji se javljaju tokom sinteze proteinskih molekula može se kombinirati u 2 faze:

1. Transkripcija.

2. Emitiranje.

Strukturne jedinice nasljednih informacija su geni - dijelovi molekula DNK koji kodiraju sintezu specifičnog proteina. U smislu kemijske organizacije, materijal nasljedstva i varijabilnosti pro- i eukariota se ne razlikuje bitno. Genetski materijal u njima predstavljen je u molekuli DNK, princip bilježenja nasljednih informacija i genetski kod su također uobičajeni. Iste aminokiseline u pro - i eukariotima šifrirane su istim kodonima.

Genom modernih prokariotskih stanica karakterizira relativno mala veličina, DNK Escherichia coli ima oblik prstena, dug oko 1 mm. Sadrži 4 x 10 6 parova baza koji tvore oko 4000 gena. Godine 1961. F. Jacob i J. Monod otkrili su cistroničnu ili kontinuiranu organizaciju prokariotskih gena, koji su u potpunosti sastavljeni od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, a potpuno se ostvaruju tokom sinteze proteina. Nasljedni materijal molekula prokariotske DNK nalazi se direktno u citoplazmi ćelije, gdje se također nalaze tRNA i enzimi potrebni za ekspresiju gena.Ekspresija je funkcionalna aktivnost gena, odnosno ekspresija gena. Stoga je mRNA sintetizirana iz DNK sposobna odmah obavljati funkciju matriksa tijekom translacije sinteze proteina.

Genom eukariota sadrži znatno više nasljednog materijala. Kod ljudi, ukupna dužina DNK u diploidnom skupu kromosoma je oko 174 cm. Sadrži 3 x 10 9 parova baza i uključuje do 100 000 gena. Godine 1977. otkriven je diskontinuitet u strukturi većine eukariotskih gena koji je nazvan gen "mozaik". Karakteriše ga kodiranje nukleotidnih sekvenci exonic i intronski parcele. Za sintezu proteina koriste se samo informacije o egzonu. Broj introna varira u različitim genima. Utvrđeno je da gen pilećeg ovalbumina uključuje 7 introna, a gen prokolagena sisavaca - 50. Funkcije tihih introna DNK nisu u potpunosti razjašnjene. Oni bi trebali osigurati: 1) strukturnu organizaciju kromatina; 2) neki od njih su očigledno uključeni u regulaciju ekspresije gena; 3) introni se mogu smatrati skladištem informacija radi varijabilnosti; 4) mogu igrati zaštitnu ulogu, preuzimajući djelovanje mutagena.

Transkripcija

Postupak prepisivanja informacija u jezgri ćelije sa presjeka molekula DNA u molekul mRNA (mRNA) naziva se transkripcija(Latinski Transcriptio - prepisivanje). Sintetiše se primarni proizvod gena, mRNA. Ovo je prvi korak u sintezi proteina. Na odgovarajućoj DNA lokaciji enzim RNA polimeraza prepoznaje znak početka transkripcije - unapređen Polazište je prvi DNK nukleotid, koji je enzimom uključen u RNA transkript. U pravilu, kodirajuće regije počinju s AUG kodonom, ponekad se GUG koristi u bakterijama. Kada se RNA polimeraza veže za promotor, dolazi do lokalnog odmotavanja dvostruke spirale DNK i jedna od niti se kopira prema principu komplementarnosti. MRNA se sintetizira, njena brzina sastavljanja doseže 50 nukleotida u sekundi. Kako se RNA polimeraza kreće, lanac mRNA raste, a kada enzim dođe do kraja mjesta kopiranja - terminator, mRNA odstupa od predloška. Popravlja se dvostruka spirala DNK iza enzima.

Transkripcija prokariota vrši se u citoplazmi. Zbog činjenice da se DNK u potpunosti sastoji od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, stoga sintetizirana mRNA odmah obavlja funkciju matrice za translaciju (vidi gore).

Transkripcija mRNA u eukariota događa se u jezgri. Započinje sintezom prekursorskih molekula velikih veličina (pro-mRNA), nazvanih nezrela ili nuklearna RNK. Primarni proizvod gena pro-mRNA je egzaktna kopija transkribovane DNK regije, uključujući egzone i introne. Proces stvaranja zrelih molekula RNK iz prekursora naziva se obrada... Dozrijevanje mRNA događa se spajanje Seku ih enzimi restrikcijski enzim introni i povezivanje mjesta s transkribiranim eksonskim sekvencama pomoću enzima ligaze. (Sl.) Zrela mRNA je mnogo kraća od molekula prekursora pro-mRNA, veličina introna u njima varira od 100 do 1000 nukleotida ili više. Introni čine oko 80% svih nezrelih mRNA.

Sada se pokazalo da je to moguće alternativno spajanje, u kojem se iz jednog primarnog transkripta nukleotidne sekvence mogu ukloniti u različitim njegovim dijelovima i formirati nekoliko zrelih mRNA. Ova vrsta spajanja karakteristična je u sistemu gena imunoglobulina kod sisara, što omogućava stvaranje različitih vrsta antitijela na osnovu jednog mRNA transkripta.

Po završetku obrade, zrela mRNA se bira prije izlaska iz jezgre. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNA ulazi u citoplazmu, a ostatak se cijepa u jezgri.

Emitiranje

Translacija (lat. Translatio - prenos, transfer) - prevođenje informacija sadržanih u sekvenci nukleotida molekula mRNA u sekvencu aminokiselina polipeptidnog lanca (slika 10). Ovo je drugi korak u sintezi proteina. Prijenos zrele mRNA kroz pore jezgrene ovojnice proizvode posebni proteini koji tvore kompleks s molekulom RNA. Osim transporta mRNA, ovi proteini štite mRNA od štetnih učinaka citoplazmatskih enzima. U procesu prevođenja, tRNA igraju središnju ulogu; one osiguravaju tačnu podudarnost aminokiseline kodu tripleta mRNA. Proces translacijsko-dekodiranja odvija se u ribosomima i odvija se u smjeru od 5 do 3. Kompleks mRNA i ribosoma naziva se polisom.

U toku prevođenja mogu se razlikovati tri faze: inicijacija, produženje i završetak.

Iniciranje.

U ovoj fazi dolazi do sastavljanja cijelog kompleksa uključenog u sintezu proteinske molekule. Postoji unija dvije ribosomske podjedinice na određenom mjestu mRNA, vezivanje prve aminoacil - tRNA za nju, što postavlja okvir za čitanje informacija. Bilo koji molekul mRNA sadrži regiju koja je komplementarna rRNA male podjedinice ribosoma i njome se posebno kontrolira. Pored njega je inicijacijski početni kodon AUG, koji kodira aminokiselinu metionin, a faza inicijacije završava stvaranjem kompleksa: ribosoma, -a-mRNA-iniciacijske aminoacil-tRNA.

Elongation

- uključuje sve reakcije od trenutka stvaranja prve peptidne veze do dodavanja posljednje aminokiseline. Ribosom ima dva mjesta za vezanje dvije molekule t-RNA. Na jednom mjestu-peptidil (P) je prva t-RNK s aminokiselinom metioninom i iz njega počinje sinteza bilo koje molekule proteina. Druga molekula t-RNK ulazi u drugu regiju ribosoma, aminoacil (A), i veže se za svoj kodon. Između metionina i druge aminokiseline stvara se peptidna veza. Druga t-RNK kreće se sa svojim m-RNA kodonom do peptidilnog centra. Kretanje t-RNK s polipeptidnim lancem iz aminoacil centra u peptidil centar prati napredovanje ribosoma duž mRNA za korak koji odgovara jednom kodonu. T-RNK koja je isporučila metionin vraća se u citoplazmu, a amnoacil centar se oslobađa. Prima novu t-RNK sa aminokiselinom koju kodira sljedeći kodon. Između treće i druge aminokiseline nastaje peptidna veza, a treća t-RNK zajedno s kodonom m-RNA prelazi u peptidilni centar.Proces produženja, produženja lanca proteina. Nastavlja se sve dok jedan od tri kodona koji ne kodiraju aminokiseline uđe u ribosom. Ovaj kodon je terminator i za njega ne postoji odgovarajuća t-RNK, pa se niti jedna od t-RNK ne može nalaziti u aminoacil centru.

Raskid

- završetak sinteze polipeptida. Povezan je s prepoznavanjem specifičnog ribosomalnog proteina jednog od terminacijskih kodona (UAA, UAH, UGA) kada uđe u aminoacil centar. Za ribosom je vezan poseban faktor završetka koji potiče odvajanje podjedinica ribosoma i oslobađanje sintetizirane molekule proteina. Voda je vezana za posljednju aminokiselinu peptida i njen karboksilni kraj je odvojen od t-RNA.

Sklapanje peptidnog lanca vrši se velikom brzinom. U bakterijama na 37 ° C, izražava se dodavanjem 12 do 17 aminokiselina u sekundi polipeptidu. U eukariotskim stanicama, polipeptidu se u jednoj sekundi dodaju dvije aminokiseline.

Sintetizirani polipeptidni lanac zatim ulazi u Golgijev kompleks, gdje je završena izgradnja proteinske molekule (druga, treća i četvrta struktura pojavljuju se u nizu). Tu se odvija kompleksiranje proteinskih molekula s mastima i ugljikohidratima.

Cijeli proces biosinteze proteina predstavljen je u obliku dijagrama: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polipeptidni lanac ® protein ® kompleksacija proteina i njihova transformacija u funkcionalno aktivne molekule.

Faze realizacije nasljednih informacija također se odvijaju na sličan način: prvo se prepisuje u nukleotidnu sekvencu mRNA, a zatim se prevodi u aminokiselinsku sekvencu polipeptida na ribosomima uz učešće tRNA.

Transkripcija eukariota vrši se pomoću tri nuklearne RNK polimeraze. RNA polimeraza 1 nalazi se u jezgri i odgovorna je za transkripciju gena rRNA. RNA polimeraza 2 nalazi se u nuklearnom soku i odgovorna je za sintezu prekursora mRNA. RNA polimeraza 3 je mala frakcija u nuklearnom soku koja sintetiše malu rRNK i tRNK. RNA polimeraze posebno prepoznaju transkripcijski promotor nukleotidne sekvence. Eukariotska mRNA prvo se sintetizira u obliku prekursora (pro-mRNA), u nju se ispisuju informacije iz egzona i introna. Sintetizirana mRNA veća je nego što je potrebno za translaciju i pokazalo se da je manje stabilna.

U procesu sazrijevanja molekula mRNA, introni se izrezuju uz pomoć restrikcijskih enzima, a egzoni se šivaju uz pomoć enzima - ligaza. Sazrijevanje mRNA naziva se procesiranje, a spajanje egzona spajanjem. Dakle, zrela mRNA sadrži samo egzone i mnogo je kraća od svog prethodnika, pro-mRNA. Intronske veličine variraju od 100 do 10.000 nukleotida ili više. Intone čine oko 80% svih nezrelih mRNA. Trenutno je dokazana mogućnost alternativnog spajanja, pri čemu se nukleotidne sekvence mogu ukloniti iz jednog primarnog transkripta u različitim njegovim dijelovima i formirati nekoliko zrelih mRNA. Ova vrsta spajanja karakteristična je u sistemu gena imunoglobulina kod sisara, što omogućava stvaranje različitih vrsta antitijela na osnovu jednog mRNA transkripta. Po završetku obrade, zrela mRNA se bira prije ulaska u citoplazmu iz jezgre. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNA ulazi, a ostatak se cijepa u jezgri. Transformacija primarnih transkriptona eukariotskih gena, povezana s njihovom organizacijom egzon-introna, te u vezi s prijelazom zrele mRNA iz jezgre u citoplazmu, određuje značajke implementacije genetskih informacija eukariota. Shodno tome, mozaični gen eukariota nije cistron, budući da se ne koristi cijeli niz DNK za sintezu proteina.

Proteini imaju vrlo važnu ulogu u životu organizama, obavljaju zaštitne, strukturne, hormonske i energetske funkcije. Omogućava rast mišićnog i koštanog tkiva. Proteini informiraju o strukturi ćelije, o njenim funkcijama i biokemijskim svojstvima, dio su vrijedne, korisne hrane za tijelo (jaja, mliječni proizvodi, riba, orasi, mahunarke, raž i pšenica). Probavljivost takve hrane posljedica je njene biološke vrijednosti. S jednakim pokazateljem količine proteina, bit će lakše probaviti proizvod čija je vrijednost veća. Neispravni polimeri moraju se ukloniti iz tijela i zamijeniti novim. Ovaj proces se odvija tokom sinteze proteina u ćelijama.

Šta su proteini

Tvari koje se sastoje samo od ostataka aminokiselina nazivaju se jednostavni proteini (proteini). Ako je potrebno, koristi se njihovo energetsko svojstvo, pa je ljudima koji vode zdrav način života često potreban dodatni unos proteina. Složeni proteini, proteini, sadrže jednostavan protein i dio koji nije protein. Deset aminokiselina u bjelančevinama je nezamjenjivo, što znači da ih tijelo ne može samostalno sintetizirati, dolaze iz hrane, dok je ostalih deset nezamjenjivih, odnosno mogu nastati iz drugih aminokiselina. Tako počinje proces od vitalnog značaja za sve organizme.

Glavni koraci biosinteze: odakle proteini dolaze

Novi molekuli potječu iz biosinteze - kemijske reakcije spoja. Postoje dvije glavne faze u sintezi proteina u stanici. Ovo je transkripcija i emitovanje. Transkripcija se odvija u jezgru. Ovo se čita iz DNK (deoksiribonukleinska kiselina), koja prenosi informacije o budućim proteinima, do RNK (ribonukleinska kiselina), koja te podatke prenosi iz DNK u citoplazmu. To se događa zbog činjenice da DNK ne sudjeluje izravno u biosintezi, samo prenosi informacije, nema mogućnost ulaska u citoplazmu, gdje se sintetizira protein, i obavlja samo funkciju nositelja genetskih informacija. Transkripcija, s druge strane, omogućuje vam čitanje podataka iz DNK matrice u RNK prema principu komplementarnosti.

Uloga RNK i DNK u procesu

Dakle, sintezu proteina u stanicama pokreće DNK lanac koji nosi informacije o određenom proteinu i naziva se gen. DNK lanac se raspada u procesu transkripcije, odnosno njegova spirala počinje se raspadati u linearni molekul. Sa DNK, informacije se moraju pretvoriti u RNK. Suprotni timin u ovom procesu trebao bi postati adenin. Citozin ima gvanin kao par, baš kao i DNK. Nasuprot adeninu, RNA postaje uracil, jer u RNA takav nukleotid kao što je timin ne postoji, jednostavno se zamjenjuje nukleotidom uracila. Citozin se nalazi uz gvanin. Nasuprot adeninu, uracil postaje, a adenin je uparen s timinom. Ovi molekuli RNK, koji postaju suprotni, nazivaju se glasnička RNK (mRNA). Oni su u stanju napustiti jezgru kroz pore u citoplazmu i ribosome, koji zapravo obavljaju funkciju sinteze proteina u stanicama.

Složeno u jednostavnim riječima

Sada se vrši sastavljanje aminokiselinskih sekvenci polipeptidnog lanca proteina. Transkripcija se može nazvati čitanjem informacija o budućem proteinu iz DNK matrice u RNK. To se može definirati kao prva faza. Nakon što RNA napusti jezgro, mora otići u ribosome, gdje se odvija drugi korak, nazvan translacija.

Translacija je već prijenos RNA, odnosno prijenos informacija iz nukleotida u molekulu proteina, kada RNA kaže koja sekvenca aminokiselina treba biti u tvari. Ovim redoslijedom, RNK glasnika ulazi u citoplazmu u ribosome, koji vrše sintezu proteina u stanici: A (adenin) - G (guanin) - U (uracil) - C (citozin) - U (uracil) - A (adenin).

Zašto su potrebni ribosomi?

Da bi došlo do prevođenja i nastalog proteina, potrebne su komponente kao što je sama glasnička RNK, transportna RNK i ribosomi kao "tvornica" za proizvodnju proteina. U ovom slučaju funkcioniraju dvije vrste RNK: informacijska, koja je nastala u jezgri s DNK, i transportna. Molekul druge kiseline je u obliku djeteline. Ova "djetelina" veže aminokiselinu za sebe i prenosi je do ribosoma. Odnosno, vrši transport organskih spojeva direktno u "tvornicu" radi njihovog formiranja.

Kako rRNA funkcionira

Postoje i ribosomske RNA, koje su dio samog ribosoma i vrše sintezu proteina u stanici. Ispostavilo se da ribosomi nisu membranske strukture, nemaju membrane, poput jezgre ili endoplazmatskog retikuluma, već se jednostavno sastoje od proteina i ribosomskih RNK. Šta se dešava kada sekvenca nukleotida, to jest messenger RNA, dođe do ribosoma?

Transportna RNA, koja se nalazi u citoplazmi, uvlači aminokiseline. Otkud aminokiseline u ćeliji? A nastaju kao posljedica razgradnje proteina koji ulaze s hranom. Ovi spojevi se krvotokom prenose do stanica, gdje se odvija proizvodnja proteina neophodnih za tijelo.

Završna faza sinteze proteina u stanicama

Aminokiseline plutaju u citoplazmi na isti način kao transportne RNK, a kada se polipeptidni lanac sastavi direktno, te transportne RNK počinju se vezati za njih. Međutim, ne u svakom slijedu i daleko od svakog transporta RNA se može kombinirati sa svim vrstama aminokiselina. Postoji određeno mjesto na koje je vezana potrebna aminokiselina. Druga regija transportne RNK naziva se antikodon. Ovaj element sastoji se od tri nukleotida koji su komplementarni nukleotidnoj sekvenci u glasničkoj RNK. Za jednu aminokiselinu potrebna su tri nukleotida. Na primjer, bilo koji uvjetni protein sastoji se, radi jednostavnosti, od samo dvije aminokiseline. Očigledno, općenito, proteini imaju vrlo dugu strukturu i sastoje se od mnogih aminokiselina. Lanac A - G - Y naziva se triplet ili kodon; na njega će biti vezana transportna RNA u obliku djeteline, na čijem će kraju biti određena aminokiselina. Sljedećem trojcu C - U - A pridružit će se druga tRNA, koja će sadržavati potpuno različite aminokiseline komplementarne ovoj sekvenci. Ovim redoslijedom doći će do daljnje montaže polipeptidnog lanca.

Biološki značaj sinteze

Peptidna veza nastaje između dvije aminokiseline koje se nalaze na krajevima djeteline svake trojke. U ovoj fazi transportna RNK se oslobađa u citoplazmu. Sljedeća transportna RNK s drugom aminokiselinom tada se veže za trojke, koje tvore polipeptidni lanac s prethodna dva. Ovaj proces se ponavlja sve dok se ne postigne željena aminokiselinska sekvenca. Tako se u ćeliji javlja sinteza proteina i stvaraju se enzimi, hormoni, krvne tvari itd. Ne proizvodi svaka stanica bilo koji protein. Svaka ćelija može formirati određeni protein. Na primjer, hemoglobin će se stvarati u eritrocitima, a ćelije gušterače sintetizirat će se hormoni i različiti enzimi koji razgrađuju hranu koja ulazi u tijelo.

U mišićima će se stvarati proteini aktin i miozin. Kao što vidite, proces sinteze proteina u stanicama je višestepeni i složen, što ukazuje na njegovu važnost i neophodnost za sva živa bića.

1. Koje funkcije proteini obavljaju u ćeliji?

Odgovor. Proteini imaju izuzetno veliku ulogu u vitalnim procesima ćelije i tijela, karakteriziraju ih sljedeće funkcije.

1. Strukturni. Oni su dio unutarstaničnih struktura, tkiva i organa. Na primjer, kolagen i elastin su komponente vezivnog tkiva: kosti, tetive, hrskavica; fibroin je dio svilene, paučine; keratin je dio epidermisa i njegovih derivata (kosa, rogovi, perje). Oni tvore omotače (kapside) virusa.

2. Enzimski. Sve hemijske reakcije u ćeliji odvijaju se uz učešće bioloških katalizatora - enzima (oksidoreduktaza, hidrolaza, ligaza, transferaza, izomeraza i liza).

3. Regulatorno. Na primjer, hormoni inzulin i glukagon reguliraju metabolizam glukoze. Proteini-histoni uključeni su u prostornu organizaciju kromatina i na taj način utječu na ekspresiju gena.

4. Transport. Hemoglobin prenosi kisik u krv kičmenjaka, hemocijanin u hemolimfi nekih beskičmenjaka i mioglobin u mišićima. Serumski albumin se koristi za transport masnih kiselina, lipida itd. Transportni proteini membrane obezbeđuju aktivan transport supstanci kroz ćelijske membrane. Citohromi vrše prijenos elektrona duž elektronskih transportnih lanaca mitohondrija i kloroplasta.

5. Zaštitna. Na primjer, antitijela (imunoglobulini) tvore komplekse s bakterijskim antigenima i stranim proteinima. Interferoni blokiraju sintezu virusnih proteina u zaraženoj ćeliji. Fibrinogen i trombin sudjeluju u zgrušavanju krvi.

6. Kontraktilni (motor). Proteini aktin i miozin osiguravaju procese mišićne kontrakcije i kontrakcije elemenata citoskeleta.

7. Signal (receptor). Proteini stanične membrane dio su receptora i površinskih antigena.

Skladišni proteini. Mliječni kazein, albumin pilećeg jaja, feritin (skladišti željezo u slezeni).

8. Proteini-toksini. Toksin difterije.

9. Energetska funkcija. Kada se 1 g proteina raspadne do krajnjih produkata metabolizma (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), oslobađa se 17,6 kJ ili 4,2 kcal energije.

2. Od čega se sastoje proteini?

Odgovor. Proteini su organske tvari velike molekularne težine koje se sastoje od aminokiselina povezanih u lanac peptidnom vezom. U živim organizmima aminokiselinski sastav proteina određen je genetskim kodom; u sintezi se u većini slučajeva koristi 20 standardnih aminokiselina. Njihove brojne kombinacije stvaraju molekule proteina sa širokim spektrom svojstava.

Pitanja nakon §26

1. Šta je gen?

Odgovor. Gen je materijalni nosilac nasljednih informacija, čiji skup roditelji prenose na svoje potomstvo tokom reprodukcije. Trenutno je u molekularnoj biologiji utvrđeno da su geni odsjeci DNK koji nose neku vrstu integralnih informacija - o strukturi jednog proteinskog molekula ili jednog molekula RNK. Ovi i drugi funkcionalni molekuli određuju rast i funkcioniranje tijela.

2. Koji se proces naziva transkripcija?

Odgovor. Nosilac genetskih informacija je DNK smještena u jezgri ćelije. Ista sinteza proteina događa se u citoplazmi na ribosomima. Od jezgre do citoplazme, informacije o strukturi proteina dolaze u obliku glasničke RNK (mRNA). Kako bi se sintetizirala mRNA, dio dvolančane DNK se odmotava, a zatim se na jednom od lanaca DNA sintetizira molekula mRNA prema principu komplementarnosti. To se događa na sljedeći način: protiv, na primjer, G molekula DNK postaje C molekula RNK, protiv A molekula DNK - Y molekula RNK (zapamtite da umjesto timina RNA nosi uracil ili Y), protiv T molekula DNK - A RNK i protiv molekula DNK C - molekul G RNK. Tako se formira mRNA lanac, koji je egzaktna kopija drugog (bez šablona) lanca DNK (umjesto timina je uključen samo uracil). Dakle, informacije o slijedu aminokiselina u proteinu prevedene su sa "jezika DNK" u "jezik RNK". Ovaj proces se naziva transkripcija.

3. Gdje i kako se odvija biosinteza proteina?

Odgovor. U citoplazmi se odvija proces sinteze proteina, koji se naziva i translacija. Translacija je prevođenje nukleotidne sekvence molekule mRNA u aminokiselinsku sekvencu proteinske molekule. Ribosom stupa u interakciju s krajem mRNA, od koje treba započeti sinteza proteina. U ovom slučaju, početak budućeg proteina označen je trojkom AUG, što je znak početka translacije. Budući da ovaj kodon kodira aminokiselinu metionin, svi proteini (osim u posebnim slučajevima) počinju s metioninom. Nakon vezanja, ribosom se počinje kretati duž mRNA, zadržavajući se u svakoj svojoj regiji, koja uključuje dva kodona (tj. 3 + 3 = 6 nukleotida). Vrijeme odgode je samo 0,2 s. Za to vrijeme molekul tRNA, čiji je antikodon komplementaran kodonu u ribosomu, uspijeva ga prepoznati. Aminokiselina koja je vezana za ovu tRNA odvaja se od peteljke i veže se kako bi formirala peptidnu vezu za rastući proteinski lanac. U istom trenutku, sljedeća tRNA se približava ribosomu, čiji je antikodon komplementaran sa sljedećim tripletom u mRNA, a sljedeća aminokiselina koju donosi ova tRNA uključena je u rastući lanac. Nakon toga, ribosom se pomiče duž mRNA, kasni na sljedećim nukleotidima i sve se ponavlja od početka.

4. Šta je stop kodon?

Odgovor. Stop kodoni (UAA, UAH ili UGA) ne kodiraju aminokiseline, oni samo ukazuju na to da se sinteza proteina mora završiti. Proteinski lanac se odvaja od ribosoma, ulazi u citoplazmu i tvori sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture svojstvene ovom proteinu

5. Koliko je vrsta tRNA uključeno u sintezu proteina u ćeliji?

Odgovor. Ne manje od 20 (broj aminokiselina), ne više od 61 (broj čulnih kodona). Obično oko 43 tRNA u prokariotima. Kod ljudi, oko 50 različitih tRNA osigurava ugradnju aminokiselina u protein.

6. Od čega se sastoji polisom?

Odgovor. Ćeliji nije potreban jedan, već mnogo molekula svakog proteina. Stoga, čim se ribosom, koji je prvi započeo sintezu proteina na molekulu mRNA, pomakne naprijed, na ovu mRNA se naniza drugi ribosom, koji počinje sintetizirati isti protein. Na istu mRNA mogu se nanizati i treći i četvrti ribosom itd. Svi ribosomi koji sintetiziraju protein na jednoj molekuli mRNA nazivaju se polisom.

7. Da li procesi sinteze proteina zahtijevaju energiju? Ili, naprotiv, dolazi li do oslobađanja energije u procesima sinteze proteina?

Odgovor. Kao i svaki sintetski proces, sinteza proteina je endotermna reakcija i stoga zahtijeva energiju. Biosinteza proteina je lanac sintetičkih reakcija: 1) sinteza i-RNK; 2) povezanost aminokiselina sa t-RNK; 3) "sklop proteina". Sve ove reakcije zahtijevaju visoke troškove energije - do 24,2 kcal / mol. Energiju za sintezu proteina osigurava reakcija razgradnje ATP -a.