Sinteza proteinelor este un proces foarte important. El este cel care ne ajută corpul să crească și să se dezvolte. Implica multe structuri celulare. La urma urmei, mai întâi trebuie să înțelegeți ce anume vom sintetiza.
Ce proteine trebuie construite în acest moment - enzimele sunt responsabile pentru acest lucru. Ei primesc semnale de la celulă despre necesitatea unei anumite proteine, după care începe sinteza acesteia.
Unde are loc sinteza proteinelor
În orice celulă, locul principal al biosintezei proteinelor este ribozomul. Este o macromoleculă mare cu o structură asimetrică complexă. Este format din ARN (acizi ribonucleici) și proteine. Ribozomii pot fi localizați individual. Dar cel mai adesea sunt combinate cu EPS, ceea ce facilitează sortarea și transportul ulterioare al proteinelor.
Dacă ribozomii se află pe reticulul endoplasmatic, se numește ER aspru. Când translația este intensă, mai mulți ribozomi se pot deplasa de-a lungul unui șablon simultan. Ele se succed și nu interferează deloc cu alte organite.
Ce este necesar pentru sintezăveveriță
Pentru ca procesul să continue, este necesar ca toate componentele principale ale sistemului de sinteză a proteinelor să fie la locul lor:
- Un program care stabilește ordinea reziduurilor de aminoacizi din lanț, și anume ARNm, care va transfera aceste informații de la ADN la ribozomi.
- Material de aminoacizi din care se va construi o nouă moleculă.
- ARNt, care va livra fiecare aminoacid la ribozom, va participa la descifrarea codului genetic.
- Aminoacil-ARNt sintetaza.
- Ribozomul este locul principal al biosintezei proteinelor.
- Energie.
- Ioni de magneziu.
- Factori proteici (fiecare etapă are propriile sale).
Acum, să ne uităm la fiecare dintre ele mai detaliat și să aflăm cum sunt create proteinele. Mecanismul de biosinteză este foarte interesant, toate componentele acționează într-un mod neobișnuit de coordonat.
Program de sinteză, căutare matrice
Toate informațiile despre proteinele pe care corpul nostru le poate construi sunt conținute în ADN. Acidul dezoxiribonucleic este folosit pentru a stoca informații genetice. Este împachetat în siguranță în cromozomi și este localizat în celula din nucleu (dacă vorbim de eucariote) sau plutește în citoplasmă (la procariote).
După cercetarea ADN-ului și recunoașterea rolului său genetic, a devenit clar că nu este un șablon direct pentru traducere. Observațiile au condus la sugestii că ARN-ul este asociat cu sinteza proteinelor. Oamenii de știință au decis că ar trebui să fie un intermediar, să transfere informații de la ADN la ribozomi, să servească drept matrice.
În același timp, au existatribozomii sunt deschiși, ARN-ul lor reprezintă marea majoritate a acidului ribonucleic celular. Pentru a verifica dacă este o matrice pentru sinteza proteinelor, A. N. Belozersky și A. S. Spirin în 1956-1957. a efectuat o analiză comparativă a compoziției acizilor nucleici într-un număr mare de microorganisme.
S-a presupus că, dacă ideea schemei „ADN-rARN-proteină” este corectă, atunci compoziția ARN-ului total se va schimba în același mod ca și ADN-ul. Dar, în ciuda diferențelor enorme de acid dezoxiribonucleic la diferite specii, compoziția acidului ribonucleic total a fost similară la toate bacteriile luate în considerare. Din aceasta, oamenii de știință au concluzionat că ARN-ul celular principal (adică ribozomal) nu este un intermediar direct între purtătorul de informații genetice și proteină.
Descoperirea ARNm
Mai târziu s-a descoperit că o mică fracțiune de ARN repetă compoziția ADN-ului și poate servi drept intermediar. În 1956, E. Volkin și F. Astrachan au studiat procesul de sinteză a ARN în bacteriile care au fost infectate cu bacteriofagul T2. După ce intră în celulă, trece la sinteza proteinelor fagice. În același timp, partea principală a ARN nu s-a schimbat. Dar în celulă, a început sinteza unei mici fracțiuni de ARN instabil din punct de vedere metabolic, secvența de nucleotide în care a fost similară cu compoziția ADN-ului fag.
În 1961, această mică fracțiune de acid ribonucleic a fost izolată din masa totală de ARN. Dovezile funcției sale de mediere au fost obținute din experimente. După infectarea celulelor cu fagul T4, s-a format nou ARNm. S-a conectat cu vechii maeștriribozomi (nu se găsesc ribozomi noi după infecție), care au început să sintetizeze proteine fagice. S-a descoperit că acest „ARN asemănător ADN” este complementar uneia dintre catenele de ADN ale fagului.
În 1961, F. Jacob și J. Monod au sugerat că acest ARN transportă informații de la gene la ribozomi și este o matrice pentru aranjarea secvențială a aminoacizilor în timpul sintezei proteinelor.
Transferul de informații la locul de sinteză a proteinei este efectuat de ARNm. Procesul de citire a informațiilor din ADN și de creare a ARN mesager se numește transcripție. După aceasta, ARN-ul suferă o serie de modificări suplimentare, aceasta se numește „procesare”. Pe parcursul acesteia, anumite secțiuni pot fi tăiate din acidul ribonucleic de matrice. Apoi ARNm ajunge la ribozomi.
Material de construcție pentru proteine: aminoacizi
Sunt 20 de aminoacizi în total, unii dintre ei sunt esențiali, adică organismul nu îi poate sintetiza. Dacă acidul din celulă nu este suficient, acest lucru poate duce la o încetinire a translației sau chiar la oprirea completă a procesului. Prezența fiecărui aminoacid în cantitate suficientă este principala cerință pentru ca biosinteza proteinelor să se desfășoare corect.
Oamenii de știință au obținut informații generale despre aminoacizi încă din secolul al XIX-lea. Apoi, în 1820, primii doi aminoacizi, glicina și leucina, au fost izolați.
Secvența acestor monomeri într-o proteină (așa-numita structură primară) determină complet următoarele niveluri de organizare și, prin urmare, proprietățile sale fizice și chimice.
Transport de aminoacizi: ARNt și aa-ARNt sintetaza
Dar aminoacizii nu se pot construi singuri într-un lanț proteic. Pentru ca ei să ajungă la locul principal al biosintezei proteinelor, este necesar ARN de transfer.
Fiecare aa-ARNt sintetază recunoaște doar propriul aminoacid și doar ARNt-ul de care trebuie atașat. Se pare că această familie de enzime include 20 de soiuri de sintetaze. Rămâne doar să spunem că aminoacizii sunt atașați de ARNt, mai precis, de „coada” acceptorului său de hidroxil. Fiecare acid trebuie să aibă propriul său ARN de transfer. Acest lucru este monitorizat de aminoacil-ARNt sintetaza. Nu numai că potrivește aminoacizii cu transportul corect, ci reglează și reacția de legare a esterilor.
După o reacție de atașare de succes, ARNt merge la locul sintezei proteinelor. Astfel se încheie procesele pregătitoare și începe difuzarea. Luați în considerare pașii principali în biosinteza proteinelor :
- inițiere;
- alungire;
- terminare.
Pași de sinteză: inițiere
Cum are loc biosinteza proteinelor și reglarea acesteia? Oamenii de știință au încercat să descopere asta de mult timp. Au fost înaintate numeroase ipoteze, dar cu cât echipamentul a devenit mai modern, cu atât am început să înțelegem mai bine principiile difuzării.
Ribozomul, locul principal al biosintezei proteinelor, începe să citească ARNm din punctul în care începe partea sa care codifică lanțul polipeptidic. Acest punct este situat pe un anumitdeparte de începutul ARN-ului mesager. Ribozomul trebuie să recunoască punctul de pe ARNm de la care începe citirea și să se conecteze la acesta.
Inițiere - un set de evenimente care asigură începutul difuzării. Acesta implică proteine (factori de inițiere), ARNt inițiator și un codon inițiator special. În această etapă, subunitatea mică a ribozomului se leagă de proteinele de inițiere. Îl împiedică să intre în contact cu subunitatea mare. Dar vă permit să vă conectați cu ARNt inițiator și GTP.
Atunci acest complex „stă” pe ARNm, exact pe site-ul care este recunoscut de unul dintre factorii de inițiere. Nu poate fi nicio greșeală, iar ribozomul își începe călătoria prin ARN-ul mesager, citindu-și codonii.
De îndată ce complexul ajunge la codonul de inițiere (AUG), subunitatea se oprește din mișcare și, cu ajutorul altor factori proteici, se leagă de subunitatea mare a ribozomului.
Pași de sinteză: alungire
Citirea ARNm implică sinteza secvenţială a unui lanţ proteic de către o polipeptidă. Se procedează prin adăugarea unui reziduu de aminoacid după altul la molecula în construcție.
Fiecare nou reziduu de aminoacid este adăugat la capătul carboxil al peptidei, capătul C-terminal este în creștere.
Pași de sinteză: rezilierea
Când ribozomul atinge codonul de terminație al ARN-ului mesager, sinteza lanțului polipeptidic se oprește. În prezența sa, organitele nu pot accepta niciun ARNt. În schimb, intră în joc factorii de terminare. Ei eliberează proteina finită din ribozomul oprit.
DupăDupă terminarea translației, ribozomul poate fie să părăsească ARNm, fie să continue să alunece de-a lungul acestuia fără a se traduce.
Întâlnirea ribozomului cu un nou codon de inițiere (pe aceeași catenă în timpul continuării mișcării sau pe un nou ARNm) va duce la o nouă inițiere.
După ce molecula finită părăsește locul principal de biosinteză a proteinelor, este etichetată și trimisă la destinație. Funcțiile pe care le va îndeplini depinde de structura sa.
Controlul procesului
În funcție de nevoile lor, celula va controla în mod independent difuzarea. Reglarea biosintezei proteinelor este o funcție foarte importantă. Se poate face în mai multe moduri.
Dacă o celulă nu are nevoie de un fel de compus, va opri biosinteza ARN - biosinteza proteinelor nu va mai avea loc. La urma urmei, fără o matrice, întregul proces nu va începe. Și vechile ARNm se degradează rapid.
Există o altă reglare a biosintezei proteinelor: celula creează enzime care interferează cu faza de inițiere. Ele interferează cu traducerea, chiar dacă matricea de citire este disponibilă.
A doua metodă este necesară atunci când sinteza proteinelor trebuie oprită chiar acum. Prima metodă implică continuarea traducerii lente pentru ceva timp după încetarea sintezei ARNm.
O celulă este un sistem foarte complex în care totul este menținut în echilibru și lucrul precis al fiecărei molecule. Este important să cunoaștem principiile fiecărui proces care are loc în celulă. Astfel, putem înțelege mai bine ce se întâmplă în țesuturi și în organism în ansamblu.
