Sintesis protein ialah proses yang sangat penting. Dialah yang membantu badan kita membesar dan berkembang. Ia melibatkan banyak struktur sel. Lagipun, mula-mula anda perlu memahami apa sebenarnya yang akan kami sintesiskan.
Protein apa yang perlu dibina pada masa ini - enzim bertanggungjawab untuk ini. Mereka menerima isyarat daripada sel tentang keperluan untuk protein tertentu, selepas itu sintesisnya bermula.
Tempat sintesis protein berlaku
Dalam mana-mana sel, tapak utama biosintesis protein ialah ribosom. Ia adalah makromolekul besar dengan struktur asimetri yang kompleks. Ia terdiri daripada RNA (asid ribonukleik) dan protein. Ribosom boleh terletak secara tunggal. Tetapi selalunya ia digabungkan dengan EPS, yang memudahkan pengasingan dan pengangkutan protein seterusnya.
Jika ribosom terletak pada retikulum endoplasma, ia dipanggil ER kasar. Apabila terjemahan sengit, beberapa ribosom boleh bergerak bersama satu templat sekaligus. Mereka mengikuti satu sama lain dan tidak mengganggu organel lain sama sekali.
Apa yang diperlukan untuk sintesistupai
Untuk meneruskan proses, semua komponen utama sistem sintesis protein perlu ada:
- Program yang menetapkan susunan sisa asid amino dalam rantai, iaitu mRNA, yang akan memindahkan maklumat ini daripada DNA ke ribosom.
- Bahan asid amino dari mana molekul baharu akan dibina.
- tRNA, yang akan menghantar setiap asid amino ke ribosom, akan mengambil bahagian dalam mentafsir kod genetik.
- Aminoacyl-tRNA synthetase.
- Ribosom ialah tapak utama biosintesis protein.
- Tenaga.
- Ion magnesium.
- Faktor protein (setiap peringkat mempunyai tahapnya sendiri).
Sekarang mari kita lihat setiap satu daripada mereka dengan lebih terperinci dan ketahui cara protein dicipta. Mekanisme biosintesis sangat menarik, semua komponen bertindak dengan cara yang tidak biasa diselaraskan.
Program sintesis, carian matriks
Semua maklumat tentang protein yang boleh dibina oleh badan kita terkandung dalam DNA. Asid deoksiribonukleik digunakan untuk menyimpan maklumat genetik. Ia dibungkus dengan selamat dalam kromosom dan terletak di dalam sel dalam nukleus (jika kita bercakap tentang eukariota) atau terapung dalam sitoplasma (dalam prokariot).
Selepas penyelidikan DNA dan pengiktirafan peranan genetiknya, menjadi jelas bahawa ia bukan templat langsung untuk terjemahan. Pemerhatian telah membawa kepada cadangan bahawa RNA dikaitkan dengan sintesis protein. Para saintis memutuskan bahawa ia harus menjadi perantara, memindahkan maklumat daripada DNA ke ribosom, berfungsi sebagai matriks.
Pada masa yang sama adaribosom terbuka, RNA mereka membentuk sebahagian besar asid ribonukleik selular. Untuk memeriksa sama ada ia adalah matriks untuk sintesis protein, A. N. Belozersky dan A. S. Spirin pada 1956-1957. menjalankan analisis perbandingan komposisi asid nukleik dalam sejumlah besar mikroorganisma.
Adalah diandaikan bahawa jika idea skema "DNA-rRNA-protein" adalah betul, maka komposisi jumlah RNA akan berubah dengan cara yang sama seperti DNA. Tetapi, walaupun terdapat perbezaan besar dalam asid deoksiribonukleik dalam spesies yang berbeza, komposisi jumlah asid ribonukleik adalah serupa dalam semua bakteria yang dipertimbangkan. Daripada ini, saintis membuat kesimpulan bahawa RNA selular utama (iaitu, ribosom) bukanlah perantara langsung antara pembawa maklumat genetik dan protein.
Penemuan mRNA
Kemudian didapati bahawa sebahagian kecil RNA mengulangi komposisi DNA dan boleh berfungsi sebagai perantara. Pada tahun 1956, E. Volkin dan F. Astrachan mengkaji proses sintesis RNA dalam bakteria yang dijangkiti bakteria T2. Selepas ia memasuki sel, ia beralih kepada sintesis protein fag. Pada masa yang sama, bahagian utama RNA tidak berubah. Tetapi dalam sel, sintesis sebahagian kecil RNA yang tidak stabil secara metabolik bermula, urutan nukleotida yang serupa dengan komposisi DNA faj.
Pada tahun 1961, pecahan kecil asid ribonukleik ini telah diasingkan daripada jumlah jisim RNA. Bukti fungsi pengantaranya telah diperolehi daripada eksperimen. Selepas jangkitan sel dengan T4 phage, mRNA baru terbentuk. Dia berhubung dengan tuan lamaribosom (tiada ribosom baru ditemui selepas jangkitan), yang mula mensintesis protein fag. "RNA seperti DNA" ini didapati menjadi pelengkap kepada salah satu helai DNA fag.
Pada tahun 1961, F. Jacob dan J. Monod mencadangkan bahawa RNA ini membawa maklumat daripada gen ke ribosom dan merupakan matriks untuk susunan urutan asid amino semasa sintesis protein.
Pemindahan maklumat ke tapak sintesis protein dijalankan oleh mRNA. Proses membaca maklumat daripada DNA dan mencipta RNA messenger dipanggil transkripsi. Selepas itu, RNA mengalami satu siri perubahan tambahan, ini dipanggil "pemprosesan". Dalam perjalanannya, bahagian tertentu boleh dipotong daripada asid ribonukleik matriks. Kemudian mRNA pergi ke ribosom.
Bahan binaan untuk protein: asid amino
Terdapat 20 asid amino secara keseluruhan, sebahagian daripadanya adalah penting, iaitu badan tidak boleh mensintesisnya. Jika beberapa asid dalam sel tidak mencukupi, ini boleh menyebabkan kelembapan dalam terjemahan atau bahkan menghentikan proses sepenuhnya. Kehadiran setiap asid amino dalam kuantiti yang mencukupi adalah keperluan utama untuk biosintesis protein berjalan dengan betul.
Para saintis memperoleh maklumat umum tentang asid amino pada abad ke-19. Kemudian, pada tahun 1820, dua asid amino pertama, glisin dan leucine, telah diasingkan.
Jujukan monomer ini dalam protein (yang dipanggil struktur primer) sepenuhnya menentukan tahap organisasi seterusnya, dan seterusnya sifat fizikal dan kimianya.
Pengangkutan asid amino: tRNA dan aa-tRNA synthetase
Tetapi asid amino tidak boleh membina dirinya menjadi rantai protein. Untuk mereka sampai ke tapak utama biosintesis protein, pemindahan RNA diperlukan.
Setiap sintetase aa-tRNA hanya mengenali asid aminonya sendiri dan hanya tRNA yang mesti dilekatkan. Ternyata keluarga enzim ini termasuk 20 jenis sintetase. Ia hanya tinggal untuk mengatakan bahawa asid amino dilekatkan pada tRNA, lebih tepat lagi, kepada "ekor" penerima hidroksilnya. Setiap asid mesti mempunyai RNA pemindahan sendiri. Ini dipantau oleh aminoacyl-tRNA synthetase. Ia bukan sahaja memadankan asid amino dengan pengangkutan yang betul, ia juga mengawal tindak balas ikatan ester.
Selepas tindak balas lampiran berjaya, tRNA pergi ke tapak sintesis protein. Ini menamatkan proses persediaan dan siaran bermula. Pertimbangkan langkah utama dalam biosintesis protein :
- permulaan;
- pemanjangan;
- penamatan.
Langkah sintesis: permulaan
Bagaimanakah biosintesis protein dan pengawalannya berlaku? Para saintis telah cuba memikirkan perkara ini untuk masa yang lama. Banyak hipotesis dikemukakan, tetapi semakin moden peralatan itu, semakin baik kami mula memahami prinsip penyiaran.
Ribosom, tapak utama biosintesis protein, mula membaca mRNA dari titik di mana bahagiannya mengekod rantai polipeptida bermula. Titik ini terletak pada sesuatu yang tertentujauh dari permulaan RNA messenger. Ribosom mesti mengenali titik pada mRNA dari mana bacaan bermula dan menyambung kepadanya.
Initiation - satu set acara yang menyediakan permulaan siaran. Ia melibatkan protein (faktor permulaan), tRNA pemula dan kodon pemula khas. Pada peringkat ini, subunit kecil ribosom mengikat protein permulaan. Mereka menghalangnya daripada menghubungi subunit besar. Tetapi mereka membenarkan anda menyambung dengan tRNA pemula dan GTP.
Kemudian kompleks ini "duduk" pada mRNA, tepat pada tapak yang diiktiraf oleh salah satu faktor permulaan. Tidak ada kesilapan, dan ribosom memulakan perjalanannya melalui RNA messenger, membaca kodonnya.
Sebaik sahaja kompleks mencapai kodon permulaan (AUG), subunit berhenti bergerak dan, dengan bantuan faktor protein lain, mengikat subunit besar ribosom.
Langkah sintesis: pemanjangan
Membaca mRNA melibatkan sintesis berurutan rantai protein oleh polipeptida. Ia diteruskan dengan menambahkan satu demi satu sisa asid amino kepada molekul yang sedang dibina.
Setiap sisa asid amino baharu ditambahkan pada hujung karboksil peptida, terminal-C semakin berkembang.
Langkah sintesis: penamatan
Apabila ribosom mencapai kodon penamatan RNA messenger, sintesis rantai polipeptida terhenti. Dengan kehadirannya, organel tidak boleh menerima sebarang tRNA. Sebaliknya, faktor penamatan memainkan peranan. Mereka membebaskan protein siap daripada ribosom yang dihentikan.
SelepasSelepas terjemahan ditamatkan, ribosom boleh sama ada meninggalkan mRNA atau terus meluncur sepanjangnya tanpa menterjemah.
Pertemuan ribosom dengan kodon permulaan baharu (pada helai yang sama semasa meneruskan pergerakan atau pada mRNA baharu) akan membawa kepada permulaan baharu.
Selepas molekul siap meninggalkan tapak utama biosintesis protein, ia dilabel dan dihantar ke destinasinya. Apakah fungsi yang akan dilakukannya bergantung pada strukturnya.
Kawalan proses
Bergantung pada keperluan mereka, sel akan mengawal siaran secara bebas. Kawal selia biosintesis protein adalah fungsi yang sangat penting. Ia boleh dilakukan dalam pelbagai cara.
Jika sel tidak memerlukan sejenis sebatian, ia akan menghentikan biosintesis RNA - biosintesis protein juga akan berhenti berlaku. Lagipun, tanpa matriks, keseluruhan proses tidak akan bermula. Dan mRNA lama cepat reput.
Terdapat satu lagi peraturan biosintesis protein: sel mencipta enzim yang mengganggu fasa permulaan. Mereka mengganggu terjemahan, walaupun matriks bacaan tersedia.
Kaedah kedua diperlukan apabila sintesis protein perlu dimatikan sekarang. Kaedah pertama melibatkan penerusan terjemahan yang perlahan untuk beberapa lama selepas pemberhentian sintesis mRNA.
Sel ialah sistem yang sangat kompleks di mana segala-galanya disimpan dalam keseimbangan dan kerja tepat setiap molekul. Adalah penting untuk mengetahui prinsip setiap proses yang berlaku dalam sel. Jadi kita boleh lebih memahami apa yang berlaku dalam tisu dan dalam badan secara keseluruhan.
