Синтез белковых стадий и их характеристики



синтез белка это биологическое событие, которое происходит практически во всех живых существах. Клетки постоянно получают информацию, хранящуюся в ДНК, и благодаря наличию очень сложного специализированного механизма превращают ее в белковые молекулы..

Тем не менее, 4-буквенный код, зашифрованный в ДНК, не переводится непосредственно в белки. В процессе участвует молекула РНК, которая функционирует как посредник, называемая мессенджер РНК.

Когда клетки нуждаются в определенном белке, нуклеотидная последовательность подходящей части в ДНК копируется в РНК - в процессе, называемом транскрипцией - и это, в свою очередь, транслируется в рассматриваемый белок.

Описываемый поток информации (ДНК к мессенджеру РНК и сообщение РНК к белкам) происходит от очень простых существ, таких как бактерии, к людям. Эта серия шагов была названа центральной "догмой" ​​биологии.

Механизмом, ответственным за синтез белков, являются рибосомы. Эти небольшие клеточные структуры находятся в большой пропорции в цитоплазме и прикреплены к эндоплазматической сети..

индекс

  • 1 Что такое белки?
  • 2 Этапы и характеристики
    • 2.1 Транскрипция: от ДНК к РНК-мессенджеру
    • 2.2 Сплайсинг РНК-мессенджера
    • 2.3 Типы РНК
    • 2.4 Перевод: от мессенджера РНК к белкам
    • 2.5 Генетический код
    • 2.6. Связывание аминокислоты с переносимой РНК
    • 2.7 РНК-сообщение декодируется рибосомами
    • 2.8 Удлинение полипептидной цепи
    • 2.9 Завершение перевода
  • 3 Ссылки

Какие белки?

Белки - это макромолекулы, образованные из аминокислот. Они составляют почти 80% протоплазмы всей дегидратированной клетки. Все белки, которые составляют организм, называются «протеом».

Его функции разнообразны и разнообразны: от структурных ролей (коллаген) до транспорта (гемоглобин), катализаторов биохимических реакций (ферменты), защиты от патогенов (антител) и других..

Существует 20 типов природных аминокислот, которые объединяются пептидными связями для образования белков. Каждая аминокислота характеризуется наличием определенной группы, которая дает определенные химические и физические свойства.

Этапы и характеристики

Способ, которым клетке удается интерпретировать сообщение ДНК, происходит посредством двух фундаментальных событий: транскрипции и трансляции. Многие копии РНК, которые были скопированы с одного и того же гена, способны синтезировать значительное количество идентичных белковых молекул..

Каждый ген транскрибируется и транслируется по-разному, что позволяет клетке продуцировать различные количества разнообразных белков. Этот процесс включает в себя различные пути клеточной регуляции, которые обычно включают контроль в производстве РНК.

Первый шаг, который клетка должна сделать, чтобы начать производство белков, - это прочитать сообщение, написанное на молекуле ДНК. Эта молекула универсальна и содержит всю информацию, необходимую для построения и развития органических существ..

Далее мы опишем, как происходит синтез белка, начиная процесс «чтения» генетического материала и заканчивая производством белков. per se.

Транскрипция: от ДНК к мессенджеру РНК

Сообщение в двойной спирали ДНК написано в четырехбуквенном коде, соответствующем основаниям аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T).

Эта последовательность букв ДНК используется для закалки эквивалентной молекулы РНК.

Как ДНК, так и РНК являются линейными полимерами, образованными нуклеотидами. Тем не менее, они отличаются химически в двух основных аспектах: нуклеотиды в РНК являются рибонуклеотидами, и вместо тиминового основания РНК представляет урацил (U), который соединяется с аденином.

Процесс транскрипции начинается с открытия двойной спирали в определенной области. Одна из двух цепей действует как «матрица» или темпер для синтеза РНК. Нуклеотиды будут добавлены в соответствии с правилами спаривания оснований, C с G и A с U.

Основным ферментом, участвующим в транскрипции, является РНК-полимераза. Он ответственен за катализ образования фосфодиэфирных связей, которые присоединяются к нуклеотидам цепи. Цепочка вытянута в направлении от 5 'до 3'.

Рост молекулы включает в себя различные белки, известные как «факторы удлинения», которые отвечают за поддержание связывания полимеразы до конца процесса..

Сплайсинг мессенджера РНК

У эукариот гены имеют специфическую структуру. Последовательность прерывается элементами, которые не являются частью белка, называемыми интронами. Этот термин противоположен термину экзона, который включает части гена, которые будут транслироваться в белки..

сплайсинг это фундаментальное событие, которое состоит в уничтожении интронов молекулы-мессенджера, чтобы выбросить молекулу, построенную исключительно из экзонов. Конечный продукт - зрелая мессенджер РНК. Физически, сложный и динамический механизм имеет место в спленосоме.

Помимо сплайсинга, РНК-мессенджер подвергается дополнительному кодированию перед трансляцией. Добавлен «капюшон», чья химическая природа представляет собой модифицированный гуаниновый нуклеотид, а на 5'-конце и на хвосте несколько аденинов на другом конце..

Типы РНК

В клетке продуцируются различные типы РНК. Некоторые гены в клетке продуцируют молекулу РНК-мессенджера, и это переводится в белок - как мы увидим позже. Однако есть гены, конечным продуктом которых является сама молекула РНК..

Например, в геноме дрожжей около 10% генов этого гриба имеют молекулы РНК в качестве конечного продукта. Важно упомянуть их, так как эти молекулы играют фундаментальную роль в синтезе белка..

- Рибосомная РНК: Рибосомная РНК является частью сердца рибосом, ключевых структур для синтеза белков.

Процессинг рибосомальных РНК и их последующая сборка в рибосомы происходит в очень заметной структуре ядра - хотя она не ограничена мембраной - называется ядрышком.

- Передача РНК: Он работает как адаптер, который выбирает определенную аминокислоту, и вместе с рибосомой, они включают аминокислотный остаток в белок. Каждая аминокислота относится к молекуле переноса РНК.

У эукариот есть три типа полимераз, которые, хотя структурно очень похожи друг на друга, играют разные роли.

РНК-полимераза I и III транскрибируют гены, которые кодируют перенос РНК, рибосомную РНК и некоторые небольшие РНК. РНК-полимераза II фокусируется на трансляции генов, кодирующих белки.

- Малые РНК, связанные с регуляцией: oДругие короткие РНК участвуют в регуляции экспрессии генов. Среди них микроРНК и небольшие интерферирующие РНК.

МикроРНК регулируют экспрессию, блокируя конкретное сообщение, а небольшие помехи отключают экспрессию посредством прямой деградации мессенджера. Точно так же есть небольшие ядерные РНК, которые участвуют в процессе сплайсинг мессенджера РНК.

Перевод: от мессенджера РНК к белкам

Как только РНК-посланник созревает в процессе сплайсинг и он движется от ядра к клеточной цитоплазме, начинается синтез белков. Этот экспорт опосредуется комплексом ядерных пор - серией водных каналов, расположенных в мембране ядра, которая непосредственно соединяет цитоплазму и нуклеоплазму.

В повседневной жизни мы используем термин «перевод» для обозначения перевода слов с одного языка на другой.

Например, мы можем перевести книгу с английского на испанский. На молекулярном уровне перевод включает изменение языка от РНК к белку. Чтобы быть более точным, это замена нуклеотидов на аминокислоты. Но как происходит это изменение диалекта??

Генетический код

Нуклеотидная последовательность гена может быть преобразована в белки в соответствии с правилами, установленными генетическим кодом. Это было расшифровано в начале 60-х годов.

Как сможет сделать вывод читатель, трансляция не может быть одной или одной, поскольку в ней всего 4 нуклеотида и 20 аминокислот. Логика следующая: объединение трех нуклеотидов известно как «триплеты», и они связаны с определенной аминокислотой.

Поскольку может быть 64 возможных триплета (4 x 4 x 4 = 64), генетический код является избыточным. То есть одна и та же аминокислота кодируется более чем одним триплетом.

Наличие генетического кода универсально и используется всеми живыми организмами, которые сегодня населяют Землю. Это очень широкое использование является одной из самых удивительных молекулярных гомологий природы.

Связывание аминокислоты с переносом РНК

Кодоны или триплеты, которые находятся в молекуле мессенджера РНК, не способны непосредственно распознавать аминокислоты. Напротив, трансляция РНК-мессенджера зависит от молекулы, которой удается распознавать и связывать кодон и аминокислоту. Эта молекула является переносом РНК.

Передающая РНК может быть свернута в сложную трехмерную структуру, напоминающую клевер. В этой молекуле имеется область, называемая «антикодон», образованная тремя последовательными нуклеотидами, которые спариваются с последовательными комплементарными нуклеотидами цепи РНК-мессенджера..

Как упоминалось в предыдущем разделе, генетический код является избыточным, поэтому некоторые аминокислоты имеют более одной переносящей РНК.

Обнаружение и слияние правильной аминокислоты с переносимой РНК представляет собой процесс, опосредованный ферментом, называемым аминоацил-тРНК-синтетазой. Этот фермент отвечает за связывание обеих молекул через ковалентную связь.

Сообщение РНК декодируется рибосомами

Чтобы сформировать белок, аминокислоты связаны друг с другом пептидными связями. Процесс чтения РНК-мессенджера и связывания специфических аминокислот происходит в рибосомах.

Рибосомы представляют собой каталитические комплексы, образованные более чем 50 белковыми молекулами и несколькими типами рибосомальной РНК. В эукариотических организмах средняя клетка содержит в среднем миллионы рибосом в цитоплазматической среде.

Структурно рибосома состоит из большой субъединицы и маленькой субъединицы. Функция маленькой части состоит в том, чтобы гарантировать, что транспортная РНК правильно спарена с РНК-мессенджером, в то время как большая субъединица катализирует образование пептидной связи между аминокислотами..

Когда процесс синтеза не активен, две субъединицы, которые образуют рибосомы, разделяются. В начале синтеза мессенджер РНК связывает обе субъединицы, обычно около 5'-конца..

В этом процессе удлинение полипептидной цепи происходит путем добавления нового аминокислотного остатка на следующих этапах: связывание транспортной РНК, образование пептидной связи, транслокация субъединиц. Результатом этого последнего шага является движение всей рибосомы, и начинается новый цикл.

Удлинение полипептидной цепи

В рибосомах различают три сайта: сайты E, P и A (см. Основное изображение). Процесс удлинения начинается, когда некоторые аминокислоты уже ковалентно связаны, и в Р-сайте имеется молекула переносящей РНК..

Передающая РНК, которая обладает следующей аминокислотой, которая должна быть включена, связана с сайтом А путем спаривания оснований с РНК-мессенджером. Затем карбоксильная концевая часть пептида высвобождается из транспортной РНК в Р-сайте путем разрыва высокоэнергетической связи между транспортной РНК и аминокислотой, которая несет.

Свободная аминокислота связывается с цепью, и новая пептидная связь образуется. Центральная реакция всего этого процесса опосредуется ферментом пептидилтрансферазой, который находится в большой субъединице рибосом. Таким образом, рибосома движется через мессенджер РНК, переводя диалект аминокислот в белки.

Как и в транскрипции, факторы элонгации также участвуют во время трансляции белков. Эти элементы увеличивают скорость и эффективность процесса.

Завершение перевода

Процесс трансляции заканчивается, когда рибосома находит стоп-кодоны: UAA, UAG или UGA. Они не распознаются какой-либо транспортной РНК и не связывают ни одну аминокислоту.

В это время белки, известные как факторы высвобождения, связываются с рибосомой и вызывают катализ молекулы воды, а не аминокислоты. Эта реакция освобождает концевой карбоксильный конец. Наконец, пептидная цепь высвобождается в цитоплазму клетки.

ссылки

  1. Берг JM, Tymoczko JL, Страйер Л. (2002). Биохимия. 5-е издание. Нью-Йорк: Ш Фриман.
  2. Кертис Х. & Шнек А. (2006). Приглашение к биологии. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J.E., Lodish, H.F, & Baltimore, D. (1990). Молекулярно-клеточная биология. Нью-Йорк: научные американские книги.
  4. Холл, J.E. (2015). Гайтон и Холл, учебник по медицинской физиологии, электронная книга. Elsevier Health Sciences.
  5. Левин Б. (1993). Гены. Том 1. Реверте.
  6. Лодиш, Х. (2005). Клеточная и молекулярная биология. Ed. Panamericana Medical.
  7. Рамакришнан, В. (2002). Структура рибосомы и механизм трансляции. клетка, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, B.R. & Case, C.L. (2007). Введение в микробиологию. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D.N. & Cate, J.H.D. (2012). Структура и функция эукариотической рибосомы. Перспективы Колд Спринг Харбор в биологии, 4(5), a011536.