Kratak opis kako se odvija sinteza proteina u stanici. Biosinteza proteina: sažeto i razumljivo
Uloga proteina u stanici i organizmu
Uloga proteina u životu stanice i glavne faze njegove sinteze. Građa i funkcije ribosoma. Uloga ribosoma u sintezi proteina.
Proteini imaju iznimno važnu ulogu u životnim procesima stanice i organizma, karakteriziraju ih sljedeće funkcije.
Strukturalni. Oni su dio unutarstaničnih struktura, tkiva i organa. Na primjer, kolagen i elastin služe kao komponente vezivnog tkiva: kosti, tetive, hrskavica; fibroin je dio svile‚ paučine; keratin je dio epidermisa i njegovih derivata (kosa, rogovi, perje). Oni tvore ljuske (kapside) virusa.
Enzimski. Sve kemijske reakcije u stanici odvijaju se uz sudjelovanje bioloških katalizatora - enzima (oksidoreduktaza, hidrolaza, ligaza, transferaza, izomeraza i liaza).
Regulatorni. Na primjer, hormoni inzulin i glukagon reguliraju metabolizam glukoze. Histonski proteini sudjeluju u prostornoj organizaciji kromatina, te tako utječu na ekspresiju gena.
Prijevoz. Hemoglobin prenosi kisik u krvi kralježnjaka, hemocijanin u hemolimfi nekih beskralješnjaka, mioglobin u mišićima. Serumski albumin služi za transport masnih kiselina, lipida itd. Membranski transportni proteini osiguravaju aktivan transport tvari kroz stanične membrane (Na +, K + -ATPaza). Citokromi provode prijenos elektrona duž transportnih lanaca elektrona mitohondrija i kloroplasta.
Zaštitni. Na primjer, protutijela (imunoglobulini) tvore komplekse s bakterijskim antigenima i sa stranim proteinima. Interferoni blokiraju sintezu virusnog proteina u zaraženoj stanici. Fibrinogen i trombin sudjeluju u procesima zgrušavanja krvi.
Kontraktilni (motorni). Proteini aktin i miozin osiguravaju procese kontrakcije mišića i kontrakcije elemenata citoskeleta.
Signal (receptor). Proteini stanične membrane dio su receptora i površinskih antigena.
skladišni proteini. Kazein iz mlijeka, albumin iz jaja, feritin (pohranjuje željezo u slezeni).
Proteinski toksini. toksin difterije.
Energetska funkcija. Razgradnjom 1 g bjelančevina do konačnih produkata metabolizma (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2) oslobađa se 17,6 kJ ili 4,2 kcal energije.
Biosinteza proteina odvija se u svakoj živoj stanici. Najaktivniji je u mladim rastućim stanicama, gdje se sintetiziraju proteini za izgradnju njihovih organela, kao iu sekretornim stanicama, gdje se sintetiziraju proteini enzima i proteini hormona.
Glavna uloga u određivanju strukture proteina pripada DNA. Dio DNK koji sadrži informacije o strukturi jednog proteina naziva se gen. Molekula DNK sadrži nekoliko stotina gena. Molekula DNA sadrži kod za slijed aminokiselina u proteinu u obliku definitivno spojenih nukleotida.
Sinteza proteina - složeni višefazni proces koji predstavlja lanac sintetskih reakcija koje se odvijaju prema principu matrične sinteze.
U biosintezi proteina određuju se sljedeći stupnjevi koji se odvijaju u različitim dijelovima stanice:
Prva razina - Sinteza i-RNA događa se u jezgri, tijekom koje se informacije sadržane u genu DNA prepisuju u i-RNA. Taj se proces naziva transkripcija (od latinskog "transkripta" - prepisivanje).
U drugoj fazi postoji veza aminokiselina s t-RNA molekulama, koje se sekvencijalno sastoje od tri nukleotida - antikodona, uz pomoć kojih se određuje njegov trostruki kodon.
Treća faza - ovo je proces izravne sinteze polipeptidnih veza, koji se naziva translacija. Javlja se u ribosomima.
U četvrtoj fazi formiranje sekundarne i tercijarne strukture proteina, odnosno stvaranje konačne strukture proteina.
Dakle, u procesu biosinteze proteina nastaju nove proteinske molekule u skladu s točnom informacijom ugrađenom u DNK. Ovim procesom osigurava se obnavljanje bjelančevina, metabolički procesi, rast i razvoj stanica, odnosno svi procesi vitalne aktivnosti stanice.
Da biste proučavali procese koji se odvijaju u tijelu, morate znati što se događa na staničnoj razini. Pri čemu proteini igraju važnu ulogu. Potrebno je proučavati ne samo njihove funkcije, već i proces stvaranja. Stoga je važno objasniti kratko i jasno. Razred 9 je najbolji za to. Upravo u ovoj fazi studenti imaju dovoljno znanja da razumiju ovu temu.
Proteini - što je to i čemu služe
Ovi makromolekularni spojevi igraju veliku ulogu u životu svakog organizma. Proteini su polimeri, odnosno sastoje se od mnogo sličnih “komada”. Njihov broj može varirati od nekoliko stotina do tisuća.
Proteini obavljaju mnoge funkcije u stanici. Njihova je uloga velika i na višim razinama organizacije: tkiva i organi uvelike ovise o pravilnom funkcioniranju različitih proteina.
Na primjer, svi hormoni su proteinskog porijekla. Ali upravo te tvari kontroliraju sve procese u tijelu.
Hemoglobin je također protein, sastoji se od četiri lanca, koji su u središtu povezani atomom željeza. Ova struktura osigurava sposobnost prijenosa kisika eritrocitima.
Podsjetimo se da sve membrane sadrže proteine. Oni su neophodni za transport tvari kroz staničnu membranu.
Mnogo je više funkcija proteinskih molekula koje one obavljaju jasno i neupitno. Ovi nevjerojatni spojevi vrlo su raznoliki ne samo po svojim ulogama u stanici, već i po strukturi.
Gdje se odvija sinteza
Ribosom je organela u kojoj se odvija glavni dio procesa koji se naziva "biosinteza proteina". Deveti razred u različitim školama razlikuje se u nastavnom planu i programu za učenje biologije, ali mnogi učitelji daju materijal o organelama unaprijed, prije proučavanja prijevoda.
Stoga učenicima neće biti teško zapamtiti pređeno gradivo i učvrstiti ga. Trebate znati da se samo jedan polipeptidni lanac može stvoriti na jednoj organeli odjednom. To nije dovoljno za zadovoljenje svih potreba stanice. Dakle, postoji mnogo ribosoma, a najčešće su u kombinaciji s endoplazmatskim retikulumom.
Takav EPS naziva se grubi. Korist od takve "suradnje" je očita: odmah nakon sinteze, protein ulazi u transportni kanal i može se poslati na odredište bez odlaganja.
Ali ako uzmemo u obzir sam početak, odnosno čitanje informacija iz DNK, onda možemo reći da biosinteza proteina u živoj stanici počinje u jezgri. Tamo se sintetizira genetski kod.
Potrebni materijali su aminokiseline, mjesto sinteze je ribosom
Čini se da je teško objasniti kako se odvija biosinteza proteina, kratko i jasno, dijagram procesa i brojni crteži jednostavno su potrebni. Pomoći će u prenošenju svih informacija, ai učenici će ih lakše zapamtiti.
Prije svega, za sintezu vam je potreban "građevinski materijal" - aminokiseline. Neke od njih proizvodi tijelo. Drugi se mogu dobiti samo iz hrane, nazivaju se nezamjenjivima.
Ukupan broj aminokiselina je dvadeset, ali zbog ogromnog broja mogućnosti u kojima se mogu poredati u dugi lanac, proteinske molekule su vrlo raznolike. Te su kiseline slične strukture, ali se razlikuju po radikalima.
Svojstva tih dijelova svake aminokiseline određuju koju će strukturu rezultirajući lanac "savijati", hoće li formirati kvaternarnu strukturu s drugim lancima i kakva će svojstva imati rezultirajuća makromolekula.
Proces biosinteze proteina ne može se odvijati jednostavno u citoplazmi, potreban je ribosom. sastoji se od dvije podjedinice - velike i male. U mirovanju su razdvojeni, ali čim započne sinteza, odmah se povezuju i počinju djelovati.
Tako različite i važne ribonukleinske kiseline
Da biste doveli aminokiselinu do ribosoma, potrebna vam je posebna RNK koja se zove transport. Skraćeno je tRNA. Ova jednolančana molekula lista djeteline može pričvrstiti jednu aminokiselinu na svoj slobodni kraj i prevesti je do mjesta sinteze proteina.
Druga RNA uključena u sintezu proteina naziva se matrica (informacija). Nosi jednako važnu komponentu sinteze – šifru koja jasno govori kada koju aminokiselinu ulančati u nastali proteinski lanac.
Ova molekula ima jednolančanu strukturu, sastoji se od nukleotida, kao i DNA. Postoje neke razlike u primarnoj strukturi ovih nukleinskih kiselina, o čemu možete pročitati u usporednom članku o RNK i DNK.
Informacije o sastavu proteina mRNA dobiva od glavnog čuvara genetskog koda - DNK. Proces čitanja i sintetiziranja mRNA naziva se transkripcija.
Događa se u jezgri, odakle se nastala mRNA šalje u ribosom. Sama DNK ne napušta jezgru, njezina je zadaća samo sačuvati genetski kod i prenijeti ga u stanicu kćer tijekom diobe.
Zbirna tablica glavnih sudionika emisije
Kako bi se biosinteza proteina opisala sažeto i jasno, tablica je jednostavno neophodna. U njemu ćemo napisati sve sastavnice i njihovu ulogu u tom procesu koji se zove prijevod.
Sam proces stvaranja proteinskog lanca podijeljen je u tri faze. Pogledajmo svaki od njih detaljnije. Nakon toga svima koji to žele lako možete objasniti biosintezu proteina na kratak i razumljiv način.
Inicijacija - početak procesa
Ovo je početni stadij translacije, u kojem se mala podjedinica ribosoma stapa s prvom tRNA. Ova ribonukleinska kiselina nosi aminokiselinu metionin. Translacija uvijek počinje s ovom aminokiselinom, budući da je početni kodon AUG, koji kodira ovaj prvi monomer u proteinskom lancu.
Kako bi ribosom prepoznao start kodon i ne započeo sintezu iz sredine gena, gdje se može pojaviti i AUG sekvenca, oko start kodona nalazi se posebna nukleotidna sekvenca. Po njima ribosom prepoznaje mjesto na kojem bi trebala sjediti njegova mala podjedinica.
Nakon stvaranja kompleksa s mRNA završava inicijacijski korak. I počinje glavna faza prevođenja.
Elongacija – sredina sinteze
U ovoj fazi dolazi do postupne izgradnje proteinskog lanca. Trajanje elongacije ovisi o broju aminokiselina u proteinu.
Prije svega, velika podjedinica ribosoma je pričvršćena na malu podjedinicu. I početna t-RNA je u cijelosti u njoj. Vani ostaje samo metionin. Zatim, druga t-RNA koja nosi drugu aminokiselinu ulazi u veliku podjedinicu.
Ako drugi kodon na mRNA odgovara antikodonu na vrhu lista djeteline, druga aminokiselina je vezana za prvu preko peptidne veze.
Nakon toga, ribosom se kreće duž m-RNA za točno tri nukleotida (jedan kodon), prva t-RNA odvaja metionin od sebe i odvaja se od kompleksa. Na njenom mjestu je druga t-RNA, na čijem kraju već postoje dvije aminokiseline.
Zatim treća tRNA ulazi u veliku podjedinicu i proces se ponavlja. Nastavit će se sve dok ribosom ne pogodi kodon u mRNA koji signalizira kraj translacije.
Raskid
Ova faza je posljednja, možda će se nekome učiniti vrlo okrutnom. Sve molekule i organele koje su tako skladno radile na stvaranju polipeptidnog lanca prestaju čim ribosom pogodi terminalni kodon.
Ne kodira nijednu aminokiselinu, tako da koja god tRNA uđe u veliku podjedinicu sva će biti odbačena zbog neslaganja. Tu na scenu stupaju terminacijski faktori koji odvajaju gotovi protein od ribosoma.
Sama organela se može ili podijeliti u dvije podjedinice ili nastaviti niz mRNA u potrazi za novim početnim kodonom. Jedna mRNA može imati nekoliko ribosoma odjednom. Svaki od njih je u svojoj fazi prevođenja, a novostvoreni protein opremljen je markerima uz pomoć kojih će svima biti jasno odredište. A EPS će ga poslati tamo gdje treba.
Da bismo razumjeli ulogu biosinteze proteina, potrebno je proučiti koje funkcije ona može obavljati. Ovisi o slijedu aminokiselina u lancu. Njihova svojstva određuju sekundar, tercijar, a ponekad i kvaternar (ako postoji) i njegovu ulogu u stanici. Više o funkcijama proteinskih molekula možete pročitati u članku na ovu temu.
Kako saznati više o emitiranju
Ovaj članak opisuje biosintezu proteina u živoj stanici. Naravno, ako dublje proučite temu, bit će potrebno mnogo stranica da se proces objasni u svim detaljima. No gornji materijal bi trebao biti dovoljan za opću predodžbu.Video materijali u kojima su znanstvenici simulirali sve faze prevođenja mogu biti vrlo korisni za razumijevanje. Neki od njih prevedeni su na ruski i mogu poslužiti kao izvrstan vodič za studente ili samo edukativni video.
Kako biste bolje razumjeli temu, trebali biste pročitati druge članke o srodnim temama. Na primjer, o ili o funkcijama proteina.
Proces biosinteze proteina iznimno je važan za stanicu. Budući da su proteini složene tvari koje imaju veliku ulogu u tkivima, oni su nezamjenjivi. Zbog toga se u stanici odvija cijeli lanac procesa biosinteze proteina koji se odvija u nekoliko organela. To jamči staničnu reprodukciju i mogućnost postojanja.
Suština procesa biosinteze proteina
Jedino mjesto za sintezu proteina je grubo.Ovdje se nalazi glavnina ribosoma koji su odgovorni za formiranje polipeptidnog lanca. Međutim, prije početka faze translacije (procesa sinteze proteina) potrebna je aktivacija gena koji pohranjuje podatke o strukturi proteina. Nakon toga, potrebno je kopiranje ovog dijela DNA (ili RNA, ako se razmatra bakterijska biosinteza).
Nakon kopiranja DNK potreban je proces stvaranja glasničke RNK. Na temelju njega izvršit će se sinteza proteinskog lanca. Štoviše, svi koraci koji se odvijaju uz sudjelovanje nukleinskih kiselina moraju se dogoditi u. Međutim, ovo nije mjesto gdje se odvija sinteza proteina. gdje se odvija priprema za biosintezu.
Biosinteza ribosomskih proteina
Glavno mjesto gdje se odvija sinteza proteina je stanična organela koja se sastoji od dvije podjedinice. U stanici postoji ogroman broj takvih struktura, a uglavnom se nalaze na membranama hrapavog endoplazmatskog retikuluma. Sama biosinteza odvija se na sljedeći način: glasnička RNA nastala u jezgri stanice izlazi kroz nuklearne pore u citoplazmu i susreće se s ribosomom. Zatim se mRNA gura u razmak između podjedinica ribosoma, nakon čega se prva aminokiselina fiksira.
Aminokiseline se dopremaju na mjesto gdje se odvija sinteza proteina uz pomoć jedne takve molekule koja može donijeti jednu po jednu aminokiselinu. Oni se redom spajaju, ovisno o sekvenci kodona messenger RNA. Također, sinteza se može zaustaviti na neko vrijeme.
Kada se kreće duž mRNA, ribosom može ući u regije (introne) koje ne kodiraju aminokiseline. Na tim mjestima ribosom se jednostavno kreće duž mRNA, ali u lanac se ne dodaju aminokiseline. Čim ribosom dosegne egzon, to jest mjesto koje kodira kiselinu, tada se ponovno veže za polipeptid.
Postsintetske modifikacije proteina
Nakon što ribosom dosegne stop kodon messenger RNA, proces izravne sinteze je završen. Međutim, nastala molekula ima primarnu strukturu i još ne može obavljati funkcije koje su za nju rezervirane. Da bi mogla u potpunosti funkcionirati, molekula mora biti organizirana u određenu strukturu: sekundarnu, tercijarnu ili još složeniju – kvaternarnu.
Strukturna organizacija proteina
Sekundarna struktura je prvi stupanj strukturne organizacije. Da bi se to postiglo, primarni polipeptidni lanac mora se smotati (formirati alfa spirale) ili presavijati (stvoriti beta slojeve). Zatim, da bi zauzela još manje prostora po dužini, molekula se zbog vodikovih, kovalentnih i ionskih veza, kao i međuatomskih interakcija još više skuplja i smota u loptu. Tako dobivamo globular
Kvartarna struktura proteina
Kvartarna struktura je najsloženija od svih. Sastoji se od nekoliko dijelova s globularnom strukturom, povezanih fibrilarnim filamentima polipeptida. Osim toga, tercijarna i kvaternarna struktura mogu sadržavati ugljikohidratni ili lipidni ostatak, što proširuje spektar funkcija proteina. Konkretno, glikoproteini, proteini i ugljikohidrati, su imunoglobulini i imaju zaštitnu funkciju. Također, glikoproteini se nalaze na staničnim membranama i djeluju kao receptori. Međutim, molekula se modificira ne tamo gdje se odvija sinteza proteina, već u glatkom endoplazmatskom retikulumu. Ovdje postoji mogućnost vezanja lipida, metala i ugljikohidrata na proteinske domene.
Prvo, ustanovite redoslijed koraka u biosintezi proteina, počevši od transkripcije. Cijeli slijed procesa koji se odvijaju tijekom sinteze proteinskih molekula može se kombinirati u 2 faze:
Transkripcija.
Emitiranje.
Strukturne jedinice nasljedne informacije su geni - dijelovi molekule DNA koji kodiraju sintezu određenog proteina. U pogledu kemijske organizacije, materijal nasljeđa i varijabilnosti pro- i eukariota nije bitno različit. Genetski materijal kod njih predstavljen je u molekuli DNK, zajednički je i princip bilježenja nasljednih informacija i genetskog koda. Iste aminokiseline kod pro- i eukariota šifrirane su istim kodonima.
Genom modernih prokariotskih stanica karakterizira relativno mala veličina, DNA Escherichia coli ima oblik prstena, duljine oko 1 mm. Sadrži 4 x 10 6 parova baza, tvoreći oko 4000 gena. Godine 1961. F. Jacob i J. Monod otkrili su cistronsku, odnosno kontinuiranu organizaciju prokariotskih gena, koji se u potpunosti sastoje od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, au potpunosti se realiziraju tijekom sinteze proteina. Nasljedni materijal molekule DNA prokariota nalazi se neposredno u citoplazmi stanice, gdje se nalazi i tRNA i enzimi neophodni za ekspresiju gena.Ekspresija je funkcionalna aktivnost gena, odnosno ekspresija gena. Stoga je mRNA sintetizirana s DNA sposobna odmah djelovati kao predložak u procesu translacije sinteze proteina.
Eukariotski genom sadrži mnogo više nasljednog materijala. U čovjeka je ukupna duljina DNA u diploidnom setu kromosoma 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 "mozaik" gen. Ima kodirajuće sekvence nukleotida egzoničan i intron parcele. Za sintezu proteina koriste se samo informacije o egzonu. Broj introna varira u različitim genima. Utvrđeno je da gen za ovalbumin kokoši uključuje 7 introna, a gen za prokolagen sisavaca - 50. Funkcije tihih DNA - introna nisu u potpunosti razjašnjene. Pretpostavlja se da oni osiguravaju: 1) strukturnu organizaciju kromatina; 2) neki od njih su očito uključeni u regulaciju ekspresije gena; 3) introni se mogu smatrati skladištem informacija za varijabilnost; 4) mogu igrati zaštitnu ulogu, preuzimajući djelovanje mutagena.
Transkripcija
Proces prepisivanja informacija u staničnoj jezgri s dijela molekule DNA na molekulu mRNA (mRNA) naziva se transkripcija(lat. Transcriptio - prepisivanje). Sintetizira se primarni produkt gena, mRNA. Ovo je prvi korak u sintezi proteina. Na odgovarajućem dijelu DNA enzim RNA polimeraza prepoznaje znak početka transkripcije - pretpregled Polazna točka se smatra prvim nukleotidom DNA, koji je enzim uključen u transkript RNA. Kodne regije u pravilu počinju kodonom AUG, ponekad se kod bakterija koristi GUG. Kada se RNA polimeraza veže na promotor, dvostruka spirala DNA se lokalno odmotava i jedan od lanaca se kopira prema principu komplementarnosti. mRNA se sintetizira, njegova brzina sklapanja doseže 50 nukleotida u sekundi. Kako se RNA polimeraza kreće, mRNA lanac raste, a kada enzim dođe do kraja mjesta kopiranja - terminator mRNA se udaljava od kalupa. Popravlja se dvostruka spirala DNK iza enzima.
Transkripcija prokariota odvija se u citoplazmi. Zbog činjenice da se DNA u potpunosti sastoji od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, stoga sintetizirana mRNA odmah djeluje kao obrazac za translaciju (vidi gore).
Transkripcija mRNA u eukariota događa se u jezgri. Započinje sintezom velikih molekula – prekursora (pro-mRNA), nazvanih nezrela, ili nuklearna RNA.Primarni produkt gena – pro-mRNA je točna kopija transkribirane regije DNA, uključuje egzone i introne. Proces stvaranja zrelih molekula RNA iz prekursora naziva se obrada. Do sazrijevanja mRNA dolazi tako što spajanje su reznice enzimima restriktaza introna i povezivanje mjesta s transkribiranim sekvencama egzona pomoću enzima ligaza. (Sl.) Zrela mRNA puno je kraća od molekula prekursora pro-mRNA, veličina introna u njima varira od 100 do 1000 nukleotida ili više. Introni čine oko 80% sve nezrele mRNA.
Sada se pokazalo da je to moguće alternativno spajanje, u kojem se nukleotidne sekvence mogu izbrisati iz jednog primarnog prijepisa u njegovim različitim regijama i formirat će se nekoliko zrelih mRNA. Ovaj tip spajanja karakterističan je za sustav gena imunoglobulina kod sisavaca, što omogućuje stvaranje različitih tipova protutijela na temelju jednog transkripta mRNA.
Nakon završetka obrade, zrela mRNA se odabire prije napuštanja jezgre. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNA ulazi u citoplazmu, a ostatak se cijepa u jezgri.
Emitiranje
Translacija (lat. Translatio - prijenos, prijenos) - prevođenje informacija sadržanih u nukleotidnom slijedu molekule mRNA u aminokiselinski slijed polipeptidnog lanca (slika 10). Ovo je druga faza sinteze proteina. Prijenosom zrele mRNA kroz pore jezgrine ovojnice nastaju posebni proteini koji tvore kompleks s molekulom RNA. Osim prijenosa mRNA, ovi proteini štite mRNA od štetnih učinaka citoplazmatskih enzima. U procesu translacije tRNA igraju središnju ulogu; one osiguravaju točnu korespondenciju aminokiseline s kodom tripleta mRNA. Proces translacije-dekodiranja događa se u ribosomima i odvija se u smjeru od 5 do 3. Kompleks mRNA i ribosoma naziva se polisom.
Prijevod se može podijeliti u tri faze: početak, produljenje i završetak.
Inicijacija.
U ovoj fazi sastavlja se cijeli kompleks uključen u sintezu proteinske molekule. Na određenom mjestu mRNA dolazi do spajanja dviju podjedinica ribosoma, na nju se veže prva aminoacil – tRNA i to postavlja okvir za čitanje informacija. Svaka molekula mRNA sadrži mjesto koje je komplementarno s rRNA male podjedinice ribosoma i koje ona specifično kontrolira. Do njega je inicijacijski startni kodon AUG, koji kodira aminokiselinu metionin.
Elongacija
- uključuje sve reakcije od trenutka nastanka prve peptidne veze do pripajanja posljednje aminokiseline. Ribosom ima dva mjesta za vezanje dviju molekula tRNA. Prva t-RNA s aminokiselinom metioninom nalazi se u jednom odsječku, peptidilu (P), i od njega počinje sinteza bilo koje proteinske molekule. Druga molekula t-RNK ulazi u drugo mjesto ribosoma – aminoacil (A) i veže se za svoj kodon. Između metionina i druge aminokiseline stvara se peptidna veza. Druga tRNA kreće se zajedno sa svojim mRNA kodonom do peptidilnog centra. Kretanje tRNA s polipeptidnim lancem od aminoacilnog centra do peptidilnog centra popraćeno je napredovanjem ribosoma duž mRNA korakom koji odgovara jednom kodonu. TRNA koja je dostavila metionin vraća se u citoplazmu, a amnoacil centar se oslobađa. Prima novu t-RNA s aminokiselinom šifriranom sljedećim kodonom. Između treće i druge aminokiseline stvara se peptidna veza, a treća tRNA zajedno s kodonom mRNA kreće se prema peptidilnom centru.Proces elongacije, produljenja proteinskog lanca. Nastavlja se sve dok jedan od tri kodona koji ne kodiraju aminokiseline ne uđe u ribosom. Ovo je terminatorski kodon i za njega ne postoji odgovarajuća tRNA, tako da niti jedna od tRNA ne može zauzeti mjesto u aminoacilnom centru.
Raskid
- završetak sinteze polipeptida. Povezan je s prepoznavanjem od strane specifičnog ribosomskog proteina jednog od terminacijskih kodona (UAA, UAG, UGA) kada uđe u aminoacil centar. Na ribosom je vezan poseban terminacijski faktor koji potiče odvajanje podjedinica ribosoma i oslobađanje sintetizirane proteinske molekule. Voda je vezana za posljednju aminokiselinu peptida i njen karboksilni kraj je odvojen od tRNA.
Sastavljanje peptidnog lanca odvija se velikom brzinom. Kod bakterija na temperaturi od 37°C izražava se u dodatku polipeptidu od 12 do 17 aminokiselina u sekundi. U eukariotskim stanicama dvije aminokiseline se dodaju polipeptidu u jednoj sekundi.
Sintetizirani polipeptidni lanac zatim ulazi u Golgijev kompleks, gdje je dovršena izgradnja proteinske molekule (redom se pojavljuju druga, treća, četvrta struktura). Ovdje postoji kompleksiranje proteinskih molekula s mastima i ugljikohidratima.
Cijeli proces biosinteze proteina prikazan je u obliku sheme: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polipeptidni lanac ® protein ® kompleksiranje proteina i njihova transformacija u funkcionalno aktivne molekule.
Faze implementacije nasljedne informacije također se odvijaju na sličan način: prvo se transkribira u nukleotidnu sekvencu mRNA, a zatim prevodi u aminokiselinsku sekvencu polipeptida na ribosomima uz sudjelovanje tRNA.
Transkripcija eukariota provodi se pod djelovanjem tri nuklearne RNA polimeraze. RNK polimeraza 1 nalazi se u jezgrici i odgovorna je za transkripciju rRNA gena. RNA polimeraza 2 nalazi se u jezgri i odgovorna je za sintezu mRNA prekursora. RNA polimeraza 3 je mala frakcija u jezgrinom soku koja sintetizira male rRNA i tRNA. RNA polimeraze specifično prepoznaju nukleotidnu sekvencu promotora transkripcije. Eukariotska mRNA najprije se sintetizira kao prekursor (pro-mRNA), na nju se otpisuju informacije iz egzona i introna. Sintetizirana mRNA je veća nego što je potrebno za translaciju i manje je stabilna.
U procesu sazrijevanja molekule mRNA, introni se izrezuju uz pomoć restrikcijskih enzima, a egzoni se spajaju uz pomoć enzima ligaza. Sazrijevanje mRNA naziva se procesiranje, a spajanje egzona splajsing. Dakle, zrela mRNA sadrži samo egzone i puno je kraća od svog prethodnika, pro-mRNA. Veličine introna variraju od 100 do 10 000 nukleotida ili više. Intoni čine oko 80% svih nezrelih mRNA. Trenutno je dokazana mogućnost alternativnog spajanja, u kojem se nukleotidne sekvence mogu izbrisati iz jednog primarnog transkripta u njegovim različitim regijama i formirat će se nekoliko zrelih mRNA. Ovaj tip spajanja karakterističan je za sustav gena imunoglobulina kod sisavaca, što omogućuje stvaranje različitih tipova protutijela na temelju jednog transkripta mRNA. Nakon završetka obrade, zrela mRNA se odabire prije nego što se otpusti u citoplazmu iz jezgre. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNA ulazi, a ostatak se cijepa u jezgri. Transformacija primarnih transkripcija eukariotskih gena, povezana s njihovom organizacijom egzon-intron, au vezi s prijelazom zrele mRNA iz jezgre u citoplazmu, određuje značajke realizacije genetske informacije eukariota. Stoga, eukariotski mozaični gen nije gen cistronoma, budući da se ne koristi sva sekvenca DNA za sintezu proteina.
Glavno pitanje genetike je pitanje sinteze proteina. Sumirajući podatke o strukturi i sintezi DNA i RNA, Crick je 1960. god. predložio matričnu teoriju sinteze proteina koja se temelji na 3 odredbe:
1. Komplementarnost dušičnih baza DNA i RNA.
2. Linearni slijed položaja gena u molekuli DNA.
3. Prijenos nasljedne informacije može se dogoditi samo s nukleinske kiseline na nukleinsku kiselinu ili na protein.
S proteina na protein prijenos nasljednih informacija je nemoguć. Dakle, samo nukleinske kiseline mogu biti predložak za sintezu proteina.
Sinteza proteina zahtijeva:
1. DNK (geni) na kojoj se sintetiziraju molekule.
2. RNA - (i-RNA) ili (m-RNA), r-RNA, t-RNA
U procesu sinteze proteina razlikuju se faze: transkripcija i translacija.
Transkripcija- popis (prepisivanje) informacija o strukturi jezgre od DNA do RNA (t-RNA, i RNA, r-RNA).
Čitanje nasljednih informacija započinje određenim dijelom DNK koji se naziva promotor. Promotor se nalazi ispred gena i uključuje oko 80 nukleotida.
Na vanjskom lancu molekule DNA sintetizira se i-RNA (intermedijer) koja služi kao matrica za sintezu proteina te se stoga naziva matrica. To je točna kopija slijeda nukleotida na lancu DNK.
U DNK postoje regije koje ne sadrže genetske informacije (introni). Dijelovi DNK koji sadrže informacije nazivaju se egzoni.
U jezgri postoje posebni enzimi koji izrezuju introne, a fragmenti egzona se "spajaju" zajedno u strogom redoslijedu u zajedničku nit, taj se proces naziva "spajanje". Tijekom spajanja nastaje zrela mRNA koja sadrži informacije potrebne za sintezu proteina. Zrela mRNA (matrična RNA) prolazi kroz pore jezgrene membrane i ulazi u kanale endoplazmatskog retikuluma (citoplazme) i tu se spaja s ribosomima.
Emitiranje- sekvenca nukleotida u i-RNK se prevodi u strogo uređenu sekvencu aminokiselina u sintetiziranoj proteinskoj molekuli.
Proces prevođenja uključuje 2 faze: aktivaciju aminokiselina i izravnu sintezu proteinske molekule.
Jedna molekula mRNA veže se na 5-6 ribosoma i stvara polisome. Sinteza proteina odvija se na molekuli mRNA, a ribosomi se kreću duž nje. U tom se razdoblju aminokiseline u citoplazmi aktiviraju posebnim enzimima koje luče enzimi koje luče mitohondriji, a svaki od njih ima svoj specifični enzim.
Gotovo trenutačno, aminokiseline se vežu za drugu vrstu RNA - topljivu RNA niske molekularne težine koja djeluje kao prijenosnik aminokiseline za molekulu mRNA i naziva se transport (t-RNA). tRNA nosi aminokiseline do ribosoma na određeno mjesto, gdje se do tog trenutka nalazi molekula mRNA. Aminokiseline se zatim spajaju peptidnim vezama kako bi formirale proteinsku molekulu. Do kraja sinteze proteina, molekula se postupno odvaja od mRNA.
Na jednoj molekuli mRNA nastaje 10-20 proteinskih molekula, au nekim slučajevima i mnogo više.
Najnejasnije pitanje u sintezi proteina je kako tRNA pronalazi odgovarajuće mjesto mRNA na koje se mora vezati aminokiselina koju donosi.
Redoslijed rasporeda dušičnih baza u DNA, koji određuje raspored aminokiselina u sintetiziranom proteinu, genetski je kod.
Budući da je ista nasljedna informacija u nukleinskim kiselinama “zabilježena” s četiri znaka (dušične baze), a u proteinima s dvadeset (aminokiseline). Problem genetskog koda svodi se na uspostavljanje korespondencije među njima. Genetičari, fizičari i kemičari odigrali su važnu ulogu u dešifriranju genetskog koda.
Za dešifriranje genetskog koda, prije svega, bilo je potrebno saznati koji je minimalni broj nukleotida koji može odrediti (kodirati) nastanak jedne aminokiseline. Kad bi svaka od 20 aminokiselina bila kodirana jednom bazom, tada bi DNK morala imati 20 različitih baza, ali zapravo ih ima samo 4. Očito, kombinacija dvaju nukleotida također nije dovoljna za kodiranje 20 aminokiselina. Može kodirati samo 16 aminokiselina 4 2 = 16.
Tada je predloženo da kod uključuje 3 nukleotida 4 3 = 64 kombinacije i, prema tome, može kodirati više nego dovoljno aminokiselina za formiranje bilo kojeg proteina. Ova kombinacija tri nukleotida naziva se tripletni kod.
Kod ima sljedeća svojstva:
1. Genetski kod je triplet(svaka aminokiselina je kodirana sa tri nukleotida).
2. Degeneracija- jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko tripleta, izuzetak su triptofan i metionin.
3. U kodonima za jednu aminokiselinu prva dva nukleotida su ista, a treći se mijenja.
4.Nepreklapanje– trojke se ne preklapaju. Jedan triplet ne može biti dio drugoga; svaki od njih neovisno kodira vlastitu aminokiselinu. Dakle, bilo koje dvije aminokiseline mogu biti u blizini u polipeptidnom lancu i moguća je bilo koja njihova kombinacija, tj. u nizu baza ABCDEFGHI, prve tri baze kodiraju 1 aminokiselinu (ABC-1), (DEF-2) itd.
5.Univerzalno, oni. u svim organizmima kodoni za pojedine aminokiseline su isti (od kamilice do čovjeka). Univerzalnost zakonika svjedoči o jedinstvu života na zemlji.
6. Klečanje- podudarnost rasporeda kodona u mRNA s redoslijedom aminokiselina u sintetiziranom polipeptidnom lancu.
Kodon je triplet nukleotida koji kodira 1 aminokiselinu.
7. Besmisleno Ne kodira niti jednu aminokiselinu. Sinteza proteina na ovom mjestu je prekinuta.
Posljednjih godina postalo je jasno da je univerzalnost genetskog koda narušena u mitohondrijima, četiri kodona u mitohondrijima su promijenila svoje značenje, na primjer, kodon UGA - odgovara na triptofan umjesto "STOP" - prestanak sinteze proteina . AUA - odgovara metioninu - umjesto "izoleucina".
Otkriće novih kodona u mitohondrijima može poslužiti kao dokaz da je kod evoluirao i da to nije odmah postao.
Neka se nasljedne informacije od gena do proteinske molekule mogu shematski izraziti.
DNA - RNA - protein
Proučavanje kemijskog sastava stanica pokazalo je da različita tkiva istog organizma sadrže različit skup proteinskih molekula, iako imaju isti broj kromosoma i iste genetske nasljedne informacije.
Primjećujemo sljedeću okolnost: unatoč prisutnosti svih gena cijelog organizma u svakoj stanici, vrlo malo gena radi u jednoj stanici - od desetina do nekoliko posto ukupnog broja. Ostala područja su "tiha", blokirana su posebnim proteinima. To je razumljivo, zašto, na primjer, geni za hemoglobin rade u živčanoj stanici? Baš kao što stanica diktira koji geni trebaju šutjeti, a koji raditi, treba pretpostaviti da stanica ima nekakav savršeni mehanizam koji regulira aktivnost gena, koji određuje koji geni trebaju biti aktivni u određenom trenutku, a koji trebaju biti aktivni. u neaktivnom (represivnom) stanju. Takav mehanizam, prema francuskim znanstvenicima F. Jacobo i J. Monod, nazvan je indukcija i represija.
Indukcija- stimulacija sinteze proteina.
Represija- inhibicija sinteze proteina.
Indukcija osigurava rad onih gena koji sintetiziraju protein ili enzim, a koji je neophodan u ovoj fazi života stanice.
Kod životinja hormoni stanične membrane igraju važnu ulogu u procesu regulacije gena; u biljkama, okolišnim uvjetima i drugim visoko specijaliziranim induktorima.
Primjer: kada se mediju doda hormon štitnjače, dolazi do brze transformacije punoglavaca u žabe.
Mliječni šećer (laktoza) neophodan je za normalno funkcioniranje bakterije E (Coli). Ako okolina u kojoj se bakterije nalaze ne sadrži laktozu, ti su geni u represivnom stanju (tj. ne funkcioniraju). Laktoza unesena u medij je induktor, uključujući gene odgovorne za sintezu enzima. Nakon uklanjanja laktoze iz medija, sinteza ovih enzima prestaje. Dakle, ulogu represora može igrati tvar koja se sintetizira u stanici, a ako njezin sadržaj prelazi normu ili se troši.
Različite vrste gena uključene su u sintezu proteina ili enzima.
Svi geni nalaze se u molekuli DNK.
Njihove funkcije nisu iste:
- strukturni - geni koji utječu na sintezu enzima ili proteina nalaze se u molekuli DNA redom jedan za drugim prema redoslijedu utjecaja na tijek reakcije sinteze ili se može reći i strukturni geni - to su geni koji nose informacije o slijed aminokiselina.
- akceptor- geni ne nose nasljednu informaciju o strukturi proteina, oni reguliraju rad strukturnih gena.
Prije nego što je skupina strukturnih gena zajednički gen za njih - operater, a ispred njega promotor. Općenito se ova funkcionalna skupina naziva pernati.
Cijela skupina gena jednog operona uključena je u proces sinteze i istovremeno se iz njega isključuje. Uključivanje i isključivanje strukturnih gena bit je cjelokupnog procesa regulacije.
Funkciju paljenja i gašenja obavlja poseban dio molekule DNK - genski operater. Genski operater početna je točka sinteze proteina ili, kako kažu, "čitanja" genetskih informacija. dalje u istoj molekuli na određenoj udaljenosti nalazi se gen - regulator, pod čijom kontrolom nastaje protein koji se naziva represor.
Iz svega navedenog vidljivo je da je sinteza proteina vrlo otežana. Stanični genetski sustav, koristeći mehanizme potiskivanja i indukcije, može primiti signale o potrebi pokretanja i završetka sinteze određenog enzima i provesti taj proces određenom brzinom.
Problem regulacije djelovanja gena u višim organizmima od velike je praktične važnosti u stočarstvu i medicini. Utvrđivanje čimbenika regulacije sinteze proteina otvorilo bi široke mogućnosti za kontrolu ontogeneze, stvaranje visokoproduktivnih životinja, kao i životinja otpornih na nasljedne bolesti.
Test pitanja:
1. Navedite svojstva gena.
2. Što je gen?
3. Koji je biološki značaj DNA, RNA.
4. Navedite faze sinteze proteina
5. Navedite svojstva genetskog koda.