Syntes av proteinsteg och deras egenskaper



den proteinsyntes Det är en biologisk händelse som inträffar nästan i alla levande varelser. Ständigt tar cellerna den information som lagras i DNA och, tack vare närvaron av mycket komplexa specialiserade maskiner, omvandlas den till proteinmolekyler.

Emellertid översätter 4-brevskoden som krypteras i DNA inte direkt till proteiner. I processen ingår en RNA-molekyl som fungerar som en intermediär, kallad messenger RNA.

När celler behöver ett visst protein kopieras nukleotidsekvensen av en lämplig del i DNA-en till RNA - i en process som kallas transkription - och denna omvandlas i sin tur till det aktuella proteinet.

Flödet av information som beskrivs (DNA till budbärare RNA och RNA-meddelande till proteiner) sker från mycket enkla varelser såsom bakterier till människor. Denna serie av steg har kallats biologins centrala "dogma".

Maskiner som är ansvariga för syntesproteinerna är ribosomer. Dessa små cellulära strukturer finns i stor del i cytoplasman och förankras i endoplasmatisk retikulum.

index

  • 1 Vad är proteiner?
  • 2 steg och egenskaper
    • 2.1 Transkription: från DNA till messenger RNA
    • 2.2 Splicing av messenger RNA
    • 2.3 Typer av RNA
    • 2.4 Översättning: från messenger RNA till proteiner
    • 2.5 Den genetiska koden
    • 2.6 Koppling av aminosyran till överförings-RNA
    • 2.7 RNA-meddelandet avkodas av ribosomerna
    • 2.8 Förlängning av polypeptidkedjan
    • 2.9 Slutförande av översättningen
  • 3 referenser

Vad är proteiner?

Proteiner är makromolekyler bildade av aminosyror. Dessa utgör nästan 80% av protoplasmen hos en hel dehydrerad cell. Alla proteiner som utgör en organism kallas "proteom".

Dess funktioner är flera och varierade, från strukturella roller (kollagen) till transport (hemoglobin), katalysatorer av biokemiska reaktioner (enzymer), försvar mot patogener (antikroppar), bland annat.

Det finns 20 typer av naturliga aminosyror som kombineras med peptidbindningar för att ge upphov till proteiner. Varje aminosyra karakteriseras av att ha en speciell grupp som ger speciella kemiska och fysikaliska egenskaper.

Steg och egenskaper

Sättet på vilket cellen klarar av att tolka DNA-meddelandet sker genom två grundläggande händelser: transkription och översättning. Många RNA-kopior, som har kopierats från samma gen, kan syntetisera ett betydande antal identiska proteinmolekyler.

Varje gen transkriberas och transleras differensiellt, så att cellen kan producera varierande mängder av en mängd olika proteiner. Denna process innefattar olika vägar för cellulär reglering, som i allmänhet innefattar kontrollen vid framställning av RNA.

Det första steget som cellen måste göra för att starta produktion av proteiner är att läsa meddelandet skrivet på DNA-molekylen. Denna molekyl är universell och innehåller all information som behövs för konstruktion och utveckling av organiska varelser.

Därefter kommer vi att beskriva hur proteinsyntes uppstår, och börjar processen med att "läsa" det genetiska materialet och sluta med produktion av proteiner. i sig.

Transkription: från DNA till messenger RNA

Meddelandet i DNA-dubbelhelixen är skrivet i en fyrbokstavskod som motsvarar baserna adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T).

Denna sekvens av DNA-bokstäver används för att temperera en RNA-ekvivalent molekyl.

Både DNA och RNA är linjära polymerer bildade av nukleotider. Emellertid skiljer de sig kemiskt i två grundläggande aspekter: nukleotiderna i RNA är ribonukleotider och i stället för tyminbasen presenterar RNA uracilet (U), vilka par med adeninet.

Transkriptionsprocessen börjar med öppningen av dubbelhelixen i en specifik region. En av de två kedjorna fungerar som en "mall" eller ett temperament för RNA-syntes. Nukleotiderna kommer att tillsättas enligt reglerna för basparning, C med G och A med U.

Det huvudsakliga enzymet som är involverat i transkription är RNA-polymeras. Det är ansvarigt för att katalysera bildandet av fosfodiesterbindningar som förenar kedjans nukleotider. Kedjan förlängs i 5 'till 3' riktningen.

Tillväxten av molekylen involverar olika proteiner kända som "förlängningsfaktorer" som är ansvariga för att bibehålla polymerasbindningen till slutet av processen.

Splicing av messenger RNA

I eukaryoter har gener en specifik struktur. Sekvensen avbryts av element som inte ingår i proteinet, som kallas introner. Termen står i motsats till exons, som inkluderar de delar av genen som kommer att översättas till proteiner.

den splitsning Det är en grundläggande händelse som består av att eliminera intrången i budbärarmolekylen, för att kasta ut en molekyl som exklusivt är byggd. Slutprodukten är den mogna messenger RNA. Fysiskt sker en komplex och dynamisk maskin i spleenosom.

Förutom splicing genomgår messenger-RNA ytterligare kodningar innan de översätts. En "huva" tillsätts vars kemiska natur är en modifierad guaninukleotid och vid 5'-änden och en svans av flera adeniner i den andra änden.

Typer av RNA

I cellen produceras olika typer av RNA. Vissa gener i cellen producerar en molekyl av messenger RNA och detta är översatt till protein - som vi kommer att se senare. Det finns emellertid gener vars slutprodukt är själva RNA-molekylen.

Till exempel, i genomet av jäst har omkring 10% av generna av denna svamp RNA-molekyler som deras slutprodukt. Det är viktigt att nämna dem, eftersom dessa molekyler spelar en grundläggande roll när det gäller proteinsyntes.

- Ribosomal RNA: ribosomal RNA är en del av hjärtat av ribosomer, nyckelstrukturer för syntes av proteiner.

Bearbetningen av ribosomala RNA och deras efterföljande montering i ribosomer förekommer i en mycket iögonfallande struktur av kärnan - fastän den inte avgränsas av ett membran som kallas nukleolus.

- Överför RNA: Det fungerar som en adapter som väljer en specifik aminosyra och tillsammans med ribosomen införlivar de aminosyraresten i proteinet. Varje aminosyra är relaterad till en överförings-RNA-molekyl.

I eukaryoter finns tre typer av polymeraser som, även om de är strukturellt väldigt lik varandra, spelar olika roller.

RNA-polymeras I och III transkriberar generna som kodar för överförings-RNA, ribosomalt RNA och några små RNA. RNA-polymeras II fokuserar på översättningen av gener som kodar för proteiner.

- Små RNA relaterade till reglering: oAndra RNA i kort längd deltar i reglering av genuttryck. Bland dem är mikroRNA och små interfererande RNA.

MikroRNA reglerar uttrycket genom att blockera ett specifikt meddelande och de små av störningar stänger av uttrycket med hjälp av den direkta nedbrytningen av budbäraren. På samma sätt finns det små kärnkrafts-RNA som deltar i processen med splitsning av messenger RNA.

Översättning: från messenger RNA till proteiner

När messenger RNA mognar genom processen av splitsning och det rör sig från kärnan till cellcellens cytoplasma, börjar proteinsyntesen. Denna export är förmedlad av kärnporpomplexet - en serie vattenhaltiga kanaler som ligger i membranet i kärnan som direkt förbinder cytoplasman och nukleoplasman.

I vardagen använder vi termen "översättning" för att hänvisa till konvertering av ord från ett språk till ett annat.

Till exempel kan vi översätta en bok från engelska till spanska. På molekylär nivå involverar översättning språket från RNA till protein. För att vara mer exakt är det förändringen av nukleotider till aminosyror. Men hur förekommer denna förändring av dialekt??

Den genetiska koden

Nukleotidsekvensen hos en gen kan transformeras till proteiner enligt de regler som fastställts av den genetiska koden. Detta dechiffrerades i början av 60-talet.

Eftersom läsaren kommer att kunna härleda, kan översättningen inte vara en eller en, eftersom det bara finns 4 nukleotider och 20 aminosyror. Logiken är följande: föreningen av tre nukleotider är känd som "tripletter" och de är associerade med en viss aminosyra.

Eftersom det kan finnas 64 möjliga triplets (4 x 4 x 4 = 64), är den genetiska koden överflödig. Det vill säga, samma aminosyra kodas av mer än en triplett.

Förekomsten av den genetiska koden är universell och används av alla levande organismer som idag bor i jorden. Denna mycket vida användning är en av de mest överraskande molekylära homologerna i naturen.

Koppling av aminosyran till överförings-RNA

De kodoner eller tripletter som finns i messenger-RNA-molekylen har inte förmågan att direkt känna igen aminosyror. I motsats härtill beror översättningen av messenger-RNA på en molekyl som klarar av att känna igen och binda kodonen och aminosyran. Denna molekyl är överförings-RNA.

Överförings-RNA kan vikas i en komplex tredimensionell struktur som liknar en klöver. I denna molekyl finns en region som kallas "anticodon", bildad av tre konsekutiva nukleotider som parar med de på varandra följande komplementära nukleotiderna i messenger-RNA-kedjan.

Som nämnts i föregående avsnitt är den genetiska koden överflödig, så vissa aminosyror har mer än ett överförings-RNA.

Detekteringen och fusionen av den korrekta aminosyran till överförings-RNA är en process som medieras av ett enzym som kallas aminoacyl-tRNA-syntetas. Detta enzym är ansvarigt för att koppla båda molekylerna genom en kovalent bindning.

RNA-meddelandet avkodas av ribosomerna

För att bilda ett protein kopplas aminosyrorna samman med peptidbindningar. Processen att läsa messenger-RNA och bindning av specifika aminosyror sker i ribosomer.

Ribosomer är katalytiska komplex bildade av mer än 50 proteinmolekyler och flera typer av ribosomalt RNA. I eukaryota organismer innehåller en genomsnittlig cell i genomsnitt miljoner av ribosomer i den cytoplasmiska miljön.

Strukturellt består en ribosom av en stor underenhet och en liten underenhet. Funktionen hos den lilla delen är att säkerställa att överförings-RNA är korrekt parat med messenger-RNA, medan den stora underenheten katalyserar bildningen av peptidbindningen mellan aminosyrorna.

När syntesprocessen inte är aktiv separeras de två subenheterna som bildar ribosomerna. I början av syntesen binder messenger RNA båda subenheter, vanligtvis nära 5'-änden..

Vid denna process sker förlängningen av polypeptidkedjan genom tillsats av en ny aminosyrarest i följande steg: bindning av överförings-RNA, bildning av peptidbindningen, translokation av subenheterna. Resultatet av detta sista steg är rörelsen av den fullständiga ribosomen och en ny cykel börjar.

Förlängning av polypeptidkedjan

Tre sidor skiljer sig åt i ribosomen: platser E, P och A (se huvudbilden). Förlängningsprocessen börjar när vissa aminosyror redan har bindats kovalent och det finns en överförings-RNA-molekyl vid P-stället.

Överförings-RNA som besitter den nästa aminosyran som skall inkorporeras är bunden till ställe A genom basparning med messenger-RNA. Därefter frigörs den karboxyl-terminala delen av peptiden från överförings-RNA vid P-stället genom nedbrytning av en hög energi-bindning mellan överförings-RNA och aminosyran som bär.

Den fria aminosyran binder till kedjan, och ett nytt peptidbindning bildas. Den centrala reaktionen av hela denna process förmedlas av enzymet peptidyltransferas, vilket finns i den stora subenheten av ribosomer. Således rör sig ribosomen genom messenger-RNA, vilket översätter dialekten av aminosyror till proteiner.

Liksom vid transkription är förlängningsfaktorerna också inblandade under översättningen av proteiner. Dessa element ökar processens hastighet och effektivitet.

Slutförande av översättningen

Översättningsförloppet avslutas när ribosomen finner stoppkodonerna: UAA, UAG eller UGA. Dessa erkänns inte av någon överförings-RNA och bindar inte någon aminosyra.

Vid denna tidpunkt binder proteiner som är kända som frisättningsfaktorer till ribosomen och producerar katalys av en vattenmolekyl och inte en aminosyra. Denna reaktion frigör karboxylterminalen. Slutligen frisätts peptidkedjan in i cellcytoplasman.

referenser

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemi. 5: e upplagan. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Inbjudan till biologi. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J.E., Lodish, H.F., och Baltimore, D. (1990). Molecular cell biology. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J.E. (2015). Guyton och Hall textbok av medicinsk fysiologi e-bok. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gener. Volym 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Cell- och molekylärbiologi. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomstruktur och mekanism för översättning. cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, B.R., och Case, C.L. (2007). Introduktion till mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J.H. D. (2012). Strukturen och funktionen hos den eukaryota ribosomen. Cold Spring Harbor perspektiv inom biologi, 4(5), a011536.