Първият от двата етапа, в който процесът на синтез на протеини може да бъде разделен, се нарича протеинова транскрипция, след което се извършва втората фаза или транслацията на пратената РНК.

Стъпки на протеинов синтез

  1. Процесът на протеинов синтез превежда кодоните (нуклеотидни триплети) на пратеника РНК (mRNA отсега нататък) в кода на 20-те основни аминокиселини, които изграждат полипептидната верига на протеините.
  2. Процесът на транслация на иРНК започва в своя 5 'край и завършва в 3' края.
  3. По време на процеса полипептидната верига се синтезира от своя амино-терминален край (N-терминал отсега нататък) до своя карбоксилен терминал (C-терминал оттук нататък).

На практика няма значителни разлики в различните фази на протеинов синтез, които протичат в прокариотните и еукариотните клетки.

Основни етапи на протеинов синтез

  1. Посвещение
  2. Удължение
  3. Прекратяване на договора

В повечето отношения процесът на протеинов синтез в еукариотните клетки следва същите стъпки, както при прокариотите. Съществуват обаче специфични разлики, които трябва да бъдат подчертани.

Например в прокариотните клетки процесът на транслация започва преди транскрипцията да завърши.

Инициираща фаза на протеинов синтез

Първият от етапите, които са част от процеса на протеинов синтез, е инициирането, което включва обединяването на компонентите на транслационната система и предхожда образуването на пептидни връзки.

Тези компоненти, които се намесват в първия етап на протеиновия синтез, са:

  • Преведената иРНК.
  • Двете рибозомни субединици (големи и малки субединици).
  • Аминоацилната тРНК, която е посочена в първия кодон на иРНК.
  • Гуанозин трифосфат (GTP), който има за цел да осигури енергия по време на процеса (еукариотните клетки също се нуждаят от аденозин трифосфат).
  • Иницииращи фактори, които позволяват сглобяването на тази сложна фаза. По-конкретно, прокариотните клетки имат 3 иницииращи фактора (IF-1, IF-2 и IF-3), докато еукариотите имат повече от десет фактора, обозначени с IF префикса.

Два механизма участват в разпознаването на нуклеотидната последователност (AUG) от рибозомата, която всъщност инициира транслацията:

1. Shine-Dalgarno последователност (SD)

При Escherichia coli се наблюдава последователност с висок процент пуринови нуклеотидни основи, която е известна като последователност Shine-Dalgarno. Тази област е много близо до 5 'края на иРНК молекулата и между 6 и 10 бази над началния кодон. Компонентът 16S на рибозомната малка субединица rRNA има комплемент от SD последователността близо до своя 3 'край. По този начин двете комплементарни последователности могат да бъдат куплирани, което улеснява позиционирането на рибозомната 30S субединица в иРНК близо до инициационния кодон.

Този механизъм е малко по-различен в случая на еукариотни клетки, тъй като те нямат SD последователности. Всъщност, при тях, с помощта на IF-4 иницииращия фактор, 40S рибозомната субединица се свързва близо до така наречената структура на "капачка" в 5 'края на иРНК и впоследствие се движи надолу по последователността на иРНК, докато отговаря на стартовия кодон. Във всеки случай този процес изисква да се извърши аденозин трифосфат (АТФ).

2. Иницииращ кодон (AUG)

Инициирането на AUG триплета се разпознава от специален индикатор, съдържащ се в tRNA. В случай на прокариотни клетки, този процес се улеснява от IF-2-GTP, докато при еукариотите се улеснява от самия IF-2-GTP заедно с други допълнителни IF. След това натоварената праймерна тРНК се приближава до P-мястото на малката субединица на рибозомата. При бактериите (и митохондриите) метионинът остава прикрепен към тРНК-инициатор и впоследствие формилна група действа като донор на въглерод, така че N-краен метионин се свързва с тази тРНК.

От друга страна, в евкариотските клетки инициаторната тРНК осигурява не-формилиран метионин. Във всеки случай и в двата типа клетки N-крайният метионин, прикрепен към 5 'края, се отстранява точно в края на процеса на транслация. По време на последната стъпка от инициирането, най-голямата рибозомна субединица се свързва с новообразувания комплекс, което води до напълно функционална рибозома. Този комплекс има натоварване с тРНК на мястото на Р и друго празно място.

По време на този етап на синтеза на протеини, енергията се използва в рамките на GTP в SI-2, която я хидролизира, за да я превърне в БВП. IF-2-PIB реактивирането се улеснява от гуанин нуклеотиден обменен фактор.

Първата фаза на протеинов синтез

Нарича се първата стъпка в синтеза на протеини транскрипция

Всъщност се отнася до транскрипцията на ДНК в пратеник РНК (mRNA оттук нататък), което трябва да се случи по незаменим начин, за да започне процесът.

По време на транскрипцията инструкциите, кодирани в ДНК на гените, се транскрибират в кода на нуклеотидната последователност на рибонуклеиновата киселина (РНК).

синтез

Какви са резултатите от транскрипцията?

Повечето от кодираните гени се транскрибират в иРНК.

Има обаче някои изключения, тъй като определени кодирани гени се транскрибират в други различни видове РНК молекули, тъй като те са от съществено значение за клетката успешно да развие процеса на синтез на протеин, за който говорим в тази статия.

Тези видове РНК са известни като рибозомна РНК (рРНК по-долу) и прехвърлят РНК (тРНК в следващите редове).

Какви са етапите, в които процесът на транскрипция е разделен?

Докато се извършва транслацията на всяка синтезирана иРНК молекула, една от двойните спирални вериги на структурата на ДНК се използва, сякаш е шаблон.

По принцип тази верига се нарича „шаблонна верига“ поради функцията, която изпълнява. На този етап можем да кажем, че процесът на транскрипция е разделен на три различни етапа, които са:

  1. Посвещение
  2. Удължение
  3. Прекратяване на договора

Процесът на транскрипция е различен при прокариотните клетки в сравнение с еукариотните клетки

В еукариотните клетки генетичният материал, съдържащ се в ДНК молекулата, се намира в клетъчното ядро.

Поради тази причина процесът на транскрипция в този тип клетки трябва да се извършва на това място. В този смисъл е възможно да се потвърди, че това се случва, когато молекулите на ДНК са изградени чрез образуване на две спирални антипаралелни вериги, изградени от дезоксирибозна захар, която също е известна само като дезоксирибоза, и фосфат.

И двата елемента са свързани заедно с наистина силни ковалентни фосфодиестерни връзки. В допълнение, всеки от дезоксирибонуклеотидите има една от четирите азотни основи, които са аденин, гуанин, цитозин и тимин, прикрепени към дезоксирибозен въглероден атом.

Резюме на процеса на транскрипция

  1. Силно уплътнената ДНК молекула се развива и ензимът, наречен хеликаза, прекъсва водородните връзки, за които вече споменахме и които имат функцията да държат двете вериги заедно. По този начин двойната спирала се декомпресира в тази област и позволява единичната нуклеотидна верига да се отвори и копира.
  2. В този момент друг ензим, който се нарича РНК полимераза, се свързва с единичната верига, която съдържа кодиращия ген и започва да чете информацията, съдържаща се в ДНК веригата между 3 ′ края и 5 ′ края. Следователно е възможно да се заяви, че този ензим всъщност синтезира само една верига на иРНК в посока 5 'до 3'.
  3. Последователността на иРНК е идентична със структурата на ДНК. Всъщност единствената разлика между двете молекули е, че РНК молекулите използват нуклеотида урацил вместо тимина, използван от ДНК. Веднъж синтезирана, едноверижната иРНК молекула може да достигне до цитоплазмата чрез ядрени пори.
  4. Фазата на транскрипция в прокариотните клетки е различна от тази на еукариотните клетки. Първата забележима разлика се крие във факта, че първият продукт на протеиновия синтез в този тип клетки е „нормална“ иРНК, т.е. такава, която не се нуждае от някаква посттранскрипционна модификация. В този смисъл при еукариотите първият продукт се нарича първична транскрипция и изисква да се извърши модификация.

Посттранскрипционната модификация на иРНК от еукариотни клетки включва следните стъпки:

  1. Фаза на ограничаване със 7-метил-гуанозин
  2. Полиаденозин

Втората стъпка на синтеза на протеини

Втората стъпка в синтеза на протеини също се нарича превод на пратеник РНК (MRNA отсега нататък).

Трябва да помним, че по време на тази фаза информацията, кодирана в ДНК, се копира в mRNA последователност, която по-късно може да премине мембраната на ядрото, за да достигне до рибозомите, съдържащи се в цитоплазмата.

Производството на протеин възниква по време на втория етап от процеса на синтез, т.е. по време на транслацията. В някои случаи целият синтез може да бъде унифициран в тази фаза, тъй като накратко по време на транскрипция не се генерира протеин.

Тази транскрипция обаче е от съществено значение за осъществяването на втората фаза, тъй като именно тогава се получават генетичните инструкции, изпратени от ядрото до цитоплазмата и съдържащи ДНК/РНК кода.

Генетичният код

Може да се каже, че генетичният код е набор от инструкции, които определят начина, по който информацията, кодирана в ДНК и РНК, се трансформира в протеини.

Този генетичен код е идентичен (макар и с някои малки изключения) сред всички живи същества. Също така, той определя как кодоните (нуклеотидни триплетни последователности) определят коя конкретна аминокиселина трябва да се добави в определена позиция в полипептидната верига.

ДНК и РНК молекулите използват четири различни градивни блока, наречени нуклеотиди, които са отговорни за кодирането на генетичната информация. За да може да се кодира всяка от 20-те различни аминокиселини, които са част от полипептиди, информацията, намерена в нуклеотидните последователности, трябва да бъде кодирана от последователност от поне 3 нуклеотида, които се наричат ​​триплет или кодон.

Следователно, благодарение на използването на тези триплетни последователности, клетката е в състояние да дефинира до 64 различни кода за общо 20 различни аминокиселини, което означава, че за всяка аминокиселина няма да има повече от един отговорен кодон.

Това се нарича „дегенерация на кодон“, израз, който представя факта, че генетичният код е излишен, тъй като аминокиселината е кодирана от повече от един кодон, въпреки че е вярно, че не е двусмислена, тъй като кодон кодира само една амино киселина.

Клетъчни машини, участващи във втория етап на протеинов синтез

Различни видове РНК молекули

Процесът на транслация изисква участието на три различни типа РНК молекули. Всеки има своя собствена функция:

  1. Messenger РНК. ИРНК действа като посредник между ДНК на генетичния материал и областите, в които се произвеждат протеини, т.е. рибозоми, които се намират в цитоплазмата.
  2. Различни молекули на рибозомната РНК (rRNA). Те участват в образуването на различни субединици на рибозомите.
  3. Многократна транскрипция РНК (tRNA). Молекули, които действат с всеки тип аминокиселина.

Рибозомата: работилницата, в която се осъществява синтеза на протеини

Каква е функцията на рибозомите?

Накратко, рибозомата е клетъчната единица, която е отговорна за синтеза на всички протеини, необходими за клетките. Информацията, кодирана в иРНК, се трансформира от рибозомата в аминокиселинна последователност. Тази клетъчна органела се състои от специализирани РНК молекули, наречени rRNA и множество различни протеини. Важно е да се отбележи, че тези молекули на РНК играят структурна и регулаторна роля.

Рибозомна структура

Рибозомата има две субединици, съставени от рРНК и някои специфични протеини. Тези две субединици имат различни размери, което ще определи коя ще бъде наречена съответно голямата и малката субединица. За образуването на рибозоми тези две субединици се обединяват и създават структура с повече или по-малко кръгла форма, въпреки че е вярно, че думата овал идва по-добре да дефинира нейната структура.

Рибозомата в прокариотните клетки

В прокариотните клетки рибозомите достигат 70 S („S“ означава „коефициент на утаяване“). В този случай неговата голяма субединица е 50 S, а малката субединица е 30 S. Целта на малките субединици е да изградят 16 S RNA молекули, които са с дължина 1540 нуклеотида. Тази рРНК трябва да съдържа до 21 различни рибозомни протеина. По същия начин голямата субединица съдържа 5 S RNA, съставена от 120 нуклеотида и още 23 S RNA и 2900 нуклеотида. И двете рРНК молекули съдържат до 31 различни протеина.

Рибозомата в еукариотните клетки

Рибозомата на еукариотните клетки е малко по-различна от тази на прокариотите. В този смисъл трябва да се отбележи, че те имат голяма 60 S субединица и малка 40 S субединица, които водят до образуването на 80 S рибозома.

Най-малката субединица съдържа 33 протеина, свързани с 18 S РНК с последователност от 1900 нуклеотида. На свой ред три РНК молекули съставляват голямата му субединица (една от 5S и 120 нуклеотида, друга от 28 S и 4700 и последна от 5.8 S и 160. Тези 3 молекули рНК съдържат 46 различни протеина.

Ензими, участващи в процеса на превод

Ензимът, наречен аминоацил тРНК синтетаза, е отговорен за правилното свързване между аминокиселини и съответния антикодон, поставен в рамката в тРНК.

За да бъдем по-точни, тези ензими на аминоацил тРНК синтетаза са отговорни за катализирането на естерификацията на определена аминокиселина или дори нейния предшественик, с всички съвместими молекули на тРНК, за да образуват аминоацил тРНК.

В случай на прокариотни клетки, коефициентът на удължаване EF-Tu е отговорен за прехвърлянето на аминоацилната тРНК към рибозомата, така че след като там и като се вземе предвид правилото за допълващо базово сдвояване, е възможно антикодоните на тРНК да съответстват на съответните им кодони в иРНК.

Процесът на транслация е втората стъпка в синтеза на протеини

Както вече коментирахме в предишни параграфи, процесът на транслация се осъществява в цитоплазмата на клетката, където иРНК се присъединява към рибозомите, които са отговорни за протеиновия синтез.

Рибозомите се състоят от три пространствени области, наречени места за свързване, които играят важна роля в синтеза на протеини. Един от тях е отговорен за свързването с иРНК, докато другите два сайта се използват за свързване на молекули на тРНК и се наричат ​​съответно „Сайт A“ и „Сайт P“.

Свързването на иРНК молекулата с рибозомата дава възможност на тРНК молекулите да се свържат с нея в ред, определен от нуклеотидната последователност, поместена в иРНК. В този смисъл всяка тРНК е свързана, по-специално, със специфична аминокиселина. Тази функция се определя по същество от структурата на самата молекула (тРНК може да прилича на детелина от образувани полинуклеотидни последователности).

Краят на опашката на тРНК е зоната, подготвена да се свърже със специфична аминокиселина, докато главата й има три нуклеотида, които образуват така наречения антикодон, който разпознава кодоновата последователност, съответстваща на молекулата на иРНК.

Завършване на превода

Прекратяването на транслацията настъпва, когато A мястото на рибозомата достигне един от трите стоп кодона (UAA, UAG или UGA).

В прокариотните клетки тези кодони, които обсъдихме, се разпознават от различните фактори на освобождаване (FL оттук нататък). FL-1 е отговорен за разпознаването на стоп кодоните UAA и UAG, докато FL-2 е отговорен за UGA и UAA. Когато тези FLs се свързват с комплекса, се задейства хидролиза на връзката, която свързва tRNA пептида на P-мястото и освобождава зараждащия се протеин от рибозомата. На следващо място, трети FL (FL-3-GTP) причинява освобождаването на FL-1 или FL-2 като GTP, който се хидролизира и превръща в БВП, за да остане като обикновен остатъчен фосфат.

За разлика от това, еукариотните клетки притежават уникален фактор на освобождаване, eFL, който може да разпознае и трите стоп кодона. Включен е втори FL, наречен eFL-3, който изпълнява функции, подобни на FL-3 в прокариотите.

Някои инхибиторни антибиотици, които биха могли да повлияят на всеки от различните етапи на протеинов синтез, са:

  • Дифтериен токсин, който инактивира EF-2 и предотвратява неговата транслокация.
  • Клиндамицин и еритромицин, които блокират (поради необратимо свързване) място върху 50S субединицата на рибозомите и по този начин предотвратяват транслокацията.
  • Рицинът от рицинови зърна е много мощен токсин, който премахва аденин, разположен на 28S мястото на рРНК, като по този начин инхибира функцията на рибозома в еукариотните клетки.

Ще ви заинтересува и темата: