Tổng hợp các giai đoạn protein và đặc điểm của chúng



các tổng hợp protein đó là một sự kiện sinh học xảy ra hầu như trong tất cả các sinh vật sống. Các tế bào liên tục lấy thông tin được lưu trữ trong DNA và nhờ sự hiện diện của máy móc chuyên dụng rất phức tạp, biến đổi nó thành các phân tử protein.

Tuy nhiên, mã 4 ký tự được mã hóa trong DNA không dịch trực tiếp thành protein. Trong quá trình này có sự tham gia của một phân tử RNA có chức năng trung gian, được gọi là RNA thông tin.

Khi các tế bào cần một loại protein cụ thể, trình tự nucleotide của một phần thích hợp trong DNA sẽ được sao chép thành RNA - trong một quá trình gọi là phiên mã - và đến lượt nó được dịch thành protein..

Luồng thông tin được mô tả (DNA đến thông điệp RNA và thông điệp RNA tới protein) xảy ra từ những sinh vật rất đơn giản như vi khuẩn sang người. Chuỗi các bước này đã được gọi là "giáo điều" trung tâm của sinh học.

Các máy móc chịu trách nhiệm cho các protein tổng hợp là ribosome. Những cấu trúc tế bào nhỏ này được tìm thấy với tỷ lệ lớn trong tế bào chất và được neo vào mạng lưới nội chất.

Chỉ số

  • 1 protein là gì?
  • 2 giai đoạn và đặc điểm
    • 2.1 Phiên mã: từ DNA sang RNA thông tin
    • 2.2 Nối RNA thông tin
    • 2.3 Các loại RNA
    • 2.4 Dịch: từ RNA thông tin đến protein
    • 2.5 Mã di truyền
    • 2.6 Khớp nối axit amin với RNA chuyển
    • 2.7 Thông điệp RNA được giải mã bởi các ribosome
    • 2.8 Độ giãn dài của chuỗi polypeptide
    • 2.9 Hoàn thành bản dịch
  • 3 tài liệu tham khảo

Protein là gì?

Protein là các đại phân tử được hình thành từ các axit amin. Chúng tạo thành gần 80% nguyên sinh chất của toàn bộ tế bào mất nước. Tất cả các protein tạo nên một sinh vật được gọi là "proteome".

Chức năng của nó rất đa dạng và phong phú, từ vai trò cấu trúc (collagen) đến vận chuyển (huyết sắc tố), chất xúc tác của các phản ứng sinh hóa (enzyme), bảo vệ chống lại mầm bệnh (kháng thể), trong số những thứ khác.

Có 20 loại axit amin tự nhiên được kết hợp bởi các liên kết peptide để tạo ra protein. Mỗi axit amin được đặc trưng bởi có một nhóm cụ thể mang lại các tính chất vật lý và hóa học cụ thể.

Các giai đoạn và đặc điểm

Cách thức mà tế bào quản lý để giải thích thông điệp DNA xảy ra thông qua hai sự kiện cơ bản: phiên mã và dịch mã. Nhiều bản sao RNA, được sao chép từ cùng một gen, có thể tổng hợp một số lượng đáng kể các phân tử protein giống hệt nhau.

Mỗi gen được phiên mã và dịch mã khác nhau, cho phép tế bào tạo ra số lượng khác nhau của nhiều loại protein. Quá trình này bao gồm các tuyến điều hòa tế bào khác nhau, thường bao gồm sự kiểm soát trong quá trình sản xuất RNA.

Bước đầu tiên mà tế bào phải làm để bắt đầu sản xuất protein là đọc thông điệp viết trên phân tử DNA. Phân tử này là phổ quát và chứa tất cả các thông tin cần thiết cho việc xây dựng và phát triển các sinh vật hữu cơ.

Tiếp theo, chúng tôi sẽ mô tả cách thức tổng hợp protein xảy ra, bắt đầu quá trình "đọc" vật liệu di truyền và kết thúc bằng việc sản xuất protein. mỗi người.

Phiên mã: từ DNA sang RNA thông tin

Thông điệp trong chuỗi xoắn kép DNA được viết bằng mã gồm bốn chữ cái tương ứng với các cơ sở adenine (A), guanine (G), cytosine (C) và thymine (T).

Chuỗi các chữ cái DNA này được sử dụng để làm dịu một phân tử tương đương RNA.

Cả DNA và RNA đều là các polymer tuyến tính được hình thành bởi các nucleotide. Tuy nhiên, chúng khác nhau về mặt hóa học ở hai khía cạnh cơ bản: các nucleotide trong RNA là ribonucleotide và thay vì cơ sở thymine, RNA trình bày uracil (U), cặp với adenine.

Quá trình phiên mã bắt đầu bằng việc mở chuỗi xoắn kép trong một khu vực cụ thể. Một trong hai chuỗi hoạt động như một "khuôn mẫu" hoặc tính khí để tổng hợp RNA. Các nucleotide sẽ được thêm vào theo quy tắc ghép cặp cơ sở, C với G và A với U.

Enzym chính tham gia phiên mã là RNA polymerase. Nó chịu trách nhiệm xúc tác cho sự hình thành các liên kết phosphodiester tham gia các nucleotide của chuỗi. Chuỗi được mở rộng theo hướng 5 'đến 3'.

Sự tăng trưởng của phân tử liên quan đến các protein khác nhau được gọi là "các yếu tố kéo dài" chịu trách nhiệm duy trì sự liên kết của polymerase cho đến khi kết thúc quá trình.

Nối RNA thông tin

Ở sinh vật nhân chuẩn, gen có cấu trúc cụ thể. Trình tự bị gián đoạn bởi các yếu tố không phải là một phần của protein, được gọi là intron. Thuật ngữ này trái ngược với exon, bao gồm các phần của gen sẽ được dịch thành protein.

các nối đó là một sự kiện cơ bản bao gồm việc loại bỏ các intron của phân tử truyền tin, để loại bỏ một phân tử được chế tạo riêng bởi exon. Sản phẩm cuối cùng là RNA thông tin trưởng thành. Về mặt vật lý, một bộ máy phức tạp và năng động diễn ra trong spleenosome.

Ngoài việc ghép nối, RNA thông tin còn trải qua các bảng mã bổ sung trước khi được dịch. Một "mui xe" được thêm vào có bản chất hóa học là một nucleotide guanine đã được sửa đổi, và ở đầu 5 'và một đuôi của một số adenine ở đầu kia.

Các loại RNA

Trong tế bào, nhiều loại RNA được tạo ra. Một số gen trong tế bào tạo ra một phân tử RNA thông tin và điều này được dịch thành protein - như chúng ta sẽ thấy sau. Tuy nhiên, có những gen mà sản phẩm cuối cùng của nó là chính phân tử RNA.

Ví dụ, trong bộ gen của nấm men, khoảng 10% gen của loại nấm này có các phân tử RNA là sản phẩm cuối cùng của chúng. Điều quan trọng là phải đề cập đến chúng, vì các phân tử này đóng vai trò cơ bản khi nói đến tổng hợp protein.

- RNA ribosome: RNA ribosome là một phần của trái tim của ribosome, cấu trúc chính để tổng hợp protein.

Việc xử lý các RNA ribosome và sự lắp ráp tiếp theo của chúng vào các ribosome xảy ra trong một cấu trúc rất dễ thấy của hạt nhân - mặc dù nó không bị giới hạn bởi màng - được gọi là nucleolus.

- Chuyển RNA: Nó hoạt động như một bộ chuyển đổi chọn một axit amin cụ thể và cùng với ribosome, chúng kết hợp dư lượng axit amin vào protein. Mỗi axit amin có liên quan đến một phân tử RNA chuyển.

Ở sinh vật nhân chuẩn có ba loại polymerase, mặc dù có cấu trúc rất giống nhau, nhưng đóng vai trò khác nhau.

RNA polymerase I và III phiên mã các gen mã hóa cho RNA chuyển, RNA ribosome và một số RNA nhỏ. RNA polymerase II tập trung vào việc dịch mã các gen mã hóa protein.

- RNA nhỏ liên quan đến quy định: oCác RNA có chiều dài ngắn khác tham gia vào quá trình điều hòa biểu hiện gen. Trong số đó có microRNA và RNA can thiệp nhỏ.

Các microRNA điều chỉnh biểu thức bằng cách chặn một thông điệp cụ thể và các nhiễu nhỏ sẽ tắt biểu thức bằng cách làm suy giảm trực tiếp tin nhắn. Tương tự, có các RNA hạt nhân nhỏ tham gia vào quá trình nối RNA thông tin.

Dịch: từ RNA thông tin đến protein

Khi RNA thông tin trưởng thành trong suốt quá trình nối và nó đi từ nhân đến tế bào chất của tế bào, quá trình tổng hợp protein bắt đầu. Xuất khẩu này được trung gian bởi phức hợp lỗ chân lông hạt nhân - một loạt các kênh nước nằm trong màng của hạt nhân kết nối trực tiếp tế bào chất và nhân tế bào.

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng tôi sử dụng thuật ngữ "dịch" để chỉ việc chuyển đổi các từ từ ngôn ngữ này sang ngôn ngữ khác.

Ví dụ: chúng ta có thể dịch một cuốn sách từ tiếng Anh sang tiếng Tây Ban Nha. Ở cấp độ phân tử, dịch thuật liên quan đến việc thay đổi ngôn ngữ từ RNA sang protein. Nói chính xác hơn, đó là sự thay đổi nucleotide thành axit amin. Nhưng làm thế nào để thay đổi phương ngữ này xảy ra??

Mã di truyền

Trình tự nucleotide của một gen có thể được chuyển đổi thành protein theo các quy tắc được thiết lập bởi mã di truyền. Điều này đã được giải mã vào đầu những năm 60.

Vì người đọc sẽ có thể suy luận, bản dịch không thể là một hoặc một, vì chỉ có 4 nucleotide và 20 axit amin. Logic là như sau: sự kết hợp của ba nucleotide được gọi là "bộ ba" và chúng được liên kết với một axit amin cụ thể.

Vì có thể có 64 bộ ba có thể (4 x 4 x 4 = 64), mã di truyền là dư thừa. Đó là, cùng một axit amin được mã hóa bởi nhiều hơn một bộ ba.

Sự hiện diện của mã di truyền là phổ quát và được sử dụng bởi tất cả các sinh vật sống ngày nay sống trên trái đất. Việc sử dụng rất rộng rãi này là một trong những tương đồng phân tử đáng ngạc nhiên nhất của tự nhiên.

Khớp nối axit amin với RNA chuyển

Các codon hoặc bộ ba được tìm thấy trong phân tử RNA thông tin không có khả năng nhận biết trực tiếp axit amin. Ngược lại, sự dịch mã của RNA thông tin phụ thuộc vào một phân tử có khả năng nhận biết và liên kết codon và axit amin. Phân tử này là RNA chuyển.

RNA chuyển có thể được gấp lại thành một cấu trúc ba chiều phức tạp giống như cỏ ba lá. Trong phân tử này có một vùng gọi là "anticodon", được hình thành bởi ba nucleotide liên tiếp kết hợp với các nucleotide bổ sung liên tiếp của chuỗi RNA truyền tin.

Như đã đề cập trong phần trước, mã di truyền là dư thừa, vì vậy một số axit amin có nhiều hơn một RNA chuyển.

Việc phát hiện và hợp nhất axit amin chính xác với RNA chuyển là một quá trình qua trung gian bởi một enzyme gọi là aminoacyl-tRNA synthetase. Enzyme này chịu trách nhiệm ghép cả hai phân tử thông qua liên kết cộng hóa trị.

Thông điệp RNA được giải mã bởi các ribosome

Để tạo thành protein, các axit amin được liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Quá trình đọc RNA thông tin và liên kết của các axit amin cụ thể xảy ra trong các ribosome.

Ribosome là phức hợp xúc tác được hình thành bởi hơn 50 phân tử protein và một số loại RNA ribosome. Ở sinh vật nhân thực, trung bình một tế bào chứa hàng triệu ribosome trong môi trường tế bào chất.

Về mặt cấu trúc, một ribosome bao gồm một tiểu đơn vị lớn và một tiểu đơn vị nhỏ. Chức năng của phần nhỏ là đảm bảo RNA chuyển được ghép chính xác với RNA thông tin, trong khi tiểu đơn vị lớn xúc tác sự hình thành liên kết peptide giữa các axit amin.

Khi quá trình tổng hợp không hoạt động, hai tiểu đơn vị tạo thành các ribosome được tách ra. Khi bắt đầu tổng hợp, RNA thông tin liên kết cả hai tiểu đơn vị, thường ở gần đầu 5 '..

Trong quá trình này, sự kéo dài của chuỗi polypeptide xảy ra bằng cách bổ sung dư lượng axit amin mới trong các bước sau: liên kết RNA chuyển, hình thành liên kết peptide, dịch chuyển các tiểu đơn vị. Kết quả của bước cuối cùng này là sự chuyển động của ribosome hoàn chỉnh và một chu kỳ mới bắt đầu.

Độ giãn dài của chuỗi polypeptide

Ba trang web được phân biệt trong các ribosome: trang web E, P và A (xem hình ảnh chính). Quá trình kéo dài bắt đầu khi một số axit amin đã liên kết cộng hóa trị và có một phân tử RNA chuyển tại vị trí P.

RNA chuyển giao sở hữu axit amin tiếp theo được kết hợp được liên kết với vị trí A bằng cách ghép cặp với RNA thông tin. Sau đó, phần cuối của carboxyl của peptide được giải phóng khỏi RNA chuyển tại vị trí P, do sự phá vỡ liên kết năng lượng cao giữa RNA chuyển và axit amin mang.

Các axit amin tự do liên kết với chuỗi, và một liên kết peptide mới được hình thành. Phản ứng trung tâm của toàn bộ quá trình này được trung gian bởi enzyme peptidyl transferase, được tìm thấy trong tiểu đơn vị lớn của ribosome. Do đó, ribosome di chuyển qua RNA thông tin, chuyển đổi phương ngữ của axit amin thành protein.

Như trong phiên mã, các yếu tố kéo dài cũng có liên quan trong quá trình dịch mã protein. Những yếu tố này làm tăng tốc độ và hiệu quả của quá trình.

Hoàn thành bản dịch

Quá trình dịch kết thúc khi ribosome tìm thấy các codon dừng: UAA, UAG hoặc UGA. Chúng không được nhận ra bởi bất kỳ RNA chuyển nào và không liên kết với bất kỳ axit amin nào.

Tại thời điểm này, các protein được gọi là các yếu tố giải phóng liên kết với ribosome và tạo ra sự xúc tác của một phân tử nước chứ không phải là một axit amin. Phản ứng này giải phóng đầu cuối carboxyl. Cuối cùng, chuỗi peptide được giải phóng vào tế bào chất của tế bào.

Tài liệu tham khảo

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stasher L. (2002). Hóa sinh Tái bản lần thứ 5. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Mời sinh học. Ed. Panamericana Y tế.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Sinh học tế bào phân tử. New York: Sách khoa học Mỹ.
  4. Hội trường, J. E. (2015). Sách giáo khoa về sinh lý học y tế của Guyton và Hall. Khoa học sức khỏe Elsevier.
  5. Luân Đôn, B. (1993). Gen Tập 1. Reverte.
  6. Tạm biệt, H. (2005). Sinh học tế bào và phân tử. Ed. Panamericana Y tế.
  7. Ramakrish Nam, V. (2002). Cấu trúc ribosome và cơ chế dịch mã. Tế bào, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Giới thiệu về vi sinh. Ed. Panamericana Y tế.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Cấu trúc và chức năng của ribosome nhân chuẩn. Quan điểm của Cold Spring Harbor trong sinh học, 4(5), a011536.