Proteinsynteseproces: Trin for Trin

Enkelt sagt betyder proteinsyntese at producere produktionen af ​​proteinmolekyler enten fra bunden eller ved at bryde eller omdanne andre biomolekyler.

Proteinsyntese indebærer mange mindre trin, herunder syntese af aminosyrer, transkription af mRNA, translation af mRNA til protein og post-transkriptionel behandling af dette protein. Proteiner er intet andet end lange kæder af aminosyrer, der er forbundet på en velordnet måde.

Processen med at lave nye proteiner er kendt som proteinsyntese. I biologiske systemer forekommer det i cellen. Prokaryoter har det i deres cytoplasma. Det starter i kernen med produktionen af ​​et transkript (mRNA) af DNA'ets kodende sekvens i eukaryoter. Dette mRNA-transkript så forlader cellekernen. Det finder vej til de ribosomer, der er knyttet til Golgi-legemerne i cytoplasmaet, hvor det omsættes til et proteinmolekyle med en kodon-specifik aminosyresekvens.

Trin i proteinsynteseprocessen:

Der er 5 store trin i proteinsyntesen proces er:

  1. Aktivering af aminosyrer
  2. Overførsel af aminosyrer til tRNA
  3. Initiering af polypeptidkæden
  4. Kædeterminering ,
  5. Translokation af proteinmolekylet

Dette er den grundlæggende tommelfingerregel for prokaryoter, mens eukaryoter har nogle ekstra trin på grund af deres cellekompleksitet. Herefter vil vi diskutere de ovennævnte trin i detaljer.

1024px Sammenfatning af proteinbiosynteseprocessen
Omfattende proteinsynteseproces
Billede: Wikipedia

Aktivering af aminosyrer:

Der sker en reaktion, når aminosyrer kommer til at interagere med ATP-molekyler katalyseret af aminoacyl-RNA-syntetase. Aminoacyl – AMP – enzymkomplekset dannes som et resultat af reaktionen mellem aminosyre (AA) og adenosintriphosphat (ATP), som medieres af det førnævnte enzym. Komplekset er som følger:

AA + ATP Enzym -AA – AMP – enzymkompleks + PP

Processen med DNA-transkription
Billede, der viser DNA-transskription til mRNA
Billede: Wikipedia

 Det er værd at bemærke, at forskellige aminosyrer kræver forskellige aminoacyl RNA-syntetaser.

Overførsel af aminosyren til tRNA:

Det genererede AA-AMP-enzymkompleks reagerer med et bestemt tRNA. Som et resultat transporteres aminosyrer til tRNA. Som et resultat frigives enzymet såvel som AMP.

Så komplekset bliver:

AA – AMP – enzym Kompleks + tRNA- AA – tRNA + AMP enzym

Start af en polypeptidkæde:

Ribosomet accepterer ladet tRNA. I alle organismer sker proteinsyntese i ribosomet, der normalt er knyttet til Golgi-legemerne i cytoplasmaet. SOS-underenheden af ​​70S-typen ribosom interagerer med mRNA. Ribosomer er små komplekse molekyler, ansvarlige for proteinsyntese og består af 2 komponenter - rRNA (ribosomalt RNA) og proteiner. Ribosomer katalyserer også skabelsen af peptidbindinger (enzymet - ribozym - i bakterier). Ribosomer er klassificeret i to typer: store og små.

Forskere repræsenterer hver aminosyre med tre nukleinsyresekvenser kendt som kodoner. Baseret på arrangementet af de nitrogenholdige baser er denne information til stede i mRNA'et. Aminosyren methionin transskriberes som et initieringskodon af codonet AUG, men sjældent af GUG (for valin), som altid er ansvarlig for at starte polypeptidkæder i prokaryoter. Hos prokaryoter er dannelsen af ​​startaminosyren methionin et must.

Oversættelsescyklus
Illustration, der viser translationsproces med cyklus af tRNA-kodon-anti-kodon-parring og aminosyreinkorporering i den voksende polypeptidkæde af ribosomet
Billede: Wikipedia

Ribosomer har to bindingssteder for amino-acyl-tRNA.

  1. Et sted eller aminoacyl (acceptorsted).
  2. Peptidylstedet, ofte kendt som "P"-stedet, er en slags peptid (donorsted). Hvert sted består af forskellige dele af SOS- og 30S-underenhederne. Kun P-stedet kan binde sig til startformylmethionin-tRNA'et (AA, f Met-tRNA).

I den første fase er amino-acyl-tRNA-komplekset bundet til en forlængelsesfaktor kaldet "Tu-komplekset". Dette kompleks indeholder et molekyle af bundet GTP. Derefter bindes amino-acyl-tRNA-Tu-GTP-komplekset til 70S-initieringskomplekset. Tu-GDP-komplekset frigives fra 70S-ribosomet, når GTP-molekylet hydrolyseres. Det nye aminoacyl-tRNA kommer nu og forbinder sig med aminoacyl- eller A-stedet i ribosomet.

tRNA'erne på A-stedet og P-stederne i ribosomerne er forbundet ved hjælp af peptidbindinger. Vi betragter dette som initieringen af ​​det andet forlængelsestrin. I den næste fase overføres den formylmethionin-acylgruppe, der oprindeligt blev dannet, fra det tRNA, den var knyttet til, til aminogruppen i den nye aminosyre, der ankom til A-stedet. Peptidsyntese katalyseres af peptidyltransferase, et ribosomalt enzym, der findes i 50 S-underenheden. Et dipeptidyl-tRNA-molekyle genereres på A-stedet, hele tiden med et tomt tRNA, der forbliver knyttet til P-stedet af mRNA'et.  

Ribosomet bevæger sig ned langs kodonerne langs mRNA'et mod dets 3'-terminal i den tredje fase af forlængelsen (dvs. 1. til 2. kodon og derefter fra 2. til 3. på mRNA'et). Fordi dipeptidyl-tRNA'et stadig er forbundet til det andet kodon, får ribosombevægelsen dipeptidyl-tRNA'et til at skifte fra A-stedet til P-stedet. Det tomme tRNA frigives som et resultat af denne translokation.

Det tredje mRNA-kodon er nu på A-stedet, mens det andet kodon er på P-stedet. Translokationstrinnet er bevægelsen af ​​ribosomer langs mRNA. Forlængelsefaktor G er påkrævet til dette trin (også kaldet translokase). Derudover hydrolyseres et andet molekyle af GTP på samme tid. Translokationen kræver energi, som leveres af hydrolysen af ​​GTP.

Handlingen af ​​tre terminerings- eller frigivelsesfaktorer kendt som R1, R og S er også nødvendige for terminering. Translokationen kræver energi, som leveres af hydrolysen af ​​GTP. Polypeptidkæden forlænges som et resultat af denne tilbagevendende proces til kædeforlængelse. Da ribosomet bevæger sig ned ad hvert kodon mod 3'-enden af ​​mRNA'et, er det på dette tidspunkt, at polypeptidkæden med den endelige aminosyre kommer til at binde sig til den.

Kædeterminering:

En af de 3 terminale kodoner af mRNA markerer slutningen af ​​polypeptidet. UAG (rav), UAA (oker) og UGA (opal) kaldes stop kodoner. De kan også betragtes som stopsignaler.

Det terminale kodon følger umiddelbart efter det sidste og sidste aminosyrekodon. Polypeptidkæden, tRNA og mRNA frigives derefter. Ribosomunderenheder bliver løsrevet. Handlingen af ​​tre terminerings- eller frigivelsesfaktorer kendt som R1, R og S er også nødvendige for terminering.

Translokation af proteinmolekylet:

To typer polyribosombarbering er blevet opdaget, der er involveret i denne proces:

  • Gratis polyribosomer
  • Membranbundne polyribosomer.

Ved afslutning af proteinsyntese i det frie ribosom, fremstilles ribosom frigiver proteinet til cytoplasmaet. Særlige typer processer bruges til at transportere nogle af disse specialiserede proteiner til mitokondrier og kerne.

I membranbundne polyribosomer indføres derimod en polypeptidkæde, der udvikles på mRNA, i ER-membranens lumen. Nogle af proteinerne udgør også dele af membranstruktur.

Alligevel frigives kun nogle få proteiner til lumen og integreres i Golgi kropsvesikler. De kan også ændre proteinet gennem glykosylering, som er tilsætning af sukkerrester. Som et resultat danner vesiklerne en binding med plasmaet

membran og proteinerne frigives før eller siden.

Proteinsynteseproces i prokaryoter:

Prokaryoter er simple væsner og har kun disse 5 trin involveret i proteinsyntese.

  • Aktivering af aminosyrer
  • Overførsel af aminosyre til tRNA
  • Initiering af polypeptidkæden
  • Kædeterminering og
  • Translokation af proteinmolekylet

Prokaryoter har et enkelt DNA-molekyle, der bruges til proteinsyntese ved transkription og translation. DNA-molekylet er så simpelt, at det ikke engang kræver post-transkriptionelle og post-translationelle modifikationer til dets proteinsynteseproces.

Proces med proteinsyntese i eukaryoter:

Proteinsyntese i eukaryoter er en smule mere kompliceret på grund af tilstedeværelsen af ​​introner i det RNA, der transskriberes. Derfor skal intronerne fjernes ved den transkriptionelle proces med splejsning for kun at ligere exonerne og producere mRNA, som kan oversættes til protein.

protein-syntese-proces
Biokemi af RNA-splejsning
Billede: Wikipedia

Post-transkriptionel behandling består af i alt 4 trin i eukaryotisk hnRNA:

  1. Introner fjernes fra mRNA under splejsning. Introner er områder af genomet, der ikke koder for et protein. Den resterende del af mRNA'et består udelukkende af proteinkodende dele kaldet exoner. I diagrammet er ribonukleoproteiner bittesmå nukleoproteiner, der indeholder RNA og er nødvendige for splejsningsprocessen.
  2. Nogle af nukleotiderne i mRNA ændres under redigering. På grund af redigering, et humant protein kaldet APOB, som hjælper med transporten af ​​lipider i blodet, har to forskellige versioner. Fordi redigering indsætter et tidligere stopsignal i mRNA, er den ene version mindre end den anden.
  3. Den "head” af mRNA'et får en methyleringshætte via 5'-capping. Denne hætte hjælper ribosomerne med at identificere, hvor de skal binde til mRNA'et og forhindrer det i at nedbrydes.
  4. Polyadenylering giver mRNA en "hale". En række As udgør halen (adeninbaser). Det betyder, at mRNA'et nu har opbrugt sit funktionelle krav og ikke længere er til nogen nytte og kan kasseres. Det hjælper også med eksporten af ​​mRNA fra kernen og beskytter mRNA fra enzymer, der kan nedbryde det.

Eksempel på proteinsyntese:

En type proteinsyntese, der forekommer i neuroner, kaldes de novo proteinsyntese.

I neuroner, "de novo proteinsyntese" refererer til proteinsyntese, der sker uden for soma- eller cellekroppens grænser. Begge dele af neuroner, dvs. dendritiske rum (det længere hulrum) og det aksonale rum (stjerne- eller edderkoppeformede hulrum) kan producere sådanne "ekstrasomale" proteiner.

Det betyder, at proteinet syntetiseres uden forudgående kendskab til dets kodonsammensætning, så det producerede protein er også oprindelsen og et puslespil for forskerne med hensyn til deres funktion

Læs også: