RNA-proteinsynteseproces og -struktur: trin for trin

Proteinsyntese er en kompliceret proces, der starter fra kernen og slutter i cytoplasmaet.

Proteinsyntese henvises til processen med at producere nye peptidmolekyler og derefter forbinde dem for at producere proteiner ved at kode gener til mRNA og derefter oversætte det.

Hos prokaryoter involverer processen færre ændringer på grund af DNA'ets enkelhed, men når det kommer til eukaryoter, bliver processen mere kompleks.

Trin for trin relæ af RNA-proteinsyntese Proces og struktur:

RNA  Proteinsyntese Processen omfatter i alt 4 hovedtrin:

Transskription af gener til mRNA eller hnRNA:

Den indledende fase i afkodningen af ​​en celles genetiske information er transkription. RNA-polymeraser er de specifikke enzymer, der bruges til at producere RNA-molekyler, der er komplementære til hver nitrogenbase, der er til stede på skabelonstrengen af ​​DNA-dobbelthelixen under transkription.

DNA omfatter to komplementære polynukleotidstrenge, der holdes sammen af ​​hydrogenbindinger mellem basepar i en antiparallel dobbelthelixstruktur. Det helicase enzym spiller derefter sin rolle ved at bryde hydrogenbindingerne, hvilket får en specifik region af DNA-dobbelthelixen til at begynde at afvikle sig. Når dette sker, adskilles de to strenge, og nitrogenbaserne udsættes for at blive transskriberet som kodoner.

330px afviklet DNA Duplex
Billede, der viser, hvordan et dobbeltstrenget DNA-molekyle afvikles
Billede: Wikipedia

Selvom et DNA-molekyle er tostrenget, tjener kun en af ​​strengene som skabelon for hnRNA-syntese, som vi blot refererer til som skabelonstrengen. Den kodende streng er den anden DNA-streng komplementær til skabelonstrengen, da det transskripterede hnRNA er identisk med den kodende streng, kun erstatter T med U.

Både DNA og RNA har en iboende retningsbestemt sans, som er biologisk sat i naturen i, hvordan de snor sig eller slapper af, hvilket betyder, at der er to forskellige ender af molekylet. Da alle nukleotidunderenhederne faktisk er asymmetriske, på grund af placeringen af ​​en fosfatgruppe på den ene side af pentosesukkeret og N-basen på den anden. Netop dette arrangement giver anledning til nukleinsyrestrengenes retningsmæssige egenskaber.

rna-protein-syntese-proces
Processen med RNA-transkription
Billede: Wikipedia

Nummereringen af ​​de fem carbonatomer i pentosesukkeret er fra 1'til 5′. De to nukleotider på den komplementære streng er forbundet i en speciel kemisk binding kaldet phosphodiesterbindinger. De to strenge i en DNA-helix er antiparallelle, dvs. den ene løber fra 3′ TIL 5′; mens den anden løber i den modsatte retning fra 5′ til 3′.

Post-transskriptionel behandling:

Det er et sæt biologiske modifikationer, der bruges til at konvertere hnRNA til mRNA. Den består af et par trin, herunder:

  • Afdækning i 5'-enden:

 Afdækning er intet andet end vedhæftningen af ​​et 7-methylguanosin (m7G) molekyle til 5'-enden af ​​hnRNA-molekylet. I processen med at lukke skal det terminalt placerede fosfat ved 5'-enden fjernes, og et fosfataseenzym gør dette. Processen katalyseres derefter af enzym guanosyltransferase, som danner diphosphat 5'-enden.

Denne meget 5′-ende reagerer derefter med et GTP-molekyle med tre fosfatgrupper. Det går og binder sig til guanin-residen ved at angribe og fjerne alfa-phosphoratomet i GTP-molekylet.

Enzymet (guanin-N7-)-methyltransferase ("cap MTase") tilføjer en methylgruppe til guaninringen fra S-adenosylmethionin.

 En hætte 0-struktur er defineret som en hætte med kun (m7G) på plads. Det næste nukleotids ribose kan ligeledes methyleres til at producere en cap 1. CaNucleotid-methylering nedstrøms for RNA-molekylet resulterer i cap 2, cap 3 og andre strukturer. I løbet af denne tid går methylgrupperne videre og binder sig til 2' oH-grupperne af ribosesukkere. Hætten beskytter moder-RNA-transkriptets 5'-ende mod ribonukleaser, der er specialiserede til 3'5'-phosphodiester-bindinger.

  • Tailing i 3'-enden:

Halen af ​​hnRNA indikerer tilføjelsen af ​​næsten 250 adeninrester til 3'-enden af ​​hnRNA'et efter spaltning af det. Dette giver anledning til noget, forskerne omtaler som en poly(A)-hale. Spaltningen og adenyleringen (eller tilføjelsen af ​​flere adeninrester) forekommer kun, når en specifik signalsekvens findes på 3'-enden af ​​hnRNA'et. Dette kaldes en polyadenyleringssignalsekvens (5′-AAUAAA-3′) og skal efterfølges af en anden sekvens (5′-CA-3′), som indikerede spaltningsstedet.

Først når denne specifikke sekvens er opfyldt, begynder spaltningen og adenyleringen. Ved at bruge ATP som en forløber tilføjer Poly(A)-polymerase omkring 200 adeninenheder til den nye 3′-ende af RNA-molekylet. Poly(A)-halen binder adskillige kopier af poly(A)-binding protein som genereret. Dette er for at beskytte 3'-enden af ​​mRNA'et mod at blive til fordøjelse med ribonuklease-enzym komplekser såsom CCR4-Not komplekset.

  • Splejsning:

RNA-splejsning refererer til fjernelse af introner (RNA-sektioner, der ikke koder for proteiner) fra præ-mRNA og forbinder de resterende exoner for at danne et enkelt uafbrudt molekyle. Exoner er mRNA-segmenter, der "oversættes" eller omdannes til proteiner. De er mRNA-molekylets kodende segmenter. Selvom det meste af RNA-splejsning sker, efter at præ-mRNA er blevet fuldt produceret og endekapslet, kan transkripter med et stort antal exoner splejses sammen.transskriptionelt.

 Et enormt proteinkompleks kaldet splejseosomet katalyserer splejsningsreaktionen, som består af proteiner og små nukleare RNA-molekyler, der genkender splejsningssteder i hnRNA-sekvensen. Mange hn-mRNA'er, såsom de der koder for antistoffer, kan alle splejses på en række forskellige måder for at give forskellige modne mRNA'er, der koder for forskellige proteinsekvenser. Dette kaldes alternativ splejsning, og det giver mulighed for at skabe en bred vifte af proteiner fra en lille mængde DNA.

Oversættelse af mRNA til protein:

mRNA'et omdannes eller i videnskabelig jargon "oversættes" til en kæde af aminosyrer i henhold til den genetiske kode, der findes på DNA'ets kodende streng. Sådan forholder DNA-sekvensen sig til aminosyresekvensen i polypeptidkæden, som er det andet primære trin i genekspression under translation. Hvert kodon i mRNA omfatter tre nitrogenholdige baser, og hver kodon angiver eller koder for en bestemt aminosyre, eller nogle til at starte eller stoppe translationsprocessen. mRNA-sekvensen bruges således som skabelon til at konstruere kædens aminosyrekæde, der danner et protein i den rigtige rækkefølge. mRNA-translation sker i en række trin som nævnt nedenfor i detaljer:

800px Proteinsynthesis.svg
RNA-oversættelse til protein
Billede: Wikipedia
  • Indvielse:

Ribosomet kommer og omgiver mRNA'et af interesse, der skal translateres, og kommer derefter og binder sig til startkodonet. Startkodonet koder ikke for nogen aminosyre, men fungerer snarere kun som stedet for binding af ribosomerne, der starter translationsprocessen.

  • forlængelse:

Forlængelse inkluderer det endelige tRNA genkendt af den mindre ribosomale underenhed for at bære aminosyren og overføre den til den større ribosomale underenhed. Denne større underenhed knyttede derefter denne aminosyre til det tidligere genkendte og optagede tRNA-molekyle. Disse 2 samtidige trin kaldes akkommodation og transpeptidering. Ribosomet flytter derefter til det næste kodon og fortsætter processen på samme måde, kaldet translokation. Denne fortsatte flytning af aminosyrer resulterer i dannelsen af ​​en stor polypeptidkæde, dannet af aminosyrer forbundet af peptidforbindelser.

  • Opsigelse:

Når ribosomet når en kodonsekvens som UAA, UAG eller UGA kaldet stop codon, løsnes det fra mRNA'et og polypeptidet, det har oversat. Dette markerer afslutningen på processen med oversættelse, der forårsager opsigelse.

Post-translationelle modifikationer af polypeptidkæden translateret:

Det sidste trin i RNA-proteinsyntese refererer til de ændringer, som polypeptidkæden gennemgår, før den samles til proteinmakromolekyler.

Post-translationelle modifikationer (PTM'er) fremmer den funktionelle variation af proteomet ved kovalent at binde funktionelle grupper eller proteiner, proteolytisk spalte regulatoriske underenheder eller ødelægge hele proteiner. Disse ændringer af proteinmolekylerne omfatter phosphorylering, glycosylering, ubiquitinering, nitrosylering, methylering, acetylering, lipidering og proteolyse.

800px Insulin path.svg
Billede, der viser de post-translationelle ændringer, som insulin(hormon) har gennemgået
Billede: Wikipedia

Disse modifikationer er vigtige og spiller en væsentlig rolle ikke kun i normal cellesundhed og funktion, men også i behandlingen og forebyggelsen af ​​sygdomme. At identificere og forstå PTM'er er derfor afgørende i studiet af cellebiologi samt sygdomsbehandling og forebyggelse. Her vil vi diskutere nogle af dem.

  1. Fosforylering:

Proteinphosphorylering er en af ​​de få biologiske reversible processer, hvilket gør det til et af de bedste biologiske fænomener for undersøgelser blandt forskere. Det ses mest på aminosyrer som serin, threonin, som har polære neutrale sidekæder og tyrosin, som har en aromatisk sidekæde. Fosforylering regulerer flere biologiske funktioner, herunder cellecyklus, proliferation, død og signaltransduktionsveje.

  • Glykosylering:

Proteinglykosylering er anerkendt som en grundlæggende post-translationel modifikation, der har en betydelig indvirkning på proteinfoldning, form, fordeling, stabilitet og aktivitet. Glycosylering refererer til et bredt spektrum af sukker-del-tilsætninger til proteiner, fra simple monosaccharidændringer i nucleus transkriptionsfaktorer til ekstremt komplicerede forgrenede polysaccharidændringer i celleoverfladereceptorer. Mange celler overflade og udskilles proteiner indeholder kulhydrater i form af asparagin-bundne (N-bundne) eller serin/threonin-forbundne (O-bundne) oligosaccharider.

  • S-nitrosylering

S-nitrosylering er en reversibel proces, og SNO'er (S-nitrothioler) har en kort halveringstid i cytoplasmaet på grund af en overflod af reducerende enzymer, der denitrosylerer proteiner, herunder glutathion (GSH) og thioredoxin. På grund af deres høje reaktivitet, i stedet for at flyde frit i cytoplasmaet, tilbageholdes SNO'er i organeller som membraner, vesikler, interstitielle rum og endda i lipofile proteiner, så de ikke blot denitrosyleres.

 Caspaser, som medierer apoptose, for eksempel, lagres som SNO'er i mitokondrielle intermembrane gap.

Når ekstracellulære eller intracellulære signaler kommer igennem, frigives Caspaserne til cytoplasmaet. Siden cytoplasma reducerer i høj grad proteinerne i naturen denitrolyseres hurtigt. Denne denitrolysering aktiverer aktiveringen af ​​caspasen og inducerer apoptoseprocessen.

  • Ubiquitination:

Ubiquitinering er bindingen af ​​Ubiquitin til protein, et 8-kDa polypeptid, der består af 76 aminosyrer, der binder til Î-NH2 af lysin i proteinmål via ubiquitins C-terminale glycin. Efter den første monoubiquitineringshændelse kan der dannes en ubiquitinpolymer, og polyubiquitinerede proteiner identificeres efterfølgende af 26S-proteasomet, som katalyserer ubiquitinnedbrydning og ubiquitingenanvendelse. Det følgende eksperiment viser en metode til påvisning af ubiquitinerede proteiner.

Læs også: