Baltymų sintezė: baltymų sintezės mašinos ir mechanizmas

Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie baltymų sintezę: baltymų sintezės mašinas ir mechanizmą!

Baltymų sintezės mašinos:

Jį sudaro ribosomos, amino rūgštys, mRNR, tRNR ir amino acilo tRNR sintetazės. mRNR veikia kaip šablonas, turintis genetinę informaciją.

Image Courtesy: wieber.weebly.com/uploads/1/3/2/0/13208982/8301870_orig.jpg?0

Ribosomas yra baltymų sintezės vieta. tRNR atneša norimą aminorūgštį, skaito genetinę informaciją ir įdeda aminorūgštį tinkamoje vietoje. RNR susidaro per DNR transkripcijos metu, o baltymų sintezė vyksta citoplazmoje per ribosomas.

Abi yra atskirtos tiek erdvėje, tiek laiko. Jis apsaugo nuo žaliavų maišymo, apsaugo DNR nuo kvėpavimo fermentų ir ribosominės mašinos nuo nukleazių.

1. Ribosomos (6.27 pav.):

Baltymų sintezė vyksta per ribosomas. Todėl ribosomos vadinamos baltymų gamyklomis. Kiekvienoje ribosomoje yra dvi nevienodos dalys, mažos ir didelės. Didesnis ribosomos subvienetas turi griovelį naujai suformuotam polipeptidui išstumti ir apsaugoti nuo ląstelių fermentų.

Mažesnis subvienetas tinka ant didesnio, pavyzdžiui, dangtelio, bet palieka tunelį mRNR. Du subvienetai susitinka tik baltymų formavimosi metu. Šis reiškinys vadinamas asociacija. Mg ²⁺ yra būtinas. Netrukus po baltymų sintezės pabaigos subvienetai atskiriami. Šis reiškinys vadinamas disociacija.

Ribosomos aktyvios baltymų sintezės metu paprastai sudaro rozetę arba spiralines grupes. Jie yra žinomi kaip poliribosomai arba polisomos (Rich, 1963). Skirtingos polisomos ribosomos yra laikomos kartu su pasiuntinio RNR grandine. Polyribosome padeda gaminti to paties polipeptido kopijų skaičių. Gretimos poliribosomo ribosomos yra apie 340 A arba 34 nm. Skirtingos ribosomos dalys, susijusios su baltymų sinteze:

i) mRNR tunelis. Jis yra tarp dviejų subvienetų.

(ii) griovelis naujai sintezuojamam polipeptidui praeiti. Griovelis yra didesnio subvieneto dalis.

iii) Yra trys reaktyvios vietos - P (D), A ir E (6.28 pav.). P-vietą (peptidilo perkėlimą arba donoro vietą) bendrai prisideda du ribosomų subvienetai. Vietovė (amino-acilo arba akceptoriaus vieta) yra ant didesnio ribosomos subvieneto. Jis susiduria su tuneliu tarp dviejų subvienetų. E arba išėjimo vieta yra didesnio subvieneto dalis, nukreipta į tunelio vietą.

(iv) Fermento peptidilo transferazė yra ribozimas. Jis yra didesnio ribosomo subvieneto komponentas (23S rRNA prokariotuose).

(v) Mažesnis ribosomos subvienetas turi tašką, kad būtų galima atpažinti mRNR ir surišimo zoną iniciacijos faktoriams.

2. Amino rūgštys:

Šimtai skirtingų tipų baltymų gali būti gaminami vienoje ląstelėje. Visi baltymų tipai yra formuojami iš tų pačių amino rūgščių. Tai yra aminorūgščių išdėstymas polipeptiduose ir pastarųjų skaičius suteikia specifiškumą baltymams. Yra maždaug 20 amino rūgščių ir amidų, kurie sudaro baltymų statybinius blokus arba monomerus. Jie atsiranda koriniame tinkle.

3. mRNR:

Tai yra pasiuntinių RNR, kuri atneša koduotą informaciją iš DNR ir dalyvauja jos transliavime, kai polipeptido sintezės metu į tam tikros sekos atvejus įeina aminorūgštys.

Tačiau mRNR kodonai nėra atpažįstami aminorūgščių, bet jų adapterių molekulių antikonodonai (tRNR -> аа-tRNR). Vertimas vyksta per ribosomas. Ta pati mRNR gali būti naudojama pakartotinai. Tai gali padėti sintezuoti daugybę kopijų vienu metu.

4. tRNR:

Jie yra perkėlimo arba tirpios RNR, kurios pasiima tam tikras aminorūgštis (CCA arba 3'end) procesą, vadinamą įkrovimu. Įkrautos tRNR ima tą patį su mRNR per tam tikrus kodonus, atitinkančius jų antododonus.

TRNR gali pasiimti tik tam tikrą aminorūgštį, nors aminorūgštis gali sugadinti 2-6 tRNR. Kiekviena tRNR turi sritį, susijusią su ribosoma (T ¥ C) ir fermento amino acilo tRNR sintetaze (DHU).

5. Amino-acilo tRNR-sinetazė:

Tai yra fermentas, padedantis sujungti aminorūgštis su jo specifine tRNR. Fermentas yra specifinis kiekvienai aminorūgščiai. Jis taip pat vadinamas aa-aktyvinančiu fermentu.

Baltymų sintezės mechanizmas (6.29–31 pav.):

1. a) amino rūgščių aktyvinimas:

Jis atliekamas aktyvuojant fermentus, vadinamus aminoacil tRNR sintetazėmis (Zamecnik ir Hoagland, 1957). Esant ATP, aminorūgštis jungiasi su specifine aminoacil-tRNR sintetaze. Būtinas Mg ²⁺ .

Jis gamina amino-acil-adenilato-fermento kompleksą. Vėliau jo aktyvavimo metu amino rūgščiai tiekiama energija naudojama peptidinių jungčių formavimui.

Pirofosfato hidrolizė, naudojant fermentą pirofosfatazę, suteikia energiją pradinėms reakcijoms vairuoti.

b) tRNR įkrovimas arba aminoacilinimas:

Kompleksas reaguoja su aminorūgščiai specifine tRNR ir sudaro aminoacil-tRNR kompleksą. Išleidžiami fermentai ir AMP. tRNR, kompleksuota su aminorūgštimi, kartais vadinama įkrovimu. Aminorūgštis yra susieta su 3-OH-tRNR gale, manoma, kad ji yra –COOH grupė.

2. Inicijavimas:

Tam reikia veiksnių, vadinamų iniciacijos veiksniais. Prokariotuose yra trys pradiniai faktoriai - IF3, IF2 ir IF1. Eukariotai turi devynis pradžios faktorius - eIF2, eIF3, eIF1, eIF4A, eIF4B, eIf4C, eIF4D, eIF5, eIF6. Iš šių IF3 arba eIF2 yra prijungti prie mažesnio ribosomos subvieneto disociuojamoje būsenoje. GTP reikia. mRNR prisijungia prie mažesnio ribosomos subvieneto jo dangtelio regione.

Dangtelyje yra nukleotidų, papildančių nukleotidus, esančius rRNR 3 'gale. Tvirtinimas yra toks, kad mRNR (AUG arba GUG) pradinis kodonas atsiduria P-vietoje. Inicijavimo faktorius, esantis mažesniuose subvienetuose, katalizuoja reakciją (eIF2 eukariotuose ir IF3 prokariotuose).

Aminoacil tRNR kompleksas, būdingas pradiniam kodonui (metionino-tRNR arba valino-tRNR), pasiekia P-vietą (D-vietą). Antikodonas (pvz., TRNA ^Met UAC) nustato laikinas vandenilio jungtis su mRNR iniciacijos kodonu (pvz., AUG). Kodono ir antododono reakcija vyksta, kai eukariotuose ir IF2 prokariotuose yra pradinis faktorius eIF3. Šis žingsnis taip pat reikalauja energijos, kurią teikia GTP.

Inicijuojantis metioninas, priimantis tRNR, yra pridedamas neformilinto metionino (tRNA m ^Met ) eukariotų ir formiluoto metionino (tRNA f ^Met ) citoplazmoje prokariotuose, plastiduose ir mitochondrijose. tRNR, pernešęs formilintą metioniną, skiriasi nuo neformilinto metionino perdavimo.

Dalyvaujant Mg ²⁺, didesnė ribosomos subvienetas dabar sujungia su 40S-mRNA-tRNA ^Met kompleksu, kad susidarytų nepažeistas ribosomas. Tam reikia iniciacijos faktoriaus IF1 prokariotuose ir veiksniai elFl, eIF4 (А, В, C) eukariotuose. Dviejų ribosomų subvienetų sujungimas vadinamas asociacija. Nepažeista ribosoma užima mRNR-tRNR kompleksą, esantį P-vietoje, bet saugo vietą.

3. Pailgėjimas (polipeptidų grandinės formavimas). Aminoacilo tRNR kompleksas pasiekia A-vietą ir prideda prie mRNR kodono šalia pradinio kodono su antikonodonu. Žingsnis reikalauja GTP ir pailgėjimo koeficiento (eEFl eukariotuose ir EF-Tu, taip pat EF-Ts prokariotuose).

Nustatyta, kad Escherichia coli gausiausiai baltymų yra pailgėjimo faktorius (EF-Tu). Peptido jungtis (-CO-NH) yra tarp aminorūgšties karboksilo grupės (-COOH), prijungto prie tRNR P-vietoje, ir amino grupės (-NH-7) aminorūgšties, prijungtos prie tRNR.

Reakciją katalizuoja peptidilo transferazės fermentas, kuris yra RNR fermentas. Dėl šios priežasties pirmosios aminorūgšties NH2 grupė yra užblokuota įsitraukti į peptidinių jungčių formavimąsi su kita aminorūgštimi. Atliekant procesą ryšys tarp tRNR ir aminorūgšties P-vietos pertraukose. Laisvoji P-vietos tRNR įsijungia į E-vietą ir iš jos į ribosomos išorę G-faktoriaus pagalba. Vietoje yra peptidilo tRNR kompleksas.

Netrukus po to, kai buvo sukurta pirmoji peptidų jungtis ir paslydusi P-vietos laisvosios tRNR, ribosomas arba mRNR šiek tiek sukasi. Procesas vadinamas translokacija. Tam reikia faktoriaus, vadinamo translokaze (EF-G prokariotuose ir eEF2 eukariotuose) ir energija iš GTP. Kaip perkėlimo rezultatas, vietovės kodonas kartu su peptidil-tRNR kompleksu pasiekia P-vietą. Naujas kodonas yra veikiamas vietoje. Jis pritraukia naują aminoacilo tRNR kompleksą.

Pakartojama obligacijų formavimo ir perkėlimo procesas. Vienas po kito visi mRNR kodonai yra eksponuojami vietose ir gaunami dekoduoti, įtraukiant aminorūgštis į peptidų grandinę.

Peptido grandinė pailgėja. Pailginto peptido grandinė arba polipeptidas yra didesnio ribosomos subvieneto griovelyje, kad apsisaugotų nuo ląstelių fermentų, nes yra linkęs suskirstyti dėl savo išplėstinio pobūdžio. Helixo formavimasis prasideda nuotoliniu būdu chapronų pagalba.

Daug energijos suvartojama baltymų sintezėje. Kiekvienai atskirai aminorūgščiai, įtraukta į peptidų grandinę, naudojama viena ATP ir dvi GTP molekulės.

4. Nutraukimas:

Polipeptidų sintezė nutraukiama, kai mRNR nesąmoninis kodonas pasiekia vietą. Yra trys nesąmonės kodonai - UAA (okkeras), UAG (gintaras) ir UGA (opalas). Šie kodonai nepripažįstami nė vienoje iš tRNR. Todėl daugiau aminoacil tRNR nepasiekia vietovės.

P-vietos tRNR yra hidrolizuojama ir užbaigtas polipeptidas yra atpalaiduojamas, kai yra priklausomas nuo GTP išskyrimo faktoriaus. Tai vienintelis (eRFl) eukariotuose ir du (RF1 ir RF2) prokariotuose. Procariotuose RF1 yra specifinis UAG ir UAA. RF2 yra specifinis UAA ir UGA. GTP priklausomas RF3 (eRF3 mielėse) reikalingas norint atleisti RF iš ribosomos.

Ribosomas persikelia per nesąmonės kodoną ir nuslydo mRNR grandinę. Du ribosomos subvienetai atskirti arba disociacija vyksta esant disociacijos faktoriui (DF).

Prokariotuose formiluotas metioninas paprastai yra pradinė aminorūgštis. Jis yra deformiliuojamas (naudojant fermento deformilazę) arba kartais pašalinamas iš polipeptido (enoksimo aminopeptidazės pagalba). Inicijuojantis metioninas paprastai nelaikomas eukariotuose.

Tuo pačiu metu keletas polipeptidų yra sintetinami iš to paties mRNR poliarizosome, kur ribosomų skaičius yra prijungtas prie to paties mRNR grandinės. Kiekviena poliribosomo ribosoma sudaro tą patį polipeptido tipą. Daugelio to paties polipeptido kopijų formavimasis vienu metu iš mRNR, naudojant polisominę, vadinamas transliacijos amplifikacija.

Išleisdamas iš ribosomos, polipeptidas turi tik pirminę struktūrą. Jis sukasi ir sulenkia, kad būtų antrinė ir tretinė struktūra. Polipeptidas gali susieti su kitais polipeptidais (i-plisuota struktūra, kuri tada sudaro tretinę ir ketvirtinę struktūrą).

Laisvų citoplazminių polimerosomų atveju polipeptidai arba baltymai išsiskiria citoplazmoje (citozolyje), kur jie naudojami daugiau citoplazmos, kai kurių fermentinių fermentų ir elementų, pvz., Branduolio, mikrotubulų, mikrofibrilių, mikrobų ir kt., Sintezei.

Kai kurie baltymai taip pat patenka į pusiau autonominių organelių, pvz., Plastidų ir mitochondrijų, sudėtį, nors savo baltymų poreikį patys gamina savo polimerosomomis. Poliarizosomos, prijungtos prie endoplazminio tinklelio membranų, gamina baltymus, kurie arba patenka į jo liumeną (6.27 pav. B), ar integruojami į jo membranas.

Į ER lumenį išsiskiriantys baltymai paprastai pasiekia Golgi aparatą, kad modifikuotų tokius, kaip hidrolizinių fermentų ir glikozilinimo (cukraus likučių pridėjimas). Modifikuoti baltymai yra supakuoti į lizosomų, ląstelių sienelių fermentų, plazmos membranos ir pan.

Tam tikri antibiotikai bakterijose slopina baltymų sintezę. Tai yra pagrindas gydyti tam tikras bakterijų infekcijas.

Antibiotikų bakterijų baltymų sintezės slopinimas: