Перший з двох етапів, на якому можна розділити процес синтезу білка, називається транскрипцією білка, після чого відбувається друга фаза або трансляція РНК-месенджера.
Етапи синтезу білка
- Процес синтезу білка переводить кодони (нуклеотидні триплети) інформаційної РНК (мРНК відтепер) у код 20 незамінних амінокислот, що складають поліпептидний ланцюг білків.
- Процес трансляції мРНК починається на 5 'кінці і закінчується на 3' кінці.
- Протягом усього процесу поліпептидний ланцюг синтезується від його аміно-кінцевого кінця (відтепер N-кінцевого) до свого карбоксильного кінцевого (відтепер С-кінцевого).
Суттєвих відмінностей у різних фазах синтезу білка, що відбуваються в клітинах прокаріотів та еукаріотів, практично немає.
Основні етапи синтезу білка
- Ініціація
- Подовження
- Припинення
Здебільшого процес синтезу білка в клітинах еукаріотів відбувається за тими ж етапами, що і в прокаріотів. Однак є конкретні відмінності, які потрібно виділити.
Наприклад, у прокаріотичних клітинах процес трансляції починається до завершення транскрипції.
Фаза ініціювання синтезу білка
Першою зі стадій, що є частиною процесу синтезу білка, є ініціація, яка охоплює об’єднання компонентів системи трансляції і передує утворенню пептидних зв’язків.
Ці компоненти, які втручаються на першій стадії синтезу білка, є:
- Перекладена мРНК.
- Дві рибосомні субодиниці (велика та мала субодиниці).
- Аміноацильна тРНК, яка зазначена в першому кодоні мРНК.
- Гуанозинтрифосфат (GTP), який призначений забезпечити енергією під час процесу (еукаріотичні клітини також потребують аденозинтрифосфату).
- Фактори ініціації, що дозволяють збирати цю складну фазу. Зокрема, прокаріотичні клітини мають 3 фактори ініціації (IF-1, IF-2 та IF-3), тоді як еукаріоти мають більше десяти факторів, позначених префіксом IF.
Два механізми беруть участь у розпізнаванні нуклеотидної послідовності (AUG) рибосомою, яка фактично ініціює трансляцію:
1. Послідовність Шайн-Далгарно (SD)
У кишкової палички спостерігається послідовність з високим відсотком пуринових нуклеотидних основ, яка відома як послідовність Шайна-Дальгарно. Ця область знаходиться дуже близько до 5 'кінця молекули мРНК і між 6 і 10 основами над початковим кодоном. Компонент 16S рРНК малої субодиниці рибосоми має комплемент послідовності SD біля свого 3 'кінця. Таким чином, дві взаємодоповнюючі послідовності можуть бути зв'язані, що полегшує позиціонування рибосомної субодиниці 30S в мРНК близько до ініціюючого кодону.
Цей механізм дещо відрізняється у випадку еукаріотичних клітин, оскільки вони не мають послідовностей SD. Насправді в них за допомогою фактора ініціювання IF-4 рибосомна субодиниця 40S зв'язується близько до так званої структури "кришки" на 5 'кінці мРНК і згодом рухається вниз по послідовності. він відповідає стартовому кодону. У будь-якому випадку цей процес вимагає проведення аденозинтрифосфату (АТФ).
2. Ініціаційний кодон (AUG)
Ініціювання триплета AUG розпізнається за спеціальним показником, що міститься в тРНК. У випадку прокаріотичних клітин цьому процесу сприяє IF-2-GTP, тоді як у еукаріотів йому сприяє сам IF-2-GTP разом з іншими додатковими IF. Потім завантажену праймерну тРНК наближають до Р-ділянки малої субодиниці рибосоми. У бактерій (і мітохондрій) метіонін залишається приєднаним до тРНК ініціатора, а згодом формильна група діє як донор вуглецю, так що N-кінцевий метіонін потім зв'язується з цією тРНК.
Зі свого боку, в еукаріотичних клітинах ініціатор тРНК забезпечує неформульований метіонін. У будь-якому випадку, в обох типах клітин N-кінцевий метіонін, приєднаний до 5 'кінця, видаляється безпосередньо в кінці процесу трансляції. На останньому етапі ініціації більша рибосомна субодиниця зв'язується з новоутвореним комплексом, в результаті чого отримується повністю функціональна рибосома. Цей комплекс має навантаження тРНК на сайті P та іншому порожньому місці.
На цій стадії синтезу білка енергія всередині ГТФ використовується в SI-2, якому вдається гідролізувати її, щоб перетворити в ВВП. IF-2-PIB реактивації сприяє обмінний фактор гуанінових нуклеотидів.
Перша фаза синтезу білка
Називається перший етап синтезу білка транскрипція
Насправді, це стосується транскрипції ДНК у месенджер-РНК (мРНК відтепер), що має статися необхідним для початку процесу.
Під час транскрипції інструкції, кодовані всередині ДНК генів, транскрибуються в код нуклеотидної послідовності рибонуклеїнової кислоти (РНК).
Які результати транскрипції?
Більшість закодованих генів транскрибуються в мРНК.
Однак є деякі винятки, оскільки певні закодовані гени транскрибуються в інші різні типи молекул РНК, оскільки вони є важливими для клітини для успішного розвитку процесу синтезу білка, про який ми говоримо в цій статті.
Ці типи РНК відомі як рибосомні РНК (рРНК далі) і передають РНК (тРНК у наступних рядках).
На які етапи поділяється процес транскрипції?
Поки здійснюється трансляція кожної синтезованої молекули мРНК, одна з ланцюжків подвійної спіралі структури ДНК використовується як шаблон.
Загалом, цей ланцюжок називається «ланцюжком шаблонів» завдяки функції, яку він виконує. На даний момент можна сказати, що процес транскрипції поділяється на три різні етапи, які:
- Ініціація
- Подовження
- Припинення
Процес транскрипції в клітинах прокаріотів відрізняється від клітин еукаріотів
В еукаріотичних клітинах генетичний матеріал, що міститься в молекулі ДНК, знаходиться в ядрі клітини.
З цієї причини процес транскрипції в клітинах цього типу повинен здійснюватися саме в цьому місці. У цьому сенсі можна стверджувати, що це відбувається, коли молекули ДНК будуються шляхом утворення двох спіральних антипаралельних ланцюгів, побудованих з дезоксирибозного цукру, який також відомий лише як дезоксирибоза, та фосфату.
Обидва елементи пов'язані між собою справді міцними ковалентними фосфодіефірними зв'язками. Крім того, кожен з дезоксирибонуклеотидів має одне з чотирьох азотистих основ, а саме аденін, гуанін, цитозин та тимін, приєднані до атома вуглецю дезоксирибози.
Короткий зміст процесу транскрипції
- Сильно ущільнена молекула ДНК розвивається, і фермент, який називається геліказа, розриває водневі зв’язки, до яких ми вже посилалися і які мають функцію утримувати обидва ланцюги разом. Таким чином, подвійна спіраль декомпресується в цій області і дозволяє одиночному нуклеотидному ланцюгу відкритися та скопіюватися.
- У цей момент інший фермент, який називається РНК-полімеразою, зв’язується з єдиною ланцюгом, що містить кодуючий ген, і починає зчитувати інформацію, що міститься в ланцюзі ДНК, між 3 ′ і 5 ′ кінцем. Отже, можна стверджувати, що цей фермент фактично синтезує лише одну ланцюг мРНК у напрямку від 5 'до 3'.
- Послідовність мРНК ідентична структурі ДНК. Насправді, єдина різниця між двома молекулами полягає в тому, що в молекулах РНК використовується нуклеотид урацил замість тиміну, який використовується ДНК. Після синтезу одноланцюгова молекула мРНК може досягати цитоплазми через ядерні пори.
- Фаза транскрипції в прокаріотичних клітинах відрізняється від фази еукаріотичних клітин. Перша помітна відмінність полягає в тому, що першим продуктом синтезу білка в цьому типі клітин є «нормальна» мРНК, тобто така, яка не потребує будь-якої посттранскрипційної модифікації. У цьому сенсі у еукаріотів перший продукт називається первинною транскрипцією і вимагає проведення модифікації.
Посттранскрипційна модифікація мРНК з еукаріотичних клітин включає такі етапи:
- Фаза укупорки 7-метил-гуанозином
- Поліаденозин
Другий етап синтезу білка
Другий етап у синтезі білка також називається переклад РНК месенджера (MRNA відтепер).
Ми повинні пам’ятати, що під час цієї фази інформація, закодована в ДНК, копіюється в послідовність мРНК, яка згодом може перетнути мембрану ядра, щоб досягти рибосом, що містяться в цитоплазмі.
Виробництво білка відбувається на другій стадії процесу синтезу, тобто під час трансляції. У деяких випадках весь синтез може бути уніфікований на цій фазі, оскільки, коротше кажучи, під час транскрипції не утворюється білок.
Однак ця транскрипція є важливою для здійснення другої фази, оскільки саме тоді надходять генетичні інструкції, надіслані ядром до цитоплазми, і містять код ДНК/РНК.
Генетичний код
Можна сказати, що генетичний код - це набір інструкцій, що визначають спосіб перетворення інформації, закодованої в ДНК та РНК, у білки.
Цей генетичний код ідентичний (хоча за деякими незначними винятками) серед усього живого. Крім того, він визначає, як кодони (триплетні послідовності нуклеотидів) визначають, яку саме амінокислоту слід додавати у певному положенні в поліпептидному ланцюзі.
У молекулах ДНК і РНК використовуються чотири різні будівельні блоки, які називаються нуклеотидами, які відповідають за кодування генетичної інформації. Для того, щоб мати можливість кодувати кожну з 20 різних амінокислот, що входять до складу поліпептидів, інформація, знайдена всередині нуклеотидних послідовностей, повинна кодуватися послідовністю щонайменше з 3 нуклеотидів, які називаються триплетом або кодоном.
Отже, завдяки використанню цих триплетних послідовностей, клітина здатна визначити до 64 різних кодів для загальної кількості 20 різних амінокислот, а це означає, що для кожної амінокислоти буде не більше одного відповідального кодону.
Це те, що називається `` дегенерацією кодону '', виразом, який представляє той факт, що генетичний код є зайвим, оскільки амінокислота кодується більш ніж одним кодоном, хоча це правда, що це не є двозначним, оскільки кодон кодує лише одну аміно кислота.
Клітинна техніка бере участь у другій стадії синтезу білка
Різні типи молекул РНК
Процес трансляції вимагає участі трьох різних типів молекул РНК. Кожен має свою функцію:
- РНК месенджера. МРНК виступає посередником між ДНК генетичного матеріалу та ділянками, в яких виробляються білки, тобто рибосоми, які знаходяться в цитоплазмі.
- Різні молекули рибосомної РНК (рРНК). Вони беруть участь у формуванні різних субодиниць рибосом.
- РНК множинної транскрипції (тРНК). Молекули, які діють з кожним типом амінокислот.
Рибосома: майстерня, в якій відбувається синтез білка
Яка функція рибосом?
Коротше кажучи, рибосома - це клітинна одиниця, яка відповідає за синтез усіх білків, необхідних клітинам. Інформація, закодована в мРНК, перетворюється рибосомою в амінокислотну послідовність. Ця клітинна органела складається із спеціалізованих молекул РНК, званих рРНК, і безлічі різних білків. Важливо зазначити, що ці молекули РНК відіграють структурну та регуляторну роль.
Будова рибосоми
Рибосома має дві субодиниці, що складаються з рРНК та певних специфічних білків. Ці дві субодиниці мають різні розміри, що визначатиме, яку з них буде називати відповідно великою та малою. Для утворення рибосом ці дві субодиниці об’єднуються і створюють структуру з більш-менш круглою формою, хоча це правда, що слово овал краще визначає його структуру.
Рибосома в клітинах прокаріотів
У клітинах прокаріотів рибосоми досягають 70 S ("S" означає "коефіцієнт седиментації"). У цьому випадку його велика субодиниця дорівнює 50 S, а мала субодиниця - 30 S. Призначення малих субодиниць полягає у побудові 16 молекул РНК РНК довжиною 1540 нуклеотидів. Ця рРНК повинна містити до 21 різних білків рибосом. Подібним чином велика субодиниця містить 5 S РНК, що складається з 120 нуклеотидів і ще 23 S РНК і 2900 нуклеотидів. В обох молекулах рРНК міститься до 31 різних білків.
Рибосома в еукаріотичних клітинах
Рибосома еукаріотичних клітин дещо відрізняється від рибосоми прокаріотів. У цьому сенсі слід зазначити, що вони мають велику субодиницю 60 S та малу субодиницю 40 S, що призводить до утворення рибосоми 80 S.
Найменша субодиниця містить 33 білків, зв'язаних з 18 S РНК з послідовністю 1900 нуклеотидів. У свою чергу, три молекули РНК складають його велику субодиницю (одна з 5S і 120 нуклеотидів, інша з 28 S і 4700 і остання з 5,8 S і 160. Ці 3 молекули рРНК містять 46 різних білків.
Ферменти, що беруть участь у процесі перекладу
Фермент, який називається аміноацил-тРНК-синтетаза, відповідає за правильне зв'язування між амінокислотами та відповідним антикодоном, обрамленим всередині тРНК.
Точніше, зазначені ферменти аміноацил-тРНК-синтетази відповідають за каталізацію етерифікації певної амінокислоти або навіть її попередника з усіма сумісними молекулами тРНК з метою утворення аміноацил-тРНК.
У випадку прокаріотичних клітин фактор елонгації EF-Tu відповідає за перенесення аміноацильної тРНК в рибосому, щоб, опинившись там і беручи до уваги правило додаткового сполучення основ, дати можливість антикодонам тРНК збігатися з відповідними кодонами в мРНК.
Процес трансляції - це другий етап синтезу білка
Як ми вже коментували в попередніх параграфах, процес трансляції відбувається в цитоплазмі клітини, де мРНК зв'язується з рибосомами, відповідальними за синтез білка.
Рибосоми складаються з трьох просторових областей, які називаються сайтами зв'язування, які відіграють важливу роль у синтезі білка. Один з них відповідає за зв'язування з мРНК, тоді як інші два сайти використовуються для зв'язування молекул тРНК і називаються, відповідно, "сайтом A" і "сайтом P".
Зв’язування молекули мРНК з рибосомою дає можливість молекулам тРНК зв’язуватися з нею в порядку, визначеному послідовністю нуклеотидів, розміщеною всередині мРНК. У цьому сенсі кожна тРНК асоціюється, зокрема, з певною амінокислотою. Ця функція визначається принципово структурою самої молекули (тРНК може нагадувати конюшину з утворених полінуклеотидних послідовностей).
Кінець хвоста тРНК - це область, підготовлена до зв’язування з певною амінокислотою, тоді як її головка має три нуклеотиди, що утворюють так званий антикодон, який розпізнає послідовність кодонів, відповідну молекулі мРНК.
Завершення перекладу
Припинення трансляції відбувається, коли сайт А рибосоми досягає одного з трьох стоп-кодонів (UAA, UAG або UGA).
У прокаріотичних клітинах ці кодони, про які ми говорили, розпізнаються за різними факторами вивільнення (FL відтепер). FL-1 відповідає за розпізнавання стоп-кодонів UAA та UAG, тоді як FL-2 відповідає за UGA та UAA. Коли ці ФЛ зв'язуються з комплексом, спрацьовує гідроліз зв'язку, що пов'язує пептид тРНК у місці Р, і вивільняє зароджується білок з рибосоми. Далі третій FL (FL-3-GTP) викликає вивільнення FL-1 або FL-2 у вигляді GTP, який гідролізується і перетворюється на ВВП, залишаючись просто залишковим фосфатом.
На відміну від них, еукаріотичні клітини мають унікальний фактор вивільнення eFL, який може розпізнавати всі три стоп-кодони. Існує другий залучений FL, який називається eFL-3, який виконує функції, подібні до FL-3 у прокаріотів.
Деякі інгібуючі антибіотики, які можуть перешкоджати будь-якій з різних стадій синтезу білка:
- Дифтерійний токсин, який інактивує EF-2 і перешкоджає його транслокації.
- Кліндаміцин та еритроміцин, які блокують (через незворотне зв'язування) ділянку на субодиниці 50S рибосом і таким чином запобігають транслокації.
- Рицин з касторових бобів є дуже потужним токсином, який виводить аденин, розташований у місці 28S рРНК, інгібуючи тим самим функцію рибосом в клітинах еукаріот.
Вас також зацікавить тема: