Synteza białek: maszyny i mechanizm syntezy białek

Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się więcej o syntezie białek: maszyny i mechanizm syntezy białek!

Maszyny do syntezy białek:

Składa się z rybosomów, aminokwasów, mRNA, tRNA i aminoacylowych syntetaz tRNA. mRNA działa jako matryca mająca informację genetyczną.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: wieber.weebly.com/uploads/1/3/2/0/13208982/8301870_orig.jpg?0

Rybosom jest miejscem syntezy białek. tRNA przynosi pożądany aminokwas, odczytuje informację genetyczną i umieszcza aminokwas w odpowiednim miejscu. RNA powstaje w wyniku DNA podczas transkrypcji, podczas gdy synteza białka zachodzi w cytoplazmie w stosunku do rybosomów.

Obie są rozdzielone zarówno w przestrzeni, jak i czasie. Zapobiega mieszaniu się surowców, chroni DNA przed enzymami oddechowymi i maszynerią rybosomalną przed nukleazami.

1. Rybosomy (ryc. 6.27):

Synteza białka zachodzi nad rybosomami. Rybosomy są zatem również nazywane fabrykami białek. Każdy rybosom ma dwie nierówne części, małe i duże. Większa podjednostka rybosomu ma rowek do wypychania nowo utworzonego polipeptydu i zabezpieczania go przed enzymami komórkowymi.

Mniejsza podjednostka pasuje do większej niż czapeczka, ale opuszcza tunel dla mRNA. Dwie podjednostki łączą się tylko w momencie tworzenia białka. Zjawisko to nazywa się stowarzyszeniem. Mg 2+ jest dla niego niezbędny. Wkrótce po zakończeniu syntezy białek rozdzielają się podjednostki. Zjawisko to nazywa się dysocjacją.

Rybosomy zazwyczaj tworzą rozetę lub grupy helikalne podczas aktywnej syntezy białka. Są one znane jako polibosomy lub polisomy (Rich, 1963). Różne rybosomy w polisom są trzymane razem przez łańcuch informacyjnego RNA. Polyribosome pomaga wytwarzać wiele kopii tego samego polipeptydu. Sąsiednie rybosomy polibosomów mają od siebie około 340 A lub 34 nm. Różne części rybosomu połączone z syntezą białek to:

(i) Tunel dla mRNA. Leży między dwiema podjednostkami.

(ii) Rowek do przejścia świeżo zsyntetyzowanego polipeptydu. Rowek jest częścią większej podjednostki.

(iii) Istnieją trzy miejsca reaktywne - P (D), A i E (Ryc. 6.28). Miejsce P (miejsce przeniesienia peptydylu lub miejsce dawcy) jest współprowadzone przez dwie podjednostki rybosomalne. Miejsce A (miejsce amino-acylowe lub akceptorowe) znajduje się na większej podjednostce rybosomu. Stoi naprzeciw tunelu między dwiema podjednostkami. E lub miejsce wyjścia jest częścią większej podjednostki zwróconej w stronę miejsca w tunelu.

(iv) Peptydowa transferaza enzymatyczna jest rybozymem. Jest składnikiem większej podjednostki rybosomu (23S rRNA u prokariotów).

(v) Mniejsze podjednostki rybosomu mają punkt rozpoznawania mRNA i obszaru wiązania dla czynników inicjujących.

2. Aminokwasy:

W jednej komórce można wytworzyć setki różnych rodzajów białek. Wszystkie typy białek powstają z tych samych aminokwasów. To rozmieszczenie aminokwasów w polipeptydach i ich liczba zapewniają specyficzność białek. Istnieje około 20 aminokwasów i amidów, które stanowią bloki budulcowe lub monomery białek. Występują w puli komórkowej.

3. mRNA:

Jest to matrycowy RNA, który dostarcza zakodowane informacje z DNA i bierze udział w jego translacji, wprowadzając aminokwasy w określonej sekwencji podczas syntezy polipeptydu.

Jednak kodony mRNA nie są rozpoznawane przez aminokwasy, ale przez antycyny ich cząsteczek adaptorowych (tRNA -> a-tRNA). Tłumaczenie odbywa się nad rybosomami. Ten sam mRNA może być ponownie użyty wielokrotnie. W postaci polisomu może pomóc w syntezie wielu kopii jednocześnie.

4. tRNA:

Są to rozpuszczalne lub rozpuszczalne RNA, które wychwytują określone aminokwasy (w CCA lub 3'-końcu) w procesie zwanym ładowaniem. Naładowane tRNA biorą to samo do mRNA w stosunku do poszczególnych kodonów odpowiadających ich antykodonom.

TRNA może pobierać tylko określony aminokwas, chociaż aminokwas może być speficowany przez 2-6 tRNA. Każdy tRNA ma powierzchnię do kontaktu z rybosomem (T ¥ C) i syntezą enzymu amino acyl tRNA (DHU).

5. Syntetaza tRNA amino-Acylu:

Jest to enzym, który pomaga w łączeniu aminokwasów z konkretnym tRNA. Enzym jest swoisty dla każdego aminokwasu. Jest również nazywany enzymem aktywującym.

Mechanizm syntezy białek (ryc. 6.29-31):

1. (a) Aktywacja aminokwasów:

Przeprowadza się go za pomocą aktywujących enzymów, znanych jako syntetazy aminoacylo-tRNA (Zamecnik and Hoagland, 1957). W obecności ATP aminokwas łączy się ze swoistą syntetazą aminoacyl-tRNA. Mg 2+ jest wymagany.

Wytwarza kompleks amino-acylo-adenylanowy. Energia udostępniona aminokwasom podczas jej aktywacji jest później wykorzystywana do tworzenia wiązań peptydowych.

Hydroliza pirofosforanu za pomocą enzymu pirofosfatazy dostarcza energii do napędzania początkowych reakcji.

(b) Ładowanie lub aminoacylacja tRNA:

Kompleks reaguje z tRNA specyficznym dla aminokwasu, tworząc kompleks aminoacyl-tRNA. Enzym i AMP są uwalniane. tRNA skompleksowany z aminokwasem jest czasami nazywany naładowanym tRNA. Aminokwas jest związany z 3-OH-końcem tRNA, który myślał o grupie -COOH,

2. Inicjacja:

Wymaga czynników zwanych czynnikami inicjującymi. Istnieją trzy czynniki inicjujące w prokariotach - IF3, IF2 i IF1. Eucaryotes mają dziewięć czynników inicjujących - eIF2, eIF3, eIF1, eIF4A, eIF4B, eIf4C, eIF4D, eIF5, eIF6. Z tych IF3 lub eIF2 jest przyłączona do mniejszej podjednostki rybosomu w stanie zdysocjowanym. GTP jest wymagana. mRNA przyłącza się do mniejszej podjednostki rybosomu w regionie jego czapeczki.

Czapeczka ma nukleotydy komplementarne do nukleotydów obecnych na końcu 3 'rRNA. Przyłączenie jest takie, że kodon inicjacyjny mRNA (AUG lub GUG) znajduje się w miejscu P. Współczynnik inicjacji już obecny w mniejszej podjednostce katalizuje reakcję (eIF2 w eukariotach i IF3 w prokariotach).

Kompleks aminoacylowy tRNA specyficzny dla kodonu inicjacji (metionino-tRNA lub walina-tRNA) dociera do miejsca P (miejsce D). Antykodon (np. UAC tRNA Met ) ustanawia tymczasowe wiązania wodorowe z kodonem inicjacyjnym (np. AUG) mRNA. Reakcja kodonodikodonowa zachodzi w obecności czynnika inicjacji eIF3 w eukariotach i IF2 w prokariotach. Etap wymaga również energii dostarczanej przez GTP.

Inicjująca metionina akceptująca tRNA jest naładowana nie-formylowaną metioniną (tRNA m Met ) w cytoplazmie eukariota i formylowanej metioniny (tRNA f Met ) w prokariach, plastydach i mitochondriach. tRNA zaangażowane w przenoszenie formylowanej metioniny jest inne niż ta, która przenosi niesformowaną metioninę.

W obecności Mg 2+, większa podjednostka rybosomu łączy się obecnie z kompleksem 40S-mRNA-tRNA Met, tworząc nienaruszony rybosom. Wymaga on czynnika inicjacji IF1 w prokariotach i czynnikach elFl, eIF4 (А, В, C) w eukariotach. Łączenie dwóch podjednostek rybosomów nazywa się asocjacją. Nienaruszony rybosom zamyka kompleks mRNA-tRNA obecny w miejscu P, ale zachowuje odsłonięcie miejsca A.

3. Wydłużanie (tworzenie łańcucha polipeptydowego). Kompleks tRNA aminoacylu dociera do miejsca A i przyłącza się do kodonu mRNA obok kodonu inicjacji za pomocą jego antykodonu. Etap wymaga GTP i współczynnika wydłużenia (eEF1 w eukariotach i EF-Tu oraz EF-Ts w prokariotach).

Stwierdzono, że w Escherichia coli najobficiej występującym białkiem jest czynnik wydłużenia (EF-Tu). Wiązanie peptydowe (-CO-NH) powstaje między grupą karboksylową (-COOH) aminokwasu przyłączonego do tRNA w miejscu P i grupą aminową (-NH-7) aminokwasu przyłączonego do tRNA w miejscu A.

Reakcja jest katalizowana przez enzym peptydylo-transferazę, która jest enzymem RNA. Z tego powodu grupa NH2 pierwszego aminokwasu jest blokowana przed angażowaniem się w tworzenie wiązania peptydowego z innym aminokwasem. W procesie przerwania połączenia między tRNA i aminokwasem w miejscu P. Wolne tRNA miejsca P prześlizguje się do miejsca E, a stamtąd na zewnątrz rybosomu za pomocą czynnika G. Miejsce A przenosi kompleks peptydylo-tRNA.

Wkrótce po ustaleniu pierwszego wiązania peptydowego i poślizgnięciu uwolnionego tRNA miejsca P, rybosom lub mRNA obraca się nieznacznie. Proces ten nazywa się translokacją. Wymaga on czynnika zwanego translokacją (EF-G w prokariotach i eEF2 w eukariotach) oraz energii z GTP. W wyniku translokacji kodon z miejsca A z kompleksem peptydylo-tRNA osiąga miejsce P. Nowy kodon jest eksponowany na stronie internetowej. Przyciąga nowy kompleks aminoacylowy tRNA.

Proces tworzenia wiązania i translokacji powtarza się. Jeden po drugim wszystkie kodony mRNA są eksponowane w miejscu A i ulegają dekodowaniu poprzez włączenie aminokwasów do łańcucha peptydowego.

Łańcuch peptydowy wydłuża się. Wydłużony łańcuch peptydowy lub polipeptyd znajduje się w rowku większej podjednostki rybosomu, aby chronić się przed enzymami komórkowymi, ponieważ jest podatny na rozpad ze względu na swoją rozszerzoną naturę. Tworzenie spirali rozpoczyna się na odległość przy pomocy kaplic.

Dużo energii jest zużywane w syntezie białek. Dla każdego pojedynczego aminokwasu włączonego w łańcuch peptydowy stosuje się jeden ATP i dwie cząsteczki GTP.

4. Wypowiedzenie:

Synteza polipeptydu kończy się, gdy nonsensowny kodon mRNA dociera do miejsca A. Istnieją trzy nonsensowne kodony - UAA (ochra), UAG (bursztynowa) i UGA (opal). Te kodony nie są rozpoznawane przez żaden z tRNA. Dlatego też nie więcej aminoacyl tRNA dociera do miejsca A.

TRNA miejsca P ulega hydrolizie i zakończony polipeptyd jest uwalniany w obecności zależnego od GTP czynnika uwalniania. Jest to pojedynczy (eRF1) w eukariotach i dwóch (RF1 i RF2) w prokariotach. W procaryotesach RF1 jest specyficzne dla UAG i UAA. RF2 jest specyficzne dla UAA i UGA. GTP zależny od RF3 (eRF3 w drożdżach) jest wymagany do uwolnienia RF z rybosomu.

Ribosome przesuwa się nad kodonem nonsensem i zsuwa się z łańcucha mRNA. Dwie podjednostki rybosomu oddzielają się lub ulegają dysocjacji w obecności czynnika dysocjacji (DF).

W organizmach prokariotycznych, formylowana metionina jest zwykle aminokwasem inicjującym. Jest albo zdeformowany (za pomocą enzymu deformylazy), albo czasem usunięty z polipeptydu (przez aminopeptydazę enoksymową). Początkowa metionina zwykle nie jest zatrzymywana u eukariontów.

W tym samym czasie kilka polipeptydów jest syntetyzowanych z tego samego mRNA przez polyribosome, gdzie pewna liczba rybosomów jest przyłączona do tej samej nici mRNA. Każdy rybosom polyribosomu tworzy ten sam rodzaj polipeptydu. Tworzenie wielu kopii tego samego polipeptydu jednocześnie z mRNA za pomocą polisomów nazywa się amplifikacją translacyjną.

Po uwolnieniu z rybosomu polipeptyd ma tylko pierwotną strukturę. Cewki i fałdy dalej mają strukturę drugorzędową i trzeciorzędową. Polipeptyd może zostać połączony z innymi polipeptydami w celu wytworzenia (i-pofałdowanej struktury, która następnie tworzy strukturę trzeciorzędową i czwartorzędową.

W przypadku wolnych poliprosomów cytoplazmatycznych polipeptydy lub białka są uwalniane w cytoplazmie (cytosolu), gdzie są wykorzystywane do syntezy większej ilości cytoplazmy, niektórych enzymów i składników organelli komórkowych, takich jak jądro, mikrotubule, mikrofibryle, mikrobody itp.

Niektóre białka wchodzą również w skład pół-autonomicznych organelli, takich jak plastyd i mitochondria, chociaż same wytwarzają część swojego zapotrzebowania na białko przez swoje polibosomy. Polyribosomy przyłączone do membran retikulum endoplazmatycznego wytwarzają białka, które albo przechodzą do światła (ryc. 6.27 B), albo ulegają integracji w błonach.

Białka uwalniane do światła ER na ogół docierają do aparatu Golgiego w celu modyfikacji, takich jak tworzenie enzymów hydrolitycznych i glikozylacja (dodawanie reszt cukrowych). Zmodyfikowane białka są pakowane w pęcherzyki w celu eksportu lub utworzenia lizosomów, enzymów ściany komórkowej, błony komórkowej itp.

Synteza białek jest hamowana w bakteriach przez niektóre antybiotyki. Stanowi to podstawę do leczenia niektórych zakażeń bakteryjnych.

Antybiotykowa inhibicja syntezy białek bakteryjnych:

Antybiotyk Efekt
Streptomycyna

Tetracyklina

Chloramfenikol

Erytromycyna

Neomycynę

Puromycyna

Ryfampicyna i aktynomycyna

Hamuje inicjowanie tłumaczenia i powoduje błędne odczytanie.

Hamuje wiązanie aminoacyl-tRNA do rybosomu

Hamuje peptydylo-transferazę, a więc tworzenie wiązań peptydowych.

Hamuje translokację mRNA wzdłuż rybosomu. Hamuje interakcję tRNA z mRNA.

Wiąże się z C-końcem rosnącego łańcucha peptydowego i powoduje przedwczesne zakończenie łańcucha polipeptydowego białka zarówno u prokariotów, jak i u eukariotów.

Hamować syntezę RNA przez hamowanie polimerazy RNA.