Az első két lépés, amelyben a fehérjeszintézis folyamat felosztható, fehérje transzkripciónak nevezik, amely után a messenger RNS második fázisa vagy transzlációja megy végbe.
A fehérjeszintézis lépései
- A fehérjeszintézis folyamata a messenger RNS (ezentúl mRNS) kodonjait (nukleotid triplettjeit) a fehérjék polipeptidláncát alkotó 20 esszenciális aminosav kódjává alakítja.
- Az mRNS transzlációs folyamat annak 5 'végén kezdődik és a 3' végén fejeződik be.
- A folyamat során a polipeptidlánc szintetizálódik az amino-terminális végétől (ezentúl N-terminális) a karboxi-terminálisáig (C-terminális mostantól).
Gyakorlatilag nincs szignifikáns különbség a fehérjeszintézis különböző fázisaiban, amelyek a prokarióta és az eukarióta sejtekben játszódnak le.
A fehérjeszintézis fő szakaszai
- Megindítás, inicializálás
- Megnyúlás
- Megszüntetés
A legtöbb tekintetben a fehérjeszintézis folyamata az eukarióta sejtekben ugyanazokat a lépéseket követi, mint a prokariótákban. Vannak azonban sajátos különbségek, amelyeket ki kell emelni.
Például prokarióta sejtekben a transzláció még a transzkripció befejezése előtt megkezdődik.
A fehérjeszintézis kezdeti fázisa
Az első szakasz, amely a fehérjeszintézis folyamat része, az iniciáció, amely magában foglalja a transzlációs rendszer komponenseinek egyesülését és megelőzi a peptidkötések kialakulását.
Ezek a komponensek, amelyek beavatkoznak a fehérjeszintézis első szakaszába, a következők:
- A lefordított mRNS.
- A két riboszomális alegység (nagy és kicsi alegység).
- Az amino-acil tRNS, amelyet az mRNS első kodonja határoz meg.
- Guanozin-trifoszfát (GTP), amely energiát szolgáltat a folyamat során (az eukarióta sejtekhez adenozin-trifoszfátra is szükség van).
- Kezdeti tényezők, amelyek lehetővé teszik ennek a komplex fázisnak az összeállítását. Pontosabban, a prokarióta sejteknek 3 iniciációs faktoruk van (IF-1, IF-2 és IF-3), míg az eukariótáknak több mint tíz faktoruk van, amelyeket IF előtaggal jelölnek.
Két mechanizmus vesz részt a nukleotidszekvencia (AUG) riboszóma általi felismerésében, amely valójában megindítja a transzlációt:
1. Shine-Dalgarno szekvencia (SD)
Az Escherichia coli-ban egy olyan szekvencia figyelhető meg, amely nagy százalékban tartalmaz purin nukleotid bázisokat, amelyet Shine-Dalgarno szekvenciának neveznek. Ez a régió nagyon közel van az mRNS-molekula 5'-végéhez, és 6 és 10 bázis között van a start kodon felett. Az ribosomális kis alegység rRNS 16S komponense az SD szekvencia komplementerével rendelkezik a 3 'vége közelében. Ily módon a két komplementer szekvencia összekapcsolható, ami megkönnyíti a riboszomális 30S alegység pozícionálódását az mRNS-ben az iniciációs kodon közelében.
Ez a mechanizmus kissé eltér az eukarióta sejtek esetében, mivel nem rendelkeznek SD szekvenciákkal. Valójában bennük az IF-4 iniciációs faktor segítségével a 40S riboszomális alegység az úgynevezett "cap" struktúrához közel kötődik az mRNS 5 'végén, és ezt követően mozog lefelé az mRNS szekvenciájában. megfelel a start kodonnak. Mindenesetre ez a folyamat megköveteli az adenozin-trifoszfát (ATP) végrehajtását.
2. Iniciációs kodon (AUG)
Az AUG triplett iniciálását a tRNS-ben található speciális indikátor ismeri fel. A prokarióta sejtek esetében ezt a folyamatot megkönnyíti az IF-2-GTP, míg az eukariótákban maga az IF-2-GTP, más további IF-kkel együtt. Ezután a megterhelt iniciátor tRNS-t a riboszóma kicsi alegységének P helyéhez közelítjük. Baktériumoknál (és mitokondriumokban) a metionin kötődve marad az iniciátor tRNS-hez, és ezt követően egy formilcsoport széndonorként működik, így egy N-terminális metionin azután megkötődik az említett tRNS-sel.
Az eurkariotikus sejtekben a iniciátor tRNS nem formilezett metionint szolgáltat. Mindenesetre mindkét sejttípusban az 5'-véghez kapcsolódó N-terminális metionint éppen a transzlációs folyamat végén távolítjuk el. A beavatás utolsó lépésében a legnagyobb riboszomális alegység az újonnan képződött komplexhez kötődik, ami egy teljesen funkcionális riboszómát eredményez. Ennek a komplexnek tRNS-terhelése van a P és egy másik üres helyen.
A fehérjeszintézis ezen szakaszában a GTP-ben lévő energiát felhasználják az SI-2-ben, amely hidrolizálva képes átalakítani GDP-vé. Az IF-2-PIB reaktiválását guanin-nukleotidcsere-faktor segíti elő.
A fehérjeszintézis első fázisa
A fehérjeszintézis első lépését ún átírás
Valójában a DNS messenger RNS-vé (ezentúl mRNS-be) történő átírására utal, amelynek elengedhetetlenül szükségesnek kell lennie a folyamat megkezdéséhez.
A transzkripció során a gének DNS-ében kódolt utasításokat átírják a ribonukleinsav (RNS) nukleotidszekvenciájának kódjába.
Melyek az átírás eredményei?
A legtöbb kódolt gén átíródik mRNS-be.
Van azonban néhány kivétel, mivel bizonyos kódolt géneket más, különböző típusú RNS-molekulákba írnak át, mivel elengedhetetlenek ahhoz, hogy a sejt sikeresen kifejlessze a fehérjeszintézis folyamatát, amelyről ebben a cikkben beszélünk.
Ezeket az RNS-típusokat riboszomális RNS-ként (a továbbiakban rRNS-ként) és transzfer-RNS-ként ismerjük (tRNS a következő sorokban).
Melyek azok a szakaszok, amelyekben az átírás folyamata fel van osztva?
Míg az egyes szintetizált mRNS-molekulák transzlációját elvégezzük, a DNS-szerkezet egyik kettős spirálláncát használjuk, mintha templát lenne.
Általában ezt a láncot az általa végrehajtott funkció miatt „sablonláncnak” nevezik. Ezen a ponton elmondhatjuk, hogy az átírási folyamat három különböző szakaszra oszlik, amelyek a következők:
- Megindítás, inicializálás
- Megnyúlás
- Megszüntetés
A transzkripciós folyamat a prokarióta sejtekben eltér az eukarióta sejtektől
Az eukarióta sejtekben a DNS-molekulában található genetikai anyag megtalálható a sejtmagban.
Ezért az ilyen típusú sejtekben a transzkripciós folyamatot ezen a helyen kell végrehajtani. Ebben az értelemben meg lehet erősíteni, hogy ez akkor fordul elő, amikor a DNS-molekulák úgy épülnek fel, hogy két spirális antiparallel láncot alkotnak, amelyek dezoxiribóz-cukorból épülnek fel, amely csak dezoxiribóz-néven is ismert, és egy foszfátból.
Mindkét elem valóban erős kovalens foszfodiészter kötésekkel van összekapcsolva. Ezenkívül mindegyik dezoxiribonukleotid rendelkezik a négy nitrogénbázis egyikével, amelyek az adenin, a guanin, a citozin és a timin kapcsolódnak egy dezoxiribóz szénatomhoz.
Az átírási folyamat összefoglalása
- Az erősen tömörített DNS-molekula fejlődik, és egy helikáz nevű enzim megszakítja azokat a hidrogénkötéseket, amelyekre már hivatkoztunk, és amelyeknek feladata mindkét lánc összetartása. Ily módon a kettős spirál dekompressziója ezen a régión belül lehetővé teszi az egyetlen nukleotidszál kinyílását és másolását.
- Ezen a ponton egy másik enzim, amelyet RNS-polimeráznak hívnak, kötődik az egyetlen szálhoz, amely a kódoló gént tartalmazza, és elkezdi olvasni a 3'-vég és az 5'-vég közötti DNS-szálban található információkat. Ezért kijelenthető, hogy ez az enzim az mRNS egy szálát csak az 5 '- 3' irányban szintetizálja.
- Az mRNS szekvenciája megegyezik a DNS szerkezetével. Valójában az egyetlen különbség a két molekula között az, hogy az RNS-molekulák az uracil nukleotidot használják a DNS által használt timin helyett. A szintetizálás után az egyszálú mRNS molekula a sejtmag pórusain keresztül juthat el a citoplazmába.
- A prokarióta sejtekben a transzkripció fázisa eltér az eukarióta sejtekétől. Az első figyelemre méltó különbség abban rejlik, hogy az ilyen típusú sejtekben a fehérjeszintézis első terméke a „normál” mRNS, vagyis olyan, amelyen nem kell semmilyen poszt-transzkripciós módosítást végrehajtani. Ebben az értelemben az eukariótákban az első terméket primer transzkripciónak nevezik, és megköveteli a módosítás végrehajtását.
Az eukarióta sejtekből származó mRNS-ek utólagos módosítása a következő lépéseket tartalmazza:
- Fedőfázis 7-metil-guanozinnal
- Poli-adenozin
A fehérjeszintézis második lépése
A fehérjeszintézis második lépését is nevezzük messenger RNS fordítása (Ezentúl MRNA).
Emlékeznünk kell arra, hogy ebben a fázisban a DNS-ben kódolt információt egy mRNS-szekvenciába másolják, amely később átjuthat a mag membránján, hogy elérje a citoplazmában található riboszómákat.
A fehérjetermelés a szintézis második szakaszában, vagyis a transzláció során történik. Bizonyos esetekben a teljes szintézis egyesülhet ebben a fázisban, mivel röviden: a transzkripció során nem keletkezik fehérje.
Ez a transzkripció azonban elengedhetetlen a második fázis megvalósulásához, mivel ekkor kapják meg a sejt által a citoplazmába küldött genetikai utasítások, amelyek tartalmazzák a DNS/RNS kódot.
A genetikai kód
Elmondható, hogy a genetikai kód egy utasításkészlet, amely meghatározza a DNS-ben és az RNS-ben kódolt információ fehérjékké történő átalakításának módját.
Ez a genetikai kód azonos (bár néhány apró kivételtől eltekintve) minden élőlény között. Meghatározza azt is, hogy a kodonok (nukleotid-triplett-szekvenciák) hogyan határozzák meg, hogy melyik aminosavat kell hozzáadni a polipeptidlánc egy meghatározott helyzetében.
A DNS- és RNS-molekulák négy különböző építőelemet, úgynevezett nukleotidokat használnak, amelyek felelősek a genetikai információk kódolásáért. A 20 különböző aminosav kódolásához, amelyek a polipeptidek részét képezik, a nukleotidszekvenciákban található információkat legalább 3 nukleotid szekvenciájának kell kódolnia, amelyeket triplettnek vagy kodonnak neveznek.
Ezért ezen triplett szekvenciák alkalmazásának köszönhetően a sejt akár 64 különböző kódot képes meghatározni összesen 20 különböző aminosavhoz, ami azt jelenti, hogy minden aminosavhoz nem lesz több, mint egy felelős kodon.
Ezt nevezzük „kodon degenerációnak”, amely kifejezés azt a tényt képviseli, hogy a genetikai kód felesleges, mivel egy aminosavat több kodon kódol, bár igaz, hogy ez nem egyértelmű, mivel a kodon csak egy aminosavat kódol sav.
A fehérjeszintézis második szakaszában részt vevő sejtmechanizmus
Különböző típusú RNS-molekulák
A transzlációs folyamat három különböző típusú RNS-molekula részvételét igényli. Mindegyiknek megvan a maga funkciója:
- Messenger RNS. Az mRNS közvetítő szerepet játszik a genetikai anyag DNS-je és a fehérjék termelődésének területei, azaz a citoplazmában található riboszómák között.
- Különböző riboszomális RNS (rRNS) molekulák. Részt vesznek a különböző riboszóma alegységek kialakításában.
- Többszörös transzkripciós RNS (tRNS). Az egyes aminosav-típusokkal ható molekulák.
A riboszóma: az a műhely, ahol a fehérjeszintézis zajlik
Mi a riboszómák funkciója?
A riboszóma röviden az a sejtegység, amely felelős a sejtekhez szükséges összes fehérje szintetizálásáért. Az mRNS-ben kódolt információt a riboszóma átalakítja aminosav-szekvenciává. Ez a sejtes organella speciális rNS-molekulákból, az úgynevezett rRNS-ből és sokféle fehérjéből áll. Fontos megjegyezni, hogy ezek az RNS-molekulák strukturális és szabályozó szerepet játszanak.
Riboszóma szerkezet
A riboszómának két alegysége van, amelyek rRNS-ből és bizonyos specifikus fehérjékből állnak. Ennek a két alegységnek különböző mérete van, amely meghatározza, hogy melyiket hívják nagynak, illetve kicsi alegységnek. A riboszómák kialakulásához ez a két alegység összeáll és többé-kevésbé kör alakú struktúrát hoz létre, bár igaz, hogy az ovális szó jobban meghatározza szerkezetét.
A riboszóma a prokarióta sejtekben
A prokarióta sejtekben a riboszómák elérik a 70 S értéket (az „S” jelentése az „ülepedési együttható”). Ebben az esetben nagy alegysége 50 S, a kis alegysége pedig 30 S. A kis alegységek célja 16 S RNS-molekula felépítése, amelyek 1540 nukleotid hosszúak. Ennek az rRNS-nek legfeljebb 21 különböző riboszomális fehérjét kell tartalmaznia. Hasonlóképpen, a nagy alegység tartalmaz egy 5 S RNS-t, amely 120 nukleotidból és egy másik 23 S RNS-ből és 2900 nukleotidból áll. Mindkét rRNS-molekula legfeljebb 31 különböző fehérjét tartalmaz.
A riboszóma az eukarióta sejtekben
Az eukarióta sejtek riboszómája kissé eltér a prokariótáktól. Ebben az értelemben meg kell jegyezni, hogy ezeknek van egy nagy 60 S alegysége és egy kicsi 40 S alegysége, amelyek 80 S riboszóma képződéséhez vezetnek.
A legkisebb alegység 33 fehérjét tartalmaz 18 S RNS-hez kötve, 1900 nukleotid szekvenciával. Viszont három RNS-molekula alkotja nagy alegységét (az 5S és 120 nukleotid egyikét, a másik 28S és 4700 nukleotidokat, az utolsó pedig 5,8 S és 160 nukleotidokat. Ez a 3 rRNS molekula 46 különböző fehérjét tartalmaz.
A fordítási folyamatban részt vevő enzimek
Az aminoacil-tRNS-szintetáz nevű enzim felelős az aminosavak és a tRNS-ben lévő megfelelő antikodon közötti helyes kötésért.
Pontosabban: ezek az aminoacil-tRNS-szintetáz enzimek felelősek egy adott aminosav vagy akár annak prekurzorának észterezésének katalizálásáért az összes kompatibilis tRNS-molekulával az aminoacil-tRNS képzése céljából.
A prokarióta sejtek esetében az EF-Tu megnyúlási faktor felelős azért, hogy az aminoacil tRNS átkerüljön a riboszómába, és ha egyszer ott van, és figyelembe véve a komplementer bázispárosítási szabályt, akkor a tRNS antikodonok lehetővé teszik a megfelelő kodonok megfelelő az mRNS.
A transzlációs folyamat a fehérjeszintézis második lépése
Amint azt az előző bekezdésekben már megjegyeztük, a transzlációs folyamat a sejt citoplazmájában zajlik, ahol az mRNS csatlakozik a riboszómákhoz, amelyek felelősek a fehérjeszintézis létrejöttéért.
A riboszómák három térbeli régióból állnak, az úgynevezett kötőhelyekből, amelyek fontos szerepet játszanak a fehérjeszintézisben. Egyikük felelős az mRNS-hez való kötődésért, míg a másik két helyet a tRNS-molekulák megkötésére használják, és ezeket „A-helynek” és „P-helynek” nevezik.
Az mRNS-molekula kötése a riboszómához lehetővé teszi a tRNS-molekulák számára, hogy az mRNS-ben elhelyezett nukleotidszekvencia által meghatározott sorrendben kötődjenek hozzá. Ebben az értelemben az egyes tRNS-ek specifikusan egy adott aminosavhoz kapcsolódnak. Ezt a funkciót alapvetően maga a molekula szerkezete határozza meg (a tRNS hasonlíthat a kialakult polinukleotid szekvenciák lóherére).
A tRNS farok vége az a terület, amely egy adott aminosavhoz kötődik, míg a feje három nukleotiddal rendelkezik, amelyek az úgynevezett antikodont alkotják, amelyek felismerik az mRNS molekulának megfelelő kodon szekvenciát.
A fordítás befejezése
A transzláció megszakadása akkor következik be, amikor a riboszóma A helye eléri a három stop kodon (UAA, UAG vagy UGA) egyikét.
A prokarióta sejtekben ezeket a kodonokat, amelyeket megvitattunk, a különböző felszabadulási faktorok (FL mostantól) ismerik fel. Az FL-1 felelős az UAA és az UAG stopkodonok felismeréséért, míg az FL-2 az UGA és UAA felelősségéért. Amikor ezek az FL-k kötődnek a komplexhez, elindul a tRNS-peptidet a P-helyen megkötő kötés hidrolízise, és felszabadítja a kialakuló fehérjét a riboszómából. Ezután egy harmadik FL (FL-3-GTP) az FL-1 vagy az FL-2 GTP-ként történő felszabadulását okozza, amely hidrolizálva és GDP-vé alakulva pusztán maradék foszfát marad.
Ezzel szemben az eukarióta sejtek egyedülálló felszabadulási faktorral, eFL-rel rendelkeznek, amely képes felismerni mind a három stop kodont. Van egy második érintett FL, az úgynevezett eFL-3, amely a prokariótákban az FL-3-hoz hasonló funkciókat lát el.
Néhány gátló antibiotikum, amely befolyásolhatja a fehérjeszintézis különböző szakaszait, a következők:
- A diftéria toxin, amely inaktiválja az EF-2-t és megakadályozza annak transzlokációját.
- Klindamicin és eritromicin, amelyek blokkolják (az irreverzibilis kötődés miatt) egy helyet a riboszómák 50S alegységén, és így megakadályozzák a transzlokációt.
- A ricinus babból származó ricin nagyon erős toxin, amely eltávolítja az rRNS 28S helyén elhelyezkedő adenint, ezáltal gátolja az riboszóma működését az eukarióta sejtekben.
Érdekelni fogja a témát is: