Olb altumvielu sintēze ir ļoti svarīgs process. Tieši viņš palīdz mūsu ķermenim augt un attīstīties. Tas ietver daudzas šūnu struktūras. Galu galā vispirms jums ir jāsaprot, ko tieši mēs sintezēsim.
Kāds proteīns šobrīd ir jāuzbūvē - par to atbild fermenti. Viņi saņem signālus no šūnas par konkrēta proteīna nepieciešamību, pēc tam sākas tā sintēze.
Kur notiek proteīnu sintēze
Jebkurā šūnā galvenā olb altumvielu biosintēzes vieta ir ribosoma. Tā ir liela makromolekula ar sarežģītu asimetrisku struktūru. Tas sastāv no RNS (ribonukleīnskābēm) un olb altumvielām. Ribosomas var atrasties atsevišķi. Bet visbiežāk tos kombinē ar EPS, kas atvieglo turpmāko olb altumvielu šķirošanu un transportēšanu.
Ja ribosomas atrodas uz endoplazmatiskā tīkla, to sauc par aptuvenu ER. Ja tulkošana ir intensīva, vairākas ribosomas var pārvietoties pa vienu veidni vienlaikus. Tie seko viens otram un nemaz netraucē citām organellām.
Kas nepieciešams sintēzeivāvere
Lai process varētu turpināties, ir nepieciešams, lai visi proteīnu sintēzes sistēmas galvenie komponenti būtu savās vietās:
- Programma, kas nosaka aminoskābju atlikumu secību ķēdē, proti, mRNS, kas pārsūtīs šo informāciju no DNS uz ribosomām.
- Aminoskābes materiāls, no kura tiks veidota jauna molekula.
- tRNS, kas katru aminoskābi nogādās ribosomā, piedalīsies ģenētiskā koda atšifrēšanā.
- Aminoacil-tRNS sintetāze.
- Ribosoma ir galvenā olb altumvielu biosintēzes vieta.
- Enerģija.
- Magnija joni.
- Proteīna faktori (katrai stadijai ir savs).
Tagad apskatīsim katru no tiem sīkāk un uzzināsim, kā rodas olb altumvielas. Biosintēzes mehānisms ir ļoti interesants, visas sastāvdaļas darbojas neparasti saskaņoti.
Sintēzes programma, matricas meklēšana
Visa informācija par to, kuras olb altumvielas mūsu ķermenis var veidot, ir ietverta DNS. Dezoksiribonukleīnskābi izmanto ģenētiskās informācijas uzglabāšanai. Tas ir droši iesaiņots hromosomās un atrodas šūnā kodolā (ja mēs runājam par eikariotiem) vai peld citoplazmā (prokariotos).
Pēc DNS izpētes un tās ģenētiskās lomas atzīšanas kļuva skaidrs, ka tā nav tieša tulkošanas veidne. Novērojumi ir noveduši pie ierosinājumiem, ka RNS ir saistīta ar proteīnu sintēzi. Zinātnieki nolēma, ka tam vajadzētu būt starpniekam, pārsūtīt informāciju no DNS uz ribosomām, kalpot kā matricai.
Tajā pašā laikā bijaribosomas ir atvērtas, to RNS veido lielāko daļu šūnu ribonukleīnskābes. Lai pārbaudītu, vai tā ir proteīnu sintēzes matrica, A. N. Belozerskis un A. S. Spirins 1956.–1957. veica salīdzinošu analīzi par nukleīnskābju sastāvu daudzos mikroorganismos.
Tika pieņemts, ka, ja ideja par "DNS-rRNS-proteīna" shēmu ir pareiza, tad kopējās RNS sastāvs mainīsies tāpat kā DNS. Bet, neskatoties uz milzīgajām dezoksiribonukleīnskābes atšķirībām dažādās sugās, kopējās ribonukleīnskābes sastāvs visās aplūkotajās baktērijās bija līdzīgs. No tā zinātnieki secināja, ka galvenā šūnu RNS (tas ir, ribosomu) nav tiešs starpnieks starp ģenētiskās informācijas nesēju un proteīnu.
MRNS atklāšana
Vēlāk tika atklāts, ka neliela RNS daļa atkārto DNS sastāvu un var kalpot kā starpnieks. 1956. gadā E. Volkins un F. Astrachans pētīja RNS sintēzes procesu baktērijās, kuras bija inficētas ar T2 bakteriofāgu. Pēc tam, kad tas nonāk šūnā, tas pāriet uz fāgu proteīnu sintēzi. Tajā pašā laikā galvenā RNS daļa nemainījās. Bet šūnā sākās nelielas metaboliski nestabilas RNS daļas sintēze, kuras nukleotīdu secība bija līdzīga fāga DNS sastāvam.
1961. gadā šī nelielā ribonukleīnskābes frakcija tika izolēta no kopējās RNS masas. Pierādījumi par tā starpniecības funkciju ir iegūti eksperimentos. Pēc šūnu inficēšanas ar T4 fāgu izveidojās jauna mRNS. Viņa saistījās ar vecmeistariemribosomas (pēc inficēšanās jaunas ribosomas netiek konstatētas), kas sāka sintezēt fāgu proteīnus. Tika konstatēts, ka šī "DNS līdzīgā RNS" ir komplementāra vienai no fāga DNS virknēm.
1961. gadā F. Džeikobs un Dž. Monods ierosināja, ka šī RNS pārnēsā informāciju no gēniem uz ribosomām un ir matrica aminoskābju secīgai izkārtojumam proteīnu sintēzes laikā.
Informācijas pārnešanu uz olb altumvielu sintēzes vietu veic mRNS. Informācijas nolasīšanas no DNS un ziņotāja RNS izveidošanas procesu sauc par transkripciju. Pēc tam RNS tiek veikta virkne papildu izmaiņu, to sauc par "apstrādi". Tās gaitā no matricas ribonukleīnskābes var izgriezt noteiktas sadaļas. Tad mRNS nonāk ribosomās.
Būvmateriāls proteīniem: aminoskābes
Pavisam ir 20 aminoskābes, dažas no tām ir neaizstājamas, tas ir, organisms nespēj tās sintezēt. Ja šūnā nav pietiekami daudz skābes, tas var izraisīt tulkošanas palēnināšanos vai pat procesa pilnīgu apstāšanos. Katras aminoskābes klātbūtne pietiekamā daudzumā ir galvenā prasība, lai proteīnu biosintēze noritētu pareizi.
Vispārīgu informāciju par aminoskābēm zinātnieki ieguva jau 19. gadsimtā. Pēc tam 1820. gadā tika izolētas pirmās divas aminoskābes, glicīns un leicīns.
Šo monomēru secība proteīnā (tā sauktā primārā struktūra) pilnībā nosaka tā nākamos organizācijas līmeņus un līdz ar to arī tā fizikālās un ķīmiskās īpašības.
Aminoskābju transportēšana: tRNS un aa-tRNS sintetāze
Bet aminoskābes nevar pašas izveidoties olb altumvielu ķēdē. Lai tie nokļūtu galvenajā olb altumvielu biosintēzes vietā, ir nepieciešama pārnešanas RNS.
Katra aa-tRNS sintetāze atpazīst tikai savu aminoskābi un tikai tRNS, pie kuras tai jāpievieno. Izrādās, ka šajā enzīmu saimē ietilpst 20 sintetāžu šķirnes. Atliek vien piebilst, ka aminoskābes ir piesaistītas tRNS, precīzāk, tās hidroksilakceptora "astei". Katrai skābei ir jābūt savai pārneses RNS. To uzrauga aminoacil-tRNS sintetāze. Tas ne tikai saskaņo aminoskābes pareizai transportēšanai, bet arī regulē esteru savienošanas reakciju.
Pēc veiksmīgas piesaistes reakcijas tRNS nonāk olb altumvielu sintēzes vietā. Ar to tiek pabeigti sagatavošanās procesi un sākas pārraide. Apsveriet galvenos proteīnu biosintēzes posmus :
- iniciation;
- pagarinājums;
- pārtraukšana.
Sintēzes soļi: iniciēšana
Kā notiek olb altumvielu biosintēze un tās regulēšana? Zinātnieki jau ilgu laiku ir mēģinājuši to noskaidrot. Tika izvirzītas daudzas hipotēzes, taču, jo modernāks kļuva aprīkojums, jo labāk sākām izprast apraides principus.
Ribosoma, galvenā olb altumvielu biosintēzes vieta, sāk nolasīt mRNS no punkta, kurā sākas tās daļa, kas kodē polipeptīdu ķēdi. Šis punkts atrodas uz noteiktaprom no Messenger RNS sākuma. Ribosomai ir jāatpazīst mRNS punkts, no kura sākas nolasīšana, un jāsavieno ar to.
Iesākums - notikumu kopums, kas nodrošina apraides sākumu. Tas ietver proteīnus (iniciācijas faktorus), iniciatora tRNS un īpašu iniciatora kodonu. Šajā posmā mazā ribosomas apakšvienība saistās ar iniciācijas proteīniem. Tie neļauj tai sazināties ar lielo apakšvienību. Taču tie ļauj izveidot savienojumu ar iniciatora tRNS un GTP.
Tad šis komplekss "sēž" uz mRNS, tieši tajā vietā, kuru atpazīst viens no iniciācijas faktoriem. Nevar būt nekādu kļūdu, un ribosoma sāk savu ceļojumu caur RNS vēstnesi, nolasot savus kodonus.
Tiklīdz komplekss sasniedz iniciācijas kodonu (AUG), apakšvienība pārstāj kustēties un ar citu proteīna faktoru palīdzību saistās ar ribosomas lielo apakšvienību.
Sintēzes soļi: pagarinājums
MRNS nolasīšana ietver secīgu proteīna ķēdes sintēzi, izmantojot polipeptīdu. Tas notiek, pievienojot vienu aminoskābju atlikumu pēc otras konstruētajai molekulai.
Katrs jaunais aminoskābes atlikums tiek pievienots peptīda karboksilgalam, C-gals aug.
Sintēzes soļi: izbeigšana
Kad ribosoma sasniedz Messenger RNS terminācijas kodonu, polipeptīdu ķēdes sintēze apstājas. Tā klātbūtnē organelle nevar pieņemt nevienu tRNS. Tā vietā tiek izmantoti izbeigšanas faktori. Tie atbrīvo gatavo proteīnu no apturētās ribosomas.
PēcPēc translācijas pārtraukšanas ribosoma var vai nu atstāt mRNS, vai arī turpināt slīdēt pa to bez translācijas.
Ribosomas satikšanās ar jaunu iniciācijas kodonu (tajā pašā virknē kustības turpināšanas laikā vai uz jaunas mRNS) novedīs pie jaunas iniciācijas.
Pēc tam, kad gatavā molekula atstāj galveno olb altumvielu biosintēzes vietu, tā tiek marķēta un nosūtīta uz galamērķi. Kādas funkcijas tas veiks, ir atkarīgs no tā struktūras.
Procesu vadība
Atkarībā no viņu vajadzībām šūna neatkarīgi kontrolēs apraidi. Olb altumvielu biosintēzes regulēšana ir ļoti svarīga funkcija. To var izdarīt dažādos veidos.
Ja šūnai nav vajadzīgs kaut kāds savienojums, tas apturēs RNS biosintēzi – arī proteīnu biosintēze pārtrauks notikt. Galu galā bez matricas viss process nesāksies. Un vecās mRNS ātri sabojājas.
Ir vēl viens olb altumvielu biosintēzes regulējums: šūna rada fermentus, kas traucē iniciācijas fāzi. Tie traucē tulkošanu, pat ja lasīšanas matrica ir pieejama.
Otrā metode ir nepieciešama, ja šobrīd ir jāizslēdz proteīnu sintēze. Pirmā metode ietver gausas translācijas turpināšanu kādu laiku pēc mRNS sintēzes pārtraukšanas.
Šūna ir ļoti sarežģīta sistēma, kurā viss tiek uzturēts līdzsvarā un katras molekulas precīzs darbs. Ir svarīgi zināt katra šūnā notiekošā procesa principus. Lai mēs varētu labāk izprast, kas notiek audos un organismā kopumā.
