SYNTHESIS NG PROTINA: MGA YUGTO AT ANG KANILANG MGA KATANGIAN - BIOLOGY - 2024

Ang synt synthesis ay isang biological na kaganapan na nangyayari sa halos lahat ng mga nabubuhay na nilalang. Patuloy na kinukuha ng mga cell ang impormasyon na nakaimbak sa DNA at, salamat sa pagkakaroon ng lubos na kumplikadong dalubhasang makinarya, ibahin ang anyo nito sa mga molekula ng protina.

Gayunpaman, ang 4-titik code na naka-encrypt sa DNA ay hindi direktang isinalin sa mga protina. Ang isang molekula ng RNA na gumaganap bilang isang tagapamagitan, na tinatawag na messenger RNA, ay kasangkot sa proseso.

Synthesis ng protina.
Pinagmulan: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

Kapag ang mga cell ay nangangailangan ng isang partikular na protina, ang pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng isang angkop na bahagi ng DNA ay kinopya sa RNA - sa isang proseso na tinatawag na transkrip - at ito naman ay isinalin sa protina na pinag-uusapan.

Ang daloy ng impormasyon na inilarawan (DNA sa messenger RNA at mensahe RNA sa mga protina) ay nangyayari mula sa napaka-simpleng mga nilalang tulad ng bakterya sa mga tao. Ang serye ng mga hakbang na ito ay tinawag na gitnang "dogma" ng biology.

Ang makinarya na responsable para sa synthesis ng protina ay mga ribosom. Ang mga maliit na istrukturang cellular ay matatagpuan sa malaking sukat sa cytoplasm at naka-angkla sa endoplasmic reticulum.

Ano ang mga protina?

Ang mga protina ay mga macromolecule na binubuo ng mga amino acid. Ang mga ito ay bumubuo ng halos 80% ng protoplasm ng isang buong dehydrated cell. Ang lahat ng mga protina na bumubuo ng isang organismo ay tinatawag na "proteome."

Ang mga pag-andar nito ay maramihang at iba-iba, mula sa mga istrukturang papel (collagen) hanggang sa transportasyon (hemoglobin), mga katalista para sa mga reaksyon ng biochemical (enzymes), pagtatanggol laban sa mga pathogen (antibodies), bukod sa iba pa.

Mayroong 20 mga uri ng natural amino acid na pinagsama ng peptide bond upang mabuo ang mga protina. Ang bawat amino acid ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang partikular na pangkat na nagbibigay sa partikular na mga kemikal at pisikal na katangian.

Mga yugto at katangian

Ang paraan kung saan namamahala ang cell upang bigyang-kahulugan ang mensahe ng DNA ay nangyayari sa pamamagitan ng dalawang pangunahing mga kaganapan: transkripsyon at pagsasalin. Maraming mga kopya ng RNA, na kinopya mula sa parehong gene, ay may kakayahang synthesizing isang makabuluhang bilang ng mga magkaparehong mga molekula ng protina.

Ang bawat gene ay nai-transcribe at isinalin nang magkakaiba, na nagpapahintulot sa cell na gumawa ng iba't ibang mga iba't ibang mga protina. Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng iba't ibang mga pathular na mga landas na regulasyon, na karaniwang kasama ang kontrol sa produksiyon ng RNA.

Ang unang hakbang na dapat gawin ng cell upang simulan ang paggawa ng protina ay ang basahin ang mensahe na nakasulat sa molekula ng DNA. Ang molekula na ito ay unibersal at naglalaman ng lahat ng impormasyong kinakailangan para sa pagtatayo at pag-unlad ng mga organikong nilalang.

Susunod ay ilalarawan natin kung paano nangyayari ang protina synthesis, na nagsisimula sa prosesong ito ng "pagbabasa" ng genetic material at nagtatapos sa paggawa ng mga protina bawat se.

Transkripsyon: mula sa DNA hanggang messenger RNA

Ang mensahe sa dobleng helix ng DNA ay nakasulat sa isang apat na titik na code na naaayon sa mga batayang adenine (A), guanine (G), cytosine (C), at thymine (T).

Ang pagkakasunud-sunod ng mga titik ng DNA ay nagsisilbing isang template upang makabuo ng isang katumbas na molekula ng RNA.

Parehong DNA at RNA ay mga linear polimer na binubuo ng mga nucleotides. Gayunpaman, naiiba ang mga ito sa kemikal sa dalawang pangunahing aspeto: ang mga nucleotide sa RNA ay ribonucleotides at sa halip na base thymine, ang RNA ay may uracil (U), na may mga pares na may adenine.

Ang proseso ng transkripsyon ay nagsisimula sa pagbubukas ng dobleng helix sa isang tiyak na rehiyon. Ang isa sa dalawang chain ay kumikilos bilang isang "template" o template para sa RNA synthesis. Ang mga nukleotide ay idaragdag kasunod ng mga panuntunan sa pagpapares ng base, C kasama ang G at A kasama ang U.

Ang pangunahing enzyme na kasangkot sa transkripsyon ay RNA polymerase. Ito ay namamahala sa pag-catalyzing sa pagbuo ng mga bono ng phosphodiester na sumali sa mga nucleotides ng chain. Ang chain ay umaabot sa direksyon 5 'to 3'.

Ang paglaki ng molekula ay nagsasangkot ng iba't ibang mga protina na kilala bilang "mga kadahilanan ng pagpahaba" na responsable sa pagpapanatili ng pagbubuklod ng polymerase hanggang sa katapusan ng proseso.

Paghihiwalay ng messenger RNA

Pinagmulan: Ni BCSteve, mula sa Wikimedia Commons Sa eukaryotes, ang mga gene ay may isang tiyak na istraktura. Ang pagkakasunud-sunod ay nakagambala ng mga elemento na hindi bahagi ng protina, na tinatawag na mga intron. Ang termino ay tutol sa exon, na kinabibilangan ng mga bahagi ng gene na isasalin sa mga protina.

Ang paghahati ay isang pangunahing kaganapan na binubuo ng pag-aalis ng mga introns ng molekula ng messenger, upang malaglag ang isang molekula na itinayo nang eksklusibo ng mga exon. Ang dulo ng produkto ay ang mature messenger na RNA. Sa pisikal, nagaganap ito sa spliceosome, isang kumplikado at pabago-bagong makinarya.

Bilang karagdagan sa splicing, ang messenger RNA ay sumasailalim ng karagdagang mga pag-encode bago isalin. Ang isang "hood" ay idinagdag na ang kalikasan ng kemikal ay isang binagong guanine nucleotide, at sa dulo ng 5 'at isang buntot ng ilang adenines sa kabilang dulo.

Mga uri ng RNA

Sa cell, ang iba't ibang uri ng RNA ay ginawa. Ang ilang mga genes sa cell ay gumagawa ng isang messenger ng RNA na molekula at ito ay isinalin sa protina - tulad ng makikita natin sa ibang pagkakataon. Gayunpaman, may mga gene na ang dulo ng produkto ay ang molekula ng RNA mismo.

Halimbawa, sa lebadura genome, halos 10% ng mga lebadura na gene ay may mga molekula ng RNA bilang kanilang pangwakas na produkto. Mahalagang banggitin ang mga ito, dahil ang mga molekulang ito ay gumaganap ng isang pangunahing papel pagdating sa synthesis synthesis.

- Ang ribosomal RNA: ang ribosomal RNA ay bahagi ng puso ng mga ribosom, mga pangunahing istruktura para sa synthesis ng mga protina.

Pinagmulan: Jane Richardson (Dcrjsr), mula sa Wikimedia Commons Ang pagproseso ng ribosomal RNAs at ang kanilang kasunod na pagpupulong sa mga ribosom ay nangyayari sa isang napaka-komplikadong istruktura ng nucleus - bagaman hindi ito tinatali ng lamad - na tinatawag na nucleolus.

- Ilipat ang RNA: gumagana ito bilang isang adapter na pumipili ng isang tiyak na amino acid at, kasama ang ribosom, isinasama ang nalalabi na amino acid sa protina. Ang bawat amino acid ay nauugnay sa isang molekula ng paglipat ng RNA.

Sa mga eukaryotes mayroong tatlong uri ng polymerases na, bagaman ang istruktura na katulad ng bawat isa, ay naglalaro ng iba't ibang mga tungkulin.

Ang RNA polymerase I at III ay naglalarawan ng mga genes na code para sa paglipat ng RNA, ribosomal RNA, at ilang maliliit na RNA. Target ng RNA polymerase II ang pagsasalin ng mga gene na code para sa mga protina.

- Ang mga maliliit na RNA na may kaugnayan sa regulasyon: Ang iba pang mga maikling haba na RNA ay nakikilahok sa regulasyon ng expression ng gene. Kabilang dito ang mga microRNA at maliit na nakakasagabal na mga RNA.

Kinokontrol ng MicroRNA ang pagpapahayag sa pamamagitan ng pagharang sa isang tiyak na mensahe, at ang mga maliit na nakakasagabal ay nagsasara ng pagpapahayag sa pamamagitan ng direktang pagkasira ng messenger. Katulad nito, may mga maliit na nukleyar na RNA na nakikilahok sa proseso ng paghahati ng messenger RNA.

Pagsasalin: mula sa messenger RNA hanggang sa mga protina

Kapag ang messenger RNA matured sa pamamagitan ng proseso ng pag-splicing at paglalakbay mula sa nucleus sa cell cytoplasm, nagsisimula ang synthesis synthesis. Ang pag-export na ito ay pinagsama sa pamamagitan ng nuclear pore complex - isang serye ng mga may tubig na mga channel na matatagpuan sa lamad ng nucleus na direktang kumonekta sa cytoplasm at nucleoplasm.

Sa pang-araw-araw na buhay, ginagamit namin ang salitang "pagsasalin" upang sumangguni sa pagbabagong loob ng mga salita mula sa isang wika patungo sa isa pa.

Halimbawa, maaari nating isalin ang isang libro mula sa Ingles tungo sa Espanyol. Sa antas ng molekular, ang pagsasalin ay nagsasangkot ng pagbabago mula sa wika hanggang RNA hanggang protina. Upang maging mas tumpak, ito ay ang pagbabago mula sa mga nucleotide hanggang sa mga amino acid. Ngunit paano naganap ang pagbabagong ito ng dialect?

Ang genetic code

Ang pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng isang gene ay maaaring mabago sa mga protina kasunod ng mga panuntunan na itinatag ng genetic code. Ito ay natukoy noong unang bahagi ng 1960.

Tulad ng mambabasa ay maaaring magbawas, ang pagsasalin ay hindi maaaring isa o isa, dahil mayroon lamang 4 na mga nucleotide at 20 mga amino acid. Ang lohika ay ang mga sumusunod: ang unyon ng tatlong mga nucleotide ay kilala bilang "triplets" at sila ay nauugnay sa isang partikular na amino acid.

Dahil maaaring magkaroon ng 64 na posibleng mga triplets (4 x 4 x 4 = 64), ang genetic code ay kalabisan. Iyon ay, ang parehong amino acid ay naka-encode ng higit sa isang triplet.

Ang pagkakaroon ng genetic code ay pandaigdigan at ginagamit ng lahat ng mga nabubuhay na organismo na naninirahan sa mundo ngayon. Ang malawak na paggamit na ito ay isa sa mga pinaka kapansin-pansin na molekulang homologies ng kalikasan.

Ang pagsasama ng amino acid upang ilipat ang RNA

Ang mga codon o triplets na natagpuan sa messenger RNA molekula ay walang kakayahang direktang makilala ang mga amino acid. Sa kaibahan, ang pagsasalin ng messenger RNA ay nakasalalay sa isang molekula na makikilala at magbubuklod sa codon at amino acid. Ang molekulang ito ay ang paglipat ng RNA.

Ang Transfer RNA ay maaaring tiklop sa isang kumplikadong istraktura ng three-dimensional na kahawig ng isang klouber. Sa molekula na ito mayroong isang rehiyon na tinatawag na "anticodon", na nabuo ng tatlong magkakasunod na mga nucleotides na ipares sa magkakasunod na pantulong na mga nucleotide ng chain RNA ng messenger.

Tulad ng nabanggit namin sa nakaraang seksyon, ang genetic code ay kalabisan, kaya ang ilang mga amino acid ay may higit sa isang paglipat ng RNA.

Ang pagtuklas at pagsasanib ng tamang amino acid sa paglipat ng RNA ay isang proseso na pinagsama ng isang enzyme na tinatawag na aminoacyl-tRNA synthetase. Ang enzyme na ito ay responsable para sa pagsasama ng parehong mga molekula sa pamamagitan ng isang covalent bond.

Ang mensahe ng RNA ay na-decode ng ribosom

Upang mabuo ang isang protina, ang mga amino acid ay magkakaugnay sa pamamagitan ng mga peptide bond. Ang proseso ng pagbabasa ng messenger RNA at pagbubuklod ng mga tiyak na amino acid ay nangyayari sa ribosom.

Mga Ribosom

Ang ribosome ay catalytic complexes na binubuo ng higit sa 50 molekulang protina at iba't ibang uri ng ribosomal RNA. Sa mga eukaryotic organismo, ang isang average na cell ay naglalaman ng average na milyon-milyong mga ribosom sa cytoplasmic na kapaligiran.

Sa istruktura, ang isang ribosom ay binubuo ng isang malaki at isang maliit na subunit. Ang papel na ginagampanan ng maliit na bahagi ay upang matiyak na ang paglipat ng RNA ay tama na ipares sa messenger RNA, habang ang malaking subunit ay nagpapatawad sa pagbuo ng peptide bond sa pagitan ng mga amino acid.

Kapag ang proseso ng synthesis ay hindi aktibo, ang dalawang subunits na bumubuo ng mga ribosom ay pinaghiwalay. Sa simula ng synthesis, ang messenger RNA ay sumali sa parehong mga subunits, sa pangkalahatan malapit sa pagtatapos ng 5 '.

Sa prosesong ito, ang pagpahaba ng kadena ng polypeptide ay nangyayari sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang bagong nalalabi na amino acid sa mga sumusunod na hakbang: nagbubuklod ng paglipat ng RNA, pagbuo ng bono ng peptide, pagsasalin ng mga subunit. Ang resulta ng huling hakbang na ito ay ang paggalaw ng buong ribosom at nagsisimula ang isang bagong siklo.

Pagpapabangon ng chain ng polypeptide

Sa ribosom, tatlong mga site ang nakikilala: site E, P at A (tingnan ang pangunahing imahe). Ang proseso ng pagpahaba ay nagsisimula kapag ang ilang mga amino acid ay na-link na may koval at mayroong isang paglipat ng molekula ng RNA sa P site.

Ilipat ang RNA pagkakaroon ng susunod na amino acid na isinasama binds sa site A sa pamamagitan ng base pagpapares sa messenger RNA. Ang bahagi ng carboxyl-terminal ng peptide ay pagkatapos ay pinakawalan mula sa paglipat ng RNA sa site ng P sa pamamagitan ng paglabag sa isang bono na may mataas na enerhiya sa pagitan ng paglipat ng RNA at ang amino acid na dala nito.

Ang libreng amino acid ay nakakabit sa kadena, at nabuo ang isang bagong peptide bond. Ang gitnang reaksyon sa buong proseso na ito ay pinagsama ng enzyme peptidyl transferase, na matatagpuan sa malaking subunit ng mga ribosom. Kaya, ang ribosome ay naglalakbay sa pamamagitan ng messenger RNA, na isinalin ang diyalekto mula sa mga amino acid hanggang sa mga protina.

Tulad ng sa transkripsyon, ang mga kadahilanan ng pagpahaba ay kasangkot din sa pagsasalin ng protina. Ang mga elementong ito ay nagdaragdag ng bilis at kahusayan ng proseso.

Pagkumpleto ng pagsasalin

Ang proseso ng pagsasalin ay natapos kapag ang ribosome ay nakatagpo ng mga stop codons: UAA, UAG o UGA. Ang mga ito ay hindi kinikilala ng anumang paglipat ng RNA at hindi nagbubuklod ng anumang mga amino acid.

Sa oras na ito, ang mga protina na kilala bilang mga kadahilanan ng paglabas ay nagbubuklod sa ribosom at nagiging sanhi ng catalysis ng isang molekula ng tubig at hindi isang amino acid. Ang reaksyon na ito ay naglabas ng pagtatapos ng carboxyl ng terminal. Sa wakas, ang chain ng peptide ay pinakawalan sa cell cytoplasm.

Mga Sanggunian

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemistry. Ika-5 edisyon. New York: WH Freeman.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Imbitasyon sa Biology. Panamerican Medical Ed.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, & Baltimore, D. (1990). Biology ng molekular na cell. New York: Mga Aklat na Amerikanong Pang-agham.
4. Hall, JE (2015). Guyton at Hall aklat-aralin ng e-Book ng medikal na physiology. Elsevier Mga Agham sa Kalusugan.
5. Lewin, B. (1993). Mga Gen Dami 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Cellular at molekular na biyolohiya. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosome na istraktura at ang mekanismo ng pagsasalin. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Kaso, CL (2007). Panimula sa microbiology. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Ang istraktura at pag-andar ng eukaryotic ribosome. Ang pananaw ng Cold Spring Harbour sa biology, 4 (5), a011536.