2 główne etapy zaangażowane w mechanizm syntezy białek: transkrypcja i tłumaczenie
Główne etapy związane z mechanizmem syntezy białek to 1. Transkrypcja i 2. Tłumaczenie!
Biosynteza białka znajduje się pod bezpośrednią kontrolą DNA w większości przypadków lub pod kontrolą genetycznego RNA, w którym DNA jest nieobecne.
Informacja o strukturze polipeptydu jest przechowywana w łańcuchu polinukleotydowym. W 1958 r. Crick zaproponował, aby informacje obecne w DNA (w postaci sekwencji zasad) zostały przeniesione do RNA, a następnie z RNA zostały przeniesione do białka (w formie sekwencji aminokwasów), a informacja ta nie płynie w odwrotny kierunek, czyli od białka do RNA do DNA.
Cząsteczki DNA dostarczają informacji do własnej replikacji. Ta zależność między cząsteczkami DNA, RNA i białka jest znana jako centralny dogmat. Temin (1970) poinformował, że retrowirusy działają w centralnym odwrocie dogmatów (odwrotny przepływ informacji) lub feminizm wewnątrz komórek gospodarza.
Genomowy RNA tych wirusów najpierw syntetyzuje DNA przez odwrotną transkrypcję; proces ten jest katalizowany przez enzym odwrotną transkryptazę, DNA następnie przenosi informacje do informacyjnego RNA, który bierze udział w translacji zakodowanej informacji z wytworzeniem polipeptydu.
Mechanizm syntezy białek:
(i) Dwa główne etapy są zaangażowane w syntezę białek; (i) transkrypcja, obejmująca transfer informacji genetycznej z DNA do mRNA, oraz (ii) translacja, obejmująca translację języka kwasu nukleinowego na język białek.
I. Transkrypcja:
Transfer informacji genetycznej z DNA do mRNA jest znany jako transkrypcja. Pojedyncza polimeraza RNA dokonuje syntezy wszystkich RNA (w tym mRNA, rRNA i tRNA) w bakteriach. Z kolei Eukarionty zawierają co najmniej trzy różne polimerazy RNA.
Jeden z nich znajdujący się w jąderku jest określany jako polimeraza I lub "A" RNA i jest odpowiedzialny za syntezę rRNA. Druga eukariotyczna polimeraza RNA znajduje się w nukleoplazmie, jest określana jako polimeraza RNA II lub "B" i jest odpowiedzialna za syntezę prekursorów mRNA zwanych heterogennym jądrowym RNA (HnRNA).
Trzecia eukariotyczna polimeraza RNA znajduje się również w nukleoplazmie i jest nazywana polimerazą RNA III lub "C", która jest odpowiedzialna za syntezę 5S RNA i tRNA. Eukarioty zawierają również inne polimerazy RNA w mitochondriach i plastydach.
Bakteryjna polimeraza RNA składa się z czterech różnych łańcuchów polipeptydowych: podstawowego enzymu x (dwa łańcuchy ∞ i jednego łańcucha każdego z β 'i β) i czynnika sigma (a)
1. Transkrypcja mRNA z DNA:
W obecności enzymu polimerazy RNA zależnego od DNA, wiadomość genetyczna kodowana w DNA jest transkrybowana do mRNA. Dwie nici specyficznej cząsteczki DNA rozwijają się i jedna z tych dwóch nici działa jako matryca (ta nić jest nazywana nicią antysensowną), z której dokładna sekwencja nukleotydów jest transkrybowana do cząsteczki mRNA. W rezultacie sekwencja zasad cząsteczki mRNA jest komplementarna do sekwencji nici antysensownej, która służyła jako matryca. Podobnie jak synteza DNA, synteza RNA przebiega również w kierunku od 5 'do 3' (5 '- »3').
(a) Transkrypcja w prokariotach:
W bakteriach tylko pojedyncza polimeraza RNA katalizuje syntezę różnych typów RNA. Polimeraza RNA składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych (αββα2), które stanowią rdzeń enzymu i czynnik sigma (σ), który jest luźno związany z enzymem rdzeniowym. Czynnik sigma pomaga w rozpoznaniu sygnałów startowych na cząsteczce DNA i kieruje polimerazą RNA w wyborze miejsca inicjacji. W przypadku braku σ, enzym rdzeniowy inicjuje syntezę RNA w sposób losowy.
Po rozpoczęciu syntezy RNA dysocjacja i enzym rdzeniowy powodują wydłużenie mRNAA.
Mechanizm transkrypcji w organizmach prokariotycznych obejmuje następujące kroki:
1. Wiązanie holoenzymu polimerazy RNA z miejscem promotora. Wiele z tych miejsc, głównie przed punktem początkowym (tj. W górę rzeki), ale rzadko także po punkcie początkowym (tj. W dół), zostało zidentyfikowanych.
2. Rozwijanie DNA, prowadzące do rozdzielenia dwóch nici, z których tylko jedna jest transkrybowana.
3. Dysocjacja czynnika sigma (a).
4. Wydłużanie transkryptu mRNA za pomocą enzymu rdzeniowego.
5. Zakończenie syntezy mRNA następuje poprzez kodon terminacyjny na DNA. W bakteriach ten sygnał terminacji jest rozpoznawany przez czynnik rho (P).
(b) Transkrypcja mRNA w eukariotach:
W eukariotach istnieją co najmniej dwa typy polimerazy RNA. Polimeraza RNA-A jest odpowiedzialna za syntezę rRNA. Polimeraza RNA-B prowadzi do syntezy Hn-RNA (heterogennego jądrowego RNA z DNA, sekwencja około 200 nukleotydów poli (kwasu adenylowego) kwasu adenylowego przyłączona jest do końca 3 'Hn-RNA. Jednocześnie Hn-RNA rozpada się na końcu 5 '. Końcowy produkt jest znany jako poli-A-mRNA.
Dyfunduje on z jądra do cytoplazmy, gdzie jest wykorzystywany do syntezy białek (oba końce mają swoistą sekwencję nukleotydową Koniec 5 'cząsteczki mRNA ma 7-metylo-guanozynę, podczas gdy koniec 3' kończy się sekwencją poli A. Sekwencja nukleotydów na dwóch końcach wszystkich cząsteczek mRNA jest taka sama, dlatego mówi się, że cząsteczki mRNA mają oznaczone końce.
Tworzenie aminoacyl-tRNA:
Badania przeprowadzone przez Lipmanna i współpracowników w latach 50. wykazały, że aminokwasy wiążą się z cząsteczkami tRNA: to połączenie ma dwa następujące etapy:
1. Pierwszy etap polega na aktywacji aminokwasów; cząsteczka aminokwasu reaguje z cząsteczką ATP (trifosforanu adenozyny), tworząc cząsteczkę aminoacyl-AMP (amino-acyloadenylan) i jedną cząsteczkę pirofosforanu (PP).
2. W drugim etapie aminokwas z cząsteczki aminoacylo-AMP przenosi się do specyficznej cząsteczki tRNA i uwalniana jest cząsteczka AMP (adenozyno-monofosforanowa).
Obie reakcje są katalizowane przez ten sam enzym, syntetazę aminoacyl-tRNA. Kompleks aminokwasowy AMP jest ściśle związany z enzymem podczas całej reakcji. Grupa karboksylowa aminokwasu reaguje z grupą -OH fosforanowej reszty AMP z wytworzeniem adenylatów aminoacylu, podczas gdy przyłącza się do jednej z grup -OH rybozy nukleotydu terminalnej adeniny z wytworzeniem aminoacylo-tRNA.
Każdy aminokwas ma swoją odrębną aminoacylową syntetazę tRNA, a niektóre aminokwasy mogą mieć więcej niż jeden enzym aktywujący.
II. Tłumaczenie:
Etap tłumaczenia obejmuje tłumaczenie języka kwasów nukleinowych (dostępnego w postaci mRNA) na język białek.
Proces tłumaczenia można podzielić na następujące odrębne etapy:
(1) inicjacja
(2) wydłużenie i
(3) zakończenie.
1. Inicjacja łańcucha polipeptydowego:
Inicjacja łańcucha polipeptydowego zawsze jest powodowana przez aminokwas metioninę, kodowaną przez kodon AUG. W E. coli dwa różne tRNA otrzymywały metioninę (i) tRNA m (niekształtne tRNA) i (ii) tRNA f spotykane (formylowialny tRNA). tRNA f mot odkłada formylowaną metioninę jako pierwszy aminokwas w łańcuchu polipeptydowym i w ten sposób inicjuje tworzenie łańcucha polipeptydowego. tRNA m spotyka metionyny w pozycji śródkostnej w łańcuchu polipeptydowym.
Oznacza to, że każda wiadomość zaczyna się od kodonu AUG.
(i) Inicjacja łańcucha polipeptydowego w organizmach prokariotycznych:
W prokariotach inicjację inicjuje formylowana metionina.
W E.coli formylowana metionina jest odbierana przez inny tRNA, który jest oznaczany przez tRNA f met (formylazylany tRNA). Metionina w pozycji interkalarnej w łańcuchu polipeptydowym jest odkładana przez inny tRNA-tRNA (nie podlegający ekspresji tRNA).
Formowana metionina przyłącza się do tRNA, w którym powstaje f-met-tRNA. Mała podjednostka rybosomu (30S) przyłącza się do końca 5 'mRNA niosącego kodon AUG z utworzeniem kompleksu inicjującego (mRNA 30S). Jest to ułatwione przez inicjowany czynnik białkowy 1F3 f-met-tRNA, który łączy się z kompleksem inicjującym tworzącym 30S-mRNA-f-met-tRNA fz ; współczynnik inicjacji 1F 2 jest niezbędny dla tego etapu. To łączy się z dużą podjednostką (50S) kończącą tworzenie rybosomów 70S. Ta asocjacja wykorzystuje energię dzięki rozszczepieniu jednej cząsteczki GTP.
2. Wydłużanie łańcucha polipeptydowego:
Po utworzeniu kompleksu met-tRNA z 70S-mRNAf, wydłużenie łańcucha polipeptydowego zachodzi poprzez regularne dodawanie aminokwasów w następujących etapach: -
(i) Wiązanie AA-tRNA w miejscu-A większej podjednostki rybosomu:
Najprawdopodobniej kompleks aminoacylowy tRNA (AA-tRNA / - Met-tRNA t met jest przyłączony do miejsca akceptorowego na większej podjednostce rybosomu (miejsce A), a łańcuch peptydowy przenoszący tRNA jest przyłączony do jego miejsca peptydylowego lub donorowego (P - miejsce) Ten proces obejmuje cząsteczkę GTP, która dostarcza niezbędnej energii, Drugi aminoacylowy tRNA przyłącza się do miejsca A i wiąże się z drugim kodonem GCU na mRNA, miejscu A do przyłączenia tRNA.
(ii) Tworzenie wiązania peptydowego:
Wiązanie peptydowe powstaje pomiędzy grupą COOH peptydylo-tRNA w miejscu-P i grupą-NH2 aminoacylowego tRNA miejsca-A. Po utworzeniu wiązania peptydowego tRNA z miejsca P jest uwalniany, a łańcuch polipeptydowy jest przenoszony do tRNA obecnego w miejscu A.
(iii) Przemieszczanie peptydylowego tRNA z miejsca A do miejsca P:
Gdy tRNA z miejsca P jest uwalniane, peptydylo-tRNA z miejsca A przesuwa się z powrotem do miejsca-P. Proces ten kończy się za pomocą cząsteczki GTP i czynnika transferu lub enzymu translokacji.
Podczas tego procesu rybosom przemieszcza się wzdłuż mRNA w kierunku 5-3 ', dzięki czemu następny kodon na mRNA jest dostępny w miejscu A. Wymaga to współczynnika G i GTP.
Gdy jeden rybosom porusza się wzdłuż długości mRNA, punkt inicjacji na mRNA staje się wolny. Może tworzyć kompleks inicjacyjny z podjednostką 30S innego rybosomu. W ten sposób pewna liczba rybosomów zostaje przyłączona do pojedynczej cząsteczki mRNA. Kompleks ten jest znany jako kompleks polibosomów.
Podczas procesu syntezy białek można było zobaczyć pewną liczbę rybosomów przyłączonych do pojedynczej cząsteczki mRNA za jednym razem, z których każdy ma utworzony łańcuch polipeptydowy, przy czym rozmiar łańcuchów polipeptydowych na różnych rybosomach jest różny.
Istnieje jeszcze inny czynnik inicjacji IF1; który jest najmniejszym z trzech czynników inicjacji (IF1- 9500 daltonów, IF2 - 73000 daltonów, IF3 = 23.000 daltonów) i którego rola nie jest dobrze zrozumiała. Może to dotyczyć pomocy w uwolnieniu IF2 z kompleksu inicjacji.
(iv) Inicjacja łańcucha polipeptydowego w eukariotach:
U eukariontów inicjacja łańcucha polipeptydowego jest wywoływana przez specjalne met-tRNA, ale metionina nie jest formylowana (ponieważ tRNA f spotykany jest nieobecny w roślinach, a enzym transforminowy nie występuje u zwierząt). W eukariotach mniejsza jednostka (40 S) rybosomu wiąże się z tRNA inicjatora znanym jako tRNAy f met .
40S + Met-tRNA spotkałem 40S-Met-tRNA
40S - Met-tRNA + mRNA -> 40S-mRNA-metRNA
40S - met-tRNA mRNA i met-tRNA + 60S -> 80S-mRNA
W eukariotach istnieje co najmniej dziesięć różnych czynników inicjacji. Są to elF1, eIF2, eIF3, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F, eIF5 i eIF6. eIF3 i eIF2 są analogiczne do IF2 i IF3 prokariontów.
3. Zakończenie polipeptydu:
Jest to spowodowane obecnością któregokolwiek z trzech kodonów terminacji, a mianowicie UAA, UAG i UGA. Te kodony terminacji są rozpoznawane przez jeden z dwóch czynników uwalniania RF1 i RF2 w E. coli. Z tych czynników uwalniania RF1 rozpoznaje UAA i UAG, podczas gdy RF2 rozpoznaje UGA i UAA. Pomagają one rybosomowi rozpoznać te trojaczki.
Wydaje się, że czynniki uwalniania działają na A ', ponieważ supresorowy tRNA zdolny do rozpoznawania kodonów terminacji może współzawodniczyć z czynnikami uwalniania przez wejście w miejscu A'. Trzeci czynnik wyzwalający RF3 wydaje się stymulować działanie RF1 i RF2.
W przypadku reakcji uwalniania, polipeptydylo-tRNA musi być obecne w miejscu "P", a czynniki uwalniania pomagają w rozdzieleniu grupy karboksylowej pomiędzy polipeptydem a ostatnim tRNA niosącym ten łańcuch. W ten sposób polipeptyd zostaje uwolniony, a rybosom dysocjuje na dwie podjednostki za pomocą IF-3.
W eukariocie znany jest tylko jeden czynnik uwalniania, tj. ERF1.
4. Modyfikacja uwolnionego łańcucha polipeptydowego:
Grupa formylowa z pierwszego aminokwasu, metioniny, z uwolnionego łańcucha polipeptydowego jest usuwana przez enzym deformlazę. Niektóre inne enzymy, takie jak ekspeptydazy, usuwają niektóre aminokwasy z N-końca lub C-końca lub z obu końców łańcucha polipeptydowego. W końcu ten łańcuch polipeptydowy sam lub wraz z innymi łańcuchami ulega złożeniu w górę, aby przyjąć strukturę trzeciorzędową lub czwartorzędową i modyfikuje się w funkcjonalny enzym.
