Iga organismi rakk on üks suur tehas kemikaalide tootmiseks. Siin toimuvad reaktsioonid lipiidide, nukleiinhapete, süsivesikute ja loomulikult valkude biosünteesis. Valgud mängivad raku elus tohutut rolli, kuna täidavad paljusid funktsioone: ensümaatilised, signaalivad, struktuursed, kaitsvad ja muud.
Valkude biosüntees: protsessi kirjeldus
Valgumolekulide ehitus on keerukas mitmeetapiline protsess, mis toimub suure hulga ensüümide toimel ja teatud struktuuride juuresolekul.
Iga valgu süntees algab tuumas. Teave molekuli struktuuri kohta salvestatakse raku DNA-sse, millest see välja loetakse. Peaaegu iga organismi geen kodeerib ühte ainulaadset valgumolekuli.
Milline roll on tsütoplasmal valkude biosünteesis? Fakt on see, et raku tsütoplasma on komplekssete ainete monomeeride, aga ka valgusünteesi protsessi eest vastutavate struktuuride "bassein". Samuti on raku sisekeskkonnas pidev happesus jaioonide sisaldus, mis mängib olulist rolli biokeemilistes reaktsioonides.
Valkude biosüntees toimub kahes etapis: transkriptsioon ja translatsioon.
Transkriptsioon
See etapp algab raku tuumas. Siin mängivad peamist rolli sellised nukleiinhapped nagu DNA ja RNA (desoksü- ja ribonukleiinhapped). Eukarüootides on transkriptsiooni ühikuks transkripton, prokarüootides nimetatakse seda DNA korraldust operoniks. Prokarüootides ja eukarüootides toimuva transkriptsiooni erinevus seisneb selles, et operon on DNA molekuli osa, mis kodeerib mitut valgumolekuli, kui transkripton kannab teavet ainult ühe valgu geeni kohta.
Raku põhiülesanne transkriptsiooni staadiumis on messenger-RNA (mRNA) süntees DNA matriitsil. Selleks siseneb tuumasse ensüüm, näiteks RNA polümeraas. See osaleb uue mRNA molekuli sünteesis, mis on komplementaarne desoksüribonukleiinhappe saidiga.
Edukate transkriptsioonireaktsioonide jaoks on vajalik transkriptsioonifaktorite olemasolu, mida nimetatakse ka TF-1, TF-2, TF-3. Need keerulised valgustruktuurid on seotud RNA polümeraasi ühendamisega DNA molekuli promootoriga.
MRNA süntees jätkub, kuni polümeraas jõuab transkriptoni lõpppiirkonda, mida nimetatakse terminaatoriks.
Operaator kui transkriptoni teine funktsionaalne piirkond vastutab transkriptsiooni pärssimise või vastupidi RNA polümeraasi töö kiirendamise eest. Vastutavtranskriptsiooniensüümide töö reguleerimine vastav alt spetsiaalsed valgud-inhibiitorid või valgud-aktivaatorid.
Edastus
Pärast mRNA sünteesimist rakutuumas siseneb see tsütoplasmasse. Et vastata küsimusele tsütoplasma rolli kohta valkude biosünteesis, tasub üksikasjalikum alt analüüsida nukleiinhappemolekuli edasist saatust translatsioonifaasis.
Tõlkimine toimub kolmes etapis: initsiatsioon, pikenemine ja lõpetamine.
Esiteks peab mRNA kinnituma ribosoomidele. Ribosoomid on raku väikesed mittemembraanilised struktuurid, mis koosnevad kahest alaühikust: väikesest ja suurest. Esiteks kinnitub ribonukleiinhape väikese subühiku külge ja seejärel sulgeb suur subühik kogu translatsioonikompleksi nii, et mRNA on ribosoomi sees. Tegelikult on see algatamisetapi lõpp.
Milline roll on tsütoplasmal valkude biosünteesis? Esiteks on see aminohapete allikas - mis tahes valgu peamised monomeerid. Elongatsiooni staadiumis toimub polüpeptiidahela järkjärguline kogunemine, alustades metioniini stardikoodonist, millele on kinnitatud ülejäänud aminohapped. Sel juhul on koodon mRNA nukleotiidide kolmik, mis kodeerib ühte aminohapet.
Selles etapis on tööga ühendatud teist tüüpi ribonukleiinhape – ülekande-RNA ehk tRNA. Nad vastutavad aminohapete viimise eest mRNA-ribosoomi kompleksi, moodustades aminoatsüül-tRNA kompleksi. tRNA äratundmine toimub komplementaarse kauduselle molekuli antikoodoni interaktsioonid mRNA koodoniga. Seega viiakse aminohape ribosoomi ja seotakse sünteesitud polüpeptiidahelaga.
Tõlkeprotsess lõpeb, kui mRNA jõuab stoppkoodoni osadeni. Need koodonid kannavad teavet peptiidide sünteesi lõpu kohta, mille järel ribosoomi-RNA kompleks hävib ja uue valgu esmane struktuur siseneb tsütoplasmasse edasisteks keemilisteks transformatsioonideks.
Tõlkeprotsessis osalevad spetsiaalsed valgu initsiatsioonifaktorid IF ja elongatsioonifaktorid EF. Neid on erinevat tüüpi ja nende ülesanne on tagada RNA õige seos ribosoomi subühikutega, samuti polüpeptiidahela enda sünteesis pikenemise etapis.
Mis on tsütoplasma roll valkude biosünteesis: lühid alt biosünteesi põhikomponentidest
Pärast mRNA lahkumist tuumast raku sisekeskkonda peab molekul moodustama stabiilse translatsioonikompleksi. Millised tsütoplasma komponendid peavad translatsiooni staadiumis olema?
1. Ribosoomid.
2. Aminohapped.
3. tRNA.
Aminohapped – valgu monomeerid
Valguahela sünteesiks peptiidimolekuli struktuursete komponentide – aminohapete – olemasolu tsütoplasmas. Nendes madala molekulmassiga ainete koostises on aminorühm NH2 ja happejääk COOH. Molekuli teine komponent – radikaal – on iga üksiku aminohappe tunnus. Mis on tsütoplasma rollvalkude biosüntees?
AA esinevad lahustes tsvitterioonide kujul, mis on samad molekulid, mis loovutavad või võtavad vastu vesiniku prootoneid. Seega muudetakse aminohapete aminorühm NH3+-ks ja karbonüülrühm COO-ks.
Kokku on looduses 200 AA-d, millest ainult 20 on valke moodustavad. Nende hulgas on rühm asendamatuid aminohappeid, mida inimkehas ei sünteesita ja mis sisenevad rakku ainult allaneelatud toiduga, ja asendamatuid aminohappeid, mida organism moodustab ise.
Kõiki AA-sid kodeerib mõni koodon, mis vastab kolmele mRNA nukleotiidile, ja ühte aminohapet võib sageli kodeerida mitu sellist järjestust korraga. Metioniini koodon pro- ja eukarüootides on lähtekoodon, sest see alustab peptiidahela biosünteesi. Stoppkoodonid hõlmavad UAA, UGA ja UAG nukleotiidjärjestusi.
Mis on ribosoomid?
Kuidas vastutavad ribosoomid valkude biosünteesi eest rakus ja milline on nende struktuuride roll? Esiteks on need mittemembraansed moodustised, mis koosnevad kahest allüksusest: suurest ja väikesest. Nende subühikute ülesanne on hoida mRNA molekuli nende vahel.
Ribosoomides on kohti, kuhu mRNA koodonid sisenevad. Kokku mahub väikese ja suure allüksuse vahele kaks sellist kolmikut.
Mitu ribosoomi võivad agregeeruda üheks suureks polüsoomiks, mille tõttu peptiidahela sünteesi kiirus suureneb ja väljundit saab kohemitu valgu koopiat. Siin on tsütoplasma roll valkude biosünteesis.
RNA tüübid
Ribonukleiinhapped mängivad olulist rolli transkriptsiooni kõikides etappides. On kolm suurt RNA rühma: transport, ribosomaalne ja informatiivne.
mRNA-d osalevad peptiidahela koostise kohta teabe edastamises. tRNA-d on vahendajad aminohapete ülekandmisel ribosoomidesse, mis saavutatakse aminoatsüül-tRNA kompleksi moodustumisega. Aminohappe kinnitumine toimub ainult ülekande-RNA antikoodoni komplementaarsel interaktsioonil sõnumitooja RNA koodoniga.
rRNA on seotud ribosoomide moodustumisega. Nende järjestused on üks põhjusi, miks mRNA-d hoitakse väikeste ja suurte subühikute vahel. Ribosomaalsed RNA-d toodetakse nukleoolides.
Valkude tähendus
Valkude biosüntees ja selle tähtsus rakule on kolossaalne: enamik keha ensüüme on peptiidse iseloomuga, tänu valkudele transporditakse aineid läbi rakumembraanide.
Valgud täidavad struktuurset funktsiooni ka siis, kui need on osa lihastest, närvidest ja muudest kudedest. Signalisatsiooni roll on edastada teavet protsesside kohta, mis toimuvad näiteks siis, kui valgus langeb võrkkestale. Kaitsevalgud – immunoglobuliinid – on inimese immuunsüsteemi aluseks.
