Elu on valgumolekulide eksisteerimise protsess. Nii väljendavad seda paljud teadlased, kes on veendunud, et valk on kõige elava alus. Need hinnangud on täiesti õiged, sest nendel ainetel on rakus kõige rohkem põhifunktsioone. Kõik teised orgaanilised ühendid mängivad energiasubstraatide rolli ja energiat on jällegi vaja valgumolekulide sünteesiks.
Keha võime sünteesida valke
Kõik olemasolevad organismid ei ole võimelised rakus valke sünteesima. Viirused ja teatud tüüpi bakterid ei suuda moodustada valke ning on seetõttu parasiidid ja saavad peremeesrakust vajalikke aineid. Teised organismid, sealhulgas prokarüootsed rakud, on võimelised valke sünteesima. Kõik inimese, looma, taime, seente rakud, peaaegu kõik bakterid ja protistid elavad valgu biosünteesi võimest. See on vajalik struktuuri moodustavate, kaitsvate, retseptorite, transpordi ja muude funktsioonide rakendamiseks.
Lavavastusvalkude biosüntees
Valgu struktuur on kodeeritud nukleiinhappes (DNA või RNA) koodonite kujul. See on pärilik teave, mis taastoodetakse iga kord, kui rakk vajab uut valgulist ainet. Biosünteesi algus on tuumale info edastamine vajaduse kohta sünteesida uus, juba etteantud omadustega valk.
Vastuseks sellele despiraliseeritakse nukleiinhappe osa, kus on kodeeritud selle struktuur. Seda kohta dubleerib messenger RNA ja kandub üle ribosoomidesse. Nad vastutavad maatriksil põhineva polüpeptiidahela ehitamise eest - messenger RNA. Lühid alt, kõik biosünteesi etapid on esitatud järgmiselt:
- transkriptsioon (kodeeritud valgustruktuuriga DNA segmendi kahekordistamise etapp);
- töötlemine (sõnum-RNA moodustumine);
- tõlge (valgusüntees rakus messenger-RNA-l);
- translatsioonijärgne modifikatsioon (polüpeptiidi "küpsemine", selle kolmemõõtmelise struktuuri moodustumine).
Nukleiinhapete transkriptsioon
Kogu valgusünteesi rakus viivad läbi ribosoomid ja teave molekulide kohta sisaldub nukleiinhappes (RNA või DNA). See asub geenides: iga geen on konkreetne valk. Geenid sisaldavad teavet uue valgu aminohappejärjestuse kohta. DNA puhul toimub geneetilise koodi eemaldamine järgmiselt:
- algab nukleiinhappekoha vabanemine histoonidest, toimub despiralisatsioon;
- DNA polümeraaskahekordistab DNA osa, mis talletab valgugeeni;
- kahekordne sektsioon on messenger-RNA eelkäija, mida ensüümid töötlevad mittekodeerivate insertide eemaldamiseks (mRNA süntees viiakse läbi selle alusel).
Proinformatsioonilise RNA põhjal sünteesitakse mRNA. See on juba maatriks, mille järel toimub rakus valgusüntees ribosoomidel (karedas endoplasmaatilises retikulumis).
Ribosomaalne valkude süntees
Sõnumi RNA-l on kaks otsa, mis on paigutatud 3`-5`. Valkude lugemine ja süntees ribosoomidel algab 5' otsast ja jätkub introni, piirkonnani, mis ei kodeeri ühtegi aminohapet. See käib nii:
- messenger RNA "nöörib" ribosoomi külge, kinnitab esimese aminohappe;
- ribosoom nihkub mööda messenger-RNA-d ühe koodoni võrra;
- transfer RNA annab soovitud (antud mRNA koodoni poolt kodeeritud) alfa-aminohappe;
- aminohape ühineb lähteaminohappega, moodustades dipeptiidi;
- siis mRNA nihutatakse uuesti ühe koodoni võrra, alfa-aminohape tuuakse sisse ja liitub kasvava peptiidahelaga.
Kui ribosoom jõuab intronini (mittekodeeriv sisestus), liigub sõnumitooja RNA lihts alt edasi. Seejärel, kui messenger RNA edeneb, jõuab ribosoom uuesti eksonini – kohta, mille nukleotiidjärjestus vastab kindlale.aminohape.
Sellest hetkest algab uuesti valgu monomeeride lisamine ahelasse. Protsess jätkub kuni järgmise introni ilmumiseni või kuni stoppkoodoni ilmumiseni. Viimane peatab polüpeptiidahela sünteesi, misjärel loetakse valgu esmane struktuur täielikuks ja algab molekuli sünteetilise (translatsioonijärgse) modifitseerimise staadium.
Tõlkejärgne modifikatsioon
Pärast translatsiooni toimub valkude süntees sileda endoplasmaatilise retikulumi tsisternides. Viimane sisaldab väikest arvu ribosoome. Mõnes lahtris võivad need RES-is täielikult puududa. Selliseid alasid on vaja esm alt sekundaarse, seejärel tertsiaarse või, kui see on programmeeritud, kvaternaarse struktuuri moodustamiseks.
Kogu valgusüntees rakus toimub suure hulga ATP energia kulutamisega. Seetõttu on valkude biosünteesi säilitamiseks vaja kõiki teisi bioloogilisi protsesse. Lisaks on osa energiast vajalik valkude ülekandmiseks rakus aktiivse transpordi teel.
Paljud valgud kantakse modifitseerimiseks raku ühest kohast teise. Eelkõige toimub translatsioonijärgne valgusüntees Golgi kompleksis, kus teatud struktuuriga polüpeptiidi külge on kinnitatud süsivesikute või lipiidide domeen.
