Valkude süntees on väga oluline protsess. Tema on see, kes aitab meie kehal kasvada ja areneda. See hõlmab paljusid rakustruktuure. Lõppude lõpuks peate kõigepe alt aru saama, mida me täpselt sünteesime.
Mis valku on hetkel vaja ehitada – selle eest vastutavad ensüümid. Nad saavad rakult signaale konkreetse valgu vajaduse kohta, misjärel algab selle süntees.
Kus toimub valgusüntees
Igas rakus on valkude biosünteesi peamine koht ribosoom. See on keeruka asümmeetrilise struktuuriga suur makromolekul. See koosneb RNA-st (ribonukleiinhapetest) ja valkudest. Ribosoomid võivad paikneda üksikult. Kuid enamasti kombineeritakse neid EPS-iga, mis hõlbustab järgnevat valkude sorteerimist ja transporti.
Kui ribosoomid asuvad endoplasmaatilisel retikulumil, nimetatakse seda karedaks ER-ks. Kui translatsioon on intensiivne, võib mitu ribosoomi liikuda mööda ühte malli korraga. Nad järgivad üksteist ega sega teisi organelle üldse.
Mida on vaja sünteesiksorav
Protsessi jätkamiseks on vajalik, et kõik valgusünteesisüsteemi põhikomponendid oleksid paigas:
- Programm, mis määrab ahelas aminohappejääkide järjestuse, nimelt mRNA, mis kannab selle teabe DNA-st ribosoomidesse.
- Aminohappematerjal, millest ehitatakse uus molekul.
- tRNA, mis toimetab iga aminohappe ribosoomi, osaleb geneetilise koodi dešifreerimisel.
- Aminoatsüül-tRNA süntetaas.
- Ribosoom on peamine valkude biosünteesi koht.
- Energia.
- Magneesiumioonid.
- Valgufaktorid (igal etapil on oma).
Nüüd vaatame neid kõiki üksikasjalikum alt ja uurime, kuidas valgud tekivad. Biosünteesi mehhanism on väga huvitav, kõik komponendid toimivad ebatavaliselt kooskõlastatult.
Sünteesiprogramm, maatriksiotsing
Kogu teave selle kohta, milliseid valke meie keha suudab ehitada, sisaldub DNA-s. Desoksüribonukleiinhapet kasutatakse geneetilise teabe salvestamiseks. See on kindl alt pakitud kromosoomidesse ja paikneb raku tuumas (kui me räägime eukarüootidest) või hõljub tsütoplasmas (prokarüootides).
Pärast DNA uurimist ja selle geneetilise rolli äratundmist sai selgeks, et see ei ole otsene tõlkemall. Vaatlused on viinud vihjetele, et RNA on seotud valgusünteesiga. Teadlased otsustasid, et see peaks olema vahendaja, edastama teavet DNA-st ribosoomidesse, toimima maatriksina.
Samal ajal olidribosoomid on avatud, nende RNA moodustab valdava enamuse raku ribonukleiinhappest. Kontrollimaks, kas tegemist on valgusünteesi maatriksiga, A. N. Belozersky ja A. S. Spirin 1956.–1957. viis läbi paljude mikroorganismide nukleiinhapete koostise võrdleva analüüsi.
Eeldati, et kui "DNA-rRNA-valgu" skeemi idee on õige, muutub kogu RNA koostis samamoodi nagu DNA. Kuid hoolimata desoksüribonukleiinhappe tohututest erinevustest erinevates liikides, oli kogu ribonukleiinhappe koostis kõigis vaadeldavates bakterites sarnane. Sellest järeldasid teadlased, et peamine raku RNA (see tähendab ribosomaalne) ei ole otsene vahendaja geneetilise teabe kandja ja valgu vahel.
mRNA avastamine
Hiljem avastati, et väike osa RNA-st kordab DNA koostist ja võib olla vahendaja. 1956. aastal uurisid E. Volkin ja F. Astrachan RNA sünteesi protsessi bakterites, mis olid nakatunud T2 bakteriofaagiga. Pärast rakku sisenemist lülitub see faagivalkude sünteesile. Samal ajal RNA põhiosa ei muutunud. Kuid rakus algas metaboolselt ebastabiilse RNA väikese osa süntees, mille nukleotiidjärjestus sarnanes faagi DNA koostisega.
Aastal 1961 eraldati see väike ribonukleiinhappe fraktsioon RNA kogumassist. Tõendeid selle vahendava funktsiooni kohta on saadud katsetest. Pärast rakkude nakatumist T4 faagiga moodustus uus mRNA. Ta ühendas end vanade meistritegaribosoomid (peale nakatumist uusi ribosoome ei leita), mis hakkasid sünteesima faagivalke. See "DNA-sarnane RNA" leiti olevat komplementaarne ühe faagi DNA ahelaga.
Aastal 1961 väitsid F. Jacob ja J. Monod, et see RNA kannab teavet geenidest ribosoomidesse ja on maatriks aminohapete järjestikuse paigutuse jaoks valgusünteesi käigus.
Teabe edastamine valgusünteesi kohta toimub mRNA abil. DNA-st teabe lugemise ja sõnumitooja RNA loomise protsessi nimetatakse transkriptsiooniks. Pärast seda tehakse RNA-s mitmeid täiendavaid muudatusi, seda nimetatakse "töötluseks". Selle käigus saab maatriksist ribonukleiinhappest välja lõigata teatud lõigud. Seejärel läheb mRNA ribosoomidesse.
Valkude ehitusmaterjal: aminohapped
Kokku on 20 aminohapet, osa neist on asendamatud ehk organism ei suuda neid sünteesida. Kui rakus olevast happest ei piisa, võib see põhjustada translatsiooni aeglustumist või isegi protsessi täielikku seiskumist. Iga aminohappe olemasolu piisavas koguses on valkude biosünteesi korrektse kulgemise põhinõue.
Teadlased said aminohapete kohta üldist teavet juba 19. sajandil. Seejärel, aastal 1820, eraldati kaks esimest aminohapet, glütsiin ja leutsiin.
Nende monomeeride järjestus valguses (nn primaarstruktuur) määrab täielikult selle järgmised organiseerituse tasemed ja seega ka füüsikalised ja keemilised omadused.
Aminohapete transport: tRNA ja aa-tRNA süntetaas
Kuid aminohapped ei saa end valguahelasse moodustada. Selleks, et nad jõuaksid valgu biosünteesi põhikohta, on vaja RNA-d.
Iga aa-tRNA süntetaas tunneb ära ainult oma aminohappe ja ainult tRNA, millega ta peab olema seotud. Selgub, et sellesse ensüümide perekonda kuulub 20 sorti süntetaase. Jääb üle vaid öelda, et aminohapped on seotud tRNA-ga, täpsem alt selle hüdroksüülaktseptori "sabaga". Igal happel peab olema oma ülekande-RNA. Seda jälgib aminoatsüül-tRNA süntetaas. See mitte ainult ei sobita aminohappeid õige transpordiga, vaid reguleerib ka estri sidumisreaktsiooni.
Pärast edukat kinnitusreaktsiooni läheb tRNA valgusünteesi piirkonda. See lõpetab ettevalmistusprotsessid ja algab saade. Mõelge valkude biosünteesi peamistele etappidele :
- algatamine;
- pikenemine;
- lõpetamine.
Sünteesi etapid: algatamine
Kuidas toimub valkude biosüntees ja selle reguleerimine? Teadlased on seda juba pikka aega püüdnud välja mõelda. Esitati palju hüpoteese, kuid mida kaasaegsemaks seadmed muutusid, seda paremini hakkasime mõistma ringhäälingu põhimõtteid.
Ribosoom, valgu biosünteesi peamine koht, alustab mRNA lugemist punktist, kus algab selle polüpeptiidahelat kodeeriv osa. See punkt asub teatudMessenger RNA algusest eemal. Ribosoom peab mRNA-l ära tundma punkti, millest lugemine algab, ja sellega ühendust võtma.
Algatamine – sündmuste kogum, mis tagab ülekande alguse. See hõlmab valke (initsiatsioonifaktoreid), initsiaator-tRNA-d ja spetsiaalset initsiaatorkoodonit. Selles etapis seondub ribosoomi väike subühik initsiatsioonivalkudega. Need takistavad sellel suure allüksusega kokku puutumast. Kuid need võimaldavad teil luua ühenduse initsiaator-tRNA ja GTP-ga.
Siis see kompleks "istub" mRNA-l, täpselt kohas, mille üks initsiatsioonifaktoritest ära tunneb. Ei saa olla viga ja ribosoom alustab oma teekonda läbi messenger-RNA, lugedes selle koodoneid.
Niipea, kui kompleks jõuab initsiatsioonikoodonini (AUG), peatub alaühik liikumise ja seostub teiste valgufaktorite abil ribosoomi suure alaühikuga.
Sünteesi etapid: pikenemine
MRNA lugemine hõlmab valguahela järjestikust sünteesi polüpeptiidi abil. See jätkub, lisades ehitatavale molekulile ühe aminohappejäägi teise järel.
Iga uus aminohappejääk lisatakse peptiidi karboksüülotsa, C-ots kasvab.
Sünteesi etapid: lõpetamine
Kui ribosoom jõuab messenger-RNA terminatsioonikoodonini, peatub polüpeptiidahela süntees. Selle juuresolekul ei saa organell ühtegi tRNA-d vastu võtta. Selle asemel tulevad mängu lõpetamistegurid. Nad vabastavad peatatud ribosoomist valmis valgu.
PärastPärast translatsiooni lõpetamist võib ribosoom mRNA-st lahkuda või jätkata mööda seda libisemist ilma translatsioonita.
Ribosoomi kohtumine uue initsiatsioonikoodoniga (samal ahelal liikumise jätkumise ajal või uuel mRNA-l) viib uue initsiatsioonini.
Pärast seda, kui valmis molekul lahkub valgu biosünteesi peamisest kohast, märgistatakse see ja saadetakse sihtkohta. Milliseid funktsioone see täidab, sõltub selle struktuurist.
Protsessi juhtimine
Sõltuv alt nende vajadustest juhib rakk edastust iseseisv alt. Valkude biosünteesi reguleerimine on väga oluline funktsioon. Seda saab teha mitmel viisil.
Kui rakk mingit ühendit ei vaja, peatab see RNA biosünteesi – ka valkude biosüntees lakkab toimumast. Lõppude lõpuks, ilma maatriksita, kogu protsess ei alga. Ja vanad mRNA-d lagunevad kiiresti.
Valkude biosünteesil on veel üks regulatsioon: rakk loob ensüüme, mis segavad initsiatsioonifaasi. Need segavad tõlkimist, isegi kui lugemismaatriks on saadaval.
Teine meetod on vajalik, kui valgusüntees tuleb praegu välja lülitada. Esimene meetod hõlmab aeglase translatsiooni jätkamist mõnda aega pärast mRNA sünteesi lõppemist.
Rakk on väga keeruline süsteem, milles kõik on tasakaalus ja iga molekuli täpne töö. Oluline on teada iga rakus toimuva protsessi põhimõtteid. Nii saame paremini aru, mis toimub kudedes ja kehas tervikuna.
