Synthese van eiwitstadia en hun kenmerken



de eiwitsynthese het is een biologische gebeurtenis die vrijwel in alle levende wezens voorkomt. Voortdurend nemen de cellen de informatie die is opgeslagen in het DNA en transformeren het, dankzij de aanwezigheid van zeer complexe gespecialiseerde machines, in eiwitmoleculen.

De 4-letterige code die is gecodeerd in het DNA, vertaalt zich echter niet rechtstreeks in eiwitten. In het proces is een RNA-molecuul betrokken dat fungeert als tussenpersoon, het zogenaamde boodschapper-RNA.

Wanneer cellen een bepaald eiwit nodig hebben, wordt de nucleotidensequentie van een geschikt deel in het DNA gekopieerd naar RNA - in een proces dat transcriptie wordt genoemd - en dit wordt op zijn beurt vertaald in het betreffende eiwit.

De stroom van beschreven informatie (DNA naar boodschapper RNA en RNA-boodschap naar eiwitten) komt van zeer eenvoudige wezens zoals bacteriën tot mensen. Deze reeks stappen wordt het centrale 'dogma' van de biologie genoemd.

De machinerie die verantwoordelijk is voor de synthese-eiwitten zijn ribosomen. Deze kleine cellulaire structuren worden voor een groot deel in het cytoplasma gevonden en verankerd aan het endoplasmatisch reticulum.

index

  • 1 Wat zijn eiwitten?
  • 2 Fasen en kenmerken
    • 2.1 Transcriptie: van DNA naar messenger RNA
    • 2.2 Splicing van messenger RNA
    • 2.3 Typen RNA
    • 2.4 Vertaling: van messenger-RNA naar eiwitten
    • 2.5 De ​​genetische code
    • 2.6 Koppeling van het aminozuur aan het transfer-RNA
    • 2.7 Het RNA-bericht wordt gedecodeerd door de ribosomen
    • 2.8 Verlenging van de polypeptideketen
    • 2.9 Voltooiing van de vertaling
  • 3 referenties

Wat zijn eiwitten?

Eiwitten zijn macromoleculen gevormd uit aminozuren. Deze vormen bijna 80% van het protoplasma van een hele gedehydrateerde cel. Alle eiwitten die deel uitmaken van een organisme worden "proteoom" genoemd.

De functies zijn meervoudig en gevarieerd, van structurele rollen (collageen) tot transport (hemoglobine), katalysatoren van biochemische reacties (enzymen), verdediging tegen ziekteverwekkers (antilichamen), onder andere.

Er zijn 20 soorten natuurlijke aminozuren die door peptidebindingen worden gecombineerd om eiwitten te produceren. Elk aminozuur wordt gekenmerkt door een bepaalde groep die bepaalde chemische en fysische eigenschappen heeft.

Fasen en kenmerken

De manier waarop de cel erin slaagt de DNA-boodschap te interpreteren gebeurt door twee fundamentele gebeurtenissen: transcriptie en vertaling. Veel RNA-kopieën, die gekopieerd zijn van hetzelfde gen, zijn in staat om een ​​aanzienlijk aantal identieke eiwitmoleculen te synthetiseren.

Elk gen wordt differentieel getranscribeerd en getranslateerd, waardoor de cel verschillende hoeveelheden van een grote verscheidenheid aan eiwitten kan produceren. Dit proces omvat verschillende routes van cellulaire regulatie, die in het algemeen de controle in de productie van RNA omvatten.

De eerste stap die de cel moet zetten om de productie van eiwitten te starten, is het lezen van het bericht geschreven op het DNA-molecuul. Dit molecuul is universeel en bevat alle informatie die nodig is voor de constructie en ontwikkeling van organische wezens.

Vervolgens zullen we beschrijven hoe eiwitsynthese plaatsvindt, het proces van het "lezen" van het genetische materiaal beginnen en eindigen met de productie van eiwitten. per se.

Transcriptie: van DNA naar messenger RNA

Het bericht in de dubbele DNA-helix wordt geschreven in een vierletterige code die overeenkomt met de basen adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T).

Deze reeks letters van DNA wordt gebruikt om een ​​RNA-equivalentmolecuul te temperen.

Zowel DNA als RNA zijn lineaire polymeren die worden gevormd door nucleotiden. Ze verschillen echter chemisch in twee fundamentele aspecten: de nucleotiden in het RNA zijn ribonucleotiden en in plaats van de thyminebase presenteert het RNA de uracil (U), die met de adenine paren.

Het transcriptieproces begint met het openen van de dubbele helix in een specifiek gebied. Een van de twee ketens werkt als een "matrijs" of temper voor RNA-synthese. De nucleotiden zullen worden toegevoegd volgens de regels van baseparing, C met G en A met U.

Het belangrijkste enzym dat betrokken is bij transcriptie is RNA-polymerase. Het is verantwoordelijk voor het katalyseren van de vorming van fosfodiesterbindingen die de nucleotiden van de keten verbinden. De ketting is verlengd in de richting 5 'naar 3'.

De groei van het molecuul omvat verschillende eiwitten die bekend staan ​​als "rekfactoren" die verantwoordelijk zijn voor het handhaven van de binding van het polymerase tot het einde van het proces.

Splicing van messenger RNA

In eukaryoten hebben genen een specifieke structuur. De sequentie wordt onderbroken door elementen die geen deel uitmaken van het eiwit, introns genaamd. De term is tegengesteld aan die van exon, die de delen van het gen omvatten die in eiwitten zullen worden getranslateerd.

de splicing het is een fundamentele gebeurtenis die bestaat uit de eliminatie van de introns van het boodschappermolecuul, om een ​​molecuul te verwijderen dat exclusief door exons is gebouwd. Het eindproduct is het volwassen boodschapper-RNA. Fysiek vindt een complex en dynamisch mechanisme plaats in het milt.

Naast het splitsen ondergaat het boodschapper-RNA aanvullende coderingen voordat het wordt vertaald. Er wordt een "kap" toegevoegd waarvan de chemische aard een gemodificeerd guanine-nucleotide is, en aan het 5'-uiteinde en een staart van verschillende adenines aan het andere uiteinde..

Soorten RNA

In de cel worden verschillende soorten RNA geproduceerd. Sommige genen in de cel produceren een molecule van boodschapper-RNA en dit wordt vertaald in eiwitten - zoals we later zullen zien. Er zijn echter genen waarvan het eindproduct het RNA-molecuul zelf is.

In het genoom van gist hebben bijvoorbeeld ongeveer 10% van de genen van deze schimmel RNA-moleculen als hun eindproduct. Het is belangrijk om ze te vermelden, omdat deze moleculen een fundamentele rol spelen als het gaat om eiwitsynthese.

- Ribosomaal RNA: ribosomaal RNA maakt deel uit van het hart van ribosomen, sleutelstructuren voor de synthese van eiwitten.

De verwerking van ribosomale RNA's en hun daaropvolgende assemblage in ribosomen gebeurt in een zeer opvallende structuur van de kern - hoewel het niet wordt begrensd door een membraan - een nucleolus genoemd.

- Transfer RNA: Het werkt als een adapter die een specifiek aminozuur selecteert en samen met het ribosoom incorporeren ze de aminozuurresidu in het eiwit. Elk aminozuur is gerelateerd aan een transfer-RNA-molecuul.

In eukaryoten zijn er drie soorten polymerasen die, hoewel ze structureel sterk op elkaar lijken, verschillende rollen spelen.

RNA-polymerase I en III transcriberen de genen die coderen voor het transfer-RNA, ribosomaal RNA en enkele kleine RNA's. RNA-polymerase II richt zich op de translatie van genen die coderen voor eiwitten.

- Kleine RNA's gerelateerd aan regulatie: oAndere korte-lengte RNA's nemen deel aan de regulatie van genexpressie. Hiertoe behoren microRNA's en kleine interfererende RNA's.

De microRNA's reguleren de expressie door een specifiek bericht te blokkeren en de kleintjes van interferentie schakelen de expressie uit door middel van de directe degradatie van de boodschapper. Evenzo zijn er kleine nucleaire RNA's die deelnemen aan het proces van splicing van messenger RNA.

Vertaling: van messenger RNA naar eiwitten

Zodra het messenger-RNA volwassen wordt door het proces van splicing en het reist van de kern naar het cellulaire cytoplasma, de synthese van eiwitten begint. Deze export wordt gemedieerd door het kernporiëncomplex - een reeks van waterige kanalen die zich in het membraan van de kern bevinden en die direct het cytoplasma en het nucleoplasma verbinden.

In het dagelijks leven gebruiken we de term 'vertaling' om te verwijzen naar de conversie van woorden van de ene taal naar de andere.

We kunnen bijvoorbeeld een boek vertalen van het Engels naar het Spaans. Op moleculair niveau impliceert vertaling de verandering van taal van RNA naar eiwit. Om preciezer te zijn, het is de verandering van nucleotiden naar aminozuren. Maar hoe komt deze verandering van dialect voor??

De genetische code

De nucleotidesequentie van een gen kan worden getransformeerd in eiwitten volgens de regels die zijn vastgesteld door de genetische code. Dit werd ontcijferd in de vroege jaren 60.

Zoals de lezer zal kunnen afleiden, kan de vertaling niet één zijn, omdat er slechts 4 nucleotiden en 20 aminozuren zijn. De logica is de volgende: de vereniging van drie nucleotiden staat bekend als "triplets" en ze zijn geassocieerd met een bepaald aminozuur.

Aangezien er 64 mogelijke tripletten (4 x 4 x 4 = 64) kunnen zijn, is de genetische code overbodig. Dat wil zeggen, hetzelfde aminozuur wordt gecodeerd door meer dan één triplet.

De aanwezigheid van de genetische code is universeel en wordt gebruikt door alle levende organismen die tegenwoordig op aarde leven. Dit zeer brede gebruik is een van de meest verrassende moleculaire homologieën van de natuur.

Koppeling van het aminozuur aan het overdrachts-RNA

De codons of tripletten die worden gevonden in het messenger-RNA-molecuul hebben niet het vermogen om aminozuren direct te herkennen. In tegenstelling hiermee hangt de translatie van het boodschapper-RNA af van een molecuul dat erin slaagt het codon en het aminozuur te herkennen en te binden. Dit molecuul is het overdrachts-RNA.

Het transfer-RNA kan worden gevouwen in een complexe driedimensionale structuur die op een klaver lijkt. In dit molecuul is er een regio genaamd "anticodon", gevormd door drie opeenvolgende nucleotiden die paren met de opeenvolgende complementaire nucleotiden van de messenger RNA-keten.

Zoals vermeld in de vorige paragraaf, is de genetische code overbodig, dus sommige aminozuren hebben meer dan één transfer-RNA.

De detectie en fusie van het juiste aminozuur aan het transfer-RNA is een proces dat wordt gemedieerd door een enzym dat aminoacyl-tRNA-synthetase wordt genoemd. Dit enzym is verantwoordelijk voor het koppelen van beide moleculen door een covalente binding.

Het RNA-bericht wordt gedecodeerd door de ribosomen

Om een ​​eiwit te vormen, worden aminozuren aan elkaar verbonden door peptidebindingen. Het proces van het lezen van messenger-RNA en het binden van specifieke aminozuren vindt plaats in ribosomen.

Ribosomen zijn katalytische complexen gevormd door meer dan 50 eiwitmoleculen en verschillende soorten ribosomaal RNA. In eukaryote organismen bevat een gemiddelde cel gemiddeld miljoenen ribosomen in de cytoplasmatische omgeving.

Structureel bestaat een ribosoom uit een grote subeenheid en een kleine subeenheid. De functie van het kleine deel is om ervoor te zorgen dat het overdrachts-RNA op juiste wijze wordt gepaard met het boodschapper-RNA, terwijl de grote subeenheid de vorming van de peptidebinding tussen de aminozuren katalyseert.

Wanneer het syntheseproces niet actief is, worden de twee subeenheden die de ribosomen vormen gescheiden. Aan het begin van de synthese bindt het boodschapper-RNA beide subeenheden, gewoonlijk nabij het 5'-uiteinde..

Bij dit proces vindt de verlenging van de polypeptideketen plaats door de toevoeging van een nieuw aminozuurresidu in de volgende stappen: binding van het transfer-RNA, vorming van de peptidebinding, translocatie van de subeenheden. Het resultaat van deze laatste stap is de beweging van het volledige ribosoom en een nieuwe cyclus begint.

Verlenging van de polypeptideketen

Drie locaties worden onderscheiden in de ribosomen: plaatsen E, P en A (zie hoofdafbeelding). Het verlengingsproces begint wanneer sommige aminozuren al covalent gebonden zijn en er een transfer-RNA-molecuul op de P-plaats is.

Het overdrachts-RNA dat het volgende aminozuur bevat dat moet worden geïncorporeerd is gebonden aan plaats A door basenparing met het boodschapper-RNA. Vervolgens wordt het carboxyleindgedeelte van het peptide vrijgemaakt uit het transfer-RNA op de P-plaats, door de afbraak van een hoge energiebinding tussen het transfer-RNA en het aminozuur dat.

Het vrije aminozuur bindt aan de keten en er wordt een nieuwe peptidebinding gevormd. De centrale reactie van dit hele proces wordt gemedieerd door het enzym peptidyltransferase, dat wordt gevonden in de grote subeenheid van ribosomen. Het ribosoom beweegt zich dus door het boodschapper-RNA en vertaalt het dialect van aminozuren naar eiwitten.

Evenals bij transcriptie zijn verlengingsfactoren ook betrokken tijdens de translatie van eiwitten. Deze elementen verhogen de snelheid en efficiëntie van het proces.

Voltooiing van de vertaling

Het vertaalproces eindigt wanneer het ribosoom de stopcodons vindt: UAA, UAG of UGA. Deze worden niet herkend door enig transfer-RNA en binden niet aan enig aminozuur.

Op dit moment binden eiwitten die bekend staan ​​als vrijmakingsfactoren zich aan het ribosoom en produceren de katalyse van een watermolecuul en niet een aminozuur. Deze reactie maakt het uiteinde van de carboxyleind los. Uiteindelijk wordt de peptideketen vrijgegeven in het celcytoplasma.

referenties

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie. 5e editie. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Uitnodiging voor biologie. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J.E., Lodish, H.F., & Baltimore, D. (1990). Moleculaire celbiologie. New York: Scientific American Books.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton and Hall tekstboek van medische fysiologie e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Genen. Deel 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Cellulaire en moleculaire biologie. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosoomstructuur en het mechanisme van vertaling. cel, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Inleiding tot de microbiologie. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J.H.D. (2012). De structuur en functie van het eukaryote ribosoom. Cold Spring Harbor perspectieven in de biologie, 4(5), a011536.