Proteinsyntese: Maskiner og mekanismer til proteinsyntese

Læs denne artikel for at lære om Proteinsyntese: Maskiner og Mekanismer for Proteinsyntese!

Maskiner til proteinsyntese:

Den består af ribosomer, aminosyrer, mRNA, tRNA'er og aminoacyl-tRNA-syntetaser. mRNA fungerer som en skabelon med genetisk information.

Image Courtesy: wieber.weebly.com/uploads/1/3/2/0/13208982/8301870_orig.jpg?0

Ribosom er stedet for proteinsyntese. tRNA bringer den ønskede aminosyre, læser den genetiske information og placerer aminosyren på et passende sted. RNA'er dannes over DNA under transkription, medens proteinsyntese forekommer i cytoplasma over ribosomer.

De to adskilles både i rum og tid. Det forhindrer blandingen af ​​råmaterialer, beskytter DNA fra respiratoriske enzymer og ribosomale maskiner fra nukleaser.

1. Ribosomer (Fig. 6.27):

Proteinsyntese sker over ribosomerne. Ribosomer kaldes derfor også proteinfabrikker. Hver ribosom har to ulige dele, små og store. Den større underenhed af ribosom har en rille til at skubbe ud det nydannede polypeptid og beskytte det samme fra cellulære enzymer.

Den mindre underenhed passer over den større som en hætte, men efterlader en tunnel til mRNA. De to underenheder kommer kun sammen på tidspunktet for proteindannelsen. Fænomenet hedder forening. Mg ²⁺ er afgørende for det. Kort efter færdiggørelsen af ​​proteinsyntesen adskilles underenhederne. Fænomenet hedder dissociation.

Ribosomer danner sædvanligvis roset- eller spiralformede grupper under aktiv proteinsyntese. De er kendt som polyribosomer eller polysomer (Rich, 1963). De forskellige ribosomer af et polysom ​​holdes sammen af ​​en streng af messenger RNA. Polyribosom hjælper med at producere et antal kopier af det samme polypeptid. De tilstødende ribosomer af et polyribosom er ca. 340 A eller 34 nm fra hinanden. De forskellige dele af et ribosom forbundet med proteinsyntese er:

(i) En tunnel til mRNA. Det ligger mellem de to underenheder.

(ii) En rille til passage af nyligt syntetiseret polypeptid. Sporet er en del af den større underenhed.

(iii) Der er tre reaktive steder -P (D), A og E (Fig. 6.28). P-site (peptidyl transfer eller donor site) bidrager i fællesskab af de to ribosomale underenheder. А-site (amino-acyl- eller acceptorsted) er placeret på den større underenhed af ribosom. Det vender mod tunnelen mellem de to underenheder. E eller exitsted er en del af den større underenhed, der vender mod tunnelsiden.

(iv) Enzympeptidyltransferase er et ribozym. Det er komponent af større underenhed af ribosom (23S rRNA i prokaryoter).

(v) Mindre underenhed af ribosom har et punkt for genkendelse af mRNA og bindingsområde for initieringsfaktorer.

2. Aminosyrer:

Hundredvis af forskellige typer af proteiner kan fremstilles i en enkelt celle. Alle typer af proteiner er dannet ud fra de samme aminosyrer. Det er arrangementet af aminosyrer i polypeptiderne og antallet af sidstnævnte, der tilvejebringer specificitet for proteinerne. Der er ca. 20 aminosyrer og amider, der udgør byggesten eller monomerer af proteiner. De forekommer i den cellulære pool.

3. mRNA:

Det er messenger RNA, der bringer kodet information fra DNA og deltager i dets oversættelse ved at bringe aminosyrer i en bestemt sekvens under syntese af polypeptid.

Imidlertid er codonerne af mRNA ikke genkendt af aminosyrer, men af ​​anticodoner af deres adaptermolekyler (tRNA'er -> а-tRNA'er). Oversættelse sker over ribosomerne. Det samme mRNA kan genbruges igen og igen. I form af polysom ​​kan det hjælpe med at syntetisere et antal kopier samtidigt.

4. tRNA'er:

De er overførbare eller opløselige RNA'er, som optager bestemte aminosyrer (ved CCA eller 3'end) i processen kaldet opladning. De ladede tRNA'er tager det samme til mRNA over bestemte codoner svarende til deres anticodoner.

Et tRNA kan kun afhente en specifik aminosyre, selvom en aminosyre kan spysificeres med 2-6 tRNA'er. Hvert tRNA har et område for at komme i kontakt med ribosom (T ¥ C) og enzymet aminoacyl tRNA synthetase (DHU).

5. Amino-acyl-tRNA-syntetase:

Det er enzymet, der hjælper med at kombinere aminosyre med dets særlige tRNA. Enzymet er specifikt for hver aminosyre. Det kaldes også aa-aktiverende enzym.

Mekanisme for proteinsyntese (fig. 6.29-31):

1. (a) Aktivering af aminosyrer:

Det udføres ved at aktivere enzymer, kendt som aminoacyl-tRNA-syntetaser (Zamecnik og Hoagland, 1957). I nærvær af ATP kombinerer en aminosyre med sin specifikke aminoacyl-tRNA-syntetase. Mg ²⁺ er påkrævet.

Det producerer aminoacyl-adenylat-enzymkompleks. Den energi, der stilles til rådighed for aminosyre under dens aktivering, anvendes senere til dannelse af peptidbindinger.

Hydrolyse af pyrophosphat ved hjælp af enzym pyrophosphatase tilvejebringer energi til at drive de første reaktioner.

(b) Opladning eller aminosacylering af tRNA:

Komplekset reagerer med tRNA specifikt for aminosyren til dannelse af aminoacyl-tRNA-kompleks. Enzym og AMP frigives. tRNA kompleksbundet med aminosyre kaldes undertiden ladet tRNA. Aminosyren er bundet til 3-OH-enden af ​​tRNA troede dens -COOH-gruppe,

2. Indledning:

Det kræver faktorer, der kaldes initiationsfaktorer. Der er tre initiationsfaktorer i prokaryoter - IF3, IF2 og IF1. Eukaryoter har ni initiationsfaktorer - eIF2, eIF3, eIF1, eIF4A, eIF4B, eIf4C, eIF4D, eIF5, eIF6. Ud af disse IF3 eller eIF2 er fastgjort til mindre underenhed af ribosom i dissocieret tilstand. GTP er påkrævet. mRNA fastgør sig til mindre underenhed af ribosom i området af dens cap.

Hætten har nukleotider komplementære til nukleotiderne til stede ved 3'-enden af ​​rRNA. Vedhæftet er sådan, at initieringskodon af mRNA (AUG eller GUG) kommer til at ligge ved P-stedet. Initiativfaktor, der allerede er til stede i mindre underenhed, katalyserer reaktionen (eIF2 i eukaryoter og IF3 i prokaryoter).

Aminoacyl-tRNA-kompleks, der er specifik for initieringskodonet (methionin-tRNA eller valint-tRNA), når P-stedet (D-stedet). Anticodon (f.eks. UAC af tRNA ^Met ) etablerer midlertidige hydrogenbindinger med initieringskodonet (f.eks. AUG) af mRNA. Kodon-anticodonreaktionen forekommer i nærvær af initiationsfaktor eIF3 i eukaryoter og IF2 i prokaryoter. Trinet kræver også energi, som leveres af GTP.

Det initierende methioninaccepterende tRNA anbringes med ikke-formyleret methionin (tRNA m ^Met ) i cytoplasmaet af eukaryoter og formyleret methionin (tRNA f ^Met ) i procaryoter, plastider og mitokondrier. tRNA involveret i overførsel af formyleret methionin er forskellig fra den, der overfører ikke-formyleret methionin.

I nærvær af Mg ²⁺ kombinerer den større underenhed af ribosom nu med 40S-mRNA-tRNA ^Met- kompleks til dannelse af intakt ribosom. Det kræver initiering faktor IF1 i procaryoter og faktorer elFl, eIF4 (А, В, C) i eukaryoter. At komme sammen af ​​de to underenheder af ribosomer kaldes forening. Det intakte ribosom omslutter mRNA-tRNA-komplekset, der er til stede ved P-stedet, men holder Δ-stedet eksponeret.

3. Forlængelse (Polypeptidkædenformation). Et aminoacyl-tRNA-kompleks når А-stedet og føjes til mRNA-codon ved siden af ​​initieringskodon ved hjælp af dets anticodon. Trinet kræver GTP og en forlængelsesfaktor (eEFl i eukaryoter og EF-Tu samt EF-Ts i prokaryoter).

Det har vist sig, at i Escherichia coli er det mest rigelige protein forlængelsesfaktor (EF-Tu). En peptidbinding (-CO-NH-) er etableret mellem carboxylgruppen (-COOH) af aminosyre bundet til tRNA ved P-stedet og aminogruppen (-NH-7) af aminosyre bundet til tRNA ved Δ-stedet.

Reaktionen katalyseres af enzympeptidyltransferase, som er et RNA-enzym. På grund af dette er NH2-gruppen af ​​den første aminosyre blokeret fra at blive involveret i peptidbindingsdannelse med en anden aminosyre. I processen brydes forbindelsen mellem tRNA og aminosyren på P-stedet. Det frie tRNA på P-stedet glider til E-stedet og derfra til ydersiden af ​​ribosom ved hjælp af G-faktor. A-stedet bærer peptidyl-tRNA-kompleks.

Kort efter etableringen af ​​første peptidbinding og glidning af det frigjorte tRNA fra P-stedet roterer ribosomet eller mRNA en smule. Processen kaldes translokation. Det kræver en faktor kaldet translokase (EF-G i prokaryoter og eEF2 i eukaryoter) og energi fra GTP. Som et resultat af translokation når А-site-kodonet sammen med peptidyl-tRNA-komplekset P-stedet. Et nyt kodon udsættes for А-stedet. Det tiltrækker et nyt aminoacyl-tRNA-kompleks.

Processen med binding dannelse og translokation gentages. En efter en eksponeres alle codons af mRNA på А-stedet og afkodes via inkorporering af aminosyrer i peptidkæden.

Peptidkæden forlænger. Den langstrakte peptidkæde eller polypeptidet ligger i sporet af den større underenhed af ribosom for at beskytte sig mod cellulære enzymer, fordi den er tilbøjelig til nedbrydning på grund af dens udvidede natur. Helixformationen begynder på afstand ved hjælp af kaproner.

En masse energi forbruges i proteinsyntese. For hver enkelt aminosyre indarbejdet i peptidkæden anvendes en ATP og to GTP molekyler.

4. Afslutning:

Polypeptidsyntese afsluttes, når et nonsenscodon af mRNA når А-stedet. Der er tre nonsens codons-UAA (oker), UAG (rav) og UGA (opal). Disse kodoner anerkendes ikke af nogen af ​​tRNA'erne. Derfor når ikke mere aminoacyl-tRNA А-stedet.

P-site-tRNA'et hydrolyseres, og det færdige polypeptid frigives i nærvær af GTP-afhængig frigivelsesfaktor. Det er enkelt (eRF1) i eukaryoter og to (RF1 og RF2) i procaryoter. I prokaryoter er RF1 specifik for UAG og UAA. RF2 er specifik for UAA og UGA. GTP-afhængig RF3 (eRF3 i gær) er nødvendig for at frigive RF'erne fra ribosom.

Ribosome bevæger sig over nonsenskodonet og glider af mRNA-kæden. De to underenheder af ribosom adskiller eller undergår dissociation i nærvær af dissociationsfaktor (DF).

I prokaryoter er formyleret methionin almindeligvis den initierende aminosyre. Det er enten deformyleret (ved hjælp af enzymdeformylase) eller undertiden fjernet fra polypeptid (ved hjælp af enxyme aminopeptidase). Den initierende methionin bevares sædvanligvis ikke i eukaryoter.

På et tidspunkt syntetiseres flere polypeptider fra det samme mRNA af et polyribosom, hvor et antal ribosomer er bundet til den samme mRNA-streng. Hver ribosom af et polyribosom danner den samme type polypeptid. Dannelse af et antal kopier af det samme polypeptid samtidigt fra et mRNA ved hjælp af en polysomisk betegnes translationsforstærkning.

Ved frigivelse fra ribosomet har et polypeptid kun primær struktur. Det spoler og folder yderligere for at have sekundær og tertiær struktur. Et polypeptid kan blive associeret med andre polypeptider til fremstilling af (i-plettet struktur, som danner derefter tertiær og kvartær struktur.

I tilfælde af frie cytoplasmiske polyribosomer frigives polypeptiderne eller proteinerne i cytoplasmaet (cytosol), hvor de anvendes til syntese af mere cytoplasma, nogle enzymer og komponenter af celleorganeller som kerne, mikrotubuli, mikrofibriller, mikrolegemer mv.

Nogle proteiner indgår også sammensætningen af ​​semi-autonome organeller som plastider og mitokondrier, selvom de fremstiller en del af deres proteinbehov selv ved deres egne polyribosomer. Polyribosomer bundet til membraner af endoplasmatiske retikulum producerer proteiner, som enten passerer ind i dens lumen (fig. 6.27 B) eller integreres i dets membraner.

De proteiner, der frigives i ER-lumen, når generelt Golgi-apparatet til modifikationer som dannelse af hydrolytiske enzymer og glycosylering (tilsætning af sukkerrester). De modificerede proteiner pakkes i vesikler til eksport eller dannelse af lysosomer, cellevægs enzymer, plasmamembran osv.

Proteinsyntese inhiberes i bakterier af visse antibiotika. Dette danner grundlaget for behandling af visse bakterieinfektioner.

Antibiotisk hæmning af bakterieproteinsyntese: