Biosyntezy białka w komórce

Wszystkie komórki wszystkich organizmów, jak autotroficzny i heterotroficzny, są w stanie przeprowadzić syntezę białek — wiodący ogniwo plastycznego wymiany. W skomplikowanym i wieloetapowy procesie syntezy białek w żywej komórce (czyli biosyntezy) będą rozpatrywane tylko jeden etap: edukacja polipeptyd łańcucha z poszczególnych aminokwasów, z których każda zajmuje się zupełnie pewne miejsce w cząsteczce białka. W samym streścić je można nałożyć w następujący sposób. W jądrze komórki cząsteczek DNA „zapisany” (zakodowany — od słowa kod) kolejność aminokwasów w białkach. Informacje o tym dobrze od jądrowego DNA jest przekazywana na zsyntetyzowany informacyjnego RNA. Proces ten nazywany jest transkrypcji. Informacyjny RNA w cytoplazmie wchodzi w połączenie z rybosomów. Do rybosomów z cytoplazmy robią i aminokwasy. Ich dostarcza tam transportowy RNA. Informacyjna i transport RNA wraz sztywno określają sekwencję aminokwasów w ich syntezie enzymów rybosomy w cząsteczkę białka. Ta transmisja kodu informacji z RNA na aminokwasy białka cząsteczki nazywa się translacją. Po zakończeniu syntezy białka cząsteczka odrywa się od rybosomu i odchodzi przez endoplazmatyczny sieć w głąb komórki.

Rozważmy teraz wymienione etapy biosyntezy białka wiele więcej.

W każdej cząsteczce DNA jest zakodowana sekwencja aminokwasów dla wielu dziesiątek i setek różnych białek. Sposób kodowania następujący: sekwencja aminokwasów w cząsteczce białka określa sekwencję nukleotydów w cząsteczce DNA. Ale tak jak aminokwasów, wchodzących w białka, 20, a nukleotydów tylko 4, to każdej aminokwasom odpowiada nie jeden nukleotydów, a pewną kombinację trzech nukleotydów, które otrzymało nazwę trójki. Zaledwie kilka takich kombinacji (z 4 na 3) może być 64, czyli nawet znacznie więcej, niż aminokwasów.
Teraz już spisane kody do wszystkich aminokwasów wchodzących w skład białek. Tak, aminokwas cysteina jest zakodowany w cząsteczce DNA tej kombinacji nukleotydów (triplet): A—C—A1; aminokwasu waliny — triplet C—A—A; aminokwas leucyna — triplet A—A—C; aminokwas prolina — triplet G—G—G.

określa się następujące skróty: A — adenina, G — guanina, T — tymina, C — cytozyna, U — uracyl.

Więc jeśli w jakiejś części cząsteczki DNA sekwencję nukleotydów będzie:

C – A – A – A – C – A – A – A – C – G – G – G,

to tym samym ta część cząsteczki DNA zakodowane następujący połączenie aminokwasów w cząsteczce białka:

walina — cysteina — leucyna — proliny.

Ponieważ długość cząsteczki DNA jest znacznie większa od długości cząsteczki białka, wzdłuż jednej cząsteczki DNA może być zakodowana sekwencja aminokwasów dla wielu cząsteczek białek. Odcinek cząsteczki DNA, noszący w sobie informacje o jednej cząsteczce białka, nazywa się genem (więcej o tym pojęciu patrz rozdział „Genetyka”). Zbiór wszystkich cząsteczek DNA komórki zawiera w sobie informację o budowie wszystkich białek, które są w stanie syntetyzować ten rodzaj zwierzęcia lub rośliny. Transkrypcji (przepisywania) kodu informacji o syntezie białka z cząsteczek DNA na cząsteczki RNA informacji odbywa się w trakcie ich syntezy.
Informacyjny RNA jest syntetyzowany w jądrze. Podobnie jak w przypadku replikacji cząsteczek DNA, informacyjny RNA jest syntetyzowany z nukleotydów na zasadzie komplementarność. Macierz takiej syntezy służy cząsteczka DNA. Trzeba tylko wziąć pod uwagę, że w RNA zamiast tymina nukleotydów (T) jest uracyl (U). Dlatego w syntezie RNA informacji przeciwko A(DNA) wstanie U(RNA), przeciwko T(DNA) — A(RNA), przeciwko G(DNA) — C(RNA) i przeciw C(DNA) — G(RNA) Dlatego przytoczony już wyżej kod sekwencji czterech aminokwasów zostanie „przeniesiony” z języka DNA na język informacyjnego RNA w następujący sposób:

walina cysteina leucyna proliny —sekwencja aminokwasów
C — A — A — A — C — A — A — A — C — G — G — G kod tej kolejności
w jednym łańcuchu DNA
G — U — U — U — G — U — U — U — G — C — C — C transkrypcja tej kolejności
na cząsteczkę RNA informacji

w Ten sposób, jeden i ten sam aminokwas (np. walina) w cząsteczce DNA jest zakodowany triplet C—A—A, a po transkrypcji na cząsteczki RNA informacji kodowane unitarny triplet G—U—U. To oczywiście wynika z metody syntezy cząsteczek informacyjnego RNA. Po zakończeniu syntezy, te molekuły z jądra wychodzą w cytoplazmie i wchodzą w kontakt z rybosomów. Miejscem syntezy białka służą rybosomy. Każda z nich jakby nawleczone na cząsteczkę RNA informacji (rysunek 8) i, posuwając się wzdłuż niej, „czyta” plan cząsteczki białka, trójka za triplet. Przekształcenie tego planu w prawdziwe cząsteczki białka odbywa się z udziałem jeszcze jednego kwasu nukleinowego — transportowej RNA.

Schemat syntezy białka w rybosomu
Rysunek. 8. Schemat syntezy białka w rybosomu. 1 — rybosom, 2 — informacyjny RNA, 3 — transportowe RNA z aminokwasami, 4 — białko

Molekuły transportu RNA wystarczy kredki — to krótkie, pojedyncze łańcuchy nukleotydów. Każda cząsteczka transportu RNA specyficzny tylko dla jednej aminokwasy, tylko ona może dostarczyć z cytoplazmy do miejsca „złożenia” białka. Swoistość transportu cząsteczek RNA uzyskuje się jej budową: jeden koniec krótkiej łańcucha nosi trójka, odpowiedni kod tej aminokwasy (np. dla waliny — C—A—A), a drugi koniec może chemicznie łączyć się tylko z tej samej kwasem. Właśnie w takiej parze (na przykład, walina transportowy RNA i sam walina) one trafiają na ribosome. Jeśli w tym momencie rybosom jest na „walina” triplet informacyjnego RNA (G—U—U), to „walina” trójka wolnego końca transportowej RNA (C—A—A) na zasadzie komplementarność natychmiast dołącza do informacyjnego RNA. Tak, miejsce aminokwasu waliny ustala się akurat tam, gdzie było ono najpierw zakodowane w cząsteczce DNA (triplet C—A—A), potem — w cząsteczce informacyjnego RNA (triplet G—U—U) i, wreszcie, dostarczona transportu RNA z triplet C—A—A. W ten sposób, aż rybosom przesuwa się wzdłuż cząsteczki RNA informacji, różne transportowe RNA ze swoimi aminokwasy łączą informacyjnego RNA. Układów enzymatycznych białek konsekwentnie odłączyć się aminokwasy od transportu RNA i łączą je ze sobą w łańcuchu cząsteczki białka. Opuszczone transportowe RNA ponownie przechodzą do cytoplazmy za następnymi porcjami aminokwasów. Tak tworzy się swoistość cząsteczki białka na poziomie jej pierwotnej struktury. Wtórna i trzeciorzędowy struktury cząsteczki białka określane jako podstawowe jej struktury, jak i szereg innych warunków. Należy pamiętać, że każde z tych ogniw biosyntezy katalizowana przez niektórych enzymów i zaopatrywane w energię kosztem cząsteczek ATP.
Nawet bardzo schematycznie opisany proces biosyntezy zaskakuje swoją uporządkowanie. A jeśli do tego dodać, że w żywej komórce syntezę jednej cząsteczki białka trwa tylko 3-4 z i że w tym samym czasie w różnych częściach komórki są realizowane synteza różnych białek i razem z tym idzie masa innych procesów biochemicznych, to powstaje pytanie: w jaki sposób wszystko to podlega? Nie wszystkie konkretne sposoby regulacji otworzyła jeszcze nauka. Ale ona otworzyła główny zasada regulacji w żywej komórce — autoregulacja. Bardzo proste jej okazją będzie następny. Jeśli jakiś białko syntetyzowane w komórce w wystarczającej ilości, to jego dalszego syntezy przeszkadza sam fakt obecności tego białka w komórce. Dopóki nie czerpie z komórki (lub nie zuzyta w jakiś inny sposób), jest chemicznie działa na białka-enzymy biorące udział w syntezie jako hamulec. Enzymy chwilowo przestają działać. Synteza zawieszony. Ale to białko jest wyczerpany. Tym samym jego hamujący wpływ na enzymy zniknęło. I syntezę ponownie wznowione.
Łatwo zrozumieć, jak długi i trudne była droga ewolucji organizmów żywych, zanim został osiągnięty tak doskonała autoregulacja.

Ten post dostępny jest również w Білоруська, Český, Deutsche, English, Español, Suomalainen, Français, Italiano, 日本, Norsk, Portugues, Русский, Українська i 中國



Tags:,
Реклама: