การสังเคราะห์ขั้นตอนของโปรตีนและคุณลักษณะ

การสังเคราะห์โปรตีน มันเป็นเหตุการณ์ทางชีวภาพที่เกิดขึ้นจริงในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เซลล์ใช้ข้อมูลที่เก็บไว้ใน DNA อย่างต่อเนื่องและด้วยการมีเครื่องจักรเฉพาะทางที่ซับซ้อนมากทำให้มันกลายเป็นโมเลกุลโปรตีน.

อย่างไรก็ตามรหัส 4 ตัวที่เข้ารหัสใน DNA ไม่ได้แปลเป็นโปรตีนโดยตรง ในกระบวนการเกี่ยวข้องกับโมเลกุล RNA ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางเรียกว่า messenger RNA.

เมื่อเซลล์ต้องการโปรตีนชนิดพิเศษลำดับนิวคลีโอไทด์ของส่วนที่เหมาะสมใน DNA จะถูกคัดลอกไปยัง RNA - ในกระบวนการที่เรียกว่าการถอดความ.

การไหลของข้อมูลที่อธิบายไว้ (DNA to messenger RNA และ RNA message ต่อโปรตีน) เกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายเช่นแบคทีเรียสู่มนุษย์ ชุดของขั้นตอนนี้เรียกว่า "ความเชื่อหลัก" ของชีววิทยา.

เครื่องจักรที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์โปรตีนคือไรโบโซม โครงสร้างเซลล์ขนาดเล็กเหล่านี้พบได้ในสัดส่วนขนาดใหญ่ในพลาสซึมของไซโตพลาสซึมและยึดกับเอ็นโดพลาสซึมเรตินา.

ดัชนี

• 1 โปรตีนคืออะไร?
• 2 ขั้นตอนและลักษณะ
  • 2.1 การถอดความจาก DNA ถึงผู้ส่งสาร RNA
  • 2.2 Splicing ของ Messenger RNA
  • 2.3 ประเภทของ RNA
  • 2.4 การแปล: จาก messenger RNA ไปจนถึงโปรตีน
  • 2.5 รหัสพันธุกรรม
  • 2.6 การเชื่อมต่อของกรดอะมิโนกับการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ
  • 2.7 ข้อความ RNA ถูกถอดรหัสโดยไรโบโซม
  • 2.8 การยืดตัวของโซ่พอลิเปปไทด์
  • 2.9 การแปลเสร็จสมบูรณ์
• 3 อ้างอิง

โปรตีนคืออะไร?

โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นจากกรดอะมิโน สิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยเกือบ 80% ของโปรโตพลาสซึมของเซลล์ที่ขาดน้ำทั้งหมด โปรตีนทั้งหมดที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตเรียกว่า "โปรตีน".

หน้าที่ของมันมีหลากหลายและหลากหลายตั้งแต่บทบาทโครงสร้าง (คอลลาเจน) ไปจนถึงการขนส่ง (ฮีโมโกลบิน) ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาทางชีวเคมี (เอนไซม์) การป้องกันเชื้อโรค (แอนติบอดี) หมู่คนอื่น ๆ.

มีกรดอะมิโนธรรมชาติ 20 ชนิดที่รวมกันด้วยพันธะเปปไทด์เพื่อสร้างโปรตีน กรดอะมิโนแต่ละตัวนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยมีกลุ่มเฉพาะที่ให้คุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพโดยเฉพาะ.

ขั้นตอนและลักษณะ

วิธีที่เซลล์จัดการในการตีความข้อความ DNA เกิดขึ้นผ่านเหตุการณ์พื้นฐานสองเหตุการณ์: การถอดความและการแปล สำเนา RNA จำนวนมากซึ่งถูกคัดลอกมาจากยีนเดียวกันสามารถสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนที่เหมือนกันจำนวนมากได้.

ยีนแต่ละตัวมีการคัดลอกและแปลต่างกันทำให้เซลล์สามารถผลิตโปรตีนได้หลากหลาย กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับเส้นทางการควบคุมเซลลูลาร์ที่หลากหลายซึ่งโดยทั่วไปจะรวมถึงการควบคุมในการผลิต RNA.

ขั้นตอนแรกที่เซลล์ต้องทำเพื่อเริ่มการผลิตโปรตีนคือการอ่านข้อความที่เขียนบนโมเลกุลดีเอ็นเอ โมเลกุลนี้เป็นสากลและมีข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการก่อสร้างและพัฒนาสิ่งมีชีวิตอินทรีย์.

ต่อไปเราจะอธิบายว่าการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นได้อย่างไรเริ่มต้นกระบวนการ "อ่าน" สารพันธุกรรมและสิ้นสุดด้วยการผลิตโปรตีน ต่อ se.

การถอดความจาก DNA ถึงผู้ส่งสาร RNA

ข้อความใน DNA double helix ถูกเขียนด้วยรหัสสี่ตัวอักษรที่สอดคล้องกับเบส adenine (A), guanine (G), cytosine (C) และ thymine (T).

ลำดับตัวอักษรของ DNA นี้ใช้เพื่อทำให้โมเลกุล RNA เทียบเท่ากัน.

ทั้ง DNA และ RNA เป็นโพลีเมอร์เชิงเส้นที่เกิดจากนิวคลีโอไทด์ อย่างไรก็ตามพวกมันมีความแตกต่างทางเคมีในด้านพื้นฐานสองประการ: นิวคลีโอไทด์ในอาร์เอ็นเอเป็นริบบอนนิวคลีโอไทด์และแทนที่จะเป็นฐานไทมีน, อาร์เอ็นเอนำเสนอ uracil (U).

กระบวนการถอดความเริ่มต้นด้วยการเปิดเกลียวคู่ในภูมิภาคเฉพาะ หนึ่งในสองโซ่ทำหน้าที่เป็น "แม่แบบ" หรืออารมณ์สำหรับการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ นิวคลีโอไทด์จะถูกเพิ่มตามกฎของการจับคู่ฐาน, C กับ G และ A กับ U.

เอนไซม์หลักที่เกี่ยวข้องกับการถอดรหัสคือ RNA polymerase มันมีหน้าที่กระตุ้นการก่อตัวของพันธะฟอสฟิกส์ที่เข้าร่วมกับนิวคลีโอไทด์ของโซ่ โซ่ขยายไปในทิศทาง 5 'ถึง 3'.

การเจริญเติบโตของโมเลกุลเกี่ยวข้องกับโปรตีนต่าง ๆ ที่รู้จักกันในชื่อ "ปัจจัยการยืดตัว" ที่รับผิดชอบในการรักษาความผูกพันของโพลิเมอร์จนกระทั่งสิ้นสุดกระบวนการ.

การต่อกันของ Messenger RNA

ในยูคาริโอตยีนมีโครงสร้างที่เฉพาะเจาะจง ลำดับถูกขัดจังหวะโดยองค์ประกอบที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนที่เรียกว่าอินตรอน คำนี้ตรงข้ามกับเอ็กซอนซึ่งรวมถึงส่วนของยีนที่จะถูกแปลเป็นโปรตีน.

ประกบ มันเป็นเหตุการณ์พื้นฐานที่ประกอบด้วยการกำจัดของ introns ของโมเลกุลสารเพื่อโยนโมเลกุลที่สร้างขึ้นโดย exons เท่านั้น ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือผู้ส่งสารผู้ใหญ่ RNA ทางกายภาพเครื่องจักรที่ซับซ้อนและมีพลวัตเกิดขึ้นในม้าม.

นอกเหนือจากการต่อเชื่อมแล้ว Messenger RNA ยังได้รับการเข้ารหัสเพิ่มเติมก่อนที่จะถูกแปล "ฮูด" ถูกเพิ่มเข้ามาซึ่งธรรมชาติของสารเคมีคือนิวคลีโอไทด์กัวนีนดัดแปลงและที่ปลาย 5 'และหางของอะดีนีนหลายตัวที่ปลายอีกด้านหนึ่ง.

ประเภทของ RNA

ในเซลล์นั้นมีการผลิต RNA หลากหลายชนิด ยีนบางตัวในเซลล์สร้างโมเลกุลของ Messenger RNA และสิ่งนี้ถูกแปลเป็นโปรตีน - ดังที่เราจะเห็นในภายหลัง อย่างไรก็ตามมียีนที่มีผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือโมเลกุลอาร์เอ็นเอเอง.

ตัวอย่างเช่นในจีโนมของยีสต์ประมาณ 10% ของยีนของเชื้อรานี้มีโมเลกุล RNA เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของพวกเขา มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะพูดถึงพวกเขาเนื่องจากโมเลกุลเหล่านี้มีบทบาทพื้นฐานเมื่อมันมาถึงการสังเคราะห์โปรตีน.

- Ribosomal RNA: ribosomal RNA เป็นส่วนหนึ่งของหัวใจของไรโบโซมโครงสร้างที่สำคัญสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน.

การประมวลผลของไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอและการรวมตัวกันที่เกิดขึ้นในไรโบโซมเกิดขึ้นในโครงสร้างที่ชัดเจนของนิวเคลียสแม้ว่ามันจะไม่ถูกคั่นด้วยเมมเบรนก็ตามเรียกว่านิวเคลียส.

- โอน RNA: มันทำหน้าที่เป็นตัวแปลงที่เลือกกรดอะมิโนที่เจาะจงและร่วมกับไรโบโซมพวกมันรวมเอากรดอะมิโนที่ตกค้างไว้ในโปรตีน กรดอะมิโนแต่ละตัวเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนโมเลกุลอาร์เอ็นเอ.

ในยูคาริโอตมีโพลีเมอร์สามประเภทที่แม้ว่าโครงสร้างคล้ายกันมาก แต่มีบทบาทที่แตกต่างกัน.

RNA polymerase I และ III คัดลอกยีนที่รหัสสำหรับการถ่ายโอน RNA, ribosomal RNA และ RNA ขนาดเล็กบางส่วน RNA polymerase II มุ่งเน้นไปที่การแปลยีนที่เป็นรหัสของโปรตีน.

- RNA ขนาดเล็กที่เกี่ยวข้องกับกฎระเบียบ: oRNAs ความยาวสั้นอื่น ๆ มีส่วนร่วมในการควบคุมการแสดงออกของยีน ในหมู่พวกเขา microRNAs และ RNA รบกวนขนาดเล็ก.

microRNAs ควบคุมการแสดงออกโดยการปิดกั้นข้อความที่เฉพาะเจาะจงและการรบกวนเล็ก ๆ ปิดการแสดงออกโดยวิธีการสลายตัวโดยตรงของผู้ส่งสาร ในทำนองเดียวกันมี RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็กที่มีส่วนร่วมในกระบวนการของ ประกบ ของ messenger RNA.

การแปล: จาก messenger RNA ไปยังโปรตีน

เมื่อร่อซู้ล RNA ครบกระบวนการของ ประกบ และมันเดินทางจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึมของเซลล์การสังเคราะห์โปรตีนเริ่มต้นขึ้น การส่งออกนี้เป็นสื่อกลางโดยคอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์ - ชุดของช่องทางน้ำที่ตั้งอยู่ในเยื่อหุ้มของนิวเคลียสที่เชื่อมต่อโดยตรงกับไซโตพลาสซึมและนิวเคลียส.

ในชีวิตประจำวันเราใช้คำว่า "แปล" เพื่ออ้างถึงการแปลงคำจากภาษาหนึ่งเป็นอีกภาษาหนึ่ง.

ตัวอย่างเช่นเราสามารถแปลหนังสือจากภาษาอังกฤษเป็นภาษาสเปน ในระดับโมเลกุลการแปลเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนภาษาจาก RNA เป็นโปรตีน เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้นก็คือการเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์เป็นกรดอะมิโน แต่ภาษาถิ่นเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร??

รหัสพันธุกรรม

ลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนสามารถเปลี่ยนเป็นโปรตีนได้ตามกฎที่กำหนดโดยรหัสพันธุกรรม นี่ถูกถอดรหัสในช่วงต้นยุค 60.

เนื่องจากผู้อ่านจะสามารถอนุมานได้การแปลจึงไม่สามารถเป็นหนึ่งหรือหนึ่งได้เนื่องจากมีนิวคลีโอไทด์เพียง 4 ตัวและกรดอะมิโน 20 ตัวเท่านั้น ตรรกะมีดังต่อไปนี้: การรวมกันของนิวคลีโอไทด์สามชนิดเรียกว่า "แฝดสาม" และพวกมันเกี่ยวข้องกับกรดอะมิโนชนิดหนึ่งโดยเฉพาะ.

เนื่องจากอาจมี 64 triplets ที่เป็นไปได้ (4 x 4 x 4 = 64) รหัสพันธุกรรมจึงซ้ำซ้อน นั่นคือกรดอะมิโนตัวเดียวกันถูกเข้ารหัสโดย triplet มากกว่าหนึ่งตัว.

การปรากฏตัวของรหัสพันธุกรรมเป็นสากลและถูกใช้โดยสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่วันนี้อาศัยอยู่ในโลก การใช้อย่างกว้างขวางมากนี้เป็นหนึ่งใน homologies โมเลกุลที่น่าแปลกใจที่สุดของธรรมชาติ.

การเชื่อมต่อของกรดอะมิโนเข้ากับการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ

codons หรือ triplets ที่พบในโมเลกุล RNA messenger ไม่มีความสามารถในการรับรู้กรดอะมิโนโดยตรง ในทางตรงกันข้ามการแปลร่อซู้ลของ RNA นั้นขึ้นอยู่กับโมเลกุลที่จัดการจดจำและผูกมัด codon และกรดอะมิโน โมเลกุลนี้คือการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ.

การถ่ายโอนอาร์เอ็นเอสามารถพับลงในโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนที่มีลักษณะคล้ายโคลเวอร์ ในโมเลกุลนี้มีบริเวณที่เรียกว่า "anticodon" ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ติดต่อกันสามลำดับที่จับคู่กับนิวคลีโอไทด์ที่ต่อเนื่องกันของโซ่ RNA messenger.

ดังที่กล่าวไว้ในส่วนก่อนหน้ารหัสทางพันธุกรรมซ้ำซ้อนดังนั้นกรดอะมิโนบางชนิดจึงมีการถ่ายโอน RNA มากกว่าหนึ่งรายการ.

การตรวจจับและการรวมตัวของกรดอะมิโนที่ถูกต้องไปยังการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอเป็นกระบวนการที่สื่อกลางโดยเอนไซม์ที่เรียกว่าอะมิโนอะซิล - ทีอาร์เอ็นเตเนเทส เอนไซม์นี้มีหน้าที่ต่อการเชื่อมต่อโมเลกุลทั้งสองผ่านพันธะโควาเลนต์.

ข้อความ RNA ถูกถอดรหัสโดยไรโบโซม

ในการสร้างโปรตีนกรดอะมิโนจะถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันด้วยพันธะเปปไทด์ กระบวนการในการอ่าน messenger RNA และการจับตัวของกรดอะมิโนที่เฉพาะเจาะจงเกิดขึ้นในไรโบโซม.

ไรโบโซมเป็นสารประกอบเชิงเร่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากโมเลกุลโปรตีนมากกว่า 50 ชนิดและไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอหลายชนิด ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตเซลล์เฉลี่ยมีไรโบโซมนับล้านในสภาพแวดล้อมไซโตพลาสซึมโดยเฉลี่ย.

โครงสร้างไรโบโซมประกอบด้วยหน่วยย่อยขนาดใหญ่และหน่วยย่อยขนาดเล็ก หน้าที่ของส่วนเล็ก ๆ คือเพื่อให้แน่ใจว่าการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอนั้นถูกจับคู่อย่างถูกต้องกับผู้ส่งสารอาร์เอ็นเอในขณะที่หน่วยย่อยขนาดใหญ่จะกระตุ้นการก่อตัวของพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโน.

เมื่อกระบวนการสังเคราะห์ไม่ทำงานหน่วยย่อยทั้งสองที่อยู่ในไรโบโซมจะถูกแยกออกจากกัน ในช่วงเริ่มต้นของการสังเคราะห์ messenger RNA ผูกทั้งหน่วยย่อยมักจะอยู่ใกล้ปลาย 5 '.

ในกระบวนการนี้การยืดตัวของสายโซ่พอลิเปปไทด์เกิดขึ้นจากการเพิ่มของกรดอะมิโนใหม่ที่ตกค้างในขั้นตอนต่อไปนี้: การเชื่อมโยงของการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอการก่อตัวของเปปไทด์พันธะ ผลลัพธ์ของขั้นตอนสุดท้ายนี้คือการเคลื่อนไหวของไรโบโซมที่สมบูรณ์และเริ่มรอบใหม่.

การยืดตัวของโซ่โพลีเปปไทด์

สามไซต์มีความโดดเด่นในไรโบโซม: ไซต์ E, P และ A (ดูภาพหลัก) กระบวนการยืดตัวเริ่มต้นขึ้นเมื่อกรดอะมิโนบางตัวมีพันธะโควาเลนท์แล้วและมีการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอโมเลกุลที่ไซต์ P.

การถ่ายโอนอาร์เอ็นเอที่มีกรดอะมิโนตัวต่อไปที่จะถูกรวมเข้ากับไซต์ A โดยการจับคู่เบสกับร่อซู้ลอาร์เอ็นเอ จากนั้นส่วนขั้วคาร์บอกซิลของเปปไทด์จะถูกปลดปล่อยจากการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอที่ไซต์ P โดยการสลายพันธะพลังงานสูงระหว่างการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอและกรดอะมิโนที่ดำเนินการ.

กรดอะมิโนอิสระผูกกับโซ่และพันธะเปปไทด์ใหม่เกิดขึ้น ปฏิกิริยากลางของกระบวนการทั้งหมดนี้จะถูกสื่อกลางโดยเอนไซม์ peptidyl transferase ซึ่งพบได้ในหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซม ดังนั้นไรโบโซมจะเคลื่อนที่ผ่าน Messenger RNA แปลภาษาของกรดอะมิโนให้เป็นโปรตีน.

เช่นเดียวกับการถอดความปัจจัยการยืดตัวก็มีส่วนเกี่ยวข้องในระหว่างการแปลโปรตีน องค์ประกอบเหล่านี้เพิ่มความเร็วและประสิทธิภาพของกระบวนการ.

เสร็จสิ้นการแปล

กระบวนการแปลสิ้นสุดลงเมื่อไรโบโซมพบ codons หยุด: UAA, UAG หรือ UGA สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการยอมรับจากการถ่ายโอน RNA และไม่ผูกกรดอะมิโนใด ๆ.

ในเวลานี้โปรตีนที่รู้จักกันในชื่อรีลีสแฟคเตอร์จะจับกับไรโบโซมและสร้างการเร่งปฏิกิริยาของโมเลกุลน้ำและไม่ใช่กรดอะมิโน ปฏิกิริยานี้ปล่อยขั้วปลายคาร์บอกซิล ในที่สุดโซ่เปปไทด์จะถูกปล่อยเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์.

การอ้างอิง

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). ชีวเคมี ฉบับที่ 5. นิวยอร์ก: W H Freeman.
2. Curtis, H. , & Schnek, A. (2006). ขอเชิญทางชีววิทยา. Ed. Panamericana การแพทย์.
3. Darnell, J. E. , Lodish, H. F. , & Baltimore, D. (1990). ชีววิทยาของเซลล์ระดับโมเลกุล. นิวยอร์ก: หนังสือวิทยาศาสตร์อเมริกัน.
4. Hall, J. E. (2015). หนังสือ Guyton and Hall ของสรีรวิทยาการแพทย์ e-Book. วิทยาศาสตร์สุขภาพของเอลส์เวียร์.
5. Lewin, B. (1993). ยีน เล่มที่ 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). ชีววิทยาของเซลล์และโมเลกุล. Ed. Panamericana การแพทย์.
7. Ramakrishnan, V. (2002) โครงสร้างของไรโบโซมและกลไกการแปล. เซลล์, 108(4), 557-572.
8. Tortora, G. J. , Funke, B. R. , และ Case, C. L. (2007). จุลชีววิทยาเบื้องต้น. Ed. Panamericana การแพทย์.
9. Wilson, D. N. , & Cate, J. H. D. (2012) โครงสร้างและหน้าที่ของไรโบโซมยูคาริโอต. มุมมองท่าเรือฤดูใบไม้ผลิเย็นในชีววิทยา, 4(5), a011536.