การสังเคราะห์ขั้นตอนของโปรตีนและคุณลักษณะ
การสังเคราะห์โปรตีน มันเป็นเหตุการณ์ทางชีวภาพที่เกิดขึ้นจริงในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เซลล์ใช้ข้อมูลที่เก็บไว้ใน DNA อย่างต่อเนื่องและด้วยการมีเครื่องจักรเฉพาะทางที่ซับซ้อนมากทำให้มันกลายเป็นโมเลกุลโปรตีน.
อย่างไรก็ตามรหัส 4 ตัวที่เข้ารหัสใน DNA ไม่ได้แปลเป็นโปรตีนโดยตรง ในกระบวนการเกี่ยวข้องกับโมเลกุล RNA ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางเรียกว่า messenger RNA.
![](http://ar.thpanorama.com/img/images_3/sntesis-de-protenas-etapas-y-sus-caractersticas.jpg)
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
![](http://ar.thpanorama.com/img/images_3/sntesis-de-protenas-etapas-y-sus-caractersticas.png)
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.
![](http://ar.thpanorama.com/img/images_3/sntesis-de-protenas-etapas-y-sus-caractersticas_3.png)
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
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). ชีวเคมี ฉบับที่ 5. นิวยอร์ก: W H Freeman.
- Curtis, H. , & Schnek, A. (2006). ขอเชิญทางชีววิทยา. Ed. Panamericana การแพทย์.
- Darnell, J. E. , Lodish, H. F. , & Baltimore, D. (1990). ชีววิทยาของเซลล์ระดับโมเลกุล. นิวยอร์ก: หนังสือวิทยาศาสตร์อเมริกัน.
- Hall, J. E. (2015). หนังสือ Guyton and Hall ของสรีรวิทยาการแพทย์ e-Book. วิทยาศาสตร์สุขภาพของเอลส์เวียร์.
- Lewin, B. (1993). ยีน เล่มที่ 1. Reverte.
- Lodish, H. (2005). ชีววิทยาของเซลล์และโมเลกุล. Ed. Panamericana การแพทย์.
- Ramakrishnan, V. (2002) โครงสร้างของไรโบโซมและกลไกการแปล. เซลล์, 108(4), 557-572.
- Tortora, G. J. , Funke, B. R. , และ Case, C. L. (2007). จุลชีววิทยาเบื้องต้น. Ed. Panamericana การแพทย์.
- Wilson, D. N. , & Cate, J. H. D. (2012) โครงสร้างและหน้าที่ของไรโบโซมยูคาริโอต. มุมมองท่าเรือฤดูใบไม้ผลิเย็นในชีววิทยา, 4(5), a011536.