Die Proteinsynthese ist ein sehr wichtiger Prozess. Er ist es, der unserem Körper hilft zu wachsen und sich zu entwickeln. Es betrifft viele Zellstrukturen. Schließlich müssen Sie zuerst verstehen, was genau wir synthetisieren werden.
Welches Protein muss gerade aufgebaut werden - dafür sind Enzyme zuständig. Sie erh alten von der Zelle Signale über die Notwendigkeit eines bestimmten Proteins, woraufhin dessen Synthese beginnt.
Wo die Proteinsynthese stattfindet
In jeder Zelle ist der Hauptort der Proteinbiosynthese das Ribosom. Es ist ein großes Makromolekül mit einer komplexen asymmetrischen Struktur. Es besteht aus RNA (Ribonukleinsäuren) und Proteinen. Ribosomen können einzeln lokalisiert sein. Meistens werden sie jedoch mit EPS kombiniert, was die anschließende Sortierung und den Transport von Proteinen erleichtert.
Wenn Ribosomen auf dem endoplasmatischen Retikulum sitzen, spricht man von rauem ER. Bei intensiver Translation können sich mehrere Ribosomen gleichzeitig entlang einer Vorlage bewegen. Sie folgen einander und stören andere Organellen überhaupt nicht.
Was für die Synthese benötigt wirdEichhörnchen
Damit der Prozess fortgesetzt werden kann, müssen alle Hauptkomponenten des Proteinsynthesesystems vorhanden sein:
- Ein Programm, das die Reihenfolge der Aminosäurereste in der Kette festlegt, nämlich mRNA, die diese Information von der DNA auf die Ribosomen überträgt.
- Aminosäurematerial, aus dem ein neues Molekül aufgebaut wird.
- tRNA, die jede Aminosäure an das Ribosom liefert, wird an der Entschlüsselung des genetischen Codes beteiligt sein.
- Aminoacyl-tRNA-Synthetase.
- Das Ribosom ist der Hauptort der Proteinbiosynthese.
- Energie.
- Magnesiumionen.
- Eiweißfaktoren (jedes Stadium hat seine eigenen).
Sehen wir uns nun jeden einzelnen genauer an und finden heraus, wie Proteine entstehen. Der Mechanismus der Biosynthese ist sehr interessant, alle Komponenten wirken ungewöhnlich koordiniert.
Syntheseprogramm, Matrixsuche
Alle Informationen darüber, welche Proteine unser Körper aufbauen kann, sind in der DNA enth alten. Desoxyribonukleinsäure wird verwendet, um genetische Informationen zu speichern. Es ist fest in den Chromosomen verpackt und befindet sich in der Zelle im Zellkern (bei Eukaryoten) oder schwimmt im Zytoplasma (bei Prokaryoten).
Nach der DNA-Forschung und der Erkennung seiner genetischen Rolle wurde klar, dass es sich nicht um eine direkte Vorlage für die Übersetzung handelt. Beobachtungen haben zu Vermutungen geführt, dass RNA mit der Proteinsynthese assoziiert ist. Die Wissenschaftler entschieden, dass es ein Vermittler sein sollte, Informationen von der DNA auf die Ribosomen übertragen und als Matrix dienen sollte.
Zur gleichen Zeit gab esRibosomen sind offen, ihre RNA macht den Großteil der zellulären Ribonukleinsäure aus. Um zu überprüfen, ob es sich um eine Matrix für die Proteinsynthese handelt, A. N. Belozersky und A. S. Spirin in den Jahren 1956-1957. führten eine vergleichende Analyse der Zusammensetzung von Nukleinsäuren in einer großen Anzahl von Mikroorganismen durch.
Es wurde angenommen, dass, wenn die Idee des "DNA-rRNA-Protein"-Schemas richtig ist, sich die Zusammensetzung der Gesamt-RNA auf die gleiche Weise wie die DNA ändern wird. Aber trotz der enormen Unterschiede in der Desoxyribonukleinsäure bei verschiedenen Arten war die Zusammensetzung der Gesamtribonukleinsäure bei allen betrachteten Bakterien ähnlich. Daraus schlossen die Wissenschaftler, dass die zelluläre Haupt-RNA (also ribosomale) kein direkter Vermittler zwischen dem Träger der genetischen Information und dem Protein ist.
Entdeckung von mRNA
Später wurde entdeckt, dass ein kleiner Teil der RNA die Zusammensetzung der DNA wiederholt und als Vermittler dienen kann. 1956 untersuchten E. Volkin und F. Astrachan den Prozess der RNA-Synthese in Bakterien, die mit dem T2-Bakteriophagen infiziert waren. Nachdem es in die Zelle gelangt ist, sch altet es auf die Synthese von Phagenproteinen um. Gleichzeitig änderte sich der Hauptteil der RNA nicht. Aber in der Zelle begann die Synthese einer kleinen Fraktion metabolisch instabiler RNA, deren Nukleotidsequenz ähnlich der Zusammensetzung der Phagen-DNA war.
1961 wurde diese kleine Fraktion der Ribonukleinsäure aus der Gesamtmasse der RNA isoliert. Beweise für seine vermittelnde Funktion wurden aus Experimenten erh alten. Nach Infektion von Zellen mit T4-Phagen wurde neue mRNA gebildet. Sie verband sich mit den alten MeisternRibosomen (nach der Infektion werden keine neuen Ribosomen gefunden), die mit der Synthese von Phagenproteinen begannen. Diese "DNA-ähnliche RNA" erwies sich als komplementär zu einem der DNA-Stränge des Phagen.
1961 schlugen F. Jacob und J. Monod vor, dass diese RNA Informationen von Genen zu Ribosomen trägt und eine Matrix für die sequentielle Anordnung von Aminosäuren während der Proteinsynthese ist.
Der Informationstransfer zum Ort der Proteinsynthese erfolgt durch mRNA. Der Prozess des Ablesens von Informationen aus der DNA und des Erstellens von Boten-RNA wird als Transkription bezeichnet. Danach durchläuft die RNA eine Reihe zusätzlicher Veränderungen, dies wird als "Prozessierung" bezeichnet. Dabei können bestimmte Abschnitte aus der Matrix Ribonukleinsäure herausgeschnitten werden. Dann geht die mRNA zu den Ribosomen.
Baustoff für Proteine: Aminosäuren
Es gibt insgesamt 20 Aminosäuren, einige davon sind essentiell, das heißt, der Körper kann sie nicht synthetisieren. Wenn etwas Säure in der Zelle nicht ausreicht, kann dies zu einer Verlangsamung der Translation oder sogar zum vollständigen Stopp des Prozesses führen. Das Vorhandensein jeder Aminosäure in ausreichender Menge ist die Hauptvoraussetzung für den korrekten Ablauf der Proteinbiosynthese.
Wissenschaftler erhielten bereits im 19. Jahrhundert allgemeine Informationen über Aminosäuren. Dann, 1820, wurden die ersten beiden Aminosäuren, Glycin und Leucin, isoliert.
Die Abfolge dieser Monomere in einem Protein (die sogenannte Primärstruktur) bestimmt vollständig seine nächsten Organisationsebenen und damit seine physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Transport von Aminosäuren: tRNA und aa-tRNA-Synthetase
Aber Aminosäuren können sich nicht selbst zu einer Proteinkette aufbauen. Damit sie zum Hauptort der Proteinbiosynthese gelangen, wird Transfer-RNA benötigt.
Jede aa-tRNA-Synthetase erkennt nur ihre eigene Aminosäure und nur die tRNA, an die sie gebunden werden muss. Es stellt sich heraus, dass diese Familie von Enzymen 20 Arten von Synthetasen umfasst. Es bleibt nur zu sagen, dass Aminosäuren an die tRNA angehängt werden, genauer gesagt an ihren Hydroxyl-Akzeptor-„Schwanz“. Jede Säure muss ihre eigene Transfer-RNA haben. Dies wird durch die Aminoacyl-tRNA-Synthetase überwacht. Es bringt nicht nur Aminosäuren zum richtigen Transport, es reguliert auch die Esterbindungsreaktion.
Nach einer erfolgreichen Bindungsreaktion wandert die tRNA zum Ort der Proteinsynthese. Damit sind die Vorbereitungsprozesse beendet und die Sendung beginnt. Betrachten Sie die Hauptschritte der Proteinbiosynthese :
- Einweihung;
- Dehnung;
- Kündigung.
Syntheseschritte: Initiierung
Wie erfolgt die Proteinbiosynthese und ihre Regulation? Wissenschaftler haben lange versucht, dies herauszufinden. Zahlreiche Hypothesen wurden aufgestellt, aber je moderner die Geräte wurden, desto besser begannen wir, die Prinzipien des Rundfunks zu verstehen.
Das Ribosom, der Hauptort der Proteinbiosynthese, beginnt mit dem Lesen der mRNA an dem Punkt, an dem sein Teil beginnt, der die Polypeptidkette kodiert. Dieser Punkt befindet sich auf einem bestimmtenweg vom Beginn der Boten-RNA. Das Ribosom muss die Stelle auf der mRNA erkennen, an der das Lesen beginnt, und sich damit verbinden.
Initiation - eine Reihe von Ereignissen, die den Beginn der Übertragung darstellen. Es handelt sich um Proteine (Initiationsfaktoren), Initiator-tRNA und ein spezielles Initiator-Codon. In diesem Stadium bindet die kleine Untereinheit des Ribosoms an Initiationsproteine. Sie verhindern, dass es mit der großen Untereinheit in Kontakt kommt. Aber sie ermöglichen Ihnen, sich mit der Initiator-tRNA und GTP zu verbinden.
Dann „sitzt“dieser Komplex auf der mRNA, genau an der Stelle, die von einem der Initiationsfaktoren erkannt wird. Es kann keinen Fehler geben, und das Ribosom beginnt seine Reise durch Boten-RNA und liest seine Codons.
Sobald der Komplex das Initiationscodon (AUG) erreicht, hört die Untereinheit auf sich zu bewegen und bindet mit Hilfe anderer Proteinfaktoren an die große Untereinheit des Ribosoms.
Syntheseschritte: Elongation
Das Lesen von mRNA beinh altet die sequentielle Synthese einer Proteinkette durch ein Polypeptid. Dabei wird dem zu konstruierenden Molekül ein Aminosäurerest nach dem anderen hinzugefügt.
Jeder neue Aminosäurerest wird an das Carboxylende des Peptids angefügt, der C-Terminus wächst.
Syntheseschritte: Termination
Wenn das Ribosom das Terminationscodon der Boten-RNA erreicht, stoppt die Synthese der Polypeptidkette. In seiner Gegenwart kann die Organelle keine tRNA aufnehmen. Stattdessen kommen Terminierungsfaktoren ins Spiel. Sie setzen das fertige Protein aus dem gestoppten Ribosom frei.
NachNach Beendigung der Translation kann das Ribosom die mRNA entweder verlassen oder ohne Translation weiter an ihr entlang gleiten.
Die Begegnung des Ribosoms mit einem neuen Initiationscodon (am gleichen Strang während der Fortführung der Bewegung oder an einer neuen mRNA) führt zu einer neuen Initiation.
Nachdem das fertige Molekül den Hauptort der Proteinbiosynthese verlassen hat, wird es markiert und an seinen Bestimmungsort geschickt. Welche Funktionen es erfüllt, hängt von seiner Struktur ab.
Prozesskontrolle
Abhängig von ihren Bedürfnissen wird die Zelle die Übertragung selbstständig steuern. Die Regulation der Proteinbiosynthese ist eine sehr wichtige Funktion. Dies kann auf viele Arten geschehen.
Wenn eine Zelle keine Verbindung benötigt, stoppt sie die RNA-Biosynthese - die Proteinbiosynthese wird ebenfalls gestoppt. Ohne eine Matrix wird der gesamte Prozess schließlich nicht beginnen. Und alte mRNAs zerfallen schnell.
Es gibt eine weitere Regulation der Proteinbiosynthese: Die Zelle erzeugt Enzyme, die in die Initiationsphase eingreifen. Sie stören die Übersetzung, auch wenn die Lesematrix verfügbar ist.
Die zweite Methode ist notwendig, wenn die Proteinsynthese gerade abgesch altet werden muss. Die erste Methode beinh altet die Fortsetzung der langsamen Translation für einige Zeit nach Beendigung der mRNA-Synthese.
Eine Zelle ist ein sehr komplexes System, in dem alles im Gleichgewicht geh alten wird und die präzise Arbeit jedes Moleküls. Es ist wichtig, die Prinzipien jedes in der Zelle ablaufenden Prozesses zu kennen. So können wir besser verstehen, was im Gewebe und im ganzen Körper passiert.
