2 Pagrindiniai žingsniai, susiję su baltymų sintezės mechanizmu: transkripcija ir vertimas
Pagrindiniai baltymų sintezės mechanizmo veiksmai yra 1. Transkripcija ir 2. Vertimas!
Daugeliu atvejų baltymų biosintezė yra tiesiogiai kontroliuojama DNR, arba kontroliuojant genetinę RNR, kurioje nėra DNR.
Informacija apie polipeptido struktūrą yra saugoma polinukleotidų grandinėje. 1958 m. Crick pasiūlė, kad informacija, esanti DNR (bazinės sekos forma), būtų perkelta į RNR, o po to iš RNR perduodama į baltymą (aminorūgščių sekos forma) ir kad ši informacija nepatektų į atvirkščiai, ty nuo baltymų iki RNR iki DNR.
DNR molekulės pateikia informaciją savo replikacijai. Šis ryšys tarp DNR, RNR ir baltymų molekulių yra žinomas kaip centrinė dogma. Teminas (1970) pranešė, kad retrovirusai valdo centrinę dogmą (atvirkštinį informacijos srautą) arba feminizmą šeimininkų ląstelėse.
Šių virusų genominė RNR pirmiausia sintezuoja DNR per atvirkštinę transkripciją; šį procesą katalizuoja atvirkštinės transkriptazės fermentas, tada DNR perduoda informaciją pasiuntinio RNR, kuri dalyvauja koduojamos informacijos vertime, kad sudarytų polipeptidą.
Baltymų sintezės mechanizmas:
i) baltymų sintezėje dalyvauja du pagrindiniai etapai; (i) transkripcija, apimanti genetinės informacijos perdavimą iš DNR į mRNR, ir (ii) vertimą, įskaitant nukleino rūgšties kalbos perkėlimą į baltymų kalbą.
I. Transkripcija:
Genetinės informacijos perdavimas iš DNR į mRNR yra žinomas kaip transkripcija. Viena RNR polimerazė atlieka visų RNR (įskaitant mRNR, rRNR ir tRNR) sintezę bakterijose. Kita vertus, eukariotai turi bent tris atskiras RNR polimerazes.
Vienas iš jų, esančių branduolyje, yra vadinamas RNR polimeraze I arba „A“ ir yra atsakingas už rRNR sintezę. Antroji eukariotinė RNR polimerazė randama nukleoplazmoje, yra vadinama RNR polimeraze II arba „B“ ir yra atsakinga už mRNR prekursorių, vadinamų heterogeninėmis branduolinėmis RNR (HnRNA), sintezę.
Trečioji eukariotinė RNR polimerazė taip pat randama nukleoplazmoje ir yra vadinama RNR polimeraze III arba „C“, kuri yra atsakinga už 5S RNR ir tRNR sintezę. Eukariotuose taip pat yra kitų RNR polimerazių mitochondrijose ir plastiduose.
Bakterinė RNR polimerazė susideda iš keturių skirtingų polipeptidų grandinių: branduolio fermento x (dvi ∞ grandinės ir viena grandinė, kiekviena iš β ir β) ir sigmos faktoriaus (a)
1. MRNR transkripcija iš DNR:
Esant DNR priklausomam RNR polimerazės fermentui, DNR koduotas genetinis pranešimas transkribuojamas į mRNR. Dvi konkrečios DNR molekulės krypties ir viena iš šių dviejų krypčių veikia kaip šablonas (ši kryptis vadinama antisensine grandine), iš kurios tiksli nukleotidų seka transkribuojama į mRNR molekulę. Dėl šios priežasties mRNR molekulės bazinė seka yra papildoma antisenso grandinės, kuri buvo naudojama kaip šablonas, komplementarė. Kaip ir DNR sintezė, RNR sintezė taip pat vyksta nuo 5 ′ iki 3 'krypties (5 ′ - »3 ′).
a) Transkripcija prokariotuose:
Bakterijose tik viena RNR polimerazė katalizuoja įvairių tipų RNR sintezę. RNR polimerazę sudaro keturios polipeptidinės grandinės (αββα2), kurios sudaro pagrindinį fermentą ir sigmos faktorių (σ), kuris yra laisvai prijungtas prie pagrindinio fermento. Sigmos faktorius padeda atpažinti DNR molekulės pradinius signalus ir nukreipia RNR polimerazę pasirenkant iniciacijos vietą. Jei nėra σ, šerdies fermentas inicijuoja RNR sintezę atsitiktine tvarka.
Pradėjus RNR sintezę, disociatai ir branduolinis fermentas sukelia mRNAA pailgėjimą.
Taigi transkripcijos mechanizmas prokariotuose apima šiuos veiksmus:
1. RNR polimerazės holoenzimo prijungimas prie promotoriaus vietos. Nustatyta daug šių svetainių, dažniausiai prieš pradinį tašką (ty aukštyn), bet retai ir po pradinio taško (ty pasroviui).
2. DNR atsipalaidavimas, dėl kurio atskiriamos dvi grandinės, iš kurių tik viena yra transkribuota.
3. Sigmos faktoriaus (a) atskyrimas.
4. mRNR transkripcijos pailgėjimas, naudojant pagrindinį fermentą.
5. MRNR sintezės nutraukimas atsiranda dėl DNR nutraukimo kodono. Bakterijose šis nutraukimo signalas yra atpažįstamas pagal faktorių rho (P).
(b) mRNR transkripcija eukariotuose:
Eukariotuose yra bent dviejų tipų RNR polimerazės. RNS polimerazė-A yra atsakinga už rRNR sintezę. RNR-polimerazė-B sukelia Hn-RNR (heterogeninės branduolinės RNR iš DNR sintezę). Hn-RNR 3'-gale prijungiama apie 200 nukleotidų adenilo rūgšties seka - poli-A (poli-adenilo rūgštis). Tuo pačiu metu Hn-RNR pasiskirsto 5 'gale, o galutinis produktas yra žinomas kaip poli-A-mRNR.
Jis išskiria iš branduolio į citoplazmą, kur jis naudojamas baltymų sintezei (abiejuose galuose yra specifinė nukleotidų seka. MRNR molekulės 5 'gale yra 7-metil-guanozinas, o 3'-galas baigiasi poli-A sekoje. Nukleotidų seka abiejuose visų mRNR molekulių galuose yra ta pati, todėl manoma, kad mRNR molekulės turi pažymėtus galus.
Aminoacil-tRNR formavimasis:
Lipmano ir bendradarbių studijos 1950-aisiais parodė, kad amino rūgštys prijungtos prie tRNR molekulių: šis priedas turi šiuos du žingsnius:
1. Pirmasis etapas yra aminorūgščių aktyvinimas; aminorūgšties molekulė reaguoja su ATP (adenozino trifosfato) molekule, kad gautų aminoacil-AMP (amino-aciladenilato) molekulę ir vieną molekulę profosfato (PP).
2. Antrajame etape aminoacilo-AMP molekulės aminorūgštis perkeliama į specifinę tRNR molekulę ir išleidžiama AMP (adenozino monofosfato) molekulė.
Abi reakcijas katalizuoja tas pats fermentas, aminoacil-tRNR sintetazė. Aminorūgšties AMP kompleksas yra glaudžiai susietas su fermentu per visą reakciją. Aminorūgšties karboksilo grupė reaguoja su AMP fosfato liekanos -OH grupe, kad susidarytų aminoacilo adenilatai, o jis prisijungia prie vienos iš galinės adenino nukleotido ribozės -OH grupių, kad gautų aminoacil-tRNR.
Kiekviena aminorūgštis turi savo atskirą aminoacilo tRNR-sintetazę, o kai kurios aminorūgštys gali turėti daugiau nei vieną aktyvinimo fermentą.
II. Vertimas:
Vertimo etapas apima nukleorūgščių (esančių mRNR formoje) kalbos perkėlimą į baltymų kalbą.
Vertimo procesas gali būti suskirstytas į šiuos skirtingus veiksmus:
(1) inicijavimas
(2) pailgėjimas ir
3) nutraukimas.
1. Polipeptidinės grandinės inicijavimas:
Polipeptidinės grandinės inicijavimą visada sukelia aminorūgščių metioninas, kurį koduoja AUG kodonas. E. coli du skirtingi tRNR gauna metioniną - (i) tRNRM susitiko (neformiliuojamas tRNR) ir (ii) tRNR f met (formiliuojamas tRNR). tRNR f motetas yra formilintas metioninas kaip pirmoji polipeptidinės grandinės aminorūgštis ir tokiu būdu inicijuoja polipeptidinės grandinės susidarymą. tRNR susitiko su metioninu tarpkultūrinėje padėtyje polipeptido grandinėje.
Tai reiškia, kad kiekvienas pranešimas prasideda kodonu AUG.
(i) polipeptidinės grandinės pradėjimas prokariotuose:
Prokariotuose inicijavimą sukelia formilintas metioninas.
E. coli formiliuojamas metioninas yra paimamas skirtingu tRNR, kuris yra žymimas tRNA f met (formiliuojamas tRNR). Metioninas tarpkultūrinėje padėtyje polipeptidinėje grandinėje yra nusodintas kito tRNR-tRNR, susitinkančio (neformiliuojamo tRNR).
Formuluotas metioninas prijungiamas prie įvykdytos tRNR f f-met-tRNA f . Mažas ribosomos subvienetas (30S) prijungiamas prie 5 ′ galo mRNR, turinčio AUG kodoną, kad susidarytų iniciacijos kompleksas (30S-mRNR). Tai palengvina inicijavimo baltymo faktorius 1F3 . F-met-tRNA f susitinka su iniciacijos kompleksu, sudarančiu 30S-mRNA-f-met-tRNA f ; pradžios faktorius 1F 2 yra būtinas šiam etapui. Tai sujungia su dideliu subvienetu (50S), baigiančiu 70S ribosomų formavimąsi. Ši asociacija naudoja energiją dėl vienos GTP molekulės skilimo.
2. Polipeptidinės grandinės pailgėjimas:
Sukūrus 70S-mRNAf-met-tRNR kompleksą, polipeptidinės grandinės pailgėjimas vyksta reguliariai pridedant aminorūgščių šiose stadijose: -
(i) AA-tRNR prisijungimas prie didesnės ribosomos subvieneto A vietos:
Labiausiai tikėtina, kad aminoacilo tRNR kompleksas (AA-tRNR / - Met-tRNR t atitinka yra prijungtas prie akceptoriaus vietos ant didesnio ribosomos subvieneto (A-vietos) ir tRNR, turinčio peptido grandinę, yra prijungtas prie peptidilo arba donoro vietos (P Šis procesas apima GTP molekulę, kuri suteikia reikalingą energiją, o antrasis aminoacil tRNR prisijungia prie A-vietos ir prisijungia prie antrojo kodono GCU ant mRNR.
(ii) peptidinės jungties susidarymas:
Peptido ryšys susidaro tarp peptidilo tRNR COOH grupės vietoje-P ir amino-acilo tRNR grupę-A. Sukūrus peptidinę jungtį, iš P-vietos išleidžiama tRNR ir polipeptidinė grandinė perkeliama į RNR, esančią A vietoje.
(iii) peptidilo tRNR judėjimas iš A vietos į P-vietą:
Iš karto, kai išleidžiama iš P-vietos tRNR, peptidilo-tRNR iš A vietos perkeliama atgal į P-vietą. Procesas užbaigiamas naudojant GTP molekulę ir perdavimo faktorių arba fermento translokazę.
Šio proceso metu ribosomų poslinkis palei mRNR 5-3 ′ kryptimi, kad kitas kodonas ant mRNR būtų prieinamas A vietoje. Tam reikia G-faktoriaus ir GTP.
Kai viena ribosoma juda išilgai mRNR, mRNR pradžios taškas tampa laisvas. Jis gali sudaryti iniciacijos kompleksą su kito ribosomos 30S subvienetu. Tokiu būdu į vieną mRNR molekulę prisijungia keletas ribosomų. Šis kompleksas yra žinomas kaip poliribosomų kompleksas.
Baltymų sintezės metu vienu metu galima matyti ribosomų skaičių, susietų su viena mRNR molekule, kurių kiekviena suformavo polipeptidinę grandinę, skirtingų ribosomų polipeptidinių grandinių dydis yra skirtingas.
Yra dar vienas pradžios faktorius IF1; kuris yra mažiausias iš trijų pradinių faktorių (IF1 - 9500 daltonų, IF2 - 73 000 daltonų; IF3 = 23 000 daltonų) ir kurio vaidmuo nėra aiškiai suprantamas. Ji galėtų būti susijusi su IF2 išleidimu iš iniciacijos komplekso.
(iv) Polipeptidinės grandinės inicijavimas eukariotuose:
Eukariotuose polipeptidinės grandinės inicijavimą atneša specialus metr tRNR, tačiau metioninas nėra formilintas (nes augaluose nėra RNR, o gyvūnuose nėra fermento transformilo). Eukariotuose mažesnis ribosomų vienetas (40 S) susieja su iniciatoriaus tRNR, žinomu kaip tRNAy f met .
40S + Met-tRNA sutikau 40S-Met-tRNA
40S - Met-tRNR + mRNR -> 40S-mRNR-metRRNR
40S - mRNA-met-tRNA, su kuria susitikau + 60S -> 80S -mRNA-met- tRNA
Eukariotuose yra bent dešimt skirtingų iniciacijos faktorių. Tai yra elF1, eIF2, eIF3, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F, eIF5 ir eIF6. eIF3 ir eIF2 yra analogiškos prokariotų IF2 ir IF3.
3. Polipeptido nutraukimas:
Jis atsiranda dėl bet kurio iš trijų galinių kodonų, būtent UAA, UAG ir UGA. Šie užbaigimo kodonai yra atpažįstami vienu iš dviejų išskyrimo faktorių RF1 ir RF2 E. coli. Iš šių išskyrimo faktorių RF1 atpažįsta UAA ir UAG, o RF2 atpažįsta UGA ir UAA. Jie padeda ribosomui atpažinti šiuos tripletus.
Atrodo, kad atpalaidavimo faktoriai veikia „A“, nes supresoriaus tRNR, galintis atpažinti galinius kodonus, gali konkuruoti su išsiskyrimo veiksniais, įvesdami A “vietą. Atrodo, kad trečiasis išsiskyrimo faktorius RF3 stimuliuoja RF1 ir RF2 veikimą.
Atleidimo reakcijai polipeptilo tRNR turi būti „P“ vietoje, o atpalaidavimo faktoriai padeda padalyti karboksilo grupę tarp polipeptido ir paskutinės tRNR, turinčios šią grandinę. Tokiu būdu išleidžiamas polipeptidas, o ribosomas IF-3 pagalba išskiria į du subvienetus.
Eukariotui žinomas tik vienas išleidimo faktorius, ty eRF1.
4. Išleisto polipeptido grandinės modifikavimas:
Išleistos polipeptidinės grandinės pirmosios aminorūgšties, metionino, formilo grupė pašalinama deformilazės fermentu. Kai kurie kiti fermentai, tokie kaip expeptidazės, pašalina kai kurias aminorūgštis iš N-galo galo arba C-galo galo arba iš abiejų polipeptido grandinės galų. Galiausiai ši polipeptidinė grandinė vieni ar kartu su kitomis grandinėmis sulankstoma, kad prisiimtų tretinį ar ketvirtinį struktūrą ir modifikuotų funkcinį fermentą.
