سنتز پروتئین فرآیند بسیار مهمی است. این اوست که به رشد و تکامل بدن ما کمک می کند. این شامل بسیاری از ساختارهای سلولی است. پس از همه، ابتدا باید بفهمید که دقیقاً چه چیزی را قرار است ترکیب کنیم.
چه پروتئینی در حال حاضر باید ساخته شود - آنزیم ها مسئول این هستند. آنها سیگنال هایی را از سلول در مورد نیاز به پروتئین خاصی دریافت می کنند و پس از آن سنتز آن آغاز می شود.
جایی که سنتز پروتئین انجام می شود
در هر سلولی، محل اصلی بیوسنتز پروتئین ریبوزوم است. این یک ماکرومولکول بزرگ با ساختار نامتقارن پیچیده است. از RNA (اسیدهای ریبونوکلئیک) و پروتئین ها تشکیل شده است. ریبوزوم ها را می توان به تنهایی قرار داد. اما اغلب آنها با EPS ترکیب می‌شوند که مرتب‌سازی و انتقال بعدی پروتئین‌ها را تسهیل می‌کند.
اگر ریبوزوم ها روی شبکه آندوپلاسمی بنشینند، به آن ER خشن می گویند. وقتی ترجمه شدید باشد، چندین ریبوزوم می توانند همزمان در امتداد یک الگو حرکت کنند. آنها به دنبال یکدیگر می آیند و به هیچ وجه با اندامک های دیگر تداخل ندارند.
آنچه برای سنتز لازم استسنجاب
برای ادامه روند، لازم است که تمام اجزای اصلی سیستم سنتز پروتئین در جای خود باشند:
- برنامه ای که ترتیب باقی مانده های اسید آمینه را در زنجیره تنظیم می کند، یعنی mRNA، که این اطلاعات را از DNA به ریبوزوم ها منتقل می کند.
- مواد اسید آمینه که از آن یک مولکول جدید ساخته خواهد شد.
- tRNA، که هر اسید آمینه را به ریبوزوم می رساند، در رمزگشایی کد ژنتیکی شرکت خواهد کرد.
- آمینوآسیل-tRNA سنتتاز.
- ریبوزوم محل اصلی بیوسنتز پروتئین است.
- انرژی.
- یون منیزیم.
- فاکتورهای پروتئینی (هر مرحله خاص خود را دارد).
حالا اجازه دهید هر یک از آنها را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم و دریابیم که پروتئین ها چگونه ایجاد می شوند. مکانیسم بیوسنتز بسیار جالب است، همه اجزا به طور غیرعادی هماهنگ عمل می کنند.
برنامه سنتز، جستجوی ماتریس
تمام اطلاعات در مورد پروتئین هایی که بدن ما می تواند بسازد در DNA موجود است. دئوکسی ریبونوکلئیک اسید برای ذخیره اطلاعات ژنتیکی استفاده می شود. این به طور ایمن در کروموزوم ها بسته بندی شده است و در سلول در هسته قرار دارد (اگر در مورد یوکاریوت ها صحبت می کنیم) یا در سیتوپلاسم شناور است (در پروکاریوت ها).
پس از تحقیقات DNA و شناخت نقش ژنتیکی آن، مشخص شد که این یک الگوی مستقیم برای ترجمه نیست. مشاهدات منجر به پیشنهاداتی شده است که RNA با سنتز پروتئین مرتبط است. دانشمندان تصمیم گرفتند که باید یک واسطه باشد، اطلاعات را از DNA به ریبوزوم ها منتقل کند و به عنوان یک ماتریس عمل کند.
در همان زمان وجود داشتریبوزوم ها باز هستند، RNA آنها اکثریت قریب به اتفاق اسید ریبونوکلئیک سلولی را تشکیل می دهد. برای بررسی اینکه آیا این ماتریکسی برای سنتز پروتئین است، A. N. Belozersky و A. S. Spirin در 1956-1957. تجزیه و تحلیل مقایسه ای از ترکیب اسیدهای نوکلئیک در تعداد زیادی از میکروارگانیسم ها انجام داد.
فرض بر این بود که اگر ایده طرح "DNA-rRNA-protein" درست باشد، ترکیب RNA کل به همان روش DNA تغییر می کند. اما، علیرغم تفاوت‌های بسیار زیاد در اسید دی‌اکسی ریبونوکلئیک در گونه‌های مختلف، ترکیب اسید ریبونوکلئیک کل در تمام باکتری‌های در نظر گرفته شده مشابه بود. از این، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که RNA سلولی اصلی (یعنی ریبوزومی) یک واسطه مستقیم بین حامل اطلاعات ژنتیکی و پروتئین نیست.
کشف mRNA
بعدها کشف شد که بخش کوچکی از RNA ترکیب DNA را تکرار می کند و می تواند به عنوان یک واسطه عمل کند. در سال 1956، E. Volkin و F. Astrachan فرآیند سنتز RNA را در باکتری‌هایی که به باکتریوفاژ T2 آلوده شده بودند، مطالعه کردند. پس از ورود به سلول، به سنتز پروتئین های فاژ روی می آورد. در همان زمان، بخش اصلی RNA تغییر نکرد. اما در سلول، سنتز بخش کوچکی از RNA ناپایدار متابولیکی آغاز شد، توالی نوکلئوتیدی که در آن شبیه به ترکیب DNA فاژ بود.
در سال 1961، این بخش کوچک اسید ریبونوکلئیک از جرم کل RNA جدا شد. شواهدی از عملکرد میانجی آن از آزمایشات به دست آمده است. پس از عفونت سلول ها با فاژ T4، mRNA جدید تشکیل شد. او با استادان قدیمی ارتباط برقرار کردریبوزوم ها (هیچ ریبوزوم جدیدی پس از عفونت یافت نشد)، که شروع به سنتز پروتئین های فاژ کردند. مشخص شد که این "RNA شبه DNA" مکمل یکی از رشته های DNA فاژ است.
در سال 1961، F. Jacob و J. Monod پیشنهاد کردند که این RNA اطلاعاتی را از ژن ها به ریبوزوم ها منتقل می کند و ماتریکسی برای آرایش متوالی اسیدهای آمینه در طول سنتز پروتئین است.
انتقال اطلاعات به محل سنتز پروتئین توسط mRNA انجام می شود. فرآیند خواندن اطلاعات از DNA و ایجاد RNA پیام رسان را رونویسی می گویند. پس از آن، RNA دستخوش یک سری تغییرات اضافی می شود که به آن "پردازش" می گویند. در طول آن، بخش های خاصی را می توان از اسید ریبونوکلئیک ماتریکس برش داد. سپس mRNA به ریبوزوم ها می رود.
مواد ساختمانی برای پروتئین: اسیدهای آمینه
در کل 20 اسید آمینه وجود دارد که برخی از آنها ضروری هستند، یعنی بدن نمی تواند آنها را سنتز کند. اگر مقداری اسید در سلول کافی نباشد، این امر می تواند منجر به کاهش سرعت ترجمه یا حتی توقف کامل فرآیند شود. وجود هر اسید آمینه به مقدار کافی، نیاز اصلی برای انجام صحیح بیوسنتز پروتئین است.
دانشمندان اطلاعات کلی در مورد اسیدهای آمینه را در قرن نوزدهم به دست آوردند. سپس، در سال 1820، دو اسید آمینه اول، گلیسین و لوسین، جدا شدند.
توالی این مونومرها در یک پروتئین (به اصطلاح ساختار اولیه) سطوح بعدی سازماندهی آن و در نتیجه خواص فیزیکی و شیمیایی آن را کاملاً تعیین می کند.
انتقال اسیدهای آمینه: tRNA و aa-tRNA سنتتاز
اما اسیدهای آمینه نمی توانند خود را در یک زنجیره پروتئینی بسازند. برای اینکه آنها به محل اصلی بیوسنتز پروتئین برسند، RNA انتقالی مورد نیاز است.
هر سنتتاز aa-tRNA فقط آمینو اسید خودش و فقط tRNAی را که باید به آن متصل شود، می شناسد. به نظر می رسد که این خانواده از آنزیم ها شامل 20 نوع سنتتاز است. فقط باید گفت که اسیدهای آمینه به tRNA، به طور دقیق تر، به "دم" گیرنده هیدروکسیل آن متصل هستند. هر اسید باید RNA انتقالی خود را داشته باشد. این توسط aminoacyl-tRNA سنتتاز نظارت می شود. این نه تنها اسیدهای آمینه را با انتقال صحیح مطابقت می دهد، بلکه واکنش پیوند استری را نیز تنظیم می کند.
پس از یک واکنش اتصال موفقیت آمیز، tRNA به محل سنتز پروتئین می رود. به این ترتیب فرآیندهای آماده سازی پایان می یابد و پخش آغاز می شود. مراحل اصلی بیوسنتز پروتئین را در نظر بگیرید :
- شروع؛
- طولانی;
- فسخ.
مراحل سنتز: شروع
بیوسنتز پروتئین و تنظیم آن چگونه انجام می شود؟ دانشمندان برای مدت طولانی در تلاش برای کشف این موضوع بودند. فرضیه‌های متعددی مطرح شد، اما هر چه تجهیزات مدرن‌تر می‌شد، اصول پخش را بهتر درک می‌کردیم.
ریبوزوم، محل اصلی بیوسنتز پروتئین، خواندن mRNA را از نقطه‌ای شروع می‌کند که بخش کدکننده زنجیره پلی پپتیدی آغاز می‌شود. این نقطه بر روی یک معین قرار دارددور از شروع RNA پیام رسان ریبوزوم باید نقطه ای از mRNA را که خواندن از آنجا شروع می شود تشخیص دهد و به آن متصل شود.
شروع - مجموعه ای از رویدادها که شروع پخش را فراهم می کند. این شامل پروتئین ها (عوامل شروع)، tRNA آغازگر و کدون آغازگر ویژه است. در این مرحله، زیر واحد کوچک ریبوزوم به پروتئین های آغازین متصل می شود. آنها از تماس آن با زیر واحد بزرگ جلوگیری می کنند. اما آنها به شما اجازه می دهند با tRNA و GTP آغازگر ارتباط برقرار کنید.
سپس این کمپلکس روی mRNA می نشیند، دقیقاً در محلی که توسط یکی از فاکتورهای شروع شناسایی می شود. هیچ اشتباهی وجود ندارد و ریبوزوم سفر خود را از طریق RNA پیام رسان با خواندن کدون های آن آغاز می کند.
به محض اینکه کمپلکس به کدون شروع (AUG) می رسد، زیرواحد از حرکت می ایستد و با کمک سایر عوامل پروتئینی به زیر واحد بزرگ ریبوزوم متصل می شود.
مراحل سنتز: طویل شدن
خواندن mRNA شامل سنتز متوالی یک زنجیره پروتئین توسط یک پلی پپتید است. با افزودن پسماندهای اسید آمینه یکی پس از دیگری به مولکول در حال ساخت ادامه می‌یابد.
هر باقی مانده اسید آمینه جدید به انتهای کربوکسیل پپتید اضافه می شود، C-پایانه در حال رشد است.
مراحل سنتز: خاتمه
وقتی ریبوزوم به کدون پایانی RNA پیام رسان می رسد، سنتز زنجیره پلی پپتیدی متوقف می شود. در حضور آن اندامک نمی تواند هیچ tRNA را بپذیرد. در عوض، عوامل خاتمه وارد عمل می شوند. آنها پروتئین نهایی را از ریبوزوم متوقف شده آزاد می کنند.
بعد ازپس از پایان ترجمه، ریبوزوم می تواند mRNA را ترک کند یا بدون ترجمه به حرکت در امتداد آن ادامه دهد.
برخورد ریبوزوم با یک کدون شروع جدید (در همان رشته در طول ادامه حرکت یا روی یک mRNA جدید) منجر به شروع جدیدی خواهد شد.
بعد از اینکه مولکول نهایی از محل اصلی بیوسنتز پروتئین خارج شد، برچسب گذاری شده و به مقصد ارسال می شود. اینکه چه عملکردهایی انجام خواهد داد به ساختار آن بستگی دارد.
کنترل فرآیند
بسته به نیاز آنها، سلول به طور مستقل پخش را کنترل می کند. تنظیم بیوسنتز پروتئین یک عملکرد بسیار مهم است. این را می توان به روش های مختلفی انجام داد.
اگر سلولی به نوعی ترکیب نیاز نداشته باشد، بیوسنتز RNA را متوقف می کند - بیوسنتز پروتئین نیز انجام نمی شود. پس از همه، بدون ماتریس، کل فرآیند آغاز نخواهد شد. و mRNA های قدیمی به سرعت تجزیه می شوند.
تنظیم دیگری برای بیوسنتز پروتئین وجود دارد: سلول آنزیم هایی ایجاد می کند که در مرحله شروع تداخل دارند. آنها با ترجمه تداخل دارند، حتی اگر ماتریس خواندن در دسترس باشد.
روش دوم زمانی ضروری است که سنتز پروتئین در حال حاضر خاموش شود. روش اول شامل ادامه ترجمه کند برای مدتی پس از توقف سنتز mRNA است.
یک سلول یک سیستم بسیار پیچیده است که در آن همه چیز در تعادل و عملکرد دقیق هر مولکول حفظ می شود. دانستن اصول هر فرآیندی که در سلول اتفاق می افتد بسیار مهم است. بنابراین ما می توانیم بهتر بفهمیم که در بافت ها و در کل بدن چه اتفاقی می افتد.
