Οι πρωτεΐνες παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στη ζωή των οργανισμών, εκτελώντας προστατευτικές, δομικές, ορμονικές και ενεργειακές λειτουργίες. Εξασφαλίζει την ανάπτυξη μυϊκού και οστικού ιστού. Οι πρωτεΐνες ενημερώνουν για τη δομή του κυττάρου, τις λειτουργίες και τις βιοχημικές του ιδιότητες και αποτελούν μέρος πολύτιμων προϊόντων διατροφής που είναι ωφέλιμα για τον οργανισμό (αυγά, γαλακτοκομικά προϊόντα, ψάρια, ξηροί καρποί, όσπρια, σίκαλη και σιτάρι). Η πεπτικότητα μιας τέτοιας τροφής εξηγείται από τη βιολογική της αξία. Με ίση ποσότητα πρωτεΐνης, το προϊόν του οποίου η αξία είναι υψηλότερη θα είναι πιο εύκολο να αφομοιωθεί. Τα ελαττωματικά πολυμερή πρέπει να αφαιρεθούν από το σώμα και να αντικατασταθούν με νέα. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει κατά τη διάρκεια της σύνθεσης πρωτεϊνών στα κύτταρα.
Τι είναι οι πρωτεΐνες;
Οι ουσίες που αποτελούνται μόνο από υπολείμματα αμινοξέων ονομάζονται απλές πρωτεΐνες (πρωτεΐνες). Εάν είναι απαραίτητο, χρησιμοποιούνται οι ενεργειακές τους ιδιότητες, επομένως οι άνθρωποι που ακολουθούν έναν υγιεινό τρόπο ζωής χρειάζονται συχνά επιπλέον πρόσληψη πρωτεΐνης. Οι σύνθετες πρωτεΐνες, οι πρωτεΐνες, περιέχουν μια απλή πρωτεΐνη και ένα μη πρωτεϊνικό μέρος. Δέκα αμινοξέα της πρωτεΐνης είναι απαραίτητα, που σημαίνει ότι ο οργανισμός δεν μπορεί να τα συνθέσει από μόνος του, προέρχονται από την τροφή, ενώ τα άλλα δέκα είναι αντικαταστάσιμα, δηλαδή μπορούν να δημιουργηθούν από άλλα αμινοξέα. Έτσι ξεκινά μια ζωτική διαδικασία για όλους τους οργανισμούς.
Τα κύρια στάδια της βιοσύνθεσης: από πού προέρχονται οι πρωτεΐνες;
Νέα μόρια παράγονται μέσω της βιοσύνθεσης, μιας χημικής αντίδρασης μιας ένωσης. Υπάρχουν δύο κύρια στάδια της πρωτεϊνικής σύνθεσης σε ένα κύτταρο. Αυτό είναι μεταγραφή και μετάδοση. Η μεταγραφή γίνεται στον πυρήνα. Αυτή είναι μια ανάγνωση από το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ), το οποίο μεταφέρει πληροφορίες για τη μελλοντική πρωτεΐνη, στο RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ), το οποίο μεταφέρει αυτές τις πληροφορίες από το DNA στο κυτταρόπλασμα. Αυτό συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι το DNA δεν συμμετέχει άμεσα στη βιοσύνθεση, μεταφέρει μόνο πληροφορίες, χωρίς την ικανότητα να εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα όπου συντίθεται η πρωτεΐνη, και εκτελεί μόνο τη λειτουργία ενός φορέα γενετικής πληροφορίας. Η μεταγραφή σάς επιτρέπει να διαβάζετε δεδομένα από ένα πρότυπο DNA σε RNA σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας.
Ο ρόλος του RNA και του DNA στη διαδικασία
Έτσι, η σύνθεση πρωτεϊνών στα κύτταρα πυροδοτείται από μια αλυσίδα DNA που μεταφέρει πληροφορίες για μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη και ονομάζεται γονίδιο. Η αλυσίδα του DNA ξετυλίγεται κατά τη μεταγραφή, δηλαδή η έλικα της αρχίζει να αποσυντίθεται σε ένα γραμμικό μόριο. Από το DNA, οι πληροφορίες πρέπει να μετατραπούν σε RNA. Σε αυτή τη διαδικασία, η αδενίνη θα πρέπει να γίνει αντίθετη με τη θυμίνη. Η κυτοσίνη έχει ένα ζεύγος γουανίνης, όπως και το DNA. Αντίθετα από την αδενίνη, το RNA γίνεται ουρακίλη, επειδή στο RNA δεν υπάρχει τέτοιο νουκλεοτίδιο όπως η θυμίνη, απλώς αντικαθίσταται από νουκλεοτίδιο ουρακίλης. Η κυτοσίνη είναι δίπλα στη γουανίνη. Απέναντι από την αδενίνη είναι η ουρακίλη και σε συνδυασμό με τη θυμίνη είναι η αδενίνη. Αυτά τα μόρια RNA που αντιστρέφονται ονομάζονται αγγελιαφόρα RNA (mRNAs). Είναι ικανά να εξέρχονται από τον πυρήνα μέσω των πόρων στο κυτταρόπλασμα και στα ριβοσώματα, τα οποία, στην πραγματικότητα, εκτελούν τη λειτουργία της πρωτεϊνικής σύνθεσης στα κύτταρα.
Σχετικά με το σύνθετο με απλά λόγια
Τώρα η πολυπεπτιδική αλυσίδα της πρωτεΐνης συναρμολογείται από τις αλληλουχίες αμινοξέων. Η μεταγραφή μπορεί να ονομαστεί ανάγνωση πληροφοριών σχετικά με τη μελλοντική πρωτεΐνη από ένα πρότυπο DNA σε RNA. Αυτό μπορεί να οριστεί ως το πρώτο στάδιο. Αφού το RNA εγκαταλείψει τον πυρήνα, πρέπει να ταξιδέψει στα ριβοσώματα, όπου εμφανίζεται ένα δεύτερο βήμα, που ονομάζεται μετάφραση.
Η μετάφραση είναι ήδη μια μετάβαση του RNA, δηλαδή η μεταφορά πληροφοριών από τα νουκλεοτίδια σε ένα μόριο πρωτεΐνης, όταν το RNA λέει ποια αλληλουχία αμινοξέων πρέπει να είναι στην ουσία. Με αυτή τη σειρά, το αγγελιοφόρο RNA εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα στα ριβοσώματα, τα οποία πραγματοποιούν τη σύνθεση πρωτεϊνών στο κύτταρο: A (αδενίνη) - G (γουανίνη) - U (ουρακίλη) - C (κυτοσίνη) - U (ουρακίλη) - Α (αδενίνη).
Γιατί χρειάζονται τα ριβοσώματα;
Προκειμένου να συμβεί μετάφραση και, ως αποτέλεσμα, να σχηματιστεί μια πρωτεΐνη, χρειάζονται συστατικά όπως το ίδιο το αγγελιοφόρο RNA, το μεταφορικό RNA και τα ριβοσώματα ως «εργοστάσιο» στο οποίο παράγεται η πρωτεΐνη. Σε αυτή την περίπτωση, δύο τύποι RNA λειτουργούν: το πληροφοριακό, το οποίο σχηματίστηκε στον πυρήνα με το DNA, και το μεταφορικό. Το δεύτερο μόριο οξέος έχει την όψη του τριφυλλιού. Αυτό το «τριφύλλι» συνδέει ένα αμινοξύ στον εαυτό του και το μεταφέρει στα ριβοσώματα. Δηλαδή, μεταφέρει οργανικές ενώσεις απευθείας στο «εργοστάσιο» για τον σχηματισμό τους.
Πώς λειτουργεί το rRNA
Υπάρχουν επίσης ριβοσωμικά RNA, τα οποία αποτελούν μέρος του ίδιου του ριβοσώματος και εκτελούν πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο. Αποδεικνύεται ότι τα ριβοσώματα είναι δομές μη μεμβράνης, δεν έχουν μεμβράνες, όπως, για παράδειγμα, έναν πυρήνα ή το ενδοπλασματικό δίκτυο, αλλά αποτελούνται απλώς από πρωτεΐνες και ριβοσωμικό RNA. Τι συμβαίνει όταν μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων, δηλαδή το αγγελιοφόρο RNA, φτάσει στα ριβοσώματα;
Το RNA μεταφοράς, το οποίο βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα, έλκει τα αμινοξέα προς το μέρος του. Από πού προέρχονται τα αμινοξέα στο κύτταρο; Και σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διάσπασης των πρωτεϊνών που προσλαμβάνονται με την τροφή. Αυτές οι ενώσεις μεταφέρονται με την κυκλοφορία του αίματος στα κύτταρα, όπου παράγονται οι πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για τον οργανισμό.
Το τελικό στάδιο της πρωτεϊνικής σύνθεσης στα κύτταρα
Τα αμινοξέα επιπλέουν στο κυτταρόπλασμα ακριβώς όπως τα RNA μεταφοράς και όταν η πολυπεπτιδική αλυσίδα συναρμολογείται απευθείας, αυτά τα RNA μεταφοράς αρχίζουν να συνδυάζονται με αυτά. Ωστόσο, όχι σε κάθε αλληλουχία και κάθε RNA μεταφοράς δεν μπορεί να συνδυαστεί με όλους τους τύπους αμινοξέων. Υπάρχει μια συγκεκριμένη θέση στην οποία συνδέεται το απαιτούμενο αμινοξύ. Το δεύτερο τμήμα του RNA μεταφοράς ονομάζεται αντικωδικόνιο. Αυτό το στοιχείο αποτελείται από τρία νουκλεοτίδια που είναι συμπληρωματικά της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας στο αγγελιαφόρο RNA. Ένα αμινοξύ απαιτεί τρία νουκλεοτίδια. Για παράδειγμα, για λόγους απλότητας, μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη αποτελείται μόνο από δύο αμινοξέα. Είναι προφανές ότι οι πρωτεΐνες έχουν γενικά πολύ μακρά δομή και αποτελούνται από πολλά αμινοξέα. Η αλυσίδα A - G - U ονομάζεται τριπλέτα ή κωδικόνιο και σε αυτήν θα προσαρτηθεί RNA μεταφοράς με τη μορφή τριφυλλιού, στο τέλος του οποίου θα υπάρχει ένα ορισμένο αμινοξύ. Η επόμενη τριάδα C - U - A θα ενωθεί με ένα άλλο tRNA, το οποίο θα περιέχει ένα εντελώς διαφορετικό αμινοξύ, συμπληρωματικό αυτής της αλληλουχίας. Με αυτή τη σειρά, θα συμβεί περαιτέρω συναρμολόγηση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Βιολογική σημασία της σύνθεσης
Ένας πεπτιδικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ των δύο αμινοξέων που βρίσκονται στα άκρα των τριφυλλιών κάθε τριπλέτας. Σε αυτό το στάδιο, το RNA μεταφοράς εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα. Στη συνέχεια, τα τρίδυμα ενώνονται με το επόμενο RNA μεταφοράς με ένα άλλο αμινοξύ, το οποίο σχηματίζει μια πολυπεπτιδική αλυσίδα με τα δύο προηγούμενα. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να επιτευχθεί η απαιτούμενη αλληλουχία αμινοξέων. Με αυτόν τον τρόπο γίνεται η πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο και σχηματίζονται ένζυμα, ορμόνες, ουσίες του αίματος κ.λπ. Δεν παράγει κάθε κύτταρο καμία πρωτεΐνη. Κάθε κύτταρο μπορεί να παράγει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Για παράδειγμα, η αιμοσφαιρίνη θα σχηματιστεί στα ερυθρά αιμοσφαίρια και τα κύτταρα του παγκρέατος θα συνθέσουν ορμόνες και διάφορα ένζυμα που διασπούν την τροφή που εισέρχεται στο σώμα.
Οι πρωτεΐνες ακτίνη και μυοσίνη θα σχηματιστούν στους μύες. Όπως μπορείτε να δείτε, η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης στα κύτταρα είναι πολυσταδιακή και πολύπλοκη, γεγονός που υποδηλώνει τη σημασία και την αναγκαιότητά της για όλα τα έμβια όντα.
Το κύριο ερώτημα της γενετικής είναι το ζήτημα της πρωτεϊνοσύνθεσης. Έχοντας συνοψίσει τα δεδομένα για τη δομή και τη σύνθεση του DNA και του RNA, ο Crick το 1960. πρότεινε μια θεωρία μήτρας για τη σύνθεση πρωτεϊνών που βασίζεται σε 3 αρχές:
1. Συμπληρωματικότητα των αζωτούχων βάσεων του DNA και του RNA.
2. Γραμμική αλληλουχία γονιδιακής διάταξης σε μόριο DNA.
3. Η μεταφορά κληρονομικών πληροφοριών μπορεί να συμβεί μόνο από νουκλεϊκό οξύ σε νουκλεϊκό οξύ ή σε πρωτεΐνη.
Η μεταφορά κληρονομικών πληροφοριών από πρωτεΐνη σε πρωτεΐνη είναι αδύνατη.Έτσι, μόνο τα νουκλεϊκά οξέα μπορούν να είναι η μήτρα για τη σύνθεση πρωτεϊνών.
Για τη σύνθεση πρωτεϊνών χρειάζεστε:
1. DNA (γονίδια) πάνω στο οποίο συντίθενται τα μόρια.
2. RNA – (i-RNA) ή (m-RNA), r-RNA, t-RNA
Στη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης, υπάρχουν στάδια: μεταγραφή και μετάφραση.
Μεταγραφή– απογραφή (επαναγραφή) πληροφοριών σχετικά με την νουκλεϊκή δομή από το DNA στο RNA (t-RNA, και RNA, r-RNA).
Η ανάγνωση των κληρονομικών πληροφοριών ξεκινά από ένα συγκεκριμένο τμήμα του DNA που ονομάζεται προαγωγέας. Ο υποκινητής βρίσκεται μπροστά από το γονίδιο και περιλαμβάνει περίπου 80 νουκλεοτίδια.
Στην εξωτερική αλυσίδα του μορίου του DNA, συντίθεται το mRNA (ενδιάμεσο), το οποίο χρησιμεύει ως μήτρα για τη σύνθεση πρωτεϊνών και γι' αυτό ονομάζεται μήτρα. Είναι ένα ακριβές αντίγραφο της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας στην αλυσίδα του DNA.
Υπάρχουν τμήματα του DNA που δεν περιέχουν γενετικές πληροφορίες (εσώνια). Τα τμήματα του DNA που περιέχουν πληροφορίες ονομάζονται εξόνια.
Υπάρχουν ειδικά ένζυμα στον πυρήνα που κόβουν τα ιντρόνια, και τα θραύσματα των εξονίων «ενώνονται» μεταξύ τους με αυστηρή σειρά σε ένα κοινό νήμα, αυτή η διαδικασία ονομάζεται «μάτισμα». Κατά τη διαδικασία ματίσματος, σχηματίζεται ώριμο m-RNA, το οποίο περιέχει τις απαραίτητες πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το ώριμο mRNA (αγγελιοφόρος RNA) διέρχεται από τους πόρους της πυρηνικής μεμβράνης και εισέρχεται στα κανάλια του ενδοπλασματικού δικτύου (κυτταρόπλασμα) και εδώ συνδέεται με τα ριβοσώματα.
Αναμετάδοση– η αλληλουχία διάταξης των νουκλεοτιδίων στο mRNA μεταφράζεται σε μια αυστηρά διατεταγμένη αλληλουχία διάταξης αμινοξέων στο μόριο της συντιθέμενης πρωτεΐνης.
Η διαδικασία μετάφρασης περιλαμβάνει 2 στάδια: ενεργοποίηση αμινοξέων και άμεση σύνθεση του μορίου πρωτεΐνης.
Ένα μόριο mRNA συνδυάζεται με 5-6 ριβοσώματα, σχηματίζοντας πολυσώματα. Η πρωτεϊνοσύνθεση λαμβάνει χώρα στο μόριο mRNA, με τα ριβοσώματα να κινούνται κατά μήκος του. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τα αμινοξέα που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα ενεργοποιούνται από ειδικά ένζυμα που εκκρίνονται από ένζυμα που εκκρίνονται από τα μιτοχόνδρια, καθένα από αυτά με το δικό του ειδικό ένζυμο.
Σχεδόν αμέσως, τα αμινοξέα συνδέονται με έναν άλλο τύπο RNA - το χαμηλού μοριακού διαλυτού RNA, το οποίο δρα ως φορέας αμινοξέων στο μόριο m-RNA και ονομάζεται RNA μεταφοράς (t-RNA). Το tRNA μεταφέρει αμινοξέα στα ριβοσώματα σε μια συγκεκριμένη θέση, όπου μέχρι αυτή τη στιγμή καταλήγει το μόριο mRNA. Στη συνέχεια τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς και σχηματίζεται ένα μόριο πρωτεΐνης. Προς το τέλος της πρωτεϊνικής σύνθεσης, το μόριο σταδιακά φεύγει από το m-RNA.
Ένα μόριο mRNA παράγει 10-20 μόρια πρωτεΐνης, και σε ορισμένες περιπτώσεις πολλά περισσότερα.
Το πιο ασαφές ερώτημα στη σύνθεση πρωτεϊνών είναι πώς το tRNA βρίσκει το αντίστοιχο τμήμα του mRNA στο οποίο πρέπει να συνδεθεί το αμινοξύ που φέρνει.
Η αλληλουχία της διάταξης των αζωτούχων βάσεων στο DNA, η οποία καθορίζει την τοποθέτηση των αμινοξέων στη συντιθέμενη πρωτεΐνη - ο γενετικός κώδικας.
Επειδή οι ίδιες κληρονομικές πληροφορίες «καταγράφονται» στα νουκλεϊκά οξέα με τέσσερις χαρακτήρες (βάσεις αζώτου) και στις πρωτεΐνες κατά είκοσι (αμινοξέα). Το πρόβλημα του γενετικού κώδικα έγκειται στη δημιουργία μιας αντιστοιχίας μεταξύ τους. Οι γενετιστές, οι φυσικοί και οι χημικοί έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην αποκρυπτογράφηση του γενετικού κώδικα.
Για να αποκρυπτογραφηθεί ο γενετικός κώδικας, ήταν πρώτα απαραίτητο να μάθουμε ποιος ελάχιστος αριθμός νουκλεοτιδίων μπορεί να καθορίσει (κωδικοποιήσει) τον σχηματισμό ενός αμινοξέος. Εάν καθένα από τα 20 αμινοξέα κωδικοποιούνταν από μία βάση, τότε το DNA θα έπρεπε να έχει 20 διαφορετικές βάσεις, αλλά στην πραγματικότητα υπάρχουν μόνο 4. Προφανώς, ο συνδυασμός δύο νουκλεοτιδίων δεν είναι επίσης αρκετός για να κωδικοποιήσει 20 αμινοξέα. Μπορεί να κωδικοποιήσει μόνο 16 αμινοξέα: 4 2 = 16.
Στη συνέχεια προτάθηκε ότι ο κώδικας περιλαμβάνει 3 νουκλεοτίδια 4 3 = 64 συνδυασμούς και επομένως είναι ικανός να κωδικοποιεί περισσότερα από αρκετά αμινοξέα για να σχηματίσει οποιεσδήποτε πρωτεΐνες. Αυτός ο συνδυασμός τριών νουκλεοτιδίων ονομάζεται τριπλός κώδικας.
Ο κώδικας έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:
1.Τρίπλες γενετικού κώδικα(κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από τρία νουκλεοτίδια).
2. Εκφυλισμός– ένα αμινοξύ μπορεί να κωδικοποιηθεί από πολλές τριπλέτες, με εξαίρεση την τρυπτοφάνη και τη μεθειονίνη.
3. Στα κωδικόνια για ένα αμινοξύ, τα δύο πρώτα νουκλεοτίδια είναι ίδια, αλλά το τρίτο αλλάζει.
4.Μη επικαλυπτόμενες– τα τρίδυμα δεν επικαλύπτονται μεταξύ τους. Ένα τρίδυμο δεν μπορεί να είναι μέρος του άλλου, το καθένα από αυτά κωδικοποιεί το δικό του αμινοξύ. Επομένως, σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα μπορούν να εντοπιστούν οποιαδήποτε δύο αμινοξέα κοντά και είναι δυνατός οποιοσδήποτε συνδυασμός τους, δηλ. στην αλληλουχία βάσεων ABCDEFGHI, οι τρεις πρώτες βάσεις κωδικοποιούν 1 αμινοξύ (ABC-1), (DEF-2), κ.λπ.
5. Universal,εκείνοι. Σε όλους τους οργανισμούς, τα κωδικόνια για ορισμένα αμινοξέα είναι τα ίδια (από το χαμομήλι μέχρι τον άνθρωπο). Η καθολικότητα του κώδικα μαρτυρεί την ενότητα της ζωής στη γη.
6. Συγγραμμικότητα– σύμπτωση της θέσης των κωδικονίων στο mRNA με τη σειρά των αμινοξέων στη συντιθέμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Ένα κωδικόνιο είναι μια τριπλέτα νουκλεοτιδίων που κωδικοποιούν 1 αμινοξύ.
7. Άσκοπο– δεν κωδικοποιεί κανένα αμινοξύ. Η πρωτεϊνοσύνθεση διακόπτεται σε αυτό το σημείο.
Τα τελευταία χρόνια, έχει γίνει σαφές ότι η καθολικότητα του γενετικού κώδικα διαταράσσεται στα μιτοχόνδρια, τέσσερα κωδικόνια στα μιτοχόνδρια έχουν αλλάξει τη σημασία τους, για παράδειγμα, το κωδικόνιο UGA - αντιστοιχεί σε τρυπτοφάνη αντί για "STOP" - διακοπή της πρωτεϊνικής σύνθεσης. AUA - αντιστοιχεί στη μεθειονίνη - αντί για "ισολευκίνη".
Η ανακάλυψη νέων κωδικονίων στα μιτοχόνδρια μπορεί να αποδείξει ότι ο κώδικας εξελίχθηκε και ότι δεν έγινε αμέσως έτσι.
Αφήστε τις κληρονομικές πληροφορίες από ένα γονίδιο σε ένα μόριο πρωτεΐνης να εκφραστούν σχηματικά.
DNA – RNA – πρωτεΐνη
Η μελέτη της χημικής σύνθεσης των κυττάρων έδειξε ότι διαφορετικοί ιστοί του ίδιου οργανισμού περιέχουν διαφορετικό σύνολο μορίων πρωτεΐνης, αν και έχουν τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων και τις ίδιες γενετικές κληρονομικές πληροφορίες.
Ας σημειώσουμε αυτή την περίσταση: παρά την παρουσία σε κάθε κύτταρο όλων των γονιδίων ολόκληρου του οργανισμού, πολύ λίγα γονίδια λειτουργούν σε ένα μεμονωμένο κύτταρο - από δέκατα έως αρκετά τοις εκατό του συνολικού αριθμού. Οι υπόλοιπες περιοχές είναι «αθόρυβες» μπλοκάρονται από ειδικές πρωτεΐνες. Αυτό είναι κατανοητό γιατί, για παράδειγμα, τα γονίδια της αιμοσφαιρίνης λειτουργούν σε ένα νευρικό κύτταρο; Ο τρόπος με τον οποίο το κύτταρο υπαγορεύει ποια γονίδια είναι αθόρυβα και ποια λειτουργούν, θα πρέπει να υποτεθεί ότι το κύτταρο έχει κάποιον τέλειο μηχανισμό που ρυθμίζει τη δραστηριότητα των γονιδίων, καθορίζοντας ποια γονίδια πρέπει να είναι ενεργά σε μια δεδομένη στιγμή και ποια σε μια ανενεργή ( κατασταλτικό) κράτος. Ο μηχανισμός αυτός, σύμφωνα με τους Γάλλους επιστήμονες F. Jacobo και J. Monod, ονομάζεται επαγωγή και καταστολή.
Επαγωγή– διέγερση της πρωτεϊνοσύνθεσης.
Καταστολή– καταστολή της πρωτεϊνοσύνθεσης.
Η επαγωγή διασφαλίζει τη λειτουργία εκείνων των γονιδίων που συνθέτουν μια πρωτεΐνη ή ένα ένζυμο που είναι απαραίτητο σε αυτό το στάδιο της κυτταρικής ζωής.
Στα ζώα, οι ορμόνες της κυτταρικής μεμβράνης παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία της γονιδιακής ρύθμισης. σε φυτά - περιβαλλοντικές συνθήκες και άλλους εξαιρετικά εξειδικευμένους επαγωγείς.
Παράδειγμα: όταν προστίθεται θυρεοειδική ορμόνη στο μέσο, οι γυρίνοι μεταμορφώνονται γρήγορα σε βατράχους.
Για τη φυσιολογική λειτουργία του βακτηρίου E (Coli) είναι απαραίτητη η ζάχαρη γάλακτος (λακτόζη). Εάν το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται τα βακτήρια δεν περιέχει λακτόζη, τα γονίδια αυτά βρίσκονται σε κατασταλτική κατάσταση (δηλαδή δεν λειτουργούν). Η λακτόζη που εισάγεται στο μέσο είναι ένας επαγωγέας που ενεργοποιεί τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση των ενζύμων. Μετά την απομάκρυνση της λακτόζης από το μέσο, η σύνθεση αυτών των ενζύμων σταματά. Έτσι, ο ρόλος ενός καταστολέα μπορεί να εκτελεστεί από μια ουσία που συντίθεται στο κύτταρο και εάν το περιεχόμενό της υπερβαίνει τον κανόνα ή καταναλώνεται.
Διάφοροι τύποι γονιδίων εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών ή ενζύμων.
Όλα τα γονίδια βρίσκονται στο μόριο του DNA.
Δεν είναι το ίδιο στις λειτουργίες τους:
- δομική -γονίδια που επηρεάζουν τη σύνθεση κάποιου ενζύμου ή πρωτεΐνης βρίσκονται στο μόριο του DNA διαδοχικά το ένα μετά το άλλο με τη σειρά της επιρροής τους στην πορεία της αντίδρασης σύνθεσης, ή μπορείτε επίσης να πείτε δομικά γονίδια - αυτά είναι γονίδια που μεταφέρουν πληροφορίες για το αλληλουχία αμινοξέων.
- αποδέκτης– τα γονίδια δεν φέρουν κληρονομικές πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πρωτεΐνης, ρυθμίζουν τη λειτουργία των δομικών γονιδίων.
Πριν από μια ομάδα δομικών γονιδίων υπάρχει ένα κοινό γονίδιο σε αυτά - χειριστής,και μπροστά του - υποστηρικτής. Γενικά, αυτή η λειτουργική ομάδα ονομάζεται φτερωτός
Ολόκληρη η ομάδα γονιδίων ενός οπερονίου περιλαμβάνεται στη διαδικασία σύνθεσης και απενεργοποιείται από αυτό ταυτόχρονα. Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των δομικών γονιδίων είναι η ουσία ολόκληρης της ρυθμιστικής διαδικασίας.
Η λειτουργία της ενεργοποίησης και απενεργοποίησης εκτελείται από ένα ειδικό τμήμα του μορίου DNA - χειριστή γονιδίου.Το γονίδιο χειριστή είναι το σημείο εκκίνησης της πρωτεϊνοσύνθεσης ή, όπως λένε, της «ανάγνωσης» γενετικών πληροφοριών. Περαιτέρω στο ίδιο μόριο σε κάποια απόσταση υπάρχει ένα γονίδιο - ένας ρυθμιστής, υπό τον έλεγχο του οποίου παράγεται μια πρωτεΐνη που ονομάζεται καταστολέας.
Από όλα όσα ειπώθηκαν, είναι σαφές ότι η πρωτεϊνοσύνθεση είναι πολύ περίπλοκη. Το γενετικό σύστημα του κυττάρου, χρησιμοποιώντας τους μηχανισμούς καταστολής και επαγωγής, μπορεί να λάβει σήματα σχετικά με την ανάγκη να ξεκινήσει και να τερματιστεί η σύνθεση ενός συγκεκριμένου ενζύμου και να πραγματοποιηθεί αυτή η διαδικασία με δεδομένη ταχύτητα.
Το πρόβλημα της ρύθμισης της δράσης των γονιδίων σε ανώτερους οργανισμούς έχει μεγάλη πρακτική σημασία στην κτηνοτροφία και την ιατρική. Η καθιέρωση των παραγόντων που ρυθμίζουν την πρωτεϊνοσύνθεση θα άνοιγε ευρείες δυνατότητες για τον έλεγχο της οντογένεσης, δημιουργώντας ζώα υψηλής παραγωγικότητας, καθώς και ζώα ανθεκτικά σε κληρονομικές ασθένειες.
Ερωτήσεις ασφαλείας:
1.Ονομάστε τις ιδιότητες των γονιδίων.
2.Τι είναι το γονίδιο;
3.Ονομάστε τη βιολογική σημασία του DNA και του RNA.
4.Ονομάστε τα στάδια της πρωτεϊνοσύνθεσης
5.Να αναφέρετε τις ιδιότητες του γενετικού κώδικα.
Η διαδικασία της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών είναι εξαιρετικά σημαντική για το κύτταρο. Δεδομένου ότι οι πρωτεΐνες είναι πολύπλοκες ουσίες που παίζουν σημαντικό ρόλο στους ιστούς, είναι απαραίτητες. Για το λόγο αυτό, μια ολόκληρη αλυσίδα διεργασιών βιοσύνθεσης πρωτεϊνών εφαρμόζεται στο κύτταρο, η οποία εμφανίζεται σε πολλά οργανίδια. Αυτό εγγυάται την κυτταρική αναπαραγωγή και τη δυνατότητα ύπαρξης.
Η ουσία της διαδικασίας βιοσύνθεσης πρωτεϊνών
Το μόνο μέρος για τη σύνθεση πρωτεϊνών είναι το τραχύ εδώ βρίσκεται ο κύριος όγκος των ριβοσωμάτων, τα οποία είναι υπεύθυνα για το σχηματισμό της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Ωστόσο, πριν ξεκινήσει το στάδιο της μετάφρασης (η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης), απαιτείται ενεργοποίηση του γονιδίου, το οποίο αποθηκεύει πληροφορίες για τη δομή της πρωτεΐνης. Μετά από αυτό, απαιτείται αντιγραφή αυτού του τμήματος του DNA (ή του RNA, εάν ληφθεί υπόψη η βακτηριακή βιοσύνθεση).
Μετά την αντιγραφή του DNA, απαιτείται η διαδικασία δημιουργίας αγγελιαφόρου RNA. Στη βάση του, θα πραγματοποιηθεί η σύνθεση της πρωτεϊνικής αλυσίδας. Επιπλέον, όλα τα στάδια που συμβαίνουν με τη συμμετοχή νουκλεϊκών οξέων πρέπει να συμβαίνουν σε Ωστόσο, δεν είναι αυτό το μέρος όπου λαμβάνει χώρα η πρωτεϊνική σύνθεση. όπου γίνεται η προετοιμασία για βιοσύνθεση.
Βιοσύνθεση ριβοσωμικών πρωτεϊνών
Το κύριο μέρος όπου λαμβάνει χώρα η πρωτεϊνική σύνθεση είναι ένα κυτταρικό οργανίδιο, που αποτελείται από δύο υπομονάδες. Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός τέτοιων δομών στο κύτταρο και βρίσκονται κυρίως στις μεμβράνες του τραχιού ενδοπλασματικού δικτύου. Η ίδια η βιοσύνθεση συμβαίνει ως εξής: το αγγελιοφόρο RNA που σχηματίζεται στον πυρήνα του κυττάρου εξέρχεται μέσω των πυρηνικών πόρων στο κυτταρόπλασμα και συναντά το ριβόσωμα. Στη συνέχεια, το mRNA ωθείται στο κενό μεταξύ των ριβοσωμικών υπομονάδων, μετά το οποίο σταθεροποιείται το πρώτο αμινοξύ.
Τα αμινοξέα παρέχονται στον τόπο όπου γίνεται η πρωτεϊνοσύνθεση με τη βοήθεια ενός τέτοιου μορίου μπορεί να φέρει ένα αμινοξύ τη φορά. Συνδέονται με τη σειρά τους ανάλογα με την αλληλουχία κωδικονίων του αγγελιαφόρου RNA. Επίσης, η σύνθεση μπορεί να σταματήσει για κάποιο χρονικό διάστημα.
Όταν κινείται κατά μήκος του mRNA, το ριβόσωμα μπορεί να εισέλθει σε περιοχές (εσώνια) που δεν κωδικοποιούν τα αμινοξέα. Σε αυτά τα σημεία, το ριβόσωμα απλώς κινείται κατά μήκος του mRNA, αλλά δεν προστίθενται αμινοξέα στην αλυσίδα. Μόλις το ριβόσωμα φτάσει στο εξόνιο, δηλαδή στην περιοχή που κωδικοποιεί το οξύ, τότε επανασυνδέεται με το πολυπεπτίδιο.
Μετασυνθετική τροποποίηση πρωτεϊνών
Αφού το ριβόσωμα φτάσει στο κωδικόνιο λήξης του αγγελιοφόρου RNA, ολοκληρώνεται η διαδικασία της άμεσης σύνθεσης. Ωστόσο, το μόριο που προκύπτει έχει μια πρωτογενή δομή και δεν μπορεί ακόμη να εκτελέσει τις λειτουργίες που έχουν δεσμευτεί για αυτό. Για να λειτουργήσει πλήρως, το μόριο πρέπει να οργανωθεί σε μια ορισμένη δομή: δευτερογενής, τριτογενής ή ακόμα πιο πολύπλοκη - τεταρτοταγής.
Δομική οργάνωση της πρωτεΐνης
Η δευτερογενής δομή είναι το πρώτο στάδιο της δομικής οργάνωσης. Για να επιτευχθεί αυτό, η πρωταρχική πολυπεπτιδική αλυσίδα πρέπει να τυλίξει (να σχηματίσει άλφα έλικες) ή να διπλώσει (να δημιουργήσει φύλλα βήτα). Στη συνέχεια, για να καταλάβει ακόμη λιγότερο χώρο σε όλο το μήκος, το μόριο συστέλλεται περαιτέρω και τυλίγεται σε μια μπάλα λόγω υδρογόνου, ομοιοπολικών και ιοντικών δεσμών, καθώς και αλληλεπιδράσεων μεταξύ ατόμων. Έτσι, παίρνουμε ένα σφαιρικό
Δομή τεταρτοταγούς πρωτεΐνης
Η τεταρτοταγής δομή είναι η πιο σύνθετη από όλες. Αποτελείται από πολλά τμήματα με σφαιρική δομή, συνδεδεμένα με ινώδεις κλώνους ενός πολυπεπτιδίου. Επιπλέον, η τριτοταγής και τεταρτοταγής δομή μπορεί να περιέχει ένα υπόλειμμα υδατάνθρακα ή λιπιδίου, το οποίο διευρύνει το εύρος των λειτουργιών της πρωτεΐνης. Συγκεκριμένα, οι γλυκοπρωτεΐνες, οι πρωτεΐνες και οι υδατάνθρακες, είναι ανοσοσφαιρίνες και επιτελούν προστατευτική λειτουργία. Οι γλυκοπρωτεΐνες βρίσκονται επίσης στις κυτταρικές μεμβράνες και λειτουργούν ως υποδοχείς. Ωστόσο, το μόριο τροποποιείται όχι εκεί όπου συμβαίνει η πρωτεϊνοσύνθεση, αλλά στο λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Εδώ υπάρχει η δυνατότητα σύνδεσης λιπιδίων, μετάλλων και υδατανθράκων σε πρωτεϊνικούς τομείς.
Η ικανότητα των κυττάρων να διατηρούν μια οργανωμένη οργάνωση εξαρτάται από τη γενετική πληροφορία, η οποία πραγματοποιείται, αποθηκεύεται, αναπαράγεται ή βελτιώνεται σε τέσσερις γενετικές διαδικασίες: σύνθεση RNA και πρωτεϊνών, επιδιόρθωση DNA, αντιγραφή DNA και γενετικό ανασυνδυασμό. Οι πρωτεΐνες συνήθως αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το ήμισυ της ξηρής μάζας του κυττάρου και η σύνθεσή τους παίζει σημαντικό ρόλο σε διαδικασίες όπως η κυτταρική ανάπτυξη και διαφοροποίηση, διατηρώντας τη δομή και τη λειτουργία τους.
Εξαρτάται από τη συνδυασμένη δράση πολλών κατηγοριών μορίων RNA. Πρώτον, ως αποτέλεσμα της αντιγραφής του DNA που μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με την πρωτεΐνη που συντίθεται, σχηματίζεται ένα μόριο αγγελιαφόρου RNA (mRNA). Ένα συγκεκριμένο μόριο RNA μεταφοράς (tRNA) συνδέεται σε καθένα από τα 20 αμινοξέα από τα οποία είναι δομημένη η πρωτεΐνη και ορισμένοι βοηθητικοί πρωτεϊνικοί παράγοντες συνδέονται με τις υπομονάδες του ριβοσώματος στο οποίο λαμβάνει χώρα η σύνθεση.
Η έναρξη της πρωτεϊνικής σύνθεσης σε ένα κύτταρο θεωρείται η στιγμή που αυτά τα συστατικά ενώνονται στο κυτταρόπλασμα για να σχηματίσουν ένα λειτουργικό ριβόσωμα. Καθώς το mRNA κινείται βήμα προς βήμα μέσα από το ριβόσωμα, η αλληλουχία νουκλεοτιδίων του μεταφράζεται (μεταφέρεται) στην αντίστοιχη αλληλουχία αμινοξέων, με αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας συγκεκριμένης πρωτεϊνικής αλυσίδας.
Η σύνθεση του RNA σε ένα πρότυπο DNA ονομάζεται μεταγραφή. Ως αποτέλεσμα της μεταγραφής, σχηματίζονται μόρια mRNA που μεταφέρουν πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών στο κύτταρο, καθώς και μεταφορά, ριβοσωμικά και άλλους τύπους μορίων RNA που εκτελούν δομικές και καταλυτικές λειτουργίες. Η σύνθεση αυτών των μορίων RNA - αντίγραφα των νουκλεοτιδικών αλληλουχιών των τμημάτων του μορίου DNA - καταλύεται από ένζυμα που ονομάζονται πολυμεράσες RNA.
Η δέσμευση πολυμεράσης RNA αποδεικνύεται πολύ ισχυρή εάν η RNA πολυμεράση δεσμεύεται σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA, τον λεγόμενο προαγωγέα, ο οποίος περιέχει το σήμα έναρξης για τη σύνθεση RNA, δηλαδή στη θέση από την οποία πρέπει να ξεκινήσει αυτή η σύνθεση. Οι αντιδράσεις που προκύπτουν από αυτό χαρακτηρίζονται από τα εξής: έχοντας προσκολληθεί στον προαγωγέα, η RNA πολυμεράση ξετυλίγει το τμήμα της της διπλής έλικας, εκθέτοντας έτσι νουκλεοτίδια σε ένα μικρό τμήμα καθενός από τους δύο κλώνους DNA. Μία από αυτές τις δύο διαχωρισμένες αλυσίδες θα πρέπει να γίνει πρότυπο για τη συμπληρωματική σύζευξη του κύριου DNA με τις βάσεις των εισερχόμενων μονομερών - τριφωσφορικούς ριβονουκλεοζίτες. Η πολυμεράση συνδέει τα δύο πρώτα εισερχόμενα μονομερή και έτσι εκκινεί τη συντιθέμενη αλυσίδα RNA. Στη συνέχεια, η πολυμεράση RNA, κινούμενη βήμα προς βήμα κατά μήκος του DNA, ξετυλίγει την έλικα του DNA μπροστά της, εκθέτοντας κάθε φορά ένα νέο τμήμα του προτύπου για συμπληρωματικό ζεύγος βάσεων. Προσθέτοντας ένα νουκλεοτίδιο κάθε φορά στην αναπτυσσόμενη αλυσίδα RNA, αυξάνει σταδιακά την αλυσίδα.
Η διαδικασία επιμήκυνσης της αλυσίδας RNA συνεχίζεται έως ότου το ένζυμο συναντήσει μια άλλη ειδική αλληλουχία νουκλεοτιδίων στην αλυσίδα DNA στο δρόμο του, δηλαδή το σήμα τερματισμού της μεταγραφής (σήμα διακοπής). Έχοντας φτάσει σε αυτό το σημείο, η πολυμεράση διαχωρίζεται τόσο από το πρότυπο DNA όσο και από τον νεοσυντιθέμενο κλώνο RNA. Καθώς το ένζυμο κινείται κατά μήκος του κλώνου του προτύπου, σχηματίζεται μια διπλή έλικα RNA-DNA στο ενεργό κέντρο του. Πίσω από το μόριο πολυμεράσης, το οποίο έχει ολοκληρώσει το έργο της σύνθεσης DNA-RNA, η έλικα DNA-RNA αποκαθίσταται αμέσως και το RNA μετατοπίζεται. Κάθε ολοκληρωμένος κλώνος RNA διαχωρίζεται από το εκμαγείο DNA με τη μορφή ενός ελεύθερου μονόκλωνου μορίου, στο οποίο ο αριθμός των νουκλεοτιδίων κυμαίνεται από 70 έως 10.000.
Κατά κανόνα, ένας από τους κλώνους DNA μεταγράφεται. Ποια από τις δύο αλυσίδες θα μεταγραφεί καθορίζεται από τον προαγωγέα, η νουκλεοτιδική αλληλουχία του οποίου είναι προσανατολισμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να κατευθύνει την RNA πολυμεράση προς τη μία ή την άλλη διαδρομή.
Είναι επίσης γνωστό ότι ειδικές πρωτεΐνες που ρυθμίζουν τη γονιδιακή δραστηριότητα παίζουν σημαντικό ρόλο στον καθορισμό των τμημάτων του DNA που θα μεταγραφούν από την RNA πολυμεράση. Από αυτούς εξαρτάται κυρίως από το ποιες πρωτεΐνες θα παράγει το κύτταρο. Περαιτέρω, στα ευκαρυωτικά κύτταρα, τα περισσότερα μεταγραφήματα RNA του DNA θα εγκαταλείψουν τον πυρήνα του κυττάρου και θα μετακινηθούν στο κυτταρόπλασμα με τη μορφή mRNA, υφίστανται σημαντικές αλλαγές - υφίστανται μάτισμα.
Όλα τα κύτταρα περιέχουν ένα σύνολο RNA μεταφοράς (tRNAs) - μικρά μόρια των οποίων τα μεγέθη κυμαίνονται από 70 έως 90 νουκλεοτίδια. Αυτά τα RNA, ενώνοντας το ένα άκρο σε ένα συγκεκριμένο κωδικόνιο mRNA και το άλλο συνδέοντας το αμινοξύ που κωδικοποιείται από αυτή την τριπλέτα, επιτρέπουν στα αμινοξέα να ευθυγραμμιστούν με τη σειρά που υπαγορεύεται από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του mRNA.
Κάθε tRNA μπορεί να φέρει μόνο ένα από τα 20 αμινοξέα που χρησιμοποιούνται στη σύνθεση πρωτεϊνών. Το RNA μεταφοράς που μεταφέρει τη γλυκίνη ορίζεται ως Gly tRNA, κ.λπ. Υπάρχει ένας τύπος tRNA για καθένα από τα 20 αμινοξέα. Είναι σημαντικό κάθε αμινοξύ να είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένο με ένα tRNA που περιέχει το σωστό αντικωδικόνιο - μια αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων συμπληρωματική προς το κωδικόνιο τριών νουκλεοτιδίων που ορίζει αυτό το αμινοξύ στο μόριο mRNA. Το ζεύγος κωδικονίου-αντικοδονίου επιτρέπει σε κάθε αμινοξύ να ενσωματωθεί στην αναπτυσσόμενη πρωτεϊνική αλυσίδα με τη σειρά που υπαγορεύεται από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του mRNA. Έτσι ο γενετικός κώδικας χρησιμοποιείται για τη μετάφραση (μετάφραση) των νουκλεοτιδικών αλληλουχιών των νουκλεϊκών οξέων στις αλληλουχίες αμινοξέων των πρωτεϊνών.
ο κλώνος mRNA είναι χρωματισμένος κόκκινος, τα ριβοσώματα - μπλε, οι αναπτυσσόμενες πολυπεπτιδικές αλυσίδες - πράσινο. (Φωτογραφία Dr Elena Kiseleva).
Ενώνοντας ένα αμινοξύ στο ένα άκρο και ζευγαρώνοντας με ένα κωδικόνιο στο άλλο, το tRNA μετατρέπει μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων σε μια αλληλουχία αμινοξέων. Η λειτουργία του tRNA εξαρτάται από την τρισδιάστατη δομή του μορίου του. Το πού ακριβώς θα συνδεθεί ένα δεδομένο αμινοξύ σε μια αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα δεν εξαρτάται από το ίδιο το αμινοξύ, αλλά από το μόριο tRNA που το προσάρτησε. Το μόριο tRNA είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένο με αυτό ακριβώς το αμινοξύ, από όλα τα είκοσι αμινοξέα, που είναι ο πραγματικός του συνεργάτης. Αυτός ο μηχανισμός σχετίζεται με τη συμμετοχή ενζύμων που ονομάζονται συνθάσες αμινοακυλ-tRNA, τα οποία συνδέουν ένα αμινοξύ στο αντίστοιχο σύνολο μορίων tRNA. Κάθε αμινοξύ έχει τη δική του ειδική συνθετάση (υπάρχουν 20 τέτοιες συνθετάσες συνολικά): ένα προσθέτει, για παράδειγμα, γλυκίνη στο tRNA Gly, ένα άλλο προσθέτει αλανίνη στο tRNA Ala κ.λπ. Έτσι, τα μόρια tRNA παίζουν το ρόλο των τελικών προσαρμογών, μεταφράζοντας τις πληροφορίες που περιέχονται στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων ενός νουκλεϊκού οξέος στη γλώσσα μιας πρωτεΐνης.
Οι αντιδράσεις πρωτεϊνοσύνθεσης απαιτούν ένα πολύπλοκο καταλυτικό ερέθισμα για να συμβεί. Το αναπτυσσόμενο άκρο της πολυπεπτιδικής αλυσίδας πρέπει να προσαρμοστεί με συγκεκριμένο τρόπο στο μόριο mRNA, προκειμένου κάθε επόμενο κωδικόνιο mRNA να συνδέεται με ακρίβεια με το αντικωδικόνιο tRNA, χωρίς να παραλείπεται ούτε ένα νουκλεοτίδιο. Διαφορετικά, θα οδηγήσει σε αλλαγή στη σειρά ανάγνωσης.
Περισσότερο από το ήμισυ της μάζας του ριβοσώματος είναι RNA (rRNA), το οποίο παίζει βασικό ρόλο στην καταλυτική δραστηριότητα του ριβοσώματος. Υπάρχουν τρεις διαφορετικές θέσεις στο ριβόσωμα με τις οποίες δεσμεύεται το RNA - μία για το mRNA και δύο για το tRNA. Από τις δύο τελευταίες, μία θέση συγκρατεί το μόριο tRNA συνδεδεμένο στο αναπτυσσόμενο άκρο της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, επομένως ονομάζεται θέση σύνδεσης πεπτιδυλ-tRNA ή θέση P.
Το δεύτερο τμήμα χρησιμεύει για τη διατήρηση μόνο του εισερχόμενου μορίου tRNA φορτωμένο με ένα αμινοξύ. Ονομάζεται θέση δέσμευσης αμινοακυλ-tRNA ή θέση Α. Ένα μόριο tRNA είναι σταθερά συνδεδεμένο και στις δύο θέσεις μόνο εάν το αντικωδικόνιό του ζευγαρώνει με το συμπληρωματικό του κωδικόνιο mRNA. Οι θέσεις Α και Ρ βρίσκονται πολύ κοντά η μία στην άλλη, έτσι ώστε τα δύο μόρια tRNA που σχετίζονται με αυτές να ζευγαρώνουν με δύο γειτονικά κωδικόνια στο μόριο mRNA.
Η διαδικασία ανάπτυξης μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας στα ριβοσώματα μπορεί να θεωρηθεί ως ένας κύκλος που αποτελείται από τρία ξεχωριστά στάδια:
- Το μόριο αμινοακυλο-tRNA δεσμεύεται στην ελεύθερη θέση του ριβοσώματος δίπλα στην κατειλημμένη θέση P. Η δέσμευση λαμβάνει χώρα με σύζευξη των νουκλεοτιδίων του αντικωδικονίου με τρία νουκλεοτίδια του mRNA που βρίσκονται στη θέση Α.
- Στο δεύτερο στάδιο, το καρβοξυλικό άκρο της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στη θέση Ρ διαχωρίζεται από το μόριο tRNA και σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός με το αμινοξύ συνδεδεμένο με το μόριο tRNA στη θέση Α.
- Το νέο πεπτιδυλικό tRNA μεταφέρεται στη θέση P του ριβοσώματος, ενώ το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του μορίου mRNA ακριβώς τρία νουκλεοτίδια.
Η διαδικασία μετατόπισης, η οποία αποτελεί το τρίτο στάδιο, περιλαμβάνει επίσης την επιστροφή ενός ελεύθερου μορίου tRNA που διαχωρίζεται από την πολυπεπτιδική αλυσίδα στη θέση Ρ κατά τη διάρκεια του δεύτερου σταδίου της δεξαμενής κυτταροπλασμικού tRNA. Επομένως, μετά την ολοκλήρωση του τρίτου σταδίου, η μη κατειλημμένη Α-θέση μπορεί να δεχτεί ένα νέο μόριο tRNA φορτωμένο με άλλο αμινοξύ, δηλαδή ο κύκλος μπορεί να ξεκινήσει ξανά.
Μια πολύ ενεργοβόρα διαδικασία. Ο σχηματισμός κάθε νέου πεπτιδικού δεσμού συνοδεύεται από τη διάταξη τεσσάρων φωσφορικών δεσμών υψηλής ενέργειας. Δύο από αυτά δαπανώνται για να φορτώσουν το μόριο tRNA με ένα αμινοξύ και δύο δαπανώνται για την ίδια τη σύνθεση στον κύκλο των αντιδράσεων που συμβαίνουν στο ριβόσωμα. Στο τέλος του κύκλου, η πεπτιδυλ τρανσφεράση δεν συνδέει ένα αμινοξύ, αλλά ένα μόριο H 2 O στο πεπτιδυλο-tRNA, λόγω του οποίου το καρβοξυλικό άκρο της αναπτυσσόμενης πολυπεπτιδικής αλυσίδας διαχωρίζεται από το μόριο tRNA - η αλυσίδα πρωτεΐνης είναι ελεύθερη και εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα.
Έτσι, το νεοσχηματισμένο κύτταρο μετά τη μιτωτική διαίρεση είναι προικισμένο με ειδική συνέχεια κληρονομικού υλικού, ως αποτέλεσμα της μεταφοράς του κατά τη διαίρεση σε ίσες ποσότητες και στα δύο θυγατρικά κύτταρα. Τα θυγατρικά κύτταρα συνεχίζουν την εξελικτικά σταθερή διαδικασία του μεταβολισμού των ειδών, αποκτώντας ιδιότητες χαρακτηριστικές του κυτταρικού πληθυσμού του ιστού. Επομένως, σε σύντομο χρονικό διάστημα, τα νεοσχηματισμένα κύτταρα υφίστανται εξειδίκευση (διαφοροποίηση) σύμφωνα με την κύρια γενετικά αποδοθείσα συσχέτισή τους. Μια σειρά από ιδιότητες γίνονται εξαιρετικά κοινές σε όλα τα κύτταρα, ανεξάρτητα από το σύστημα ιστών στο οποίο εκτελούν τον κύκλο ζωής τους. Για να εκτελέσουν τις λειτουργίες τους, τα κύτταρα είναι προικισμένα με μια σειρά από εξαιρετικά εξειδικευμένες ιδιότητες.
Πηγές:
Κυτταροφυσιολογία / Lutsenko M.T. // Novosibirsk-Blagoveshchensk, 2011.
