Proteini igraju vrlo važnu ulogu u životu organizama, obavljajući zaštitne, strukturne, hormonalne i energetske funkcije. Osigurava rast mišićnog i koštanog tkiva. Bjelančevine informiraju o građi stanice, njezinim funkcijama i biokemijskim svojstvima, a ulaze u sastav vrijednih prehrambenih proizvoda korisnih za organizam (jaja, mliječni proizvodi, riba, orašasti plodovi, mahunarke, raž i pšenica). Probavljivost takve hrane objašnjava se njenom biološkom vrijednošću. Uz jednaku količinu proteina, proizvod čija je vrijednost veća bit će lakše probavljiv. Neispravni polimeri moraju se ukloniti iz tijela i zamijeniti novima. Taj se proces događa tijekom sinteze proteina u stanicama.
Što su proteini?
Tvari koje se sastoje samo od aminokiselinskih ostataka nazivaju se jednostavnim proteinima (proteini). Po potrebi se iskorištavaju njihova energetska svojstva, pa je ljudima koji vode zdrav način života često potreban i dodatni unos proteina. Složeni proteini, proteidi, sastoje se od jednostavnog proteina i neproteinskog dijela. Deset aminokiselina u proteinima je esencijalno, što znači da ih tijelo ne može samo sintetizirati, dolaze iz hrane, dok je ostalih deset zamjenjivo, odnosno mogu se stvoriti iz drugih aminokiselina. Tako počinje životno važan proces za sve organizme.
Glavne faze biosinteze: odakle dolaze proteini?
Nove molekule nastaju biosintezom, kemijskom reakcijom spoja. Postoje dvije glavne faze sinteze proteina u stanici. Ovo je transkripcija i emitiranje. Transkripcija se događa u jezgri. Ovo je očitavanje s DNA (deoksiribonukleinske kiseline), koja nosi informaciju o budućem proteinu, na RNA (ribonukleinska kiselina), koja prenosi te informacije iz DNA u citoplazmu. To se događa zbog činjenice da DNK ne sudjeluje izravno u biosintezi; ona samo nosi informacije, nema mogućnost ulaska u citoplazmu u kojoj se sintetizira protein i obavlja samo funkciju prijenosnika genetskih informacija. Transkripcija vam omogućuje čitanje podataka iz predloška DNA u RNA prema načelu komplementarnosti.
Uloga RNA i DNA u procesu
Dakle, sintezu proteina u stanicama pokreće lanac DNK koji nosi informaciju o određenom proteinu i naziva se gen. Lanac DNA se tijekom transkripcije odmotava, odnosno njegova se spirala počinje raspadati u linearnu molekulu. Iz DNK se informacija mora pretvoriti u RNK. U ovom procesu, adenin bi trebao postati suprotan timinu. Citozin ima gvanin par, baš kao i DNK. Za razliku od adenina, RNK postaje uracil, jer u RNK ne postoji takav nukleotid kao što je timin, on se jednostavno zamjenjuje uracil nukleotidom. Citozin je susjedan gvaninu. Nasuprot adeninu je uracil, a u paru s timinom je adenin. Ove RNA molekule koje su obrnute nazivaju se glasničke RNA (mRNA). Oni su sposobni izaći iz jezgre kroz pore u citoplazmu i ribosome, koji, zapravo, obavljaju funkciju sinteze proteina u stanicama.
O kompleksu jednostavnim riječima
Sada je polipeptidni lanac proteina sastavljen od sekvenci aminokiselina. Transkripcija se može nazvati čitanjem informacija o budućem proteinu s DNK predloška na RNK. Ovo se može definirati kao prva faza. Nakon što RNK napusti jezgru, mora putovati do ribosoma, gdje se događa drugi korak, koji se naziva translacija.
Translacija je već tranzicija RNA, odnosno prijenos informacija s nukleotida na molekulu proteina, kada RNA govori koji slijed aminokiselina treba biti u tvari. Ovim redom glasnička RNA ulazi u citoplazmu do ribosoma koji provode sintezu proteina u stanici: A (adenin) - G (gvanin) - U (uracil) - C (citozin) - U (uracil) - A (adenin).
Zašto su potrebni ribosomi?
Kako bi došlo do translacije i, kao rezultat toga, formiranja proteina, potrebne su komponente kao što su sama glasnička RNA, prijenosna RNA i ribosomi kao "tvornica" u kojoj se protein proizvodi. U ovom slučaju funkcioniraju dvije vrste RNK: informacijska, koja je nastala u jezgri s DNK, i transportna. Druga molekula kiseline ima izgled djeteline. Ova "djetelina" veže aminokiselinu za sebe i nosi je do ribosoma. To jest, prenosi organske spojeve izravno u "tvornicu" za njihovo formiranje.
Kako radi rRNA
Postoje i ribosomske RNA, koje su dio samog ribosoma i vrše sintezu proteina u stanici. Ispostavilo se da su ribosomi nemambranske strukture; nemaju membrane, poput jezgre ili endoplazmatskog retikuluma, već se sastoje jednostavno od proteina i ribosomske RNA. Što se događa kada niz nukleotida, odnosno glasnička RNA, dođe do ribosoma?
Prijenosna RNA, koja se nalazi u citoplazmi, vuče aminokiseline prema sebi. Odakle dolaze aminokiseline u stanici? A nastaju kao posljedica razgradnje bjelančevina koje se unose hranom. Ti se spojevi prenose krvotokom do stanica, gdje se proizvode proteini potrebni tijelu.
Završna faza sinteze proteina u stanicama
Aminokiseline lebde u citoplazmi baš kao i prijenosne RNA, a kada se polipeptidni lanac izravno sastavi, ove prijenosne RNA počinju se kombinirati s njima. Međutim, ne u svakoj sekvenci i ne može se svaka prijenosna RNA kombinirati sa svim vrstama aminokiselina. Postoji određeno mjesto na koje je vezana potrebna aminokiselina. Drugi dio prijenosne RNA naziva se antikodon. Ovaj element sastoji se od tri nukleotida koji su komplementarni nukleotidnom nizu u glasničkoj RNK. Jedna aminokiselina zahtijeva tri nukleotida. Na primjer, radi jednostavnosti, određeni protein se sastoji od samo dvije aminokiseline. Očito je da proteini općenito imaju vrlo dugu strukturu i sastoje se od mnogo aminokiselina. Lanac A - G - U naziva se triplet, odnosno kodon, a na njega će se vezati prijenosna RNA u obliku djeteline na čijem će kraju biti određena aminokiselina. Sljedećem tripletu C - U - A pridružit će se još jedna tRNA, koja će sadržavati potpuno drugu aminokiselinu, komplementarnu ovoj sekvenci. Ovim redoslijedom odvijat će se daljnje sklapanje polipeptidnog lanca.
Biološki značaj sinteze
Peptidna veza se stvara između dvije aminokiseline koje se nalaze na krajevima djetelina svakog tripleta. U ovoj fazi prijenosna RNA ulazi u citoplazmu. Zatim se tripleti spajaju sljedećom prijenosnom RNA s drugom aminokiselinom, koja s prethodne dvije tvori polipeptidni lanac. Ovaj proces se ponavlja sve dok se ne postigne željena sekvenca aminokiselina. Na taj način dolazi do sinteze bjelančevina u stanici, te nastaju enzimi, hormoni, krvne tvari itd. Ne proizvodi svaka stanica bjelančevine. Svaka stanica može proizvesti određeni protein. Na primjer, hemoglobin će se stvarati u crvenim krvnim stanicama, a stanice gušterače će sintetizirati hormone i razne enzime koji razgrađuju hranu koja uđe u tijelo.
U mišićima će nastati proteini aktin i miozin. Kao što vidite, proces sinteze proteina u stanicama je višefazni i složen, što ukazuje na njegovu važnost i nužnost za sva živa bića.
Glavno pitanje genetike je pitanje sinteze proteina. Saževši podatke o strukturi i sintezi DNA i RNA, Crick je 1960. god. predložio matričnu teoriju sinteze proteina koja se temelji na 3 principa:
1. Komplementarnost dušičnih baza DNA i RNA.
2. Linearni slijed rasporeda gena u molekuli DNA.
3. Prijenos nasljedne informacije može se dogoditi samo s nukleinske kiseline na nukleinsku kiselinu ili na protein.
Prijenos nasljednih informacija s proteina na protein je nemoguć. Dakle, samo nukleinske kiseline mogu biti matrica za sintezu proteina.
Za sintezu proteina potrebno je:
1. DNK (geni) na kojoj se sintetiziraju molekule.
2. RNA – (i-RNA) ili (m-RNA), r-RNA, t-RNA
U procesu sinteze proteina postoje faze: transkripcija i translacija.
Transkripcija– cenzus (prepisivanje) informacija o strukturi jezgre iz DNA u RNA (t-RNA, i RNA, r-RNA).
Čitanje nasljednih informacija počinje od određenog dijela DNK koji se naziva promotor. Promotor se nalazi ispred gena i uključuje oko 80 nukleotida.
Na vanjskom lancu molekule DNA sintetizira se mRNA (intermedijer) koja služi kao matrica za sintezu proteina te se stoga naziva šablonom. To je točna kopija sekvence nukleotida na lancu DNK.
Postoje dijelovi DNA koji ne sadrže genetske informacije (introni). Dijelovi DNK koji sadrže informacije nazivaju se egzoni.
U jezgri postoje posebni enzimi koji izrezuju introne, a fragmenti egzona se "spajaju" zajedno u strogom redoslijedu u zajedničku nit, taj se proces naziva "spajanje". Tijekom procesa spajanja nastaje zrela m-RNA koja sadrži informacije potrebne za sintezu proteina. Zrela mRNA (glasnička RNA) prolazi kroz pore jezgrene membrane i ulazi u kanale endoplazmatskog retikuluma (citoplazme) i tu se povezuje s ribosomima.
Emitiranje– slijed rasporeda nukleotida u mRNA prevodi se u strogo uređen slijed rasporeda aminokiselina u molekuli sintetiziranog proteina.
Proces prevođenja uključuje 2 faze: aktivaciju aminokiselina i izravnu sintezu proteinske molekule.
Jedna molekula mRNA spaja se s 5-6 ribosoma, tvoreći polisome. Sinteza proteina odvija se na molekuli mRNA, a ribosomi se kreću duž nje. U tom razdoblju aminokiseline koje se nalaze u citoplazmi aktiviraju posebni enzimi koje izlučuju enzimi koje izlučuju mitohondriji, svaki od njih sa svojim specifičnim enzimom.
Gotovo trenutačno se aminokiseline vežu na drugu vrstu RNA - niskomolekularnu topljivu RNA, koja djeluje kao prijenosnik aminokiselina na molekulu m-RNA i naziva se transportna RNA (t-RNA). tRNA prenosi aminokiseline u ribosome na određeno mjesto, gdje do tog vremena završava molekula mRNA. Tada se aminokiseline međusobno povezuju peptidnim vezama i nastaje proteinska molekula. Pred kraj sinteze proteina, molekula postupno napušta m-RNA.
Jedna molekula mRNA proizvodi 10-20 proteinskih molekula, au nekim slučajevima i mnogo više.
Najnejasnije pitanje u sintezi proteina je kako tRNA pronalazi odgovarajući dio mRNA na koji bi se trebala vezati aminokiselina koju donosi.
Redoslijed rasporeda dušičnih baza u DNA, koji određuje smještaj aminokiselina u sintetiziranom proteinu – genetski kod.
Budući da je ista nasljedna informacija u nukleinskim kiselinama “zabilježena” s četiri znaka (dušične baze), a u proteinima s dvadeset (aminokiseline). Problem genetskog koda svodi se na uspostavljanje korespondencije među njima. Genetičari, fizičari i kemičari odigrali su veliku ulogu u dešifriranju genetskog koda.
Za dešifriranje genetskog koda prvo je bilo potrebno utvrditi koji minimalni broj nukleotida može odrediti (kodirati) nastanak jedne aminokiseline. Kad bi svaka od 20 aminokiselina bila kodirana jednom bazom, tada bi DNK morala imati 20 različitih baza, ali zapravo ih ima samo 4. Očito, kombinacija dvaju nukleotida također nije dovoljna za kodiranje 20 aminokiselina. Može kodirati samo 16 aminokiselina: 4 2 = 16.
Tada je predloženo da kod uključuje 3 nukleotida 4 3 = 64 kombinacije i stoga može kodirati više nego dovoljno aminokiselina za stvaranje bilo kojeg proteina. Ova kombinacija tri nukleotida naziva se tripletni kod.
Kod ima sljedeća svojstva:
1. Trostruki genetski kod(svaka aminokiselina je kodirana sa tri nukleotida).
2. Degeneracija– jednu aminokiselinu može kodirati nekoliko tripleta, osim triptofana i metionina.
3. U kodonima za jednu aminokiselinu prva dva nukleotida su ista, ali se treći mijenja.
4.Nepreklapanje– trojke se ne preklapaju. Jedan triplet ne može biti dio drugoga; svaki od njih neovisno kodira vlastitu aminokiselinu. Dakle, u polipeptidnom lancu bilo koje dvije aminokiseline mogu se nalaziti u blizini i moguća je bilo koja njihova kombinacija, tj. u nizu baza ABCDEFGHI, prve tri baze kodiraju 1 aminokiselinu (ABC-1), (DEF-2) itd.
5.Univerzalno, oni. U svim organizmima kodoni za pojedine aminokiseline su isti (od kamilice do čovjeka). Univerzalnost zakonika svjedoči o jedinstvu života na zemlji.
6. Kolinearnost– podudarnost položaja kodona u mRNA s redoslijedom aminokiselina u sintetiziranom polipeptidnom lancu.
Kodon je triplet nukleotida koji kodira 1 aminokiselinu.
7. Besmisleno– ne kodira niti jednu aminokiselinu. Sinteza proteina je prekinuta u ovom trenutku.
Posljednjih godina postalo je jasno da je univerzalnost genetskog koda poremećena u mitohondrijima; četiri kodona u mitohondrijima su promijenila svoje značenje, na primjer, kodon UGA - odgovara triptofanu umjesto "STOP" - prestanak sinteze proteina. AUA – odgovara metioninu – umjesto “izoleucinu”.
Otkriće novih kodona u mitohondrijima može pružiti dokaz da je kod evoluirao i da nije odjednom postao takav.
Neka se shematski izrazi nasljedna informacija od gena do proteinske molekule.
DNA – RNA – protein
Proučavanje kemijskog sastava stanica pokazalo je da različita tkiva istog organizma sadrže različit skup proteinskih molekula, iako imaju isti broj kromosoma i iste genetske nasljedne informacije.
Primijetimo ovu okolnost: unatoč prisutnosti u svakoj stanici svih gena cijelog organizma, vrlo malo gena radi u pojedinoj stanici - od desetina do nekoliko posto ukupnog broja. Preostala područja su "tiha", blokirana su posebnim proteinima. To je razumljivo; zašto, na primjer, geni hemoglobina rade u živčanoj stanici? Kako stanica diktira koji geni šute, a koji rade, treba pretpostaviti da stanica ima neki savršeni mehanizam koji regulira aktivnost gena, određujući koji geni trebaju biti aktivni u određenom trenutku, a koji trebaju biti neaktivni ( represivna) država. Taj se mehanizam, prema francuskim znanstvenicima F. Jacobo i J. Monodu, naziva indukcija i represija.
Indukcija– stimulacija sinteze proteina.
Represija– suzbijanje sinteze proteina.
Indukcija osigurava funkcioniranje onih gena koji sintetiziraju protein ili enzim koji je neophodan u ovoj fazi života stanice.
Kod životinja hormoni stanične membrane igraju važnu ulogu u procesu regulacije gena; u biljkama - okolišni uvjeti i drugi visoko specijalizirani induktori.
Primjer: kada se mediju doda hormon štitnjače, punoglavci se brzo pretvaraju u žabe.
Za normalan rad bakterije E (Coli) neophodan je mliječni šećer (laktoza). Ako okolina u kojoj se bakterije nalaze ne sadrži laktozu, ti su geni u represivnom stanju (odnosno ne funkcioniraju). Laktoza unesena u medij je induktor koji aktivira gene odgovorne za sintezu enzima. Nakon uklanjanja laktoze iz medija, sinteza ovih enzima prestaje. Dakle, ulogu represora može obavljati tvar koja se sintetizira u stanici, a ako njezin sadržaj prelazi normu ili se troši.
Razne vrste gena uključene su u sintezu proteina ili enzima.
Svi geni nalaze se u molekuli DNK.
Oni nisu isti u svojim funkcijama:
- strukturni – geni koji utječu na sintezu nekog enzima ili proteina nalaze se u molekuli DNK redoslijedom jedan za drugim po svom utjecaju na tijek reakcije sinteze, ili se može reći i strukturni geni - to su geni koji nose informacije o slijed aminokiselina.
- akceptor– geni ne nose nasljednu informaciju o strukturi proteina, oni reguliraju funkcioniranje strukturnih gena.
Prije skupine strukturnih gena postoji gen koji im je zajednički - operater, a ispred njega - promotor. Općenito se ova funkcionalna skupina naziva pernati
Cijela skupina gena jednog operona uključena je u proces sinteze i istovremeno se iz njega isključuje. Uključivanje i isključivanje strukturnih gena bit je cijelog regulacijskog procesa.
Funkciju paljenja i gašenja obavlja poseban dio molekule DNK - genski operater. Operator gen je početna točka sinteze proteina ili, kako kažu, "čitanja" genetskih informacija. Dalje u istoj molekuli na određenoj udaljenosti nalazi se gen - regulator, pod čijom kontrolom nastaje protein koji se naziva represor.
Iz svega rečenog jasno je da je sinteza proteina vrlo složena. Genetski sustav stanice, koristeći mehanizme potiskivanja i indukcije, može primiti signale o potrebi početka i završetka sinteze određenog enzima i provesti taj proces određenom brzinom.
Problem regulacije djelovanja gena u višim organizmima od velike je praktične važnosti u stočarstvu i medicini. Utvrđivanje čimbenika regulacije sinteze proteina otvorilo bi široke mogućnosti za kontrolu ontogeneze, stvaranje visokoproduktivnih životinja, kao i životinja otpornih na nasljedne bolesti.
Kontrolna pitanja:
1.Navedite svojstva gena.
2. Što je gen?
3.Navedite biološki značaj DNA i RNA.
4.Navedite faze sinteze proteina
5.Nabrojati svojstva genetskog koda.
Proces biosinteze proteina iznimno je važan za stanicu. Budući da su proteini složene tvari koje igraju važnu ulogu u tkivima, oni su neophodni. Zbog toga se u stanici provodi cijeli lanac procesa biosinteze proteina koji se odvija u nekoliko organela. To jamči staničnu reprodukciju i mogućnost postojanja.
Suština procesa biosinteze proteina
Jedino mjesto za sintezu proteina je grubo, gdje se nalazi glavnina ribosoma koji su odgovorni za formiranje polipeptidnog lanca. Međutim, prije početka faze translacije (procesa sinteze proteina) potrebna je aktivacija gena koji pohranjuje informacije o strukturi proteina. Nakon toga, potrebno je kopiranje ovog dijela DNA (ili RNA, ako se razmatra bakterijska biosinteza).
Nakon što se DNK kopira, potreban je proces stvaranja glasničke RNK. Na njegovoj osnovi izvršit će se sinteza proteinskog lanca. Štoviše, svi stadiji koji se odvijaju uz sudjelovanje nukleinskih kiselina moraju se dogoditi u. Međutim, to nije mjesto gdje se odvija sinteza proteina. gdje se odvija priprema za biosintezu.
Biosinteza ribosomskih proteina
Glavno mjesto gdje se odvija sinteza proteina je stanična organela koja se sastoji od dvije podjedinice. U stanici postoji ogroman broj takvih struktura, a uglavnom se nalaze na membranama hrapavog endoplazmatskog retikuluma. Sama biosinteza odvija se na sljedeći način: glasnička RNA nastala u jezgri stanice izlazi kroz nuklearne pore u citoplazmu i susreće se s ribosomom. Zatim se mRNA gura u procjep između ribosomskih podjedinica, nakon čega se prva aminokiselina fiksira.
Aminokiseline se dopremaju do mjesta gdje se odvija sinteza proteina uz pomoć Jedna takva molekula može donijeti jednu po jednu aminokiselinu. Oni se redom pričvršćuju ovisno o sekvenci kodona messenger RNA. Također, sinteza može prestati neko vrijeme.
Kada se kreće duž mRNA, ribosom može ući u regije (introne) koje ne kodiraju aminokiseline. Na tim mjestima ribosom se jednostavno kreće duž mRNA, ali u lanac se ne dodaju aminokiseline. Jednom kada ribosom dosegne egzon, to jest regiju koja kodira kiselinu, tada se ponovno veže za polipeptid.
Postsintetske modifikacije proteina
Nakon što ribosom dosegne stop kodon messenger RNA, proces izravne sinteze je završen. Međutim, nastala molekula ima primarnu strukturu i još ne može obavljati funkcije koje su za nju rezervirane. Da bi u potpunosti funkcionirala, molekula mora biti organizirana u određenu strukturu: sekundarnu, tercijarnu ili još složeniju – kvaternarnu.
Strukturna organizacija proteina
Sekundarna struktura je prvi stupanj strukturne organizacije. Da bi se to postiglo, primarni polipeptidni lanac mora se smotati (formirati alfa spirale) ili presavijati (stvoriti beta listove). Zatim se, kako bi zauzela još manje prostora po dužini, molekula dodatno skuplja i namotava u loptu zbog vodikovih, kovalentnih i ionskih veza, kao i međuatomskih interakcija. Tako dobivamo globular
Kvartarna struktura proteina
Kvartarna struktura je najsloženija od svih. Sastoji se od nekoliko dijelova s globularnom strukturom, povezanih fibrilarnim nitima polipeptida. Osim toga, tercijarna i kvaternarna struktura mogu sadržavati ugljikohidratni ili lipidni ostatak, što proširuje raspon funkcija proteina. Konkretno, glikoproteini, proteini i ugljikohidrati su imunoglobulini i imaju zaštitnu funkciju. Glikoproteini se također nalaze na staničnim membranama i djeluju kao receptori. Međutim, molekula se modificira ne tamo gdje se odvija sinteza proteina, već u glatkom endoplazmatskom retikulumu. Ovdje postoji mogućnost vezanja lipida, metala i ugljikohidrata na proteinske domene.
Sposobnost stanica da održavaju visoko uređenu organizaciju ovisi o genetskim informacijama koje se realiziraju, pohranjuju, reproduciraju ili poboljšavaju u četiri genetska procesa: sinteza RNA i proteina, popravak DNA, replikacija DNA i genetska rekombinacija. Proteini obično čine više od polovice suhe mase stanice, a njihova sinteza igra važnu ulogu u procesima kao što su rast i diferencijacija stanica, održavajući njihovu strukturu i funkciju.
Ovisi o kombiniranom djelovanju nekoliko klasa molekula RNA. Prvo, kao rezultat kopiranja DNK koja nosi informacije o proteinu koji se sintetizira, nastaje molekula messenger RNA (mRNA). Na svaku od 20 aminokiselina od kojih je protein građen vezana je specifična molekula prijenosne RNK (tRNA), a na podjedinice ribosoma na kojima se odvija sinteza vezani su neki pomoćni proteinski faktori.
Početkom sinteze proteina u stanici smatra se trenutak kada se te komponente spoje u citoplazmi i tvore funkcionalni ribosom. Kako se mRNA kreće korak po korak kroz ribosom, njezin se nukleotidni slijed prevodi (transportira) u odgovarajući slijed aminokiselina, što rezultira stvaranjem specifičnog proteinskog lanca.
Sinteza RNK na šabloni DNK naziva se transkripcija. Kao rezultat transkripcije nastaju molekule mRNA koje nose informacije za sintezu proteina u stanici, kao i transportne, ribosomalne i druge vrste molekula RNA koje obavljaju strukturne i katalitičke funkcije. Sintezu ovih RNA molekula - kopija nukleotidnih sekvenci dijelova molekule DNA - kataliziraju enzimi zvani RNA polimeraze.
Vezanje RNA polimeraze pokazuje se vrlo jakim ako se RNA polimeraza veže na specifičnu sekvencu DNA, tzv. promotor, koji sadrži startni signal za sintezu RNA, odnosno na mjesto s kojeg bi ta sinteza trebala započeti. Reakcije koje iz toga proizlaze karakteriziraju sljedeće: vezavši se za promotor, RNA polimeraza odmotava svoj dio dvostruke spirale, izlažući tako nukleotide na kratkom segmentu svakog od dva lanca DNA. Jedan od ta dva razdvojena lanca trebao bi postati predložak za komplementarno sparivanje glavne DNA s bazama ulaznih monomera - ribonukleozid trifosfata. Polimeraza povezuje prva dva ulazna monomera i time inicira sintetizirani lanac RNA. Zatim RNA polimeraza, krećući se korak po korak duž DNA, odmotava spiralu DNA ispred sebe, svaki put izlažući novi dio predloška za komplementarno sparivanje baza. Dodavanjem jednog po jednog nukleotida u rastući RNA lanac, postupno povećava lanac.
Proces izduživanja lanca RNA nastavlja se sve dok enzim na svom putu ne naiđe na drugu specifičnu sekvencu nukleotida u lancu DNA, naime na signal završetka transkripcije (signal za zaustavljanje). Dosegnuvši tu točku, polimeraza se odvaja i od matične DNK i od novosintetiziranog lanca RNK. Kako se enzim kreće duž lanca predloška, u njegovom aktivnom središtu formira se dvostruka spirala RNA-DNA. Iza molekule polimeraze, koja je završila svoj posao sinteze DNA-RNA, spirala DNA-RNA odmah se obnavlja, a RNA se pomiče. Svaki dovršeni lanac RNA odvaja se od predloška DNA kao slobodna jednolančana molekula, u kojoj se broj nukleotida kreće od 70 do 10 000.
U pravilu se transkribira jedan od DNA lanaca. Koji će se od dva lanca transkribirati određuje promotor, čiji je nukleotidni slijed usmjeren tako da usmjerava RNA polimerazu na jedan ili drugi put.
Također je poznato da posebni proteini koji reguliraju aktivnost gena igraju važnu ulogu u određivanju koji će dijelovi DNA biti prepisani pomoću RNA polimeraze. Upravo o njima prvenstveno ovisi koje će proteine stanica proizvesti. Nadalje, u eukariotskim stanicama, većina RNA transkripata DNA će napustiti staničnu jezgru i premjestiti se u citoplazmu u obliku mRNA, prolazeći kroz značajne promjene - prolazeći kroz spajanje.
Sve stanice sadrže skup prijenosnih RNA (tRNA) - malih molekula čija se veličina kreće od 70 do 90 nukleotida. Te RNA, spajanjem jednog kraja sa specifičnim kodonom mRNA, a drugog spajanjem aminokiseline kodirane ovim tripletom, omogućuju aminokiselinama da se poredaju redoslijedom koji diktira nukleotidna sekvenca mRNA.
Svaka tRNA može nositi samo jednu od 20 aminokiselina koje se koriste u sintezi proteina. Prijenosna RNA koja prenosi glicin označava se kao Gly tRNA, itd. Za svaku od 20 aminokiselina postoji jedna vrsta tRNA. Važno je da je svaka aminokiselina kovalentno vezana na tRNA koja sadrži ispravan antikodon – sekvencu od tri nukleotida komplementarnu kodonu od tri nukleotida koji definira ovu aminokiselinu u molekuli mRNA. Sparivanje kodona i antikodona omogućuje svakoj aminokiselini da se ugradi u rastući proteinski lanac redoslijedom koji diktira nukleotidna sekvenca mRNA. Dakle, genetski kod se koristi za prevođenje (prevođenje) nukleotidnih sekvenci nukleinskih kiselina u aminokiselinske sekvence proteina.
mRNA lanac je obojen crveno, ribosomi - plavo, rastući polipeptidni lanci - zeleno. (Fotografija dr. Elena Kiseleva).
Spajanjem aminokiseline na jednom kraju i uparivanjem s kodonom na drugom, tRNA pretvara sekvencu nukleotida u sekvencu aminokiselina. Funkcija tRNA ovisi o trodimenzionalnoj strukturi njezine molekule. Gdje će točno određena aminokiselina biti pričvršćena na rastući polipeptidni lanac ne ovisi o samoj aminokiselini, već o tRNA molekuli koja ju je spojila. Molekula tRNA je kovalentno vezana upravo za onu aminokiselinu, od svih dvadeset aminokiselina, koja joj je pravi partner. Taj je mehanizam povezan sa sudjelovanjem enzima zvanih aminoacil-tRNA sintaza, koji vežu aminokiselinu na odgovarajući skup tRNA molekula. Svaka aminokiselina ima svoju posebnu sintetazu (ukupno ima 20 takvih sintetaza): jedna dodaje npr. glicin tRNA Gly, druga dodaje alanin tRNA Ala itd. Stoga molekule tRNA igraju ulogu konačnih adaptera, prevodeći informacije sadržane u sekvenci nukleotida nukleinske kiseline na jezik proteina.
Reakcije sinteze proteina zahtijevaju složeni katalitički podražaj da bi se dogodile. Rastući kraj polipeptidnog lanca mora se na određeni način prilagoditi molekuli mRNA kako bi se svaki sljedeći kodon mRNA točno povezao s antikodonom tRNA, bez preskakanja ijednog nukleotida. U suprotnom, to će dovesti do pomaka u redoslijedu čitanja.
Više od polovice mase ribosoma čini RNA (rRNA), koja ima ključnu ulogu u katalitičkoj aktivnosti ribosoma. Postoje tri različita mjesta u ribosomu na koja se veže RNA – jedno za mRNA i dva za tRNA. Od posljednja dva, jedno područje drži molekulu tRNA spojenu na rastući kraj polipeptidnog lanca, pa se naziva peptidil-tRNA vezno mjesto ili P-mjesto.
Drugi dio služi za zadržavanje samo pristigle tRNA molekule napunjene aminokiselinom. Naziva se aminoacil-tRNA-vezno mjesto ili A-mjesto. Molekula tRNA čvrsto je vezana za oba mjesta samo ako se njezin antikodon spari s komplementarnim kodonom mRNA. Mjesta A i P smještena su vrlo blizu jedno drugom, tako da se dvije tRNA molekule povezane s njima spajaju s dva susjedna kodona u molekuli mRNA.
Proces rasta polipeptidnog lanca na ribosomima može se smatrati ciklusom koji se sastoji od tri odvojene faze:
- Molekula aminoacil-tRNA veže se na slobodno mjesto ribosoma uz zauzeto P mjesto. Vezanje se događa sparivanjem nukleotida antikodona s tri nukleotida mRNA smještenih na A-mjestu.
- U drugoj fazi, karboksilni kraj polipeptidnog lanca na P-mjestu se odvaja od molekule tRNA i stvara se peptidna veza s aminokiselinom vezanom za molekulu tRNA na A-mjestu.
- Nova peptidil tRNA prenosi se na P mjesto ribosoma, dok se ribosom pomiče duž molekule mRNA točno tri nukleotida.
Proces translokacije, koji predstavlja treću fazu, također uključuje povratak slobodne molekule tRNA odvojene od polipeptidnog lanca u P regiji tijekom druge faze citoplazmatskog skupa tRNA. Dakle, nakon završetka treće faze, nezauzeto A-mjesto može prihvatiti novu tRNA molekulu napunjenu drugom aminokiselinom, odnosno ciklus može započeti iznova.
Vrlo energetski intenzivan proces. Stvaranje svake nove peptidne veze prati raspored četiriju visokoenergetskih fosfatnih veza. Dvije se troše za punjenje molekule tRNA aminokiselinom, a dvije se troše na samu sintezu u ciklusu reakcija koje se odvijaju na ribosomu. Na kraju ciklusa peptidil transferaza veže ne aminokiselinu, već molekulu H 2 O na peptidil-tRNA, zbog čega se karboksilni kraj rastućeg polipeptidnog lanca odvaja od molekule tRNA - proteinski lanac je slobodan i ulazi u citoplazmu.
Dakle, novoformirana stanica nakon mitotske diobe obdarena je kontinuitetom vrste nasljednog materijala, kao rezultat njegovog prijenosa tijekom diobe u jednakim količinama na obje stanice kćeri. Stanice kćeri nastavljaju evolucijski fiksirani proces metabolizma vrste, stječući svojstva karakteristična za populaciju stanica tkivnog podrijetla. Stoga se u kratkom vremenu novostvorene stanice specijaliziraju (diferenciraju) prema svojoj glavnoj genetski zadanoj pripadnosti. Niz svojstava postaje iznimno zajednički svim stanicama, bez obzira na sustav tkiva u kojem obavljaju svoj životni ciklus. Kako bi obavljale svoje funkcije, stanice su obdarene nizom visoko specijaliziranih svojstava.
Izvori:
Citofiziologija / Lutsenko M.T. // Novosibirsk-Blagoveshchensk, 2011.
