Proteinler organizmaların yaşamında koruyucu, yapısal, hormonal ve enerji fonksiyonlarını yerine getirerek çok önemli bir rol oynar. Kas ve kemik dokusunun büyümesini sağlar. Proteinler hücrenin yapısı, işlevleri ve biyokimyasal özellikleri hakkında bilgi verir ve vücuda faydalı değerli gıda ürünlerinin (yumurta, süt ürünleri, balık, kuruyemişler, baklagiller, çavdar ve buğday) bir parçasıdır. Bu tür gıdaların sindirilebilirliği biyolojik değeriyle açıklanmaktadır. Eşit miktarda protein ile değeri yüksek olan ürünün sindirimi daha kolay olacaktır. Arızalı polimerlerin vücuttan uzaklaştırılması ve yenileriyle değiştirilmesi gerekir. Bu işlem hücrelerdeki proteinlerin sentezi sırasında meydana gelir.
Proteinler nelerdir?
Yalnızca amino asit kalıntılarından oluşan maddelere basit proteinler (proteinler) denir. Gerekirse enerji özelliklerinden yararlanılır, bu nedenle sağlıklı bir yaşam tarzı sürdüren insanlar genellikle ek olarak protein alımına ihtiyaç duyar. Kompleks proteinler, yani proteinler, basit bir protein ve protein olmayan bir kısım içerir. Proteindeki on amino asit esansiyeldir, yani vücut bunları kendi başına sentezleyemez, besinlerden gelir, diğer on tanesi ise değiştirilebilir yani başka amino asitlerden oluşturulabilir. Böylece tüm organizmalar için hayati bir süreç başlar.
Biyosentezin ana aşamaları: Proteinler nereden geliyor?
Yeni moleküller, bir bileşiğin kimyasal reaksiyonu olan biyosentez yoluyla yapılır. Bir hücrede protein sentezinin iki ana aşaması vardır. Bu transkripsiyon ve yayındır. Transkripsiyon çekirdekte gerçekleşir. Bu, gelecekteki protein hakkında bilgi taşıyan DNA'dan (deoksiribonükleik asit), bu bilgiyi DNA'dan sitoplazmaya aktaran RNA'ya (ribonükleik asit) yapılan bir okumadır. Bunun nedeni, DNA'nın doğrudan biyosenteze katılmaması, yalnızca bilgi taşıması, proteinin sentezlendiği sitoplazmaya girme kabiliyetine sahip olmaması ve yalnızca genetik bilgi taşıyıcısı işlevini yerine getirmesidir. Transkripsiyon, tamamlayıcılık ilkesine göre bir DNA şablonundan verileri RNA'ya okumanıza olanak tanır.
RNA ve DNA'nın süreçteki rolü
Yani hücrelerde protein sentezi, belirli bir protein hakkında bilgi taşıyan ve gen adı verilen bir DNA zinciri tarafından tetiklenir. DNA zinciri transkripsiyon sırasında gevşer, yani sarmalı doğrusal bir moleküle parçalanmaya başlar. DNA'daki bilgilerin RNA'ya dönüştürülmesi gerekir. Bu süreçte adenin, timin ile karşıt hale gelmelidir. Sitozinin tıpkı DNA gibi bir guanin çifti vardır. Adenin karşısında RNA urasil haline gelir, çünkü RNA'da timin gibi bir nükleotid mevcut değildir, sadece urasil nükleotid ile değiştirilir. Sitozin guanin ile komşudur. Adeninin karşıtı urasildir ve timinle eşleştirilmiş olanı adenindir. Tersine çevrilen bu RNA moleküllerine haberci RNA'lar (mRNA'lar) adı verilir. Çekirdekten gözenekler yoluyla sitoplazmaya ve aslında hücrelerde protein sentezi işlevini yerine getiren ribozomlara çıkma yeteneğine sahiptirler.
Basit kelimelerle kompleks hakkında
Artık proteinin polipeptit zinciri amino asit dizilerinden birleştirilir. Transkripsiyon, gelecekteki protein hakkındaki bilgilerin bir DNA şablonundan RNA'ya okunması olarak adlandırılabilir. Bu ilk aşama olarak tanımlanabilir. RNA çekirdeği terk ettikten sonra ribozomlara gitmeli ve burada çeviri adı verilen ikinci bir adım gerçekleşmelidir.
Çeviri zaten RNA'nın bir geçişidir, yani RNA, maddede hangi amino asit dizisinin olması gerektiğini söylediğinde, bilginin nükleotidlerden bir protein molekülüne aktarılmasıdır. Bu sırayla haberci RNA, hücredeki proteinlerin sentezini gerçekleştiren ribozomlara sitoplazmaya girer: A (adenin) - G (guanin) - U (urasil) - C (sitozin) - U (urasil) - A (adenin).
Ribozomlara neden ihtiyaç duyulur?
Çevirinin gerçekleşebilmesi ve bunun sonucunda bir proteinin oluşabilmesi için haberci RNA'nın kendisi, transfer RNA'sı ve proteinin üretildiği bir "fabrika" olan ribozomlar gibi bileşenlere ihtiyaç vardır. Bu durumda, iki tür RNA işlevi vardır: çekirdekte DNA ile oluşan bilgi ve taşıma. İkinci asit molekülü ise yonca görünümündedir. Bu "yonca", kendisine bir amino asit bağlayarak onu ribozomlara taşır. Yani organik bileşiklerin oluşumu için doğrudan “fabrika”ya taşınır.
rRNA nasıl çalışır?
Ayrıca ribozomun bir parçası olan ve hücrede protein sentezini gerçekleştiren ribozomal RNA'lar da vardır. Ribozomların zar dışı yapılar olduğu, çekirdek veya endoplazmik retikulum gibi zarları olmadığı, yalnızca proteinlerden ve ribozomal RNA'dan oluştuğu ortaya çıktı. Bir dizi nükleotid, yani haberci RNA ribozomlara ulaştığında ne olur?
Sitoplazmada bulunan transfer RNA amino asitleri kendine doğru çeker. Amino asitler hücrede nereden gelir? Ve yiyeceklerle alınan proteinlerin parçalanması sonucu oluşurlar. Bu bileşikler kan dolaşımı yoluyla vücut için gerekli proteinlerin üretildiği hücrelere taşınır.
Hücrelerde protein sentezinin son aşaması
Amino asitler tıpkı transfer RNA'lar gibi sitoplazmada yüzer ve polipeptit zinciri doğrudan birleştiğinde bu transfer RNA'lar onlarla birleşmeye başlar. Ancak her dizide ve her transfer RNA her çeşit aminoasit ile birleşemez. Gerekli amino asidin bağlandığı spesifik bir bölge vardır. Transfer RNA'nın ikinci bölümüne antikodon denir. Bu element, haberci RNA'daki nükleotid dizisine tamamlayıcı olan üç nükleotidden oluşur. Bir amino asit üç nükleotid gerektirir. Örneğin, basitlik açısından, belirli bir protein yalnızca iki amino asitten oluşur. Proteinlerin genel olarak çok uzun bir yapıya sahip olduğu ve birçok amino asitten oluştuğu açıktır. A - G - U zincirine üçlü veya kodon denir ve sonunda belirli bir amino asidin olacağı yonca şeklindeki transfer RNA'sı ona eklenecektir. Bir sonraki C - U - A üçlüsü, bu diziyi tamamlayan tamamen farklı bir amino asit içerecek başka bir tRNA ile birleştirilecektir. Bu sırada polipeptit zincirinin daha fazla birleşmesi meydana gelecektir.
Sentezin biyolojik önemi
Her üçlünün yonca uçlarında bulunan iki amino asit arasında bir peptit bağı oluşur. Bu aşamada transfer RNA sitoplazmaya girer. Üçüzler daha sonra bir sonraki transfer RNA ile başka bir amino asitle birleştirilir ve bu önceki ikisiyle bir polipeptit zinciri oluşturur. Bu işlem gerekli amino asit dizisine ulaşılıncaya kadar tekrarlanır. Bu sayede hücrede protein sentezi meydana gelir, enzimler, hormonlar, kan maddeleri vb. oluşur.Her hücre protein üretmez. Her hücre spesifik bir protein üretebilir. Örneğin, kırmızı kan hücrelerinde hemoglobin oluşacak ve pankreas hücreleri, vücuda giren besinleri parçalayan hormonları ve çeşitli enzimleri sentezleyecektir.
Kaslarda aktin ve miyozin proteinleri oluşacaktır. Gördüğünüz gibi hücrelerde protein sentezi sürecinin çok aşamalı ve karmaşık olması, bunun tüm canlılar için önemini ve gerekliliğini göstermektedir.
Genetiğin ana sorusu protein sentezi sorunudur. DNA ve RNA'nın yapısı ve sentezi hakkındaki verileri özetleyen Crick, 1960 yılında. 3 prensibe dayanan bir protein sentezi matris teorisi önerdi:
1. DNA ve RNA'nın azotlu bazlarının tamamlayıcılığı.
2. Bir DNA molekülündeki gen düzenlemesinin doğrusal dizisi.
3. Kalıtsal bilginin aktarımı ancak nükleik asitten nükleik asit veya proteine gerçekleşebilir.
Kalıtsal bilginin proteinden proteine aktarılması imkansızdır. Bu nedenle, yalnızca nükleik asitler protein sentezi için matris olabilir.
Protein sentezi için ihtiyacınız olan:
1. Üzerinde moleküllerin sentezlendiği DNA (genler).
2. RNA – (i-RNA) veya (m-RNA), r-RNA, t-RNA
Protein sentezi sürecinde aşamalar vardır: transkripsiyon ve çeviri.
Transkripsiyon– DNA'dan RNA'ya (t-RNA ve RNA, r-RNA) nükleik yapı hakkındaki bilgilerin sayımı (yeniden yazılması).
Kalıtsal bilgilerin okunması, DNA'nın promoter adı verilen belirli bir bölümünden başlar. Promotör genin önünde bulunur ve yaklaşık 80 nükleotid içerir.
DNA molekülünün dış zincirinde, proteinlerin sentezi için bir matris görevi gören ve bu nedenle şablon olarak adlandırılan mRNA (ara ürün) sentezlenir. DNA zincirindeki nükleotid dizisinin tam bir kopyasıdır.
DNA'nın genetik bilgi içermeyen bölümleri (intronlar) vardır. DNA'nın bilgi içeren bölümlerine ekson denir.
Çekirdeğin içinde intronları kesen özel enzimler vardır ve ekson parçaları ortak bir iplik halinde kesin bir sırayla birbirine "birleştirilir", bu işleme "splicing" adı verilir. Ekleme işlemi sırasında, protein sentezi için gerekli bilgileri içeren olgun m-RNA oluşur. Olgun mRNA (haberci RNA), nükleer membranın gözeneklerinden geçerek endoplazmik retikulumun (sitoplazma) kanallarına girer ve burada ribozomlara bağlanır.
Yayın- mRNA'daki nükleotidlerin düzenlenme dizisi, sentezlenen proteinin molekülündeki amino asitlerin kesin olarak sıralanmış bir düzenlenme dizisine çevrilir.
Çeviri süreci 2 aşamayı içerir: amino asitlerin aktivasyonu ve protein molekülünün doğrudan sentezi.
Bir mRNA molekülü 5-6 ribozomla birleşerek polisomları oluşturur. Protein sentezi, mRNA molekülü üzerinde, ribozomların onun boyunca hareket etmesiyle meydana gelir. Bu dönemde sitoplazmada bulunan amino asitler, her biri kendine özgü enzime sahip olan mitokondri tarafından salgılanan enzimlerin salgıladığı özel enzimler tarafından aktive edilir.
Amino asitler neredeyse anında başka bir tür RNA'ya bağlanır - m-RNA molekülüne amino asitlerin taşıyıcısı olarak görev yapan ve taşıma RNA'sı (t-RNA) olarak adlandırılan düşük moleküllü çözünür RNA. tRNA, amino asitleri ribozomlara belirli bir yere aktarır ve bu sırada mRNA molekülü orada biter. Daha sonra amino asitler peptit bağları ile birbirine bağlanır ve bir protein molekülü oluşur. Protein sentezinin sonuna doğru molekül yavaş yavaş m-RNA'dan ayrılır.
Bir mRNA molekülü 10-20 protein molekülü ve bazı durumlarda çok daha fazlasını üretir.
Protein sentezindeki en belirsiz soru, tRNA'nın getirdiği amino asidin bağlanması gereken mRNA'nın ilgili bölümünü nasıl bulduğudur.
Sentezlenen proteindeki amino asitlerin yerleşimini belirleyen DNA'daki azotlu bazların düzenlenme sırası - genetik kod.
Aynı kalıtsal bilgi, nükleik asitlerde dört karakterle (azot bazları) ve proteinlerde yirmi karakterle (amino asitler) “kaydedildiği” için. Genetik kodun sorunu, aralarında bir yazışma kurulmasından kaynaklanmaktadır. Genetikçiler, fizikçiler ve kimyagerler genetik kodun çözülmesinde önemli bir rol oynadılar.
Genetik kodu çözmek için öncelikle bir amino asidin oluşumunu belirleyen (kodlayan) minimum sayıda nükleotidin bulunması gerekiyordu. Eğer 20 amino asidin her biri bir baz tarafından kodlansaydı, DNA'nın 20 farklı bazı olması gerekirdi, ama aslında sadece 4 tane vardır. Açıkçası, iki nükleotidin birleşimi de 20 amino asidi kodlamak için yeterli değildir. Yalnızca 16 amino asidi kodlayabilir: 4 2 = 16.
Daha sonra kodun 3 nükleotid 4 3 = 64 kombinasyonunu içerdiği ve bu nedenle herhangi bir protein oluşturmaya yetecek miktarda amino asitten fazlasını kodlayabildiği öne sürüldü. Üç nükleotidin bu kombinasyonuna üçlü kod denir.
Kod aşağıdaki özelliklere sahiptir:
1.Genetik kod üçlüsü(her amino asit üç nükleotid tarafından kodlanır).
2. Yozlaşma– bir amino asit, triptofan ve metiyonin hariç, birkaç üçlü tarafından kodlanabilir.
3. Bir amino asitin kodonlarında ilk iki nükleotid aynıdır ancak üçüncüsü değişir.
4. Örtüşmeyen– üçüzler birbiriyle örtüşmez. Bir üçlü diğerinin parçası olamaz; her biri bağımsız olarak kendi amino asidini kodlar. Bu nedenle, bir polipeptit zincirinde herhangi iki amino asit yakınlarda bulunabilir ve bunların herhangi bir kombinasyonu mümkündür; ABCDEFGHI baz dizisinde ilk üç baz, 1 amino asidi (ABC-1), (DEF-2), vb. kodlar.
5.Evrensel, onlar. Tüm organizmalarda belirli amino asitlerin kodonları aynıdır (papatyadan insana kadar). Kodun evrenselliği dünyadaki yaşamın birliğine tanıklık ediyor.
6. Doğrusallık- mRNA'daki kodonların konumunun, sentezlenen polipeptit zincirindeki amino asitlerin sırası ile çakışması.
Bir kodon, 1 amino asidi kodlayan üçlü bir nükleotittir.
7. Anlamsız– herhangi bir amino asidi kodlamaz. Bu noktada protein sentezi kesintiye uğrar.
Son yıllarda, mitokondride genetik kodun evrenselliğinin bozulduğu ortaya çıktı; mitokondrideki dört kodon anlamlarını değiştirdi, örneğin UGA kodonu - protein sentezinin durması olan “STOP” yerine triptofana karşılık gelir. AUA – “izolösin” yerine metiyonine karşılık gelir.
Mitokondride yeni kodonların keşfi, kodun evrimleştiğine ve birdenbire bu hale gelmediğine dair kanıt sağlayabilir.
Bir genden protein molekülüne kadar olan kalıtsal bilgiyi şematik olarak ifade edelim.
DNA – RNA – protein
Hücrelerin kimyasal bileşimi üzerine yapılan çalışma, aynı organizmanın farklı dokularının, aynı sayıda kromozoma ve aynı genetik kalıtsal bilgiye sahip olmalarına rağmen, farklı protein molekülleri seti içerdiğini göstermiştir.
Şu duruma dikkat edelim: Tüm organizmanın tüm genlerinin her hücrede bulunmasına rağmen, tek bir hücrede çok az sayıda gen çalışır - toplam sayının onda birinden yüzde birkaçına kadar. Geriye kalan alanlar “sessizdir”, özel proteinler tarafından bloke edilirler. Bu anlaşılabilir bir durumdur; örneğin sinir hücresinde hemoglobin genleri neden çalışır? Hücrenin hangi genlerin sessiz olacağını ve hangilerinin çalışacağını belirleme şekline göre, hücrenin, genlerin aktivitesini düzenleyen, belirli bir anda hangi genlerin aktif, hangilerinin pasif durumda olması gerektiğini belirleyen mükemmel bir mekanizmaya sahip olduğu varsayılmalıdır. baskıcı) devlet. Fransız bilim adamları F. Jacobo ve J. Monod'a göre bu mekanizmaya indüksiyon ve baskı denir.
İndüksiyon– protein sentezinin uyarılması.
Baskı– protein sentezinin baskılanması.
İndüksiyon, hücre yaşamının bu aşamasında gerekli olan bir proteini veya enzimi sentezleyen genlerin çalışmasını sağlar.
Hayvanlarda hücre zarı hormonları gen düzenleme sürecinde önemli bir rol oynar; bitkilerde - çevresel koşullar ve diğer oldukça uzmanlaşmış uyarıcılar.
Örnek: Ortama tiroid hormonu eklendiğinde kurbağa yavruları hızla kurbağaya dönüşür.
E (Coli) bakterisinin normal çalışması için süt şekeri (laktoz) gereklidir. Eğer bakterinin bulunduğu ortam laktoz içermiyorsa bu genler baskılayıcı durumdadır (yani işlev görmezler). Ortama eklenen laktoz, enzimlerin sentezinden sorumlu genleri aktive eden bir indükleyicidir. Laktoz ortamdan uzaklaştırıldıktan sonra bu enzimlerin sentezi durur. Böylece, hücrede sentezlenen bir madde, içeriği normu aşarsa veya tüketilirse, baskılayıcının rolü gerçekleştirilebilir.
Protein veya enzim sentezinde çeşitli gen türleri rol oynar.
Tüm genler DNA molekülünde bulunur.
İşlevleri bakımından aynı değildirler:
- yapısal – Bazı enzim veya proteinlerin sentezini etkileyen genler, DNA molekülünde sentez reaksiyonunun seyri üzerindeki etkilerine göre birbiri ardına yerleştirilir veya yapısal genler de diyebilirsiniz - bunlar hakkında bilgi taşıyan genlerdir. amino asit dizisi.
- akseptör– genler proteinin yapısı hakkında kalıtsal bilgi taşımazlar; yapısal genlerin işleyişini düzenlerler.
Bir grup yapısal genden önce, onlar için ortak olan bir gen vardır: Şebeke, ve onun önünde - destekçi. Genel olarak bu fonksiyonel gruba denir tüylü
Bir operonun tüm gen grubu sentez sürecine dahil edilir ve aynı anda kapatılır. Yapısal genlerin açılıp kapatılması tüm düzenleyici sürecin özüdür.
Açma ve kapatma işlevi, DNA molekülünün özel bir bölümü tarafından gerçekleştirilir - gen operatörü. Operatör gen, protein sentezinin veya dedikleri gibi genetik bilginin “okunmasının” başlangıç noktasıdır. Ayrıca aynı molekülde belirli bir mesafede bir gen vardır - kontrolü altında baskılayıcı adı verilen bir proteinin üretildiği bir düzenleyici.
Bütün söylenenlerden protein sentezinin çok karmaşık olduğu açıktır. Hücrenin genetik sistemi, baskı ve indüksiyon mekanizmalarını kullanarak, belirli bir enzimin sentezinin başlatılması ve bitirilmesi gerektiğine dair sinyaller alabilir ve bu işlemi belirli bir hızda gerçekleştirebilir.
Yüksek organizmalarda genlerin aktivitesinin düzenlenmesi sorunu, hayvancılık ve tıpta büyük pratik öneme sahiptir. Protein sentezini düzenleyen faktörlerin belirlenmesi, kalıtsal hastalıklara dirençli hayvanların yanı sıra yüksek verimli hayvanlar yaratarak, intogenezi kontrol etmek için geniş olasılıkların önünü açacaktır.
Kontrol soruları:
1.Genlerin özelliklerini adlandırın.
2.Gen nedir?
3.DNA ve RNA'nın biyolojik önemini sayabilecektir.
4.Protein sentezinin aşamalarını adlandırın
5.Genetik kodun özelliklerini listeler.
Protein biyosentezi süreci hücre için son derece önemlidir. Proteinler dokularda önemli rol oynayan karmaşık maddeler olduğundan önemlidir. Bu nedenle hücrede, çeşitli organellerde meydana gelen bir dizi protein biyosentezi süreci gerçekleştirilir. Bu, hücre çoğalmasını ve var olma olasılığını garanti eder.
Protein biyosentezi sürecinin özü
Protein sentezi için tek yer kaba olanıdır.Burada polipeptit zincirinin oluşumundan sorumlu olan ribozomların büyük kısmı bulunur. Ancak translasyon aşaması (protein sentezi süreci) başlamadan önce, protein yapısı hakkında bilgi depolayan genin aktivasyonu gerekir. Bundan sonra DNA'nın bu bölümünün (veya bakteriyel biyosentez düşünülüyorsa RNA'nın) kopyalanması gerekir.
DNA kopyalandıktan sonra haberci RNA oluşturma işlemi gerekir. Temelinde protein zincirinin sentezi gerçekleştirilecektir. Üstelik nükleik asitlerin katılımıyla oluşan tüm aşamaların gerçekleşmesi gerekir. Ancak protein sentezinin gerçekleştiği yer burası değildir. Biyosentez hazırlığının gerçekleştiği yer.
Ribozomal protein biyosentezi
Protein sentezinin gerçekleştiği ana yer, iki alt birimden oluşan hücresel bir organeldir. Hücrede bu tür çok sayıda yapı vardır ve bunlar esas olarak kaba endoplazmik retikulumun zarlarında bulunur. Biyosentezin kendisi şu şekilde gerçekleşir: Hücre çekirdeğinde oluşan haberci RNA, nükleer gözeneklerden sitoplazmaya çıkar ve ribozomla buluşur. Daha sonra mRNA, ribozomal alt birimler arasındaki boşluğa itilir ve ardından ilk amino asit sabitlenir.
Amino asitler, protein sentezinin gerçekleştiği yere, böyle bir molekül, bir seferde bir amino asit getirebilir. Haberci RNA'nın kodon dizisine bağlı olarak sırayla bağlanırlar. Ayrıca sentez bir süreliğine durabilir.
Ribozom, mRNA boyunca hareket ederken amino asitleri kodlamayan bölgelere (intronlara) girebilir. Bu yerlerde ribozom mRNA boyunca basitçe hareket eder, ancak zincire hiçbir amino asit eklenmez. Ribozom eksona, yani asidi kodlayan bölgeye ulaştığında polipeptide yeniden bağlanır.
Proteinlerin sentetik sonrası modifikasyonu
Ribozom, haberci RNA'nın durdurma kodonuna ulaştıktan sonra doğrudan sentez işlemi tamamlanır. Ancak ortaya çıkan molekül birincil bir yapıya sahiptir ve kendisine ayrılan işlevleri henüz yerine getirememektedir. Tam olarak çalışabilmesi için molekülün belirli bir yapı halinde düzenlenmesi gerekir: ikincil, üçüncül ve hatta daha karmaşık - dördüncül.
Proteinin yapısal organizasyonu
İkincil yapı, yapısal organizasyonun ilk aşamasıdır. Bunu başarmak için, birincil polipeptit zincirinin kıvrılması (alfa helisleri oluşturması) veya katlanması (beta tabakaları oluşturması) gerekir. Daha sonra, uzunluk boyunca daha az yer kaplamak için molekül hidrojen, kovalent ve iyonik bağların yanı sıra atomlar arası etkileşimler nedeniyle daha da büzülür ve bir top şeklinde sarılır. Böylece küresel bir elde ederiz.
Kuaterner protein yapısı
Kuaterner yapı en karmaşık olanıdır. Bir polipeptitin fibriler iplikçikleriyle birbirine bağlanan, küresel yapıya sahip birkaç bölümden oluşur. Ek olarak üçüncül ve dördüncül yapı, proteinin fonksiyon aralığını genişleten bir karbonhidrat veya lipit kalıntısı içerebilir. Özellikle glikoproteinler, proteinler ve karbonhidratlar immünoglobulinlerdir ve koruyucu bir işlev görürler. Glikoproteinler ayrıca hücre zarlarında bulunur ve reseptör olarak çalışır. Ancak molekül, protein sentezinin gerçekleştiği yerde değil, pürüzsüz endoplazmik retikulumda değişikliğe uğrar. Burada lipitlerin, metallerin ve karbonhidratların protein alanlarına bağlanması olasılığı vardır.
Hücrelerin yüksek düzeyde düzenli bir organizasyonu sürdürme yeteneği, dört genetik süreçte gerçekleştirilen, depolanan, çoğaltılan veya geliştirilen genetik bilgiye bağlıdır: RNA ve protein sentezi, DNA onarımı, DNA replikasyonu ve genetik rekombinasyon. Proteinler genellikle hücrenin kuru kütlesinin yarısından fazlasını oluşturur ve bunların sentezi, hücre büyümesi ve farklılaşması, yapı ve işlevlerinin korunması gibi süreçlerde önemli bir rol oynar.
Birkaç sınıf RNA molekülünün birleşik etkisine bağlıdır. Öncelikle sentezlenen protein hakkında bilgi taşıyan DNA'nın kopyalanması sonucunda haberci RNA (mRNA) molekülü oluşur. Proteinin oluşturulduğu 20 amino asidin her birine spesifik bir transfer RNA (tRNA) molekülü bağlanır ve bazı yardımcı protein faktörleri, sentezin gerçekleştiği ribozomun alt birimlerine bağlanır.
Bir hücrede protein sentezinin başlangıcı, bu bileşenlerin sitoplazmada birleşerek fonksiyonel bir ribozom oluşturduğu an olarak kabul edilir. MRNA, ribozom boyunca adım adım hareket ettikçe, nükleotid dizisi karşılık gelen amino asit dizisine çevrilir (taşınır), bu da spesifik bir protein zincirinin yaratılmasıyla sonuçlanır.
Bir DNA şablonu üzerindeki RNA'nın sentezine transkripsiyon denir. Transkripsiyonun bir sonucu olarak, hücrede protein sentezi için bilgi taşıyan mRNA moleküllerinin yanı sıra yapısal ve katalitik işlevleri yerine getiren taşıma, ribozomal ve diğer RNA molekülü türleri oluşur. Bu RNA moleküllerinin (DNA molekülünün bölümlerinin nükleotid dizilerinin kopyaları) sentezi, RNA polimeraz adı verilen enzimler tarafından katalize edilir.
RNA polimeraz, RNA sentezi için başlangıç sinyalini içeren promotör adı verilen spesifik bir DNA dizisine, yani bu sentezin başlaması gereken bölgeye bağlanırsa, RNA polimeraz bağlanmasının çok güçlü olduğu ortaya çıkar. Bunu takip eden reaksiyonlar aşağıdakilerle karakterize edilir: Promotöre bağlanan RNA polimeraz, çift sarmalın kendi bölümünü çözer, böylece iki DNA şeridinin her birinin kısa bir segmentindeki nükleotidleri açığa çıkarır. Bu iki ayrılmış zincirden biri, ana DNA'nın gelen monomerlerin bazları (ribonükleosit trifosfatlar) ile tamamlayıcı eşleşmesi için bir şablon haline gelmelidir. Polimeraz gelen ilk iki monomeri bağlar ve böylece sentezlenen RNA zincirini başlatır. Daha sonra DNA boyunca adım adım ilerleyen RNA polimeraz, DNA sarmalını kendi önünde çözer ve her seferinde tamamlayıcı baz eşleşmesi için şablonun yeni bir bölümünü açığa çıkarır. Büyüyen RNA zincirine her seferinde bir nükleotid ekleyerek zinciri yavaş yavaş arttırır.
RNA zincirinin uzatılması süreci, enzim yolda DNA zincirinde başka bir spesifik nükleotid dizisiyle, yani transkripsiyon sonlandırma sinyaliyle (durma sinyali) karşılaşıncaya kadar devam eder. Bu noktaya ulaşan polimeraz hem kalıp DNA'dan hem de yeni sentezlenen RNA zincirinden ayrılır. Enzim şablon iplikçik boyunca hareket ettikçe aktif merkezinde bir RNA-DNA çift sarmalı oluşur. DNA-RNA sentezi işini tamamlayan polimeraz molekülünün arkasında, DNA-RNA sarmalı hemen onarılır ve RNA'nın yeri değiştirilir. Tamamlanan her RNA dizisi, nükleotidlerin sayısı 70 ila 10.000 arasında değişen, serbest tek sarmallı bir molekül olarak DNA şablonundan ayrılır.
Kural olarak DNA iplikçiklerinden biri kopyalanır. İki zincirden hangisinin kopyalanacağı, nükleotid dizisi RNA polimerazı bir yola veya diğerine yönlendirecek şekilde yönlendirilen promotör tarafından belirlenir.
Ayrıca gen aktivitesini düzenleyen özel proteinlerin, DNA'nın hangi bölümlerinin RNA polimeraz tarafından kopyalanacağının belirlenmesinde önemli rol oynadığı bilinmektedir. Hücrenin hangi proteinleri üreteceğine öncelikle bağlıdır. Ayrıca, ökaryotik hücrelerde, DNA'nın çoğu RNA transkripti, hücre çekirdeğini terk edecek ve mRNA formunda sitoplazmaya hareket edecek, önemli değişikliklere uğrayacak - birleşmeye uğrayacaktır.
Tüm hücreler, boyutları 70 ila 90 nükleotid arasında değişen küçük moleküller olan bir dizi transfer RNA'sı (tRNA) içerir. Bu RNA'lar, bir ucunu belirli bir mRNA kodonuna, diğer ucunu da bu üçlünün kodladığı amino asidi bağlayarak, amino asitlerin mRNA'nın nükleotid dizisinin belirlediği sıraya göre sıralanmasını sağlar.
Her tRNA, protein sentezinde kullanılan 20 amino asitten yalnızca birini taşıyabilir. Glisin aktaran transfer RNA, Gly tRNA vb. olarak adlandırılır. 20 amino asidin her biri için bir tür tRNA vardır. Her bir amino asidin, mRNA molekülünde bu amino asidi tanımlayan üç nükleotid kodona tamamlayıcı olan üç nükleotid dizisi olan doğru antikodonu içeren bir tRNA'ya kovalent olarak bağlanması önemlidir. Kodon-antikodon eşleşmesi, her bir amino asidin, mRNA'nın nükleotid sekansının belirlediği sırayla büyüyen protein zincirine dahil edilmesini sağlar. Dolayısıyla genetik kod, nükleik asitlerin nükleotid dizilerini proteinlerin amino asit dizilerine çevirmek (çevirmek) için kullanılır.
mRNA zinciri kırmızı, ribozomlar mavi, büyüyen polipeptit zincirleri yeşil renktedir. (Fotoğraf: Dr. Elena Kiseleva).
Bir ucunda bir amino asidi birleştirerek ve diğer ucunda bir kodonla eşleşerek tRNA, bir nükleotid dizisini bir amino asit dizisine dönüştürür. TRNA'nın işlevi, molekülünün üç boyutlu yapısına bağlıdır. Belirli bir amino asidin büyüyen bir polipeptit zincirine tam olarak nereye bağlanacağı, amino asidin kendisine değil, onu bağlayan tRNA molekülüne bağlıdır. tRNA molekülü, yirmi amino asitten tam olarak gerçek ortağı olan amino asite kovalent olarak bağlanır. Bu mekanizma, bir amino asidi karşılık gelen tRNA molekülleri grubuna bağlayan, aminoasil-tRNA sentazları adı verilen enzimlerin katılımıyla ilişkilidir. Her amino asidin kendi özel sentetazı vardır (toplamda bu tür 20 sentetaz vardır): biri örneğin tRNA Gly'ye glisin ekler, diğeri tRNA Ala'ya alanin ekler, vb. Böylece, tRNA molekülleri, bir nükleik asidin nükleotid dizisinde yer alan bilgiyi bir proteinin diline çevirerek son adaptör rolünü oynar.
Protein sentezi reaksiyonlarının gerçekleşmesi karmaşık bir katalitik uyarı gerektirir. Sonraki her mRNA kodonunun tek bir nükleotidi atlamadan tRNA antikodonuna doğru şekilde bağlanabilmesi için polipeptit zincirinin büyüyen ucunun mRNA molekülüne belirli bir şekilde ayarlanması gerekir. Aksi takdirde okuma sırasının değişmesine yol açacaktır.
Ribozomun kütlesinin yarısından fazlası, ribozomun katalitik aktivitesinde anahtar rol oynayan RNA'dır (rRNA). Ribozomda RNA'nın bağlandığı üç farklı bölge vardır; biri mRNA için, ikisi tRNA için. Son ikisinden bir bölge, polipeptit zincirinin büyüyen ucuna bağlı tRNA molekülünü tutar, dolayısıyla buna peptidil-tRNA bağlanma bölgesi veya P bölgesi denir.
İkinci bölüm yalnızca bir amino asitle yüklenmiş gelen tRNA molekülünün tutulmasına hizmet eder. Buna aminoasil-tRNA bağlanma bölgesi veya A bölgesi denir. Bir tRNA molekülü, yalnızca antikodonu tamamlayıcı mRNA kodonuyla eşleştiğinde her iki bölgeye de sıkı bir şekilde bağlanır. A ve P bölgeleri birbirine çok yakın konumlandırılmıştır, böylece bunlarla ilişkili iki tRNA molekülü, mRNA molekülündeki iki bitişik kodonla eşleşir.
Ribozomlarda bir polipeptit zincirinin büyüme süreci, üç ayrı aşamadan oluşan bir döngü olarak düşünülebilir:
- Aminoasil-tRNA molekülü, işgal edilen P bölgesine bitişik ribozomun serbest bölgesine bağlanır. Bağlanma, antikodon nükleotidlerinin A bölgesinde bulunan mRNA'nın üç nükleotidiyle eşleştirilmesiyle gerçekleşir.
- İkinci aşamada P bölgesindeki polipeptit zincirinin karboksil ucu tRNA molekülünden ayrılır ve A bölgesindeki tRNA molekülüne bağlanan amino asit ile bir peptit bağı oluşturulur.
- Yeni peptidil tRNA, ribozomun P bölgesine aktarılırken, ribozom, mRNA molekülü boyunca tam olarak üç nükleotid boyunca hareket eder.
Üçüncü aşamayı oluşturan translokasyon süreci aynı zamanda sitoplazmik tRNA havuzunun ikinci aşamasında P bölgesindeki polipeptit zincirinden ayrılan serbest bir tRNA molekülünün geri dönüşünü de içermektedir. Dolayısıyla üçüncü aşamanın tamamlanmasının ardından boş olan A bölgesi, başka bir amino asitle yüklenmiş yeni bir tRNA molekülünü kabul edebilir, yani döngü yeniden başlayabilir.
Çok enerji yoğun bir süreç. Her yeni peptid bağının oluşumuna dört adet yüksek enerjili fosfat bağının düzenlenmesi eşlik eder. Bunlardan ikisi tRNA molekülünü bir amino asitle yüklemek için harcanır ve ikisi de ribozomda meydana gelen reaksiyon döngüsünde sentezin kendisi için harcanır. Döngünün sonunda, peptidil transferaz bir amino asit değil, peptidil-tRNA'ya bir H20 molekülü bağlar, bunun sonucunda büyüyen polipeptit zincirinin karboksil ucu tRNA molekülünden ayrılır - protein zinciri serbesttir ve sitoplazmaya girer.
Böylece, mitotik bölünmeden sonra yeni oluşan hücre, bölünme sırasında her iki yavru hücreye eşit miktarlarda aktarılmasının bir sonucu olarak, kalıtsal materyalin tür sürekliliği ile donatılır. Kız hücreler, doku kökenli hücre popülasyonunun karakteristik özelliklerini kazanarak, tür metabolizmasının evrimsel olarak sabit sürecini sürdürür. Bu nedenle, kısa bir süre içinde yeni oluşan hücreler, genetik olarak atanan ana bağlılıklarına göre uzmanlaşmaya (farklılaşmaya) uğrarlar. Bir dizi özellik, yaşam döngülerini gerçekleştirdikleri doku sistemine bakılmaksızın tüm hücreler için son derece ortak hale gelir. Hücreler, işlevlerini yerine getirebilmek için çok sayıda özelleşmiş özelliğe sahiptir.
Kaynaklar:
Sitofizyoloji / Lutsenko M.T. // Novosibirsk-Blagoveshchensk, 2011.
