Informacija

15.5A: Strojevi za sintezu proteina - biologija

15.5A: Strojevi za sintezu proteina - biologija



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Sinteza proteina, odnosno prijevod mRNA u protein, događa se uz pomoć ribosoma, tRNA i aminoacil tRNA sintetaza.

ciljevi učenja

  • Objasniti ulogu sintetaza ribosoma, tRNA i aminoacil tRNA u sintezi proteina

Ključne točke

  • Ribosomi, makromolekularne strukture sastavljene od rRNA i polipeptidnih lanaca, formirane su od dvije podjedinice (u bakterijama i arhejama, 30S i 50S; u eukariota, 40S i 60S), koje spajaju mRNA i tRNA da kataliziraju sintezu proteina.
  • Potpuno sastavljeni ribosomi imaju tri mjesta vezanja tRNA: mjesto A za ulazne aminoacil-tRNA, mjesto P za peptidil-tRNA i E mjesto gdje izlaze prazne tRNA.
  • tRNA (transfer ribonukleinske kiseline), koje služe za isporuku odgovarajuće aminokiseline u rastući peptidni lanac, sastoje se od modificiranog RNA lanca s odgovarajućom aminokiselinom kovalentno vezanom.
  • tRNA imaju petlju nebaziranih nukleotida na jednom kraju molekule koja sadrži tri nukleotida koji djeluju kao antikodon koji se spaja s kodonom mRNA.
  • Aminoacil tRNA sintetaze su enzimi koji učitavaju pojedinačne aminokiseline na tRNA.

Ključni uvjeti

  • ribosoma: kompleksi protein/mRNA pronađeni u svim stanicama koje su uključene u proizvodnju proteina prevođenjem glasničke RNA

Strojevi za sintezu proteina

Osim predloška mRNA, mnoge molekule i makromolekule doprinose procesu translacije. Sastav svake komponente može varirati među vrstama. Na primjer, ribosomi se mogu sastojati od različitog broja rRNA i polipeptida ovisno o organizmu. Međutim, opće strukture i funkcije strojeva za sintezu proteina usporedive su od bakterija do arhea i ljudskih stanica. Translacija zahtijeva unos predloška mRNA, ribosoma, tRNA i raznih enzimskih čimbenika.

Ribosomi

Ribosom je složena makromolekula sastavljena od strukturnih i katalitičkih rRNA i mnogih različitih polipeptida. U eukariota, sinteza i sastavljanje rRNA se događa u nukleolu.

Ribosomi postoje u citoplazmi u prokariota i u citoplazmi i na grubim membranama endoplazmatskog retikuluma u eukariota. Mitohondriji i kloroplasti također imaju svoje ribosome, koji izgledaju sličnije prokariotskim ribosomima (i imaju sličnu osjetljivost na lijekove) nego citoplazmatski ribosomi. Ribosomi se disociraju na velike i male podjedinice kada ne sintetiziraju proteine ​​i ponovno se povezuju tijekom inicijacije translacije.E coli imaju malu podjedinicu 30S i veliku podjedinicu 50S, ukupno 70S kada su sastavljene (podsjetimo da Svedberg jedinice nisu aditivne). Ribosomi sisavaca imaju malu 40S podjedinicu i veliku 60S podjedinicu, ukupno 80S. Mala podjedinica je odgovorna za vezanje šablona mRNA, dok velika podjedinica sekvencijalno veže tRNA.

Kod bakterija, arheja i eukariota, netaknuti ribosom ima tri vezna mjesta na kojima se nalaze tRNA: A mjesto, P mjesto i E mjesto. Dolazeće aminoacilne-tRNA (tRNA s kovalentno vezanom aminokiselinom naziva se aminoacil-tRNA) ulaze u ribosom na A mjestu. Peptidil-tRNA koja nosi rastući polipeptidni lanac drži se na P mjestu. E mjesto drži prazne tRNA neposredno prije nego što izađu iz ribosoma.

Svaku molekulu mRNA simultano prevodi mnogo ribosoma, svi čitaju mRNA od 5′ do 3′ i sintetiziraju polipeptid od N kraja do C kraja. Kompletna struktura mRNA/poli-ribosoma naziva se polisom.

TRNA u eukariota

Molekule tRNA se transkribiraju pomoću RNA polimeraze III. Ovisno o vrsti, u citoplazmi postoji 40 do 60 tipova tRNA. Specifične tRNA vežu se na kodone na šabloni mRNA i dodaju odgovarajuću aminokiselinu u polipeptidni lanac. (Točnije, rastući polipeptidni lanac dodaje se svakoj novoj aminokiselini vezanoj tRNA.)

Prijenosne RNA (tRNA) su strukturne RNA molekule. Kod eukariota, tRNA mol se transkribira iz gena tRNA pomoću RNA polimeraze III. Služeći kao adaptori, specifične tRNA se vežu na sekvence na šabloni mRNA i dodaju odgovarajuću aminokiselinu u polipeptidni lanac. (Točnije, rastući polipeptidni lanac dodaje se svakoj novoj aminokiselini koju donosi tRNA.) Stoga su tRNA molekule koje zapravo "prevode" jezik RNK na jezik proteina.

Od 64 moguća kodona mRNA (triplet kombinacije A, U, G i C) tri određuju završetak sinteze proteina, a 61 specificira dodavanje aminokiselina u polipeptidni lanac. Od tri terminska kodona, jedan (UGA) se također može koristiti za kodiranje 21. aminokiseline, selenocisteina, ali samo ako mRNA sadrži specifičan slijed nukleotida poznat kao SECIS sekvenca. Od 61 neterminacijskog kodona, jedan kodon (AUG) također kodira inicijaciju translacije.

Svaki polinukleotidni lanac tRNA savija se tako da se neki unutarnji dijelovi spajaju s drugim unutarnjim dijelovima. Ako se samo dijagramira u dvije dimenzije, regije u kojima dolazi do sparivanja baza nazivaju se stabljike, a regije u kojima se ne formiraju parovi baza nazivaju se petlje, a cijeli uzorak stabljika i petlji koji se formira za tRNA naziva se struktura "djetelinskog lista". Sve tRNA se savijaju u vrlo slične strukture listova djeteline od četiri glavne stabljike i tri glavne petlje.

Ako se promatra kao trodimenzionalna struktura, sve regije uparene bazama tRNA su spiralne, a tRNA se savija u strukturu u obliku slova L.

Svaka tRNA ima slijed od tri nukleotida smještena u petlji na jednom kraju molekule koja se može upariti s kodonom mRNA. To se zove antikodon tRNA. Svaka različita tRNA ima drugačiji antikodon. Kada se antikodon tRNA spoji s jednim od kodona mRNA, tRNA će dodati aminokiselinu rastućem polipeptidnom lancu ili prekinuti translaciju, prema genetskom kodu. Na primjer, ako se sekvenca CUA pojavi na mRNA predlošku u odgovarajućem okviru čitanja, ona bi vezala tRNA s antikodonom koji izražava komplementarnu sekvencu, GAU. tRNA s ovim antikodonom bila bi povezana s aminokiselinom leucinom.

Aminoacil tRNA sintetaze

Proces sinteze pre-tRNA pomoću RNA polimeraze III samo stvara RNA dio molekule adaptera. Odgovarajuća aminokiselina mora se dodati kasnije, nakon što se tRNA obradi i izveze u citoplazmu. Kroz proces "punjenja" tRNA, svaka molekula tRNA je povezana sa svojom ispravnom aminokiselinom grupom enzima koji se nazivaju aminoacil tRNA sintetaze. Kada je aminokiselina kovalentno vezana na tRNA, rezultirajući kompleks je poznat kao aminoacil-tRNA. Najmanje jedan tip aminoacil tRNA sintetaze postoji za svaku od 21 aminokiseline; točan broj aminoacil tRNA sintetaza varira ovisno o vrsti. Ovi enzimi prvo vežu i hidroliziraju ATP kako bi katalizirali stvaranje kovalentne veze između aminokiseline i adenozin monofosfata (AMP); u ovoj reakciji izbacuje se molekula pirofosfata. To se zove "aktivacija" aminokiseline. Isti enzim zatim katalizira vezanje aktivirane aminokiseline na tRNA i istovremeno oslobađanje AMP-a. Nakon što je ispravna aminokiselina kovalentno vezana na tRNA, enzim je oslobađa. Za tRNA se kaže da je nabijena srodnom aminokiselinom. (aminokiselina određena svojim antikodonom je srodna aminokiselina tRNA.)


Strojevi za sintezu proteina

Osim predloška mRNA, mnoge druge molekule doprinose procesu translacije. Sastav svake komponente može varirati među vrstama, na primjer, ribosomi se mogu sastojati od različitog broja ribosomskih RNA ( rRNA) i polipeptida ovisno o organizmu. Međutim, opće strukture i funkcije strojeva za sintezu proteina usporedive su od bakterija do ljudskih stanica. Translacija zahtijeva unos predloška mRNA, ribosoma, tRNA i raznih enzimskih čimbenika (slika 9.19).

U E.coli, postoji 200.000 ribosoma prisutnih u svakoj stanici u bilo kojem trenutku. Ribosom je složena makromolekula sastavljena od strukturnih i katalitičkih rRNA i mnogih različitih polipeptida. U eukariota je nukleolus potpuno specijaliziran za sintezu i sastavljanje rRNA.

Ribosomi se nalaze u citoplazmi u prokariota te u citoplazmi i endoplazmatskom retikulumu eukariota. Ribosomi se sastoje od velike i male podjedinice koje se spajaju radi translacije. Mala podjedinica odgovorna je za vezanje šablona mRNA, dok se velika podjedinica veže sekvencijalno tRNA, vrsta RNA molekule koja dovodi aminokiseline u rastući lanac polipeptida. Svaku molekulu mRNA simultano transliraju mnogi ribosomi, a svi sintetiziraju protein u istom smjeru.

Ovisno o vrsti, u citoplazmi postoji 40 do 60 tipova tRNA. Služeći kao adaptori, specifične tRNA se vežu na sekvence na šabloni mRNA i dodaju odgovarajuću aminokiselinu u polipeptidni lanac. Stoga su tRNA molekule koje zapravo "prevode" jezik RNK u jezik proteina. Da bi svaka tRNA funkcionirala, na nju mora biti vezana specifična aminokiselina. U procesu "punjenja" tRNA, svaka molekula tRNA je vezana za svoju ispravnu aminokiselinu.


Studija otkriva kako stanice pod stresom zaustavljaju sintezu proteina


Stanice doživljavaju stres na više načina. Temperaturni pomaci, pogrešno presavijeni proteini i oksidativna oštećenja mogu uzrokovati stanični stres. No, bez obzira na oblik stresa, sve stanice brzo prestaju proizvoditi proteine ​​pod pritiskom.

Nova Cornellova studija otkriva kako stanice brzo zaustavljaju sintezu proteina tijekom stresa, a zatim nastavljaju svoje aktivnosti stvaranja proteina nakon što stres prođe.

Ako bi se proteini nastavili sintetizirati tijekom stresa, stanice bi trošile energiju, a oštećeni proteini bi se nakupljali, što bi dovelo do toksičnosti i bolesti.

Ranije su istraživači mislili da se tijekom stresnog proteina sinteza proteina kontrolira samo na mjestu gdje translacijski strojevi počinju čitati mRNA, DNK transkript koji nosi proteinske kodove.

No, nova studija, objavljena online 3. siječnja u časopisu Molecular Cell, izvještava da se sinteza proteina zapravo može zaustaviti na pola puta, tijekom sljedeće faze u procesu sinteze proteina, zvane elongacija, gdje se proteini stvaraju u dugom lancu aminokiseline, poput mljevene govedine koja izlazi iz mlinca.

Istraživači su koristili tehniku ​​koju su razvili za praćenje procesa sinteze proteina koji uključuje ribosome, koji dekodiraju mRNA i grade lance aminokiselina, građevnih blokova proteina. Otkrili su, u prisutnosti stresa i pogrešno presavijenih proteina, ribosomi pauziraju tijekom ranog procesa elongacije, kada su nastali novi peptidi (lanci aminokiselina), ali su još uvijek bili manje od 50 aminokiselina.

“Bili smo jako iznenađeni”, rekao je Shu-Bing Qian, docent nutricionističkih znanosti na Cornellu i viši autor članka. “Mislili smo da će pauzirati posvuda, ali smo pronašli samo ribosome koji pauziraju unutar prvih 50 aminokiselina. Shvatili smo da prevodilačka mašinerija mora imati mehanizam za kontrolu trgovine ljudima u ovoj regiji.”

Kada se naprave peptidi, oni izlaze iz tunela na kraju ribosoma koji je dugačak oko 30 do 50 aminokiselina. "Unutar tunela, novoformirani peptidi su skriveni od vanjskog okruženja", rekao je Qian. Ali kada se pojave, molekule zvane chaperones pomažu ih izvući iz ribosoma.

Istraživači su otkrili da pod stresom nisu bili prisutni pratitelji koji bi izvlačili novonastale peptide dok su izlazili iz tunela. Umjesto toga, chaperoni su angažirani kako bi pomogli peptidima - oštećenim uvjetima u stanici uzrokovanim stresom - da se ponovno pretvore u proteine.

“Naša studija pokazuje da pratioci ne samo da pomažu savijanju, već i kontroliraju ribosome”, rekao je Qian. “Koristili smo kemijske inhibitore kako bismo inhibirali chaperone u stanicama bez stresa, a oni su pauzirali na točno istom mjestu.”

Dok su Qian i kolege promatrali ovaj proces tijekom stresa uzrokovanog pogrešnim savijanjem proteina, vjeruju da se isti proces događa bez obzira na izvor stresa.

Ako bi se peptidi kontinuirano proizvodili tijekom stresa, oni bi se oštetili i akumulirali, što bi dovelo do toksičnosti i bolesti. Stanice raka, koje rastu izvan kontrole, imaju vrlo visoke razine pratilaca za kontinuiranu sintezu proteina. Istraživači su razvili chaperone inhibitore kao način suzbijanja raka. Takvi inhibitori korišteni su u ovoj studiji za inhibiciju chaperona u normalnim stanicama.

Studiju su financirali Nacionalni instituti za zdravlje, Ellison Medical Foundation i Ministarstvo obrane. Botao Liu, diplomski student, i Yan Han, bivši postdoktorski suradnik, oboje u Qianovom laboratoriju, bili su glavni autori studije.