Tổng hợp protein là một quá trình rất quan trọng. Chính anh ấy là người giúp cơ thể chúng ta trưởng thành và phát triển. Nó liên quan đến nhiều cấu trúc tế bào. Sau cùng, trước tiên bạn cần hiểu chính xác những gì chúng tôi sẽ tổng hợp.
Loại protein nào cần được xây dựng vào lúc này - các enzym chịu trách nhiệm cho việc này. Chúng nhận được tín hiệu từ tế bào về nhu cầu đối với một loại protein cụ thể, sau đó quá trình tổng hợp của nó bắt đầu.
Nơi tổng hợp protein diễn ra
Trong bất kỳ tế bào nào, vị trí chính của quá trình sinh tổng hợp protein là ribosome. Nó là một đại phân tử lớn với cấu trúc không đối xứng phức tạp. Nó bao gồm RNA (axit ribonucleic) và protein. Ribosome có thể được định vị đơn lẻ. Nhưng hầu hết chúng được kết hợp với EPS, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân loại và vận chuyển protein sau này.
Nếu ribosome nằm trên lưới nội chất, nó được gọi là ER thô. Khi quá trình dịch mã diễn ra mạnh mẽ, một số ribosome có thể di chuyển dọc theo một khuôn mẫu cùng một lúc. Chúng nối tiếp nhau và hoàn toàn không can thiệp vào các bào quan khác.
Cái gì cần tổng hợpsóc
Để quá trình diễn ra, cần thiết phải có tất cả các thành phần chính của hệ thống tổng hợp protein:
- Một chương trình thiết lập thứ tự của các gốc axit amin trong chuỗi, cụ thể là mRNA, sẽ chuyển thông tin này từ DNA đến ribosome.
- Nguyên liệu axit amin mà từ đó một phân tử mới sẽ được tạo ra.
- tRNA, sẽ cung cấp từng axit amin cho ribosome, sẽ tham gia giải mã mã di truyền.
- Aminoacyl-tRNA synthetase.
- Ribosome là nơi chính của quá trình sinh tổng hợp protein.
- Năng lượng.
- Ion magiê.
- Yếu tố protein (mỗi giai đoạn đều có).
Bây giờ chúng ta hãy xem xét từng chi tiết hơn và tìm hiểu cách tạo ra protein. Cơ chế sinh tổng hợp rất thú vị, tất cả các thành phần hoạt động một cách phối hợp bất thường.
Chương trình tổng hợp, tìm kiếm ma trận
Tất cả thông tin về loại protein nào mà cơ thể chúng ta có thể tạo ra đều có trong DNA. Axit deoxyribonucleic được sử dụng để lưu trữ thông tin di truyền. Nó được đóng gói an toàn trong các nhiễm sắc thể và nằm trong tế bào trong nhân (nếu chúng ta đang nói về sinh vật nhân thực) hoặc trôi nổi trong tế bào chất (ở sinh vật nhân sơ).
Sau khi nghiên cứu DNA và nhận ra vai trò di truyền của nó, rõ ràng nó không phải là khuôn mẫu trực tiếp để dịch mã. Các quan sát đã dẫn đến gợi ý rằng RNA có liên quan đến quá trình tổng hợp protein. Các nhà khoa học quyết định rằng nó nên là một vật trung gian, chuyển thông tin từ DNA đến các ribosome, đóng vai trò như một ma trận.
Đồng thời córibosome mở, RNA của chúng tạo nên phần lớn axit ribonucleic của tế bào. Để kiểm tra xem nó có phải là chất nền để tổng hợp protein hay không, A. N. Belozersky và A. S. Spirin vào năm 1956-1957. đã tiến hành phân tích so sánh thành phần của axit nucleic trong một số lượng lớn vi sinh vật.
Người ta cho rằng nếu ý tưởng về sơ đồ "DNA-rRNA-protein" là đúng, thì thành phần của RNA tổng số sẽ thay đổi theo cách giống như DNA. Tuy nhiên, bất chấp sự khác biệt to lớn về axit deoxyribonucleic ở các loài khác nhau, thành phần của tổng axit ribonucleic là tương tự nhau ở tất cả các vi khuẩn được xem xét. Từ đó, các nhà khoa học kết luận rằng RNA tế bào chính (nghĩa là ribosome) không phải là vật trung gian trực tiếp giữa chất mang thông tin di truyền và protein.
Khám phá mRNA
Sau đó, người ta phát hiện ra rằng một phần nhỏ RNA lặp lại thành phần của DNA và có thể đóng vai trò trung gian. Năm 1956, E. Volkin và F. Astrachan đã nghiên cứu quá trình tổng hợp ARN ở vi khuẩn bị nhiễm xạ khuẩn T2. Sau khi xâm nhập vào tế bào, nó sẽ chuyển sang quá trình tổng hợp các protein của phage. Đồng thời, phần chính của RNA không thay đổi. Nhưng trong tế bào, bắt đầu tổng hợp một phần nhỏ RNA không ổn định về mặt trao đổi chất, trình tự nucleotide trong đó tương tự như thành phần của DNA phage.
Năm 1961, một phần nhỏ axit ribonucleic này đã được phân lập từ tổng khối lượng của RNA. Bằng chứng về chức năng trung gian của nó đã thu được từ các thí nghiệm. Sau khi các tế bào bị thực khuẩn T4 xâm nhiễm, mRNA mới được hình thành. Cô ấy kết nối với các chủ cũribosome (không tìm thấy ribosome mới sau khi nhiễm trùng), bắt đầu tổng hợp protein phage. "RNA giống DNA" này được phát hiện là bổ sung cho một trong các sợi DNA của phage.
Năm 1961, F. Jacob và J. Monod đề xuất rằng RNA này mang thông tin từ gen đến ribosome và là chất nền cho sự sắp xếp tuần tự của các axit amin trong quá trình tổng hợp protein.
Việc chuyển thông tin đến vị trí tổng hợp protein được thực hiện bởi mRNA. Quá trình đọc thông tin từ DNA và tạo ra RNA thông tin được gọi là quá trình phiên mã. Sau đó, RNA trải qua một loạt các thay đổi bổ sung, điều này được gọi là "quá trình xử lý". Trong quá trình này, một số phần nhất định có thể bị cắt ra khỏi chất nền axit ribonucleic. Sau đó, mRNA đi đến ribosome.
Nguyên liệu xây dựng protein: axit amin
Có tổng cộng 20 loại axit amin, một số trong số đó là thiết yếu, tức là cơ thể không thể tổng hợp được. Nếu một số axit trong tế bào không đủ, điều này có thể dẫn đến quá trình dịch mã bị chậm lại hoặc thậm chí dừng hoàn toàn. Sự hiện diện của mỗi axit amin với số lượng đủ là yêu cầu chính để quá trình sinh tổng hợp protein diễn ra chính xác.
Các nhà khoa học đã thu được thông tin chung về các axit amin vào thế kỷ 19. Sau đó, vào năm 1820, hai axit amin đầu tiên, glycine và leucine, đã được phân lập.
Trình tự của các đơn phân này trong một protein (cái gọi là cấu trúc sơ cấp) hoàn toàn xác định các cấp tổ chức tiếp theo của nó, và do đó các đặc tính vật lý và hóa học của nó.
Vận chuyển axit amin: tRNA và aa-tRNA synthetase
Nhưng các axit amin không thể tự xây dựng thành một chuỗi protein. Để chúng đến được vị trí chính của quá trình sinh tổng hợp protein, cần có ARN chuyển.
Mỗi aa-tRNA synthetase chỉ nhận ra axit amin của chính nó và chỉ tRNA mà nó phải được gắn vào. Hóa ra họ enzym này bao gồm 20 loại enzym tổng hợp. Nó chỉ còn lại để nói rằng các axit amin được gắn vào tRNA, chính xác hơn, với "đuôi" của chất nhận hydroxyl của nó. Mỗi axit phải có RNA chuyển của riêng nó. Điều này được giám sát bởi aminoacyl-tRNA synthetase. Nó không chỉ so khớp các axit amin với sự vận chuyển chính xác mà còn điều chỉnh phản ứng tạo liên kết este.
Sau khi phản ứng gắn kết thành công, tRNA sẽ đi đến vị trí tổng hợp protein. Điều này kết thúc các quá trình chuẩn bị và chương trình phát sóng bắt đầu. Xem xét các bước chính trong quá trình sinh tổng hợp protein :
- khởi xướng;
- kéo dài;
- chấm dứt.
Các bước tổng hợp: khởi tạo
Quá trình sinh tổng hợp protein và quy định của nó diễn ra như thế nào? Các nhà khoa học đã cố gắng tìm ra điều này trong một thời gian dài. Nhiều giả thuyết được đưa ra, nhưng trang thiết bị càng hiện đại, chúng tôi càng bắt đầu hiểu rõ hơn về nguyên lý phát sóng.
Ribosome, vị trí chính của quá trình sinh tổng hợp protein, bắt đầu đọc mRNA từ thời điểm bắt đầu phần mã hóa chuỗi polypeptide của nó. Điểm này nằm trên mộtđi từ đầu của RNA thông tin. Ribosome phải nhận ra điểm trên mRNA mà từ đó quá trình đọc bắt đầu và kết nối với nó.
Khởi đầu - một tập hợp các sự kiện cung cấp thời điểm bắt đầu chương trình phát sóng. Nó liên quan đến các protein (yếu tố khởi đầu), tRNA khởi đầu và một codon khởi đầu đặc biệt. Ở giai đoạn này, tiểu đơn vị nhỏ của ribosome liên kết với protein khởi động. Chúng ngăn không cho nó liên hệ với đơn vị con lớn. Nhưng chúng cho phép bạn kết nối với tRNA và GTP của trình khởi tạo.
Sau đó, phức hợp này "nằm" trên mRNA, chính xác trên trang web được công nhận bởi một trong các yếu tố khởi tạo. Không thể nhầm lẫn được, và ribosome bắt đầu hành trình thông qua RNA thông tin, đọc các codon của nó.
Ngay sau khi phức hợp đạt đến codon bắt đầu (AUG), tiểu đơn vị ngừng di chuyển và với sự trợ giúp của các yếu tố protein khác, liên kết với tiểu đơn vị lớn của ribosome.
Các bước tổng hợp: kéo dài
Đọc mRNA liên quan đến việc tổng hợp tuần tự chuỗi protein bằng polypeptide. Nó tiến hành bằng cách thêm hết gốc axit amin này sang gốc axit amin khác vào phân tử đang được xây dựng.
Mỗi gốc axit amin mới được thêm vào đầu cacboxyl của peptit, đầu tận cùng C đang phát triển.
Các bước tổng hợp: chấm dứt
Khi ribosome đạt đến codon kết thúc của RNA thông tin, quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide sẽ dừng lại. Khi có sự hiện diện của nó, bào quan không thể chấp nhận bất kỳ tRNA nào. Thay vào đó, các yếu tố chấm dứt hoạt động. Chúng giải phóng protein thành phẩm từ ribosome đã ngừng hoạt động.
SauSau khi quá trình dịch mã kết thúc, ribosome có thể rời khỏi mRNA hoặc tiếp tục trượt dọc theo nó mà không dịch.
Sự gặp gỡ của ribosome với codon khởi đầu mới (trên cùng một sợi trong quá trình tiếp tục di chuyển hoặc trên mRNA mới) sẽ dẫn đến sự khởi đầu mới.
Sau khi phân tử hoàn thành rời khỏi vị trí chính của quá trình sinh tổng hợp protein, nó sẽ được dán nhãn và gửi đến đích của nó. Nó sẽ thực hiện những chức năng gì tùy thuộc vào cấu trúc của nó.
Kiểm soát quy trình
Tùy thuộc vào nhu cầu của họ, ô sẽ kiểm soát độc lập việc phát sóng. Điều hòa sinh tổng hợp protein là một chức năng rất quan trọng. Nó có thể được thực hiện bằng nhiều cách.
Nếu một tế bào không cần một số loại hợp chất, nó sẽ ngừng quá trình sinh tổng hợp RNA - quá trình sinh tổng hợp protein cũng sẽ ngừng diễn ra. Rốt cuộc, không có ma trận, toàn bộ quá trình sẽ không bắt đầu. Và các mRNA cũ nhanh chóng bị phân hủy.
Có một quy định khác của quá trình sinh tổng hợp protein: tế bào tạo ra các enzym can thiệp vào giai đoạn bắt đầu. Chúng cản trở việc dịch, ngay cả khi có sẵn ma trận đọc.
Phương pháp thứ hai là cần thiết khi quá trình tổng hợp protein cần phải tắt ngay bây giờ. Phương pháp đầu tiên liên quan đến việc tiếp tục dịch chậm trong một thời gian sau khi ngừng tổng hợp mRNA.
Tế bào là một hệ thống rất phức tạp, trong đó mọi thứ được giữ ở trạng thái cân bằng và hoạt động chính xác của từng phân tử. Điều quan trọng là phải biết các nguyên tắc của mỗi quá trình xảy ra trong tế bào. Vì vậy, chúng ta có thể hiểu rõ hơn những gì đang xảy ra trong các mô và toàn bộ cơ thể.
