החיים הם תהליך קיום של מולקולות חלבון. כך מבטאים זאת מדענים רבים, המשוכנעים שחלבון הוא הבסיס לכל היצורים החיים. השיפוטים הללו נכונים לחלוטין, מכיוון שלחומרים אלה בתא יש את המספר הגדול ביותר של פונקציות בסיסיות. כל התרכובות האורגניות האחרות ממלאות את התפקיד של מצעי אנרגיה, ושוב יש צורך באנרגיה לסינתזה של מולקולות חלבון.
יכולת הגוף לסנתז חלבון
לא כל האורגניזמים הקיימים מסוגלים לסנתז חלבונים בתא. וירוסים וסוגים מסוימים של חיידקים אינם יכולים ליצור חלבונים, ולכן הם טפילים ומקבלים את החומרים הדרושים מהתא המארח. אורגניזמים אחרים, כולל תאים פרוקריוטים, מסוגלים לסנתז חלבונים. כל תאי האדם, החיות, הצמחים, הפטריות, כמעט כל החיידקים והפרוטיסטים חיים מהיכולת של ביוסינתזה של חלבון. זה נדרש ליישום של פונקציות יצירת מבנה, הגנה, קולטן, הובלה ואחרות.
תגובת הבמהביוסינתזה של חלבון
מבנה של חלבון מקודד בחומצת גרעין (DNA או RNA) בצורה של קודונים. זהו מידע תורשתי שמוחזר בכל פעם שתא זקוק לחומר חלבוני חדש. תחילתה של הביוסינתזה היא העברת מידע לגרעין על הצורך לסנתז חלבון חדש עם תכונות שניתנו כבר.
בתגובה לכך, קטע של חומצת גרעין עובר דה-פירליזציה, שם המבנה שלה מקודד. המקום הזה משוכפל על ידי RNA שליח ומועבר לריבוזומים. הם אחראים לבניית שרשרת פוליפפטידית המבוססת על מטריצה – שליח RNA. בקצרה, כל שלבי הביוסינתזה מוצגים באופן הבא:
- שעתוק (השלב של הכפלת מקטע ה-DNA עם מבנה החלבון המקודד);
- עיבוד (יצירת RNA שליח);
- תרגום (סינתזת חלבון בתא המבוססת על RNA שליח);
- שינוי פוסט-תרגום ("התבגרות" של הפוליפפטיד, היווצרות המבנה התלת מימדי שלו).
תעתוק חומצת גרעין
כל סינתזת החלבון בתא מתבצעת על ידי ריבוזומים, ומידע על מולקולות כלול בחומצת גרעין (RNA או DNA). הוא ממוקם בגנים: כל גן הוא חלבון ספציפי. גנים מכילים מידע על רצף חומצות האמינו של חלבון חדש. במקרה של DNA, הסרת הקוד הגנטי מתבצעת בצורה כזו:
- השחרור של אתר חומצת הגרעין מהיסטונים מתחיל, מתרחשת דה-פירליזציה;
- DNA פולימראזמכפיל את קטע ה-DNA המאחסן את גן החלבון;
- מקטע כפול הוא מבשר של RNA שליח, המעובד על ידי אנזימים כדי להסיר תוספות לא מקודדות (סינתזת mRNA מתבצעת על בסיסו).
בהתבסס על RNA פרו-מידע, mRNA מסונתז. זה כבר מטריצה, שלאחריה מתרחשת סינתזת חלבון בתא על ריבוזומים (ברטיקולום האנדופלזמי המחוספס).
סינתזת חלבון ריבוזומלי
להודעה ל-RNA יש שני קצוות, המסודרים כ-3`-5`. קריאה וסינתזה של חלבונים על ריבוזומים מתחילה בקצה 5' וממשיכה לאינטרון, אזור שאינו מקודד אף אחת מחומצות האמינו. זה הולך ככה:
- מסנג'ר RNA "מחרוז" על הריבוזום, מחבר את חומצת האמינו הראשונה;
- הריבוזום עובר לאורך ה-RNA שליח בקודון אחד;
- transfer RNA מספק את חומצת האלפא-אמינו הרצויה (מקודדת על ידי קודון ה-mRNA הנתון;
- חומצה אמינית מצטרפת לחומצת האמינו ההתחלתית ליצירת דיפפטיד;
- ואז ה-mRNA מוזז שוב קודון אחד, מובאת חומצת אמינו אלפא ומצטרפת לשרשרת הפפטידים ההולכת וגדלה.
ברגע שהריבוזום מגיע לאינטרון (הכנס לא מקודד), ה-RNA שליח פשוט ממשיך הלאה. לאחר מכן, כאשר ה-RNA שליח מתקדם, הריבוזום מגיע שוב לאקסון - האתר שרצף הנוקלאוטידים שלו מתאים לאקסון מסויםחומצת אמינו.
מנקודה זו מתחילה שוב הוספת מונומרים חלבוניים לשרשרת. התהליך נמשך עד להופעת האינטרון הבא או עד לקודון העצירה. האחרון מפסיק את הסינתזה של שרשרת הפוליפפטיד, ולאחר מכן המבנה הראשוני של החלבון נחשב שלם ומתחיל שלב השינוי הפוסט-סינטטי (פוסט-טרנסלציוני) של המולקולה.
שינוי לאחר תרגום
לאחר תרגום, סינתזת חלבון מתרחשת בבורות המים של הרשת האנדופלזמית החלקה. האחרון מכיל מספר קטן של ריבוזומים. בתאים מסוימים, הם עשויים להיעדר לחלוטין ב-RES. אזורים כאלה נחוצים כדי ליצור תחילה מבנה משני, אחר כך שלישוני או, אם מתוכנת, מבנה רבעוני.
כל סינתזת החלבון בתא מתרחשת עם הוצאה של כמות עצומה של אנרגיית ATP. לכן, כל שאר התהליכים הביולוגיים נחוצים כדי לשמור על ביוסינתזה של חלבון. בנוסף, חלק מהאנרגיה נחוצה להעברת חלבונים בתא בהובלה פעילה.
רבים מהחלבונים מועברים ממקום אחד בתא לאחר לצורך שינוי. בפרט, סינתזת חלבון פוסט-תרגום מתרחשת בקומפלקס גולגי, שבו תחום פחמימה או שומנים מחובר לפוליפפטיד בעל מבנה מסוים.
