סינתזת חלבונים היא תהליך חשוב מאוד. הוא זה שעוזר לגופנו לגדול ולהתפתח. זה כולל מבני תאים רבים. אחרי הכל, קודם כל אתה צריך להבין מה בדיוק אנחנו הולכים לסנתז.
איזה חלבון צריך לבנות כרגע - אנזימים אחראים לכך. הם מקבלים אותות מהתא על הצורך בחלבון מסוים, ולאחר מכן מתחיל הסינתזה שלו.
היכן מתרחשת סינתזת חלבון
בכל תא, האתר העיקרי של ביוסינתזה של חלבון הוא הריבוזום. זוהי מקרומולקולה גדולה בעלת מבנה א-סימטרי מורכב. הוא מורכב מ-RNA (חומצות ריבונוקלאיות) ומחלבונים. ניתן לאתר ריבוזומים בנפרד. אבל לרוב הם משולבים עם EPS, מה שמקל על המיון וההובלה הבאים של חלבונים.
אם הריבוזומים יושבים על הרטיקולום האנדופלזמי, זה נקרא ER גס. כאשר התרגום אינטנסיבי, מספר ריבוזומים יכולים לנוע לאורך תבנית אחת בבת אחת. הם עוקבים זה אחר זה ואינם מפריעים כלל לאברונים אחרים.
מה צריך לסינתזהסנאי
כדי שהתהליך יתקדם, יש צורך שכל המרכיבים העיקריים של מערכת סינתזת החלבון יהיו במקום:
- תוכנית שקובעת את הסדר של שיירי חומצות אמינו בשרשרת, כלומר mRNA, שתעביר את המידע הזה מה-DNA לריבוזומים.
- חומר חומצת אמינו שממנו תיבנה מולקולה חדשה.
- tRNA, שיעביר כל חומצת אמינו לריבוזום, ייקח חלק בפענוח הקוד הגנטי.
- Aminoacyl-tRNA synthetase.
- ריבוזום הוא האתר העיקרי של ביוסינתזה של חלבון.
- Energy.
- יוני מגנזיום.
- גורמי חלבון (לכל שלב משלו).
עכשיו בואו נסתכל על כל אחד מהם ביתר פירוט ונגלה כיצד נוצרים חלבונים. מנגנון הביוסינתזה מאוד מעניין, כל הרכיבים פועלים בצורה יוצאת דופן בתיאום.
תוכנית סינתזה, חיפוש מטריקס
כל המידע לגבי החלבונים שהגוף שלנו יכול לבנות כלול ב-DNA. חומצה Deoxyribonucleic משמשת לאחסון מידע גנטי. הוא ארוז היטב בכרומוזומים וממוקם בתא בגרעין (אם אנחנו מדברים על איקריוטים) או צף בציטופלזמה (בפרוקריוטות).
לאחר מחקר DNA והכרה בתפקידו הגנטי, התברר שזה לא תבנית ישירה לתרגום. תצפיות הובילו להצעות ש-RNA קשור לסינתזת חלבון. מדענים החליטו שזה צריך להיות מתווך, להעביר מידע מ-DNA לריבוזומים, לשמש כמטריקס.
במקביל היוהריבוזומים פתוחים, ה-RNA שלהם מהווה את הרוב המכריע של חומצה ריבונוקלאית תאית. כדי לבדוק האם מדובר במטריצה לסינתזת חלבון, A. N. Belozersky and A. S. Spirin בשנים 1956-1957. ביצע ניתוח השוואתי של הרכב חומצות הגרעין במספר רב של מיקרואורגניזמים.
ההנחה הייתה שאם הרעיון של ערכת "DNA-rRNA-protein" נכון, אז הרכב ה-RNA הכולל ישתנה באותו אופן כמו ה-DNA. אבל, למרות ההבדלים העצומים בחומצה דאוקסיריבונוקלאית במינים שונים, ההרכב של החומצה הריבונוקלאית הכוללת היה דומה בכל החיידקים הנחשבים. מכאן, מדענים הסיקו שה-RNA התאי הראשי (כלומר, הריבוזמלי) אינו מתווך ישיר בין נושא המידע הגנטי לבין החלבון.
גילוי של mRNA
מאוחר יותר התגלה שחלק קטן של RNA חוזר על הרכב ה-DNA ויכול לשמש כמתווך. בשנת 1956, E. Volkin ו-F. Astrachan חקרו את תהליך סינתזת ה-RNA בחיידקים שנדבקו בבקטריופאג T2. לאחר שהוא נכנס לתא, הוא עובר לסינתזה של חלבוני הפאג. יחד עם זאת, החלק העיקרי של ה-RNA לא השתנה. אבל בתא החלה סינתזה של חלק קטן של RNA לא יציב מבחינה מטבולית, רצף הנוקלאוטידים שבו היה דומה להרכב של דנ א הפאג'.
בשנת 1961, חלק קטן זה של חומצה ריבונוקלאית בודד מהמסה הכוללת של RNA. עדויות לתפקוד התיווך שלו התקבלו מניסויים. לאחר הדבקה של תאים בפאג T4, נוצר mRNA חדש. היא התחברה לאדונים הישניםריבוזומים (לא נמצאו ריבוזומים חדשים לאחר הדבקה), שהחלו לסנתז חלבוני פאג'. נמצא ש"RNA דמוי DNA" זה משלים לאחד מגדילי ה-DNA של הפאג'.
בשנת 1961, פ. ג'ייקוב וג'יי מונוד הציעו ש-RNA זה נושא מידע מגנים לריבוזומים ומהווה מטריקס לסידור רציף של חומצות אמינו במהלך סינתזת חלבון.
העברת מידע לאתר של סינתזת חלבון מתבצעת על ידי mRNA. תהליך קריאת מידע מ-DNA ויצירת RNA שליח נקרא שעתוק. לאחריו, ה-RNA עובר סדרה של שינויים נוספים, זה נקרא "עיבוד". במהלך זה, ניתן לחתוך חלקים מסוימים מהחומצה הריבונוקלאית המטריצה. ואז mRNA עובר לריבוזומים.
חומר בניין לחלבונים: חומצות אמינו
ישנן 20 חומצות אמינו בסך הכל, חלקן חיוניות, כלומר, הגוף לא יכול לסנתז אותן. אם חומצה כלשהי בתא אינה מספיקה, הדבר עלול להוביל להאטה בתרגום או אפילו להפסקה מוחלטת של התהליך. הנוכחות של כל חומצת אמינו בכמות מספקת היא הדרישה העיקרית לביו-סינתזה של חלבון כדי להתנהל בצורה נכונה.
מדענים השיגו מידע כללי על חומצות אמינו עוד במאה ה-19. ואז, בשנת 1820, בודדו שתי חומצות האמינו הראשונות, גליצין ולאוצין.
רצף המונומרים הללו בחלבון (מה שנקרא המבנה הראשוני) קובע לחלוטין את רמות הארגון הבאות שלו, ומכאן את התכונות הפיזיקליות והכימיות שלו.
תחבורה של חומצות אמינו: tRNA ו-aa-tRNA synthetase
אבל חומצות אמינו לא יכולות לבנות את עצמן לשרשרת חלבון. כדי שיגיעו לאתר הראשי של ביוסינתזה של חלבון, יש צורך ב-Transfer RNA.
כל סינתזה של aa-tRNA מזהה רק את חומצת האמינו שלו ורק את ה-tRNA אליו הוא חייב להיות מחובר. מסתבר שמשפחת אנזימים זו כוללת 20 זנים של סינתטאז. נותר רק לומר שחומצות אמינו מחוברות ל-tRNA, ליתר דיוק, ל"זנב" המקובל הידרוקסיל שלו. לכל חומצה חייבת להיות RNA העברה משלה. זה מנוטר על ידי aminoacyl-tRNA synthetase. הוא לא רק מתאים את חומצות האמינו לתחבורה הנכונה, הוא גם מווסת את תגובת החיבור האסטר.
לאחר תגובת התקשרות מוצלחת, tRNA עובר לאתר של סינתזת חלבון. בכך מסתיימים תהליכי ההכנה והשידור מתחיל. שקול את השלבים העיקריים בביוסינתזה של חלבון :
- initiation;
- elongation;
- termination.
שלבי סינתזה: התחלה
כיצד מתבצעת ביוסינתזה של חלבון וויסותיה? מדענים ניסו להבין זאת כבר זמן רב. השערות רבות הועלו, אך ככל שהציוד נעשה מודרני יותר, כך התחלנו להבין טוב יותר את עקרונות השידור.
הריבוזום, האתר העיקרי של ביו-סינתזה של חלבון, מתחיל לקרוא mRNA מהנקודה שבה מתחיל החלק שלו המקודד את שרשרת הפוליפפטיד. נקודה זו ממוקמת על מסוייםהרחק מההתחלה של RNA שליח. הריבוזום חייב לזהות את הנקודה על ה-mRNA שממנה מתחילה הקריאה ולהתחבר אליה.
Initiation - סט אירועים המספקים את תחילת השידור. זה כולל חלבונים (גורמי ייזום), tRNA ייזום וקודון ייזום מיוחד. בשלב זה, תת-היחידה הקטנה של הריבוזום נקשרת לחלבוני התחלה. הם מונעים ממנו ליצור קשר עם תת-היחידה הגדולה. אבל הם מאפשרים לך להתחבר עם ה-tRNA היוזם ו-GTP.
אז התסביך הזה "יושב" על ה-mRNA, בדיוק על האתר שמזוהה על ידי אחד מגורמי החניכה. לא יכולה להיות טעות, והריבוזום מתחיל את מסעו דרך ה-RNA שליח, קורא את הקודונים שלו.
ברגע שהקומפלקס מגיע לקודון ההתחלה (AUG), תת-היחידה מפסיקה לנוע ובעזרת גורמי חלבון אחרים, נקשרת לתת-היחידה הגדולה של הריבוזום.
שלבי סינתזה: התארכות
קריאת mRNA כוללת סינתזה רציפה של שרשרת חלבון על ידי פוליפפטיד. זה ממשיך על ידי הוספת שארית חומצת אמינו אחת אחרי השנייה למולקולה בהקמה.
כל שארית חומצת אמינו חדשה מתווספת לקצה הקרבוקסילי של הפפטיד, קצה ה-C גדל.
שלבי סינתזה: סיום
כשהריבוזום מגיע לקודון הסיום של RNA שליח, הסינתזה של שרשרת הפוליפפטיד נעצרת. בנוכחותו, האברון אינו יכול לקבל שום tRNA. במקום זאת, גורמי סיום נכנסים לתמונה. הם משחררים את החלבון המוגמר מהריבוזום שנעצר.
אחרילאחר סיום התרגום, הריבוזום יכול לעזוב את ה-mRNA או להמשיך להחליק לאורכו מבלי לתרגם.
המפגש של הריבוזום עם קודון ייזום חדש (על אותו גדיל במהלך המשך התנועה או על mRNA חדש) יוביל לחניכה חדשה.
לאחר שהמולקולה המוגמרת עוזבת את האתר הראשי של הביוסינתזה של חלבון, היא מסומנת ונשלחת ליעדה. אילו פונקציות הוא יבצע תלוי במבנה שלו.
בקרת תהליכים
בהתאם לצרכים שלהם, התא ישלוט באופן עצמאי בשידור. ויסות ביוסינתזה של חלבון הוא תפקיד חשוב מאוד. ניתן לעשות זאת בדרכים רבות.
אם תא לא צריך איזושהי תרכובת, הוא יעצור ביוסינתזה של RNA - ביו-סינתזה של חלבון גם תפסיק להתרחש. אחרי הכל, ללא מטריצה, כל התהליך לא יתחיל. ו-mRNA ישנים מתפוררים במהירות.
יש ויסות נוסף של ביוסינתזה של חלבון: התא יוצר אנזימים המפריעים לשלב ההתחלה. הם מפריעים לתרגום, גם אם מטריצת הקריאה זמינה.
השיטה השנייה נחוצה כשצריך לכבות את סינתזת החלבון ברגע זה. השיטה הראשונה כוללת המשך תרגום איטי למשך זמן מה לאחר הפסקת סינתזת ה-mRNA.
תא הוא מערכת מורכבת מאוד שבה הכל נשמר באיזון ועבודה מדויקת של כל מולקולה. חשוב להכיר את העקרונות של כל תהליך המתרחש בתא. כדי שנוכל להבין טוב יותר מה קורה ברקמות ובגוף בכללותו.
