Tổng hợp protein: Máy móc và cơ chế tổng hợp protein

Đọc bài viết này để tìm hiểu về Tổng hợp Protein: Máy móc và cơ chế tổng hợp protein!

Máy móc tổng hợp protein:

Nó bao gồm các ribosome, axit amin, mRNA, tRNA và amino acyl tRNA synthetase. mRNA hoạt động như một khuôn mẫu có thông tin di truyền.

Hình ảnh lịch sự: wieber.weebly.com/uploads/1/3/2/0/13208982/8301870_orig.jpg?0

Ribosome là trang web tổng hợp protein. tRNA mang đến axit amin mong muốn, đọc thông tin di truyền và đặt axit amin vào vị trí thích hợp. RNA được hình thành trên DNA trong quá trình phiên mã trong khi tổng hợp protein xảy ra trong tế bào chất trên ribosome.

Hai người được tách ra cả về không gian và thời gian. Nó ngăn chặn sự xen kẽ của các nguyên liệu thô, bảo vệ DNA khỏi các enzyme hô hấp và máy móc ribosome khỏi các nuclease.

1. Ribosome (Hình 6.27):

Tổng hợp protein xảy ra trên các ribosome. Ribosome, do đó, cũng được gọi là nhà máy protein. Mỗi ribosome có hai phần không bằng nhau, nhỏ và lớn. Tiểu đơn vị lớn hơn của ribosome có một rãnh để đẩy ra polypeptide mới được hình thành và bảo vệ tương tự khỏi các enzyme của tế bào.

Tiểu đơn vị nhỏ hơn vừa với cái lớn hơn như nắp nhưng để lại đường hầm cho mRNA. Hai tiểu đơn vị chỉ đến với nhau tại thời điểm hình thành protein. Hiện tượng được gọi là hiệp hội. Mg ²⁺ là cần thiết cho nó. Ngay sau khi hoàn thành tổng hợp protein, các tiểu đơn vị tách ra. Hiện tượng được gọi là phân ly.

Ribosome thường tạo thành các nhóm hoa hồng hoặc xoắn ốc trong quá trình tổng hợp protein hoạt động. Chúng được gọi là polyribosome hoặc polysome (Rich, 1963). Các ribosome khác nhau của một polysome được tổ chức với nhau bởi một chuỗi RNA thông tin. Polyribosome giúp tạo ra một số bản sao của cùng một polypeptide. Các ribosome liền kề của một polyribosome cách nhau khoảng 340 A hoặc 34nm. Các phần khác nhau của một ribosome kết nối với tổng hợp protein là:

(i) Một đường hầm cho mRNA. Nó nằm giữa hai tiểu đơn vị.

(ii) Một đường rãnh để đi qua polypeptide mới được tổng hợp. Rãnh là một phần của tiểu đơn vị lớn hơn.

(iii) Có ba vị trí phản ứng khác nhau P (D), A và E (Hình 6.28). Trang web P (chuyển peptidyl hoặc trang web của nhà tài trợ) được đóng góp bởi hai tiểu đơn vị ribosome. Trang web (trang web amino-acyl hoặc chấp nhận) nằm trên tiểu đơn vị lớn hơn của ribosome. Nó phải đối mặt với đường hầm giữa hai tiểu đơn vị. Trang web E hoặc thoát là một phần của tiểu đơn vị lớn hơn đối mặt với trang web đường hầm.

(iv) Enzyme peptidyl transferase là một ribozyme. Nó là thành phần của tiểu đơn vị lớn hơn của ribosome (23S rRNA ở sinh vật nhân sơ).

(v) Tiểu đơn vị nhỏ hơn của ribosome có một điểm để nhận ra mRNA và vùng liên kết cho các yếu tố khởi đầu.

2. Axit amin:

Hàng trăm loại protein khác nhau có thể được sản xuất trong một tế bào. Tất cả các loại protein được hình thành từ cùng một axit amin. Đó là sự sắp xếp của các axit amin trong polypeptide và số lượng sau này cung cấp tính đặc hiệu cho protein. Có khoảng 20 axit amin và amit tạo thành các khối xây dựng hoặc monome của protein. Chúng xảy ra trong các tế bào di động.

3. mRNA:

Đó là RNA thông tin mang thông tin được mã hóa từ DNA và tham gia vào quá trình dịch mã của nó bằng cách đưa các axit amin theo một trình tự cụ thể trong quá trình tổng hợp polypeptide.

Tuy nhiên, các codon của mRNA không được nhận ra bởi các axit amin mà bởi các anticodon của các phân tử bộ chuyển đổi của chúng (tRNA -> аа-tRNA). Dịch xảy ra trên các ribosome. Cùng một mRNA có thể được sử dụng lại nhiều lần. Ở dạng polysome, nó có thể giúp tổng hợp một số bản sao cùng một lúc.

4. tRNA:

Chúng là các RNA chuyển hoặc hòa tan, thu nhận các axit amin cụ thể (tại CCA hoặc 3'end) trong quá trình gọi là sạc. Các tRNA tích điện có cùng mRNA với các codon cụ thể tương ứng với các anticodon của chúng.

Một tRNA chỉ có thể nhận một axit amin cụ thể mặc dù một axit amin có thể được xác định bằng 2-6 tRNA. Mỗi tRNA có một khu vực tiếp xúc với ribosome (T ¥ C) và enzyme amino acyl tRNA synthetase (DHU).

5. Amino-Acyl tRNA-Synthetase:

Nó là enzyme giúp kết hợp axit amin với tRNA cụ thể của nó. Enzym là đặc trưng cho từng axit amin. Nó cũng được gọi là enzyme kích hoạt.

Cơ chế tổng hợp protein (Hình. 6.29 Trò31):

1. (a) Kích hoạt axit amin:

Nó được thực hiện bằng cách kích hoạt các enzyme, được gọi là aminoacyl tRNA synthetase (Zamecnik và Hoagland, 1957). Với sự hiện diện của ATP, một axit amin kết hợp với aminoacyl-tRNA synthetase cụ thể của nó. Cần có ²⁺ Mg.

Nó tạo ra phức hợp amino-acyl-adenylate-enzyme. Năng lượng tạo ra cho axit amin trong quá trình kích hoạt của nó sau đó được sử dụng để hình thành các liên kết peptide.

Thủy phân pyrophosphate với sự trợ giúp của enzyme pyrophosphatase cung cấp năng lượng cho việc thúc đẩy các phản ứng ban đầu.

(b) Sạc hoặc Aminoacyl hóa tRNA:

Phức hợp phản ứng với tRNA đặc hiệu cho axit amin tạo thành phức hợp aminoacyl-tRNA. Enzyme và AMP được phát hành. tRNA phức tạp với axit amin đôi khi được gọi là tRNA tích điện. Axit amin được liên kết với 3-OH-end của tRNA nghĩ nhóm NhómCOOH của nó,

2. Khởi đầu:

Nó đòi hỏi các yếu tố được gọi là yếu tố khởi đầu. Có ba yếu tố khởi đầu trong Procaryote - IF3, IF2 và IF1. Eucaryote có chín yếu tố khởi đầu - eIF2, eIF3, eIF1, eIF4A, eIF4B, e If4C, eIF4D, eIF5, eIF6. Trong số IF3 hoặc eIF2 này được gắn vào tiểu đơn vị nhỏ hơn của ribosome ở trạng thái phân tách. GTP là bắt buộc. mRNA tự gắn vào tiểu đơn vị nhỏ hơn của ribosome trong khu vực nắp của nó.

Mũ có nucleotide bổ sung cho các nucleotide có ở đầu 3 r của rRNA. Tệp đính kèm sao cho codon khởi đầu của mRNA (AUG hoặc GUG) nằm ở vị trí P. Yếu tố khởi đầu đã có trong tiểu đơn vị nhỏ hơn xúc tác cho phản ứng (eIF2 ở bạch đàn và IF3 trong Procaryote).

Aminoacyl tRNA phức tạp đặc hiệu cho codon khởi đầu (methionine-tRNA hoặc valine-tRNA) đạt đến vị trí P (vị trí D). Anticodon (ví dụ, UAC của tRNA ^Met ) thiết lập các liên kết hydro tạm thời với codon khởi đầu (ví dụ AUG) của mRNA. Phản ứng codon-anticodon xảy ra với sự có mặt của yếu tố khởi đầu eIF3 ở bạch đàn và IF2 ở Procaryote. Bước này cũng yêu cầu năng lượng được cung cấp bởi GTP.

Các tRNA chấp nhận methionine khởi đầu được tích điện với methionine không được formyl hóa (tRNA m ^Met ) trong tế bào chất của eucaryote và methionine formylated (tRNA f ^Met ) trong Procaryote, plastid và ty thể. tRNA tham gia vào việc chuyển methionine formylated khác với việc chuyển methionine không được methyl hóa.

Với sự hiện diện của Mg ²⁺, tiểu đơn vị lớn hơn của ribosome hiện kết hợp với phức hợp 40S- mRNA- tRNA ^Met để tạo thành ribosome nguyên vẹn. Nó đòi hỏi yếu tố khởi đầu IF1 trong Procaryote và các yếu tố elFl, eIF4 (А, В, C) trong eucaryote. Đến với nhau của hai tiểu đơn vị ribosome được gọi là liên kết. Các ribosome còn nguyên vẹn bao quanh phức hợp mRNA-tRNA có mặt tại địa điểm P nhưng vẫn giữ cho địa điểm này được tiếp xúc.

3. Độ giãn dài (Hình thành chuỗi polypeptide). Một phức hợp aminoacyl tRNA đến được vị trí và gắn vào codon mRNA bên cạnh codon khởi đầu với sự trợ giúp của anticodon. Bước này đòi hỏi GTP và một yếu tố kéo dài (eEFl trong bạch đàn và EF-Tu cũng như EF-Ts trong Procaryote).

Người ta đã phát hiện ra rằng ở Escherichia coli, protein phong phú nhất là yếu tố kéo dài (EF-Tu). Một liên kết peptide (TIẾNG NĂNGNHNHNHNH) được thiết lập giữa nhóm carboxyl (axitCOOH) của axit amin gắn với tRNA tại vị trí P và nhóm amino (nhómNH-7) của axit amin gắn với tRNA tại địa điểm.

Phản ứng được xúc tác bởi enzyme peptidyl transferase là enzyme RNA. Do đó, nhóm NH ₂ của axit amin đầu tiên bị chặn không tham gia vào quá trình hình thành liên kết peptide với một axit amin khác. Trong quá trình, kết nối giữa tRNA và axit amin tại điểm P bị phá vỡ. TRNA miễn phí của trang web P trượt đến trang web E và từ đó ra bên ngoài ribosome với sự trợ giúp của yếu tố G. Trang web mang phức hợp peptidyl tRNA.

Ngay sau khi thiết lập liên kết peptide đầu tiên và trượt tRNA được giải phóng của vị trí P, ribosome hoặc mRNA xoay nhẹ. Quá trình này được gọi là chuyển vị Nó đòi hỏi một yếu tố gọi là translocase (EF-G trong Procaryote và eEF2 trong bạch đàn) và năng lượng từ GTP. Kết quả của việc chuyển vị là codon của trang web cùng với phức hợp peptidyl-tRNA đến địa điểm P. Một codon mới được đưa ra tại trang web. Nó thu hút một phức hợp aminoacyl tRNA mới.

Quá trình hình thành và dịch chuyển trái phiếu được lặp lại. Từng người một, tất cả các codon của mRNA được phơi bày tại địa điểm và được giải mã thông qua việc kết hợp các axit amin trong chuỗi peptide.

Các chuỗi peptide kéo dài. Chuỗi peptide kéo dài hoặc polypeptide nằm trong rãnh của tiểu đơn vị lớn hơn của ribosome để bảo vệ bản thân khỏi các enzyme của tế bào vì nó dễ bị phá vỡ do tính chất mở rộng của nó. Đội hình xoắn ốc bắt đầu từ xa với sự trợ giúp của chaprones.

Rất nhiều năng lượng được tiêu thụ trong tổng hợp protein. Đối với mỗi axit amin đơn được kết hợp trong chuỗi peptide, một ATP và hai phân tử GTP được sử dụng.

4. Chấm dứt:

Quá trình tổng hợp polypeptide bị chấm dứt khi một codon vô nghĩa của mRNA đến địa điểm. Có ba loại tiền mã hóa vô nghĩa là UAA (ocher), UAG (hổ phách) và UGA (opal). Các codon này không được công nhận bởi bất kỳ tRNA nào. Do đó, không có thêm aminoacyl tRNA nào đến được địa điểm.

TRNA của P-site bị thủy phân và polypeptide hoàn thành được giải phóng với sự có mặt của yếu tố giải phóng phụ thuộc GTP. Nó là đơn (eRFl) trong bạch đàn và hai (RF1 và RF2) trong Procaryote. Trong Procaryote RF1 là đặc trưng cho UAG và UAA. RF2 dành riêng cho UAA và UGA. RF3 phụ thuộc GTP (eRF3 trong men) là cần thiết để giải phóng RF khỏi ribosome.

Ribosome di chuyển qua codon vô nghĩa và tuột khỏi chuỗi mRNA. Hai tiểu đơn vị của ribosome tách biệt hoặc trải qua sự phân ly với sự có mặt của yếu tố phân ly (DF).

Ở prokaryote, methionine formylated thường là axit amin khởi đầu. Nó hoặc bị biến dạng (với sự trợ giúp của enzyme biến dạng) hoặc đôi khi được loại bỏ khỏi polypeptide (bởi enxyme aminopeptidase). Methionine khởi đầu thường không được giữ lại ở sinh vật nhân chuẩn.

Tại một thời điểm, một số polypeptide được tổng hợp từ cùng một mRNA bởi một polyribosome trong đó một số ribosome được gắn vào cùng một chuỗi mRNA. Mỗi ribosome của một polyribosome tạo thành cùng một loại polypeptide. Sự hình thành một số bản sao của cùng một polypeptide từ một mRNA với sự trợ giúp của một polysomic được gọi là khuếch đại tịnh tiến.

Khi được giải phóng khỏi ribosome, một polypeptide chỉ có cấu trúc chính. Nó cuộn và gấp hơn nữa để có cấu trúc thứ cấp và đại học. Một polypeptide có thể được liên kết với các polypeptide khác để tạo ra (cấu trúc xếp nếp i sau đó hình thành cấu trúc bậc ba và tứ phân vị.

Trong trường hợp polyribosome tế bào chất tự do, các polypeptide hoặc protein được giải phóng trong tế bào chất (cytosol), nơi chúng được sử dụng để tổng hợp nhiều tế bào chất, một số enzyme và các thành phần của các bào quan tế bào như nhân, vi ống, vi sợi, v.v.

Một số protein cũng nhập vào thành phần của các bào quan bán tự trị như plastid và ty thể mặc dù chúng tự sản xuất một phần nhu cầu protein của chúng bằng các polyribosome của chính chúng. Các polyribosome gắn vào màng của mạng lưới nội chất tạo ra các protein hoặc đi vào trong lòng của nó (Hình 6.27 B) hoặc được tích hợp vào màng của nó.

Các protein được giải phóng vào ống thông ER thường đến bộ máy Golgi để sửa đổi như hình thành các enzyme thủy phân và glycosyl hóa (bổ sung dư lượng đường). Các protein biến đổi được đóng gói trong các túi để xuất khẩu hoặc hình thành lysosome, enzyme thành tế bào, màng sinh chất, v.v.

Tổng hợp protein bị ức chế ở vi khuẩn bởi một số kháng sinh. Điều này tạo cơ sở để điều trị một số bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn.

Ức chế kháng sinh tổng hợp protein của vi khuẩn: