3.4 Fehérjeszintézis

Tanulási célok

Magyarázza el azt a folyamatot, amellyel a sejt a fehérjéket felépíti a DNS-kód felhasználásával

A szakasz végére:

Magyarázza el, hogy a DNS-ben lévő genetikai kód hogyan határozza meg a képződő fehérjéket
Írja le az átírás folyamatát
Magyarázza el a fordítás folyamatát
Beszélje meg a riboszómák működését

A gének értelmezése a következőképpen működik. Emlékezzünk vissza arra, hogy a fehérjék sok aminosav építőelem polimerjei vagy láncai. A gének bázisainak szekvenciája (vagyis annak A, T, C, G nukleotid szekvenciája) aminosav szekvenciává alakul. A hármas egy sor DNS-bázis egy szakasza, amely egy adott aminosavat kódol. Például a DNS triplett CAC (citozin, adenin és citozin) meghatározza a valin aminosavat. Ezért egy gén, amely egyedülálló szekvenciában több hármasból áll, biztosítja a kódot egy teljes fehérje felépítéséhez, több aminosavval a megfelelő szekvenciában (3.4.1. Ábra). Az a mechanizmus, amellyel a sejtek a DNS-kódot fehérjetermékké alakítják, kétlépéses folyamat, amelynek köztiterméke egy RNS-molekula.

3.4.1. Ábra - A genetikai kód: A DNS tartalmazza a sejt fehérjéinek felépítéséhez szükséges összes genetikai információt. Egy gén nukleotidszekvenciája végül a gén megfelelő fehérjének aminosav-szekvenciájává alakul.

DNS-től RNS-ig: transzkripció

A DNS a magban helyezkedik el, és a fehérjeszintézis a citoplazmában megy végbe, ezért valamilyen köztes hírvivőnek kell lennie, amely elhagyja a sejtmagot és kezeli a fehérjeszintézist. Ez a köztes hírvivő messenger RNS (mRNS), (3.29. Ábra), egyszálú nukleinsav, amely egyetlen gén genetikai kódjának másolatát viszi ki a sejtmagból és a citoplazmába, ahol fehérjék előállítására használják.

Számos különböző típusú RNS létezik, mindegyiknek különböző funkciói vannak a sejtben. Az RNS szerkezete néhány kivételtől eltekintve hasonló a DNS-hez. Egyrészt a DNS-sel ellentétben az RNS legtöbb típusa, beleértve az mRNS-t is, egyszálú és nem tartalmaz komplementer szálat. Másodszor, az RNS-ben lévő ribózcukor további oxigénatomot tartalmaz a DNS-hez képest. Végül a bázis timin helyett az RNS tartalmazza az uracil bázist. Ez azt jelenti, hogy az adenin mindig párosul az uracillal a fehérjeszintézis során.

A génexpresszió az úgynevezett folyamattal kezdődik átírás, amely az érdeklődő génnel komplementer mRNS-szál szintézise. Ezt a folyamatot transzkripciónak nevezzük, mert az mRNS olyan, mint a gén DNS-kódjának átirata vagy másolata. A transzkripció a DNS-replikációhoz hasonló módon kezdődik, abban az esetben, ha a DNS-régió kikapcsolódik, és a két szál elválik, azonban a DNS-nek csak ez a kis része válik szét. A DNS-molekula ezen szakaszán található génben lévő hármasokat templátként használjuk az RNS komplementer szálának átírásához (3.4.2. Ábra). A kodon az mRNS három bázisú szekvenciája, úgynevezett, mert közvetlenül kódolják az aminosavakat. A DNS-replikációhoz hasonlóan a transzkripciónak három szakasza van: iniciáció, megnyúlás és befejezés.

3.4.2. Ábra - Transzkripció: DNS-ből mRNS-be: A fehérje DNS-ből történő előállításának két szakasza közül az elsőben a DNS-molekulán lévő gént átírják egy komplementer mRNS-molekulává.

A fehérje DNS-ből történő előállításának két szakaszának első szakaszában a DNS-molekulán lévő gént átírják egy komplementer mRNS-molekulává.

1. szakasz: beavatás. A promóternek nevezett gén elején lévő régió - egy adott nukleotidszekvencia - kiváltja a transzkripció kezdetét.

2. szakasz: megnyúlás. A transzkripció akkor kezdődik, amikor az RNS-polimeráz kikapcsolja a DNS-szegmenst. Az egyik szál, amelyet kódoló szálnak nevezünk, a kódolandó gének templátjává válik. Ezután a polimeráz a megfelelő nukleinsavat (A, C, G vagy U) a DNS kódoló szálán lévő komplementer bázissal igazítja. Az RNS-polimeráz egy olyan enzim, amely új nukleotidokat ad hozzá az RNS növekvő szálához. Ez a folyamat felépíti az mRNS szálát.

3. szakasz: Megszüntetés. Amikor a polimeráz elérte a gén végét, a három specifikus hármas egyike (UAA, UAG vagy UGA) kódol egy „stop” jelet, amely az enzimeket a transzkripció leállítására és az mRNS transzkriptum felszabadítására indítja.

Az átírási folyamatot az úgynevezett fehérjeosztály szabályozza transzkripciós tényezők, amelyek kötődnek a génszekvenciához és elősegítik vagy gátolják transzkripciójukat. (mozgassa ide a 3.35. ábrát).

Mielőtt az mRNS molekula elhagyná a sejtmagot, és a fehérjeszintézisbe kerülne, számos módon módosul. Emiatt ebben a szakaszban gyakran pre-mRNS-nek nevezik. Például a DNS-ed, és így a komplementer mRNS hosszú, nem kódoló régióknak nevezett régiókat tartalmaz, amelyek nem kódolják az aminosavakat. Funkciójuk még mindig rejtély, de a folyamatot ún splicing eltávolítja ezeket a nem kódoló régiókat az pre-mRNS transzkriptumból (3.4.3. ábra). A spliceosome- különféle fehérjékből és más molekulákból álló szerkezet - kapcsolódik az mRNS-hez és „összekapcsolja” vagy kivágja a nem kódoló régiókat. Az átirat eltávolított szegmensét an-nak nevezzük intron. A fennmaradó exonokat összeillesztjük. An exon az RNS egy olyan szegmense, amely a splicing után megmarad. Érdekes, hogy az mRNS-ből eltávolított néhány intron nem mindig kódolatlan. Amikor az mRNS különböző kódoló régiói kikapcsolódnak, végül a fehérje különböző variációi következnek be, struktúrájukban és működésükben eltérésekkel. Ez a folyamat a lehetséges fehérjék és fehérjefunkciók sokkal nagyobb változatosságát eredményezi. Amikor az mRNS-transzkript kész, az a magból a citoplazmába utazik.

Külső weboldal

Ez a videó bemutatja a transzkripció folyamatában részt vevő fontos enzimeket és biomolekulákat, az DNS-ből egy mRNS-molekula előállításának folyamatát.

Az RNS-től a fehérjéig: Fordítás

Ahogy lefordítunk egy könyvet egyik nyelvről a másikra, az mRNS-szál kodonjait le kell fordítani a fehérjék aminosav-ábécéjére. Fordítás az aminosavak polipeptidnek nevezett láncának szintézisének folyamata. A fordításhoz két fő segédeszköz szükséges: egy „fordító”, a transzlációt végző molekula, másodszor pedig egy olyan szubsztrát, amelyen az mRNS-szál új fehérjévé alakul át, például a fordító „íróasztalához”. Mindkét követelményt más típusú RNS teljesíti. A transzlációra szubsztrát a riboszóma.

Ne feledje, hogy a sejtek számos riboszómája a durva ER-hez kapcsolódik, és elvégzi a Golgi-készülék számára szánt fehérjék szintézisét. Riboszomális RNS (rRNS) egy olyan típusú RNS, amely a fehérjékkel együtt alkotja a riboszóma szerkezetét. A riboszómák a citoplazmában két különálló komponensként léteznek, egy kicsi és egy nagy alegységként. Amikor egy mRNS molekula készen áll a transzlációra, a két alegység összeáll és az mRNS-hez kapcsolódik. A riboszóma biztosítja a transzláció szubsztrátumát, összehozza és összehangolja az mRNS-molekulát a molekuláris „transzlátorokkal”, amelyeknek meg kell fejteniük a kódját.

A fehérjeszintézis másik fő követelménye az a transzlátor molekula, amely fizikailag „leolvassa” az mRNS kodonokat. Transzfer RNS (tRNS) egy olyan RNS-típus, amely a megfelelő megfelelő aminosavakat eljuttatja a riboszómába, és minden új aminosavat az utolsóhoz köt, és egyesével felépíti a polipeptidláncot. Így a tRNS specifikus aminosavakat juttat a citoplazmából egy növekvő polipeptidbe. A tRNS-molekuláknak képesnek kell lenniük az mRNS-en lévő kodonok felismerésére és a megfelelő aminosavakkal való összeegyeztetésére. A tRNS erre a funkcióra módosul. Szerkezetének egyik végén egy specifikus aminosav kötési helye található. A másik végén egy bázisszekvencia található, amely megegyezik a kodonnal, meghatározva az adott aminosavat. A tRNS-molekula három bázisának ezt a szekvenciáját an-nak nevezzük antikodon. Például a glicin aminosav kiszorításáért felelős tRNS egyik végén a glicinhez kötődési helyet tartalmaz. A másik végén egy antikodont tartalmaz, amely kiegészíti a glicin kodont (a GGA a glicin kodonja, és így az antikodon tRNS-ek CCU-t olvasnak). Sajátos rakományával és hozzáillő antikodonnal felszerelt tRNS-molekula le tudja olvasni felismert mRNS-kodonját, és a megfelelő aminosavat a növekvő láncba juttatja (3.4.4. Ábra).

3.4.4. Ábra - Fordítás RNS-ből fehérjévé: A transzláció során az mRNS transzkriptumot egy funkcionális komplex „olvassa”, amely a riboszóma és a tRNS molekulákból áll. A tRNS-ek egymás után hozzák a megfelelő aminosavakat a növekvő polipeptidláncba úgy, hogy az anti-kodonjaikat az mRNS-szál kodonjaival illesztik össze.

A DNS-replikáció és a transzkripció folyamataihoz hasonlóan a transzláció is három fő szakaszból áll: iniciáció, megnyúlás és termináció. A beavatkozás egy riboszómának egy mRNS-transzkriptumhoz való kötésével történik. A megnyúlási szakasz magában foglal egy tRNS antikodon felismerését a szekvenciában található következő mRNS kodonnal. Amint az antikodon és kodon szekvenciák meg vannak kötve (ne feledjük, ezek komplementer bázispárok), a tRNS bemutatja aminosavtartalmát, és a növekvő polipeptid szál ehhez a következő aminosavhoz kapcsolódik. Ez a kötődés különféle enzimek segítségével történik, és energiát igényel. A tRNS-molekula ezután felszabadítja az mRNS-szálat, az mRNS-szál az egyik kodont eltolja a riboszómában, és a következő megfelelő tRNS megérkezik hozzáillő antikodonnal. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg el nem éri az mRNS utolsó kodonját, amely „stop” üzenetet ad, amely jelzi a transzláció befejezését és kiváltja a teljes, újonnan szintetizált fehérje felszabadulását. Így a DNS-molekulán belüli gén átíródik mRNS-be, amelyet aztán fehérjetermékké alakítanak át (3.4.5. Ábra).

Külső weboldal

Ez a videó megmutatja a transzláció folyamatában részt vevő fontos enzimeket és biomolekulákat, amelyek mRNS-t használnak egy fehérje kódolásához.

Általában egy mRNS-transzkripciót egyszerre fordít le több szomszédos riboszóma. Ez növeli a fehérjeszintézis hatékonyságát. Egyetlen riboszóma kb. Egy perc alatt lefordíthatja egy mRNS-molekulát; így több riboszóma egy transzkriptum fedélzetén ugyanazon fehérje számának többszörösét produkálhatja ugyanabban a percben. A poliriboszóma egy riboszóma-húr, amely egyetlen mRNS-szálat fordít le.

Külső weboldal

Nézze meg ezt a videót, hogy megismerje a riboszómákat. A riboszóma az mRNS molekulához kötődik, hogy megkezdje kódjának fehérjévé történő transzlációját. Mi történik a fordítás végén a kis és nagy riboszomális alegységekkel?

Fejezet áttekintése

A DNS tárolja azokat az információkat, amelyek szükségesek a sejt minden funkciójának elvégzéséhez. A sejtek a DNS-ben tárolt genetikai kódot használják fel a fehérjék felépítésére, amely végül meghatározza a sejt szerkezetét és működését. Ez a genetikai kód abban a nukleotid-szekvenciában rejlik, amelyek az egyes géneket a DNS-molekula mentén alkotják. A kód „olvasásához” a cellának két egymást követő lépést kell végrehajtania. Az első lépésben, a transzkripció során, a DNS-kódot átalakítjuk RNS-kóddá. A messenger RNS molekulája, amely komplementer egy adott génnel, a DNS-replikációhoz hasonló folyamatban szintetizálódik. Az mRNS molekulája biztosítja a kódot egy fehérje szintetizálásához. A transzláció során az mRNS egy riboszómához kapcsolódik. Ezután a tRNS-molekulák a megfelelő aminosavakat egyenként továbbítják a riboszómába, az szekvenciális triplett kodonok kódolják az mRNS-en, amíg a fehérje teljesen szintetizálódik. Ha elkészült, az mRNS leválik a riboszómáról, és a fehérje felszabadul. Jellemzően több riboszóma kapcsolódik egyszerre egyetlen mRNS-molekulához, így az mRNS-ből egyidejűleg több fehérje is előállítható.