Peptidisidoksen muodostuminen ribosomissa. Kurssi "Elämän prosessien molekyyliperustat. Peptidisidoksen ominaisuudet ovat
Ribosomit- solunsisäiset organellit, joiden halkaisija on 20-22 nm ja jotka suorittavat proteiinien biosynteesiä. Niitä löytyy kaikkien elävien organismien soluista. Ribosomien muoto on lähellä pallomaista. Prokaryoottien (bakteerit, sinilevät) soluille sekä eukaryoottien kloroplasteille ja mitokondrioille ovat ominaisia 70 S ribosomit; Kaikkien eukaryoottien sytoplasmasta löydettiin 80S-ribosomeja. S on sedimentaationopeus (sedimentaatio), kuin lisää numeroa S, mitä suurempi kerrostumisnopeus. Ribosomien sijainti sytoplasmassa voi olla vapaa, mutta useimmiten ne liittyvät EPS:ään muodostaen polysomeja (ri-sytoplasman barosomit voivat olla vapaita, mutta useimmiten ne liittyvät EPS:ään, muodostaen polysomeja (lähetti-RNA:ta käyttäviä ribosomien yhdistelmiä).
Ribosomien koostumus ja rakenne. Ribosomit koostuvat kahdesta alayksiköstä: suuresta ja pienestä. Kunkin ribosomin suuri alayksikkö on kiinnittynyt karkeimman ER:n kalvoon, kun taas pieni alayksikkö työntyy sytoplasmiseen matriisiin. Pienessä yhdistyy 1 rRNA-molekyyli ja 33 molekyyliä erilaisia proteiineja, kun taas iso yhdistää kolme rRNA-molekyyliä ja noin 40 proteiinia. rRNA (ribosomaalinen) suorittaa proteiinien tukirakenteen (suorittaa rakenteellisen ja entsymaattisen roolin) ja varmistaa myös ribosomien sitoutumisen mRNA:n tiettyyn nukleotidisekvenssiin (tieto-RNA K). koulutus
Solujen ribosomit muodostuvat itsestään esisyntetisoidusta RNA:sta ja proteiineista. Ribosomaaliset RNA-prekursorit syntetisoidaan nukleolaarisen DNA:n ytimessä.
Ribosomin toiminnot:
. proteiinia syntetisoivan järjestelmän komponenttien spesifinen sitoutuminen ja retentio (lähetti-RNA; siirto-RNA, (GTP) ja proteiinin translaatiotekijät);
. katalyyttiset toiminnot (peptidisidoksen muodostuminen, guanosiinitrifosfaatin hydrolyysi);
. substraattien mekaanisen liikkeen (lähetti- ja kuljetus-RNA) tai translokaation toiminnot.
Lähettää- polypeptidiketjun muodostumisprosessi matriisiin ja RNA:han. Proteiinimolekyylien synteesi tapahtuu ribosomeissa, jotka sijaitsevat joko vapaasti sytoplasmassa tai karkeassa ER:ssä.
Käännösvaiheet (kuva 13):
Riisi. 13. Käännössuunnitelma
Polypeptidisynteesin peräkkäiset vaiheet:
. ribosomin pieni alayksikkö sitoutuu met-tRNA:han, sitten mRNA:han;
. ribosomi liikkuu RNA:ta pitkin, johon liittyy seuraavan aminohapon lisäämissyklin toistuva toisto kasvavaan polypeptidiketjuun;
. ribosomi saavuttaa yhden mRNA:n lopetuskodoneista, polypeptidiketju vapautuu ja erottuu ribosomista.
Aminohappojen aktivointi. Jokainen proteiinin 20 aminohaposta on yhdistetty kovalenttiset sidokset spesifiseen tRNA:han käyttämällä ATP:n energiaa. Reaktiota katalysoi erikoistunut entsyymi, joka vaatii magnesium-ionien läsnäolon - aminoasyyli-tRNA-syntetaasi.
proteiiniketjun aloitus. Ribosomin pienessä alayksikössä toiminnallinen keskus erottuu kahdesta kohdasta - peptidyylistä (P-kohta) ja aminoasyylistä (A-kohta). Ensimmäinen asema on tRNA, joka sisältää spesifisen aminohapon, toinen asema on tRNA, joka on ladattu aminohappoketjulla. mRNA:n 5" pää, joka sisältää tietoa tästä proteiinista, sitoutuu ribosomin pienen partikkelin P-kohtaan ja aloittavaan aminohappoon (formyylimetioniini prokaryooteissa; metioniini eukaryooteissa), joka on kiinnittynyt vastaavaan tRNA:han. tRNA on komplementaarinen tripletille, joka on osa mRNA:ta, mikä signaloi proteiiniketjun alkamista.
Pidentyminen on syklisesti toistuva tapahtuma, jossa peptidin pidentyminen tapahtuu. Polypeptidiketjua pidennetään kiinnittämällä peräkkäin aminohappoja, joista jokainen kuljetetaan ribosomiin ja liitetään tiettyyn kohtaan käyttämällä vastaavaa tRNA:ta. Peptidisidos muodostuu peptidiketjusta peräisin olevan aminohapon ja tRNA:han kytkeytyneen aminohapon välille. Ribosomi liikkuu mRNA:ta pitkin ja tRNA aminohappoketjun kanssa tulee A-kohtaan. Tätä tapahtumasarjaa toistetaan, kunnes ribosomi tulee terminaattorikodoniin, jolle ei ole olemassa vastaavaa tRNA:ta.
Irtisanominen. Ketjusynteesin päätyttyä, kuten ns. mRNA:n lopetuskodoni (UAA, UAG, UGA). Samalla vesi kiinnittyy peptidiketjun viimeiseen aminohappoon ja sen karboksyylipää erotetaan tRNA:sta ja ribosomi hajoaa kahdeksi osahiukkaseksi.
Peptidin synteesi ei tapahdu yhdellä ribosomilla, vaan useilla tuhansilla, jotka muodostavat kompleksin - polysomin.
Taitto ja käsittely. Ottaakseen tavanomaisen muotonsa proteiinin täytyy taittua muodostaen tietyn spatiaalisen konfiguraation. Ennen laskostusta tai sen jälkeen polypeptidiä voidaan käsitellä entsyymeillä, mikä koostuu ylimääräisten aminohappojen poistamisesta, fosfaatin, metyylin ja muiden ryhmien lisäämisestä jne.
Nukleotidisekvenssin muodossa kirjoitetun tiedon kääntämiseksi proteiinin aminohapposekvenssin kielelle on olemassa geneettinen koodi. Jokainen aminohappo vastaa kolmea vierekkäistä nukleotidia ( tripletti, kodoni). Lähes jokaista 20:stä proteiinogeenisesta aminohaposta koodaavat useat tripletit, ts. geneettinen koodi on rappeutunut. Geneettinen koodi yleismaailmallinen; harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta kaikissa organismeissa samat kolmiot koodaavat samoja aminohappoja.
Jotta ribosomit voisivat käyttää aminohappoa proteiinisynteesiin, se on kiinnitettävä molekyyliin. siirtää RNA:ta(tRNA). Lisäystä katalysoi aminoasyyli-tRNA-syntetaasientsyymi. Aminohappo voi kiinnittyä vain spesifiseen tRNA:hansa. tRNA-molekyylillä on pieni koko (74-95 nt), se muodostaa tunnusomaisen sekundaarirakenteen "apilan lehden" muodossa komplementtien sisäisten vuorovaikutusten vuoksi. TRNA-molekyylin spesifinen osa sisältää antikodoni– tripletti, joka vastaa hyväksyttyä aminohappoa ja on komplementaarinen tämän aminohapon mRNA-kodonille (kuva 27). Aminohappomolekyyli on kiinnittynyt tRNA-molekyylinsä 3'-akseptoripäähän aminoasyyli-tRNA-syntetaasientsyymin avulla. Toisin sanoen tRNA-molekyylin rakenteesta johtuen jokainen aminohappo saatetaan linjaan tietyn tripletin kanssa. Siten tRNA-molekyyli on "kääntäjä", joka "dekoodaa" geneettisen koodin ja kääntää sen aminohapposekvenssiksi.
Riisi. 27. tRNA-molekyylin rakenne
Proteiinisynteesi tapahtuu ribosomeissa. Ribosomi on monimutkainen nukleoproteiinikompleksi, joka koostuu kahdesta alayksiköstä, pienestä ja suuresta.
Proteiinisynteesiprosessi sisältää kolme vaihetta: aloitus, elongaatio ja lopetus. Ribosomi sitoutuu mRNA:han ja siirtyy sitä pitkin aloituskodoniin, josta proteiinisynteesi alkaa välittömästi. Yleisin aloituskodoni on AUG-kodoni (harvemmin GUG tai UUG). Polypeptidiketjun synteesi alkaa aminohaposta metioniini. Useat proteiinitekijät ja GTP-molekyyli osallistuvat myös translaation aloitukseen. Aminohapon metioniinin lisäyksen jälkeen ribosomi liikkuu matriisia pitkin ja lisää peräkkäin aminohappotähteitä kasvavaan polypeptidiketjuun. Ribosomin elogaatiosyklin kaavio, joka koostuu sitoutumis-, transpeptidaatio- ja translokaatioprosesseista, on esitetty kuvassa. 28. Ribosomin pieni alayksikkö sisältää kaksi sitoutumiskohtaa: A (aminoasyyli-tRNA:ta sitova) ja P (peptidyyli-tRNA:ta sitova). A-kohdassa tapahtuu aminohappoa kantavan tRNA-molekyylin sitoutuminen, P-kohdassa kasvavaan polypeptidiketjuun liittyvä tRNA. Sitoutumisvaiheessa tRNA-molekyyli tulee A-kohtaan kantaen aminohappoa, joka vastaa tässä kohdassa sijaitsevaa mRNA-kodonia. tRNA:n antikodoni yhdistyy tämän kodonin kanssa komplementaarisuusperiaatteen mukaisesti. Sitoutuminen johtaa tilanteeseen, jossa vasta saapunut aminohappo lähestyy P-kohdassa sijaitsevaa kasvavaa polypeptidiketjua. Tässä tapauksessa ribosomin suuri alayksikkö katalysoi transpeptidaatioreaktiota (peptidisidoksen muodostumista). Tämän seurauksena kasvava polypeptidiketju sijaitsee A-kohdassa (kiinnittyneenä juuri saapuneeseen RNA-molekyyliin), jotta tämä kohta vapautuisi ja siihen asetetaan seuraava kodoni, tapahtuu translokaatioreaktio. Vapaa tRNA poistetaan ja kasvava polypeptidi siirtyy P-kohtaan. Ribosomi siirtyy ikään kuin edelliseen tilaan, mutta matriisin seuraavaan kodoniin. Koko proteiinimolekyylin translaatio edustaa tällaisten syklien toistoa. Pidennysprosessissa käytetään erityisiä proteiineja, elongaatiotekijöitä (EF), ja lisäksi venymisprosessi vaatii energiakustannuksia. Yhden peptidisidoksen muodostamiseen kuluu kaksi GTP-molekyyliä. (GTP-molekyyliin varastoitunut energia vastaa energiaa ATP-molekyylejä).
Riisi. 28. Kaavio ribosomin elongaatiosyklistä: A- ribosomin aminoasyyli-tRNA:ta sitova kohta, R– ribosomin peptidyyli-tRNA:ta sitova kohta
Kun ribosomi etenee, mallin 5¢-pää vapautuu ja seuraava ribosomi voi laskeutua sen päälle. Rakennetta, jossa mRNA on kytketty moniin ribosomeihin, kutsutaan polysomeiksi. Kun ribosomi saavuttaa lopetuskodonin (UAA, UAG tai UGA), terminaatio tapahtuu. Lopettaminen vaatii proteiinin lopetustekijöitä; tähän prosessiin liittyy GTP-hydrolyysi.
Ensimmäinen peptidisidos syntyy transpeptidaatioreaktiosta, jonka aikana metioniini siirtyy initiaattori-tRNA:sta A-keskuksen aa-tRNA:n a-aminoryhmään, jolloin muodostuu dipeptidyyli-tRNA:ta. Katalysoi ribosomin suuren alayksikön rRNA:n peptidyylitransferaasireaktiota.
Translokaatio. SISÄÄN Tämän vaiheen aikana ribosomi siirtää GTP:n energiasta ja elongaatiotekijän EF2 osallistuessa yhden kodonin suuntaan mRNA:n 5'-päästä 3'-päähän. Tämän seurauksena dipeptidyyli-tRNA A-keskuksesta tulee P-keskukseen ja seuraava kodoni ilmestyy A-keskukseen. tRNAMet poistuu ribosomista. Edelleen prosessi jatkuu kuvatun kaavion mukaisesti toistaen vaiheet 1-»2-»3.
Irtisanominen translaatio tapahtuu sen jälkeen, kun yksi terminaatiokodoneista on sisällytetty A-keskukseen: UAG, UGA, UAA. Erityisten proteiinien -3 lopetustekijän (RF1, RF2 ja RF3) osallistumisen myötä syntetisoidun polypeptidin hydrolyyttinen pilkkoutuminen tRNA:sta tapahtuu. tRNA vapautuu ribosomista GTP-hydrolyysin avulla, ja "tyhjä" ribosomi hajoaa helposti alayksiköiksi.
Translaation aikana ribosomin pienet ja suuret alayksiköt toimivat erilaisia toimintoja pieni alayksikkö kiinnittää mRNA:ta ja dekoodaa tietoa käyttämällä tRNA:ta ja translokaatiomekanismia, suuri alayksikkö vastuussa peptidisidosten muodostumisesta. Pääasiallisen panoksen pepjärjestäytymiseen ja ilmentymiseen antaa rRNA.
Monet ribosomit voivat samanaikaisesti osallistua yhden mRNA:n translaatioon. Kukin ribosomi varaa kohdan, joka vastaa noin 80 mRNA:n nukleotidia. Siten ribosomit sijaitsevat mRNA:ssa noin 100 nukleotidin välein muodostaen kompleksin ns. polysomi.
Sen seurauksena muodostuu toiminnallisesti aktiivisia proteiineja translaation jälkeiset muutokset ribosomeissa syntetisoidut polypeptidiketjut. Näitä muutoksia ovat mm.
A. Osittainen proteolyysi.
B. Aminohappomuunnokset: karboksylaatio, fosforylaatio, jodaus, hydroksylaatio, asylointi ja glykosylaatio.
B. Tilarakenteen tai laskostumisen muodostuminen, johon chaperoniproteiinit osallistuvat varmistaen polypeptidiketjun oikean laskostumisen.
D. Disulfidisidosten muodostuminen kysteiinitähteiden välillä, jotka osallistuvat proteiinin kolmiulotteisen rakenteen muodostumiseen.
E. Proteesiryhmien kiinnitys.
E. Oligomeeristen rakenteiden muodostuminen, joka myös suoritetaan chaperonien osallistuessa
Matriisin biosynteesin suppressio voidaan saavuttaa joko matriisin ja ribosomien rakenteellisella modifikaatiolla tai entsyymin inaktivoinnilla. DNA-, RNA- tai proteiinisynteesin lopettaminen aiheuttaa kaikkien solujen kuoleman, joten monet matriisibiosynteesin estäjät ovat myrkkyjä ihmiskeholle.
a-Amanitin- myrkky, joka sisältyy valkoisen myrkkysienen Amanita phalloides kehoon ja estää eukaryoottisia RNA-polymeraaseja, erityisesti RNA-polymeraasi II:ta. Enterotoksiini difterian aiheuttaja on spesifinen translaation estäjä eukaryooteissa, mikä estää yhden pidentymistekijöistä.
antibiootit, prokaryoottien proteiinisyntetisointijärjestelmälle spesifisiä transkriptio- ja translaatioprosessin estäjiä voidaan käyttää antibakteerisina lääkkeinä, kun taas DNA-templaattitoimintoa häiritsevät antibiootit ovat löytäneet käyttöä pahanlaatuisten kasvainten hoidossa ja ne ovat kasvaimia estäviä lääkkeitä (esim. doksorubisiini, daunomysiini).
SISÄÄN viime vuodet tutkimuksia on meneillään sellaisten lääkkeiden luomiseksi, jotka varmistavat inhibiittorin kulkeutumisen vain kasvainsoluihin. Tämä saavutetaan sitomalla sytotoksisia antibiootteja proteiineihin, joiden reseptorit löytyvät pääasiassa kasvainsoluista.
Jotkut antibiootit ovat rifampisiini, erytromysiini, tetrasykliini ja muut - estävät selektiivisesti RNA:n tai proteiinin synteesiä bakteerisoluissa, käytännöllisesti katsoen ei vaikuta proteiinisynteesiin nisäkässoluissa. Korkea selektiivisyys Tämä yhdisteryhmä selittyy eroilla eukaryoottisten ja prokaryoottisten solujen RNA-polymeraasien ja ribosomien rakenteessa. Esimerkiksi erytromysiini estää translokaatiota, tetrasykliini estää aa-tRNA:n sitoutumista A-keskuksessa.
Monet virukset, kuten isorokko-, influenssa- ja poliomyeliittivirukset, joutuvat ihmiskehoon, sammuttavat DNA:n, RNA:n ja proteiinien synteesin isäntäorganismin soluissa ja kytkevät RNA:ta ja proteiineja syntetisoivan laitteen virusvirusten lisääntymiseen. nukleiinihapot ja proteiineja.
Interferonit suojaavat virusinfektioilta. Näiden proteiinien perhe syntetisoituu eukaryoottisoluissa vasteena virusinfektiolle. Alkutekijä eIF2 estämällä ne pysäyttävät proteiineja syntetisoivan laitteen toiminnan. Interferonit lisäävät matriisia ja ribosomaalisia RNA-soluja pilkkovan ribonukleaasin aktiivisuutta, mikä myös vähentää proteiinisynteesiä infektoituneissa soluissa.
Sopeutuminen eliöt erilaisille vaikutuksille ympäristöön suoritettu erityisesti muuttamalla geenien ilmentymistä (aktiivisuutta). Tämä prosessi, jota on tutkittu yksityiskohtaisesti bakteereissa ja viruksissa, sisältää spesifisten proteiinien vuorovaikutuksen DNA-alueiden kanssa transkription aloituskohdan välittömässä läheisyydessä. Eukaryoottisolut käyttävät samaa periaatetta, vaikka geeniekspression säätelyssä toteutuu joitain muita mekanismeja.
Prokaryooteissa tietyt proteiinit sitoutuvat operonin säätelyalueisiin ja estävät tai tehostavat RNA-polymeraasin sitoutumista promoottoriin.
Jos operonia säätelee induktiomekanismi(esimerkiksi laktoosioperoni), sitten induktorin (laktoosi) puuttuessa repressoriproteiini liittyy operaattoriin. Koska operaattorin ja promoottorin alueet menevät päällekkäin, repressorin kiinnittyminen operaattoriin estää RNA-polymeraasin sitoutumisen promoottoriin, eikä operonin rakennegeenien transkriptiota tapahdu. Kun induktori ilmaantuu ympäristöön, se kiinnittyy repressoriproteiiniin, muuttaa sen konformaatiota ja vähentää affiniteettia käyttäjää kohtaan. RNA-polymeraasi sitoutuu promoottoriin ja transkriptoi rakennegeenejä.
Kun operonia säätelee repressiomekanismi(esim. histidiini- tai tryptofaanioperonit) repressoriproteiinilla ei ole affiniteettia operaattoriin. Kun repressoriproteiiniin kiinnittyy pieni molekyyli, korepressori (histidiini tai tryptofaani), proteiinimolekyylissä tapahtuvien konformaatiomuutosten seurauksena proteiini-repressori-korepressori-kompleksi hankkii affiniteetin operaattoriin ja lopettaa transkription.
Nisäkässoluissa proteiinien biosynteesiä säätelee kahta tyyppiä:
Lyhytaikainen, joka tarjoaa kehon sopeutumisen mahdollisiin ympäristön muutoksiin;
Pitkäaikainen, vakaa, määräävä solujen erilaistuminen ja erilaisia proteiinikoostumus elimiä ja kudoksia.
Erilaisten elinten ja kudosten kromatiinissa sekä valtavia transkriptionaalisesti inaktiivisia tai vakaasti repressoidut alueet on aktiiviset tai mahdollisesti aktiiviset sivustot. Muutamia poikkeuksia (lymfosyytit) lukuun ottamatta jokainen kehon solu sisältää saman joukon geenejä. Erikoistuneiden elinten ja kudosten olemassaolo riippuu geenien erilaisesta ilmentymisestä, mikä tarkoittaa, että eri kudosten solujen erilaistumisessa transkriptoidaan eri kromatiinin alueita.
Kuva 4 Transkription mukautuva säätely.
Adaptiivinen säätely korkeammissa organismeissa eroaa transkription säätelystä prokaryooteissa useilla eri signaaleilla, jotka ohjaavat 1. prosessin alkamista DNA-molekyylissä, 2. sen esiintymistiheyttä.
Promoottorin TATA-alue kiinnittää TATA:ta sitovan proteiinin (TATA-tekijä), transkriptiotekijät A ja B, jotka tarjoavat vuorovaikutuksen RNA-polymeraasin kanssa ja määrittävät transkription aloituskohdan (kuvio 4).
Minimaalinen mRNA-synteesi tulee mahdolliseksi sen jälkeen, kun RNA-polymeraasi on sitoutunut transkriptiotekijöihin F, E, H.
Jos mainittujen komponenttien lisäksi DNA:n säätelyalueisiin kiinnittyneet proteiinit muodostavat kompleksin TATA:ta sitovan proteiinin kanssa, transkriptionopeus muuttuu. Se kasvaa, jos nämä ovat aktivaattoriproteiineja, jotka tarjoavat vuorovaikutusta tehostajien (vahvistimien) kanssa, ja vähenee, jos äänenvaimenninkohdan (transkription sammuttaja) kanssa vuorovaikutuksessa oleva proteiini liittyy TATA:ta sitovaan proteiiniin.
DNA:n säätelyalueet - tehostajat ja äänenvaimentimet - ovat lukumäärältään ja sijainniltaan erilaisia DNA-molekyylissä eri geenien osalta eri kudoksissa, ts. ovat kudosspesifisiä ominaisuuksia. Ne voivat sijaita tuhansissa nukleotidipareissa transkription aloituspisteestä ennen geeniä, sen jälkeen tai sisällä, sitoa proteiinikomplekseja metaboliittien tai hormonien kanssa ja vaikuttaa geenin konformaatioon.
luonnonvalinta ja biologinen evoluutio ovat mahdottomia ilman geneettistä vaihtelua, joka johtuu mutaatioista ja rekombinaatioista meioosiprosessissa. Jälkimmäisessä tapauksessa DNA-segmentit vaihdetaan vanhempien homologisten kromosomien välillä. Mutaatiot ovat korjaamattomia muutoksia ensisijainen rakenne DNA, esiintyminen molekyylissä vastauksena virheisiin DNA-polymeraasien toiminnassa tai DNA-korjausjärjestelmässä, altistumisesta ulkoiselle ja sisäiselle ympäristölle. 2. Pistemutaatiot ovat enimmäkseen kolme tyyppiä:
Substituutiot (tämä on yleisin DNA-molekyylin vauriotyyppi; (Peruskorvauksia on kahdenlaisia: siirtymät ja transversiot. Siirtymien alla ymmärrä puriiniemästen korvaaminen puriineilla ja pyrimidiinien korvaaminen pyrimidiineillä (T-C ja A-G). Transversiot ovat puriiniemästen korvaamista pyrimidiiniemäksillä ja päinvastoin. Toinen syy emässubstituutioon on kemiallisesti muunnetun emäksen (tai muunnetun emäksen) virheellinen sisällyttäminen DNA-juosteeseen. On huomattava, että emässubstituutiogeenimutaatioita esiintyy joko ennen replikaatiota tai replikaation aikana. Jos näitä muutoksia ei korjata korjausprosessin aikana, niistä tulee ensin yhden ja sitten kahden DNA-säikeen omaisuutta. Siksi tämän luokan mutaatioiden lähde ovat virheet replikaatio- tai korjausprosesseissa).
lisää;
Nukleotidien deleetiot (tai pudotukset).
Jokainen mutaatiotyyppi aiheuttaa erilaisia vaikutuksia. Eli nukleotidisubstituutio:
Voi olla "hiljainen" eikä esiinny proteiinissa, jos koodaava tripletti, jossa mutanttinukleotidi sijaitsee, varmistaa koodin degeneroitumisen vuoksi, että sama aminohappo sisältyy proteiiniin kuin alkuperäinen kodoni;
Voi liittyä yhden muunnetun aminohapon sisällyttämiseen proteiiniin (missense-mutaatio). Tämän tyyppiset mutaatiot tapahtuvat alkyloivien aineiden vaikutuksesta. (Alkyyliryhmä kiinnittyy guaniinin puriinirenkaan N7:ään muuttaen sen ionisaatiota ja sitoutumisen luonnetta toiseen komplementaarisessa parissa olevaan nukleotidiin. Tämän seurauksena tymiini nousee ylös alkyloitua guaniinia vastaan ja siksi parin seuraavassa sukupolvessa G-C korvattu A-T).
Voi johtaa "terminaattori"-kodonin muodostumiseen (järjetön mutaatio), jossa proteiinisyntetisointilaitteen toiminta pysähtyy ja proteiinista muodostuu lyhennetty versio.
Poistot ja lisäykset johtaa myös epäselviin tuloksiin:
Jos yksi nukleotidi tai DNA-segmentti, jossa nukleotidien lukumäärä ei ole 3:n kerrannainen, sisällytetään tai jätetään pois, tiedon lukukehyksen muutos ja kääntämisen aikana kaikki mutaatiokohdan takana olevat tiedot luetaan väärin. Syntyy proteiini, jossa satunnainen aminohapposekvenssi sijaitsee mutaatiokohdan takana. Tämän tyyppiset mutaatiot johtuvat aineista, jotka interkaloituvat DNA-molekyylin typpipitoisten emästen väliin;
Jos segmentti, jonka ketjun pituus on jaollinen kolmella, putoaa pois tai sisällytetään DNA:han, tiedon lukukehyksessä ei tapahdu muutosta (jako tai lisäys siirtämättä tiedon lukukehystä). Tällaisella templaatilla salattua proteiinia joko lyhennetään (jaettuna) tai pidennetään (lisätään) yhdellä tai useammalla aminohapolla.
3. Useimmissa tapauksissa mutaatiot vaikuttavat geenien ilmentymiseen tai rakenteeseen, joka ilmenee lukumäärän vähenemisenä tai rakenteen muutoksena proteiinituote ja näin ollen sen toiminnallinen toiminta. Joskus proteiinin väheneminen tai täydellinen puuttuminen johtuu geenien säätelyalueiden mutaatioista.
Siksi geenimutaatioiden kanssa kaavio on seuraava: seurauksena geenimutaatio(molekyylivika) tapahtuu patologinen primaarinen vaikutus, joka johtaa biokemiallisten häiriöiden sarjaan soluissa, elimessä ja organismissa. Tämä tapahtumasarja on geenisairauksien taustalla. Patologisista primaarisista vaikutuksista havaittiin 4 muunnelmaa.
Ensimmäinen vaihtoehto liittyy tuotteen ylimäärän tuottamiseen lisääntyneen geeniaktiivisuuden vuoksi.
Toinen vaihtoehto liittyy epänormaalien proteiinien tuotantoon. Tämä johtaa rikkomukseen järjestelmässä, jonka työn tämä proteiini tarjoaa.
Esimerkiksi (yhden aminohapon korvaamisen vuoksi) sirppisoluanemialla syntetisoidaan epänormaalia hemoglobiinia, jolla on vähentynyt liukoisuus, kyky polymeroitua. Seurauksena on, että hapen puutteessa tällainen hemoglobiini kiteytyy nopeasti, punaiset verisolut ovat sirpin muotoisia, tarttuvat nopeasti yhteen, mikä johtaa kapillaarien tukkeutumiseen.
Kolmas vaihtoehto liittyy alkutuotteiden puutteeseen. Tämä on yleisin vaihtoehto. Tietyn proteiinin (useimmiten entsyymin) puuttumisen seurauksena biokemiallisia reaktioita sen osallistumiseen ei tapahdu. Tämä johtaa prekursorituotteiden, useimmiten myrkyllisten, kertymiseen. Esimerkiksi fenyyliketonuriassa fenyylialaniinin konversiota tyrosiiniksi ei tapahdu, koska vastaava entsyymi puuttuu. Tämän seurauksena myeliinivaipan synteesi keskushermoston aksoneissa häiriintyy ja kehon tasolla kehittyy vakava henkisen vajaatoiminnan muoto. Toinen esimerkki proteiinien puuttumisesta on korjaus- tai replikaatiojärjestelmän entsyymien puute. Tämä johtaa pahanlaatuisten kasvainten kehittymiseen.
Neljäs vaihtoehto on tuottaa pienempi määrä tuotetta, esimerkiksi proteiineja. Tämä johtaa niiden puutteeseen kehossa ja poikkeamiin aineenvaihdunnassa.
Translaatio on mRNA:n dekoodausprosessi, jonka tuloksena mRNA:n nukleotidisekvenssin kielestä tuleva informaatio käännetään (käännetään) polypeptidimolekyylin aminohapposekvenssin kielelle. mRNA:n dekoodaus suoritetaan 5'→3'-suunnassa. Käännösprosessissa on vaiheita:
1) aminohappojen aktivointi;
2) tRNA:n aminoasylointi;
3) varsinainen lähetys.
Aminohappojen aktivointi. Tämä on prosessi, jossa aminohappo lisätään sen karboksyyliryhmän avulla ATP-a-fosfaattiin käyttämällä spesifistä aminoasyyli-tRNA-syntetaasia (kuva 3.10). Reaktioon liittyy epäorgaanisen pyrofosfaatin vapautumista ja aminoasyyliadenylaatin (AA-AMP) muodostumista. Aminoasyyliadenylaatti on erittäin reaktiivinen ja stabiloituu, koska se sitoutuu voimakkaasti entsyymiin. Tämä prosessi on erittäin spesifinen: jokaisella aminohapolla on omat entsyyminsä.
tRNA:n aminoasylaatio. Se on aminoasyyliryhmän siirtoa entsyymiin liittyvästä aminoasyyliadenylaatista tRNA:n terminaalisen riboosin 2'- tai 3'-OH-ryhmään akseptorihaarassa (kuva 3.11).
tRNA:n aminoasylaatioon johtavan reaktion avainpiirre on mukana olevien entsyymien spesifisyys. Spesifinen aminoasyyli-tRNA-syntetaasi katalysoi jokaisen proteiineissa esiintyvän 20 aminohapon kiinnittymistä tRNA:han. Entsyymin on erotettava yksi aminohappo 19 muusta ja siirrettävä se yhteen tai useampaan isoakseptori-tRNA:han käytettävissä olevista noin 75 muusta tRNA:sta. Samalla on korostettava monien aminohappojen (leusiini, valiini ja isoleusiini; valiini ja treoniini; asparagiini- ja glutamiinihapot jne.) rakenteen suurta samankaltaisuutta sekä sekundaaristen ja glutamiinihappojen hämmästyttävää samankaltaisuutta. tRNA:n tertiääriset rakenteet. Siksi edes näille entsyymeille ominaista erittäin korkea spesifisyys ei riitä estämään virheitä, ja syntetaasit voivat korjata kiinnittymisen aikana tapahtuvia virheitä. Tämä tapahtuu aminohapon ja AMP:n välisen sidoksen hydrolyysissä entsyymi-aminoasyyli-adenylaattikompleksissa. Tässä tapauksessa virheellisesti aminoasyloidun tRNA:n muodostuminen estetään. Päinvastoin, ei ole olemassa mekanismia, jolla tRNA:han jo kiinnittynyt väärä aminohappo poistettaisiin. Tällaisissa tapauksissa aminohappo ottaa väärän aseman proteiinissa. Tällaisten virheiden esiintyvyys on hyvin alhainen (esimerkiksi kanin hemoglobiinissa 10-5).
Itse asiassa lähetetty. Translaatioprosessi suoritetaan ribosomeilla - soluorganelleilla, jotka ovat monimutkainen proteiinien ja RNA-molekyylien kompleksi. Koko proteiinisynteesiprosessin ajan kasvava polypeptidiketju, mRNA ja seuraava aminoasyyli-tRNA pysyvät kiinnittyneenä ribosomiin. Prokaryooteissa ja eukaryooteissa ribosomit eroavat kooltaan ja koostumukseltaan (kuva 3.12). Prokaryoottien ribosomien sedimentaatiokerroin on 70S (S - Svedberg, mittayksikkö nopeudesta, jolla hiukkanen laskeutuu sentrifugoinnin aikana; 1S=10 -13 s), kun taas eukaryooteissa sytoplasmassa olevien ribosomien sedimentaatiokerroin on 80S .
Ribosomit voivat tietyissä olosuhteissa dissosioitua suuriksi ja pieniksi osahiukkasiksi, ja jokainen osapartikkeli puolestaan proteiini- ja RNA-molekyyleiksi (kuva 3.12). Kaikki nämä komponentit voivat jälleen liittyä toiminnallisesti aktiivisen ribosomin muodostumiseen, jos sopivat olosuhteet luodaan.
70S-ribosomien elektronimikroskooppiset tutkimukset ovat osoittaneet, että pienet ja suuret osahiukkaset ovat kosketuksissa useissa kohdissa ja niiden väliin muodostuu ura, joka on välttämätön mRNA:n sijoittamiselle translaation aikana. Kaksi toiminnallisesti tärkeää kohtaa 70S-ribosomissa ovat tärkeitä translaatioprosessin ymmärtämiselle. Juoni ( verkkosivusto) A toimii aminoasyyli-tRNA:n kiinnittämisessä, ja kasvava peptidiketju sitoutuu P-kohtaan.
Translaatioprosessissa aminoasyyli-tRNA:n ja ribosomien lisäksi suuri määrä apuproteiinit - transkription aloitus-, elongaatio- ja lopetustekijät.
Translaatioprosessin ydin on mRNA:n peräkkäinen dekoodaus 5'→3'-suunnassa aminoasyloitujen tRNA:iden avulla, jonka aikana aminohappotähteet tiivistyvät peräkkäin, alkaen polypeptidiketjun amino (N)-päästä, kohti karboksyyli (C)-päätä. Prosessin matriisiperiaatetta havaitaan komplementaaristen nukleotidien tunnistamisessa seuraavassa mRNA-kodonissa ja tRNA-antikodonissa. Translaatiota on tutkittu täydellisimmin prokaryooteissa, ja tämän prosessin mekanismia tarkastellaan käyttämällä esimerkkinä translaatiota E. colissa.
Lähetyksen aloitus. mRNA:n lukeminen alkaa AUG-kodonilla, joka merkitsee koodaavan sekvenssin 5'-päätä ja määrittää syntetisoidun polypeptidin N-terminaalisen (ensimmäisen) aminohapon. Translaation aloitus edellyttää ribosomin 30S-alayksikön läsnäoloa, joka sitoutuu kompleksiksi proteiinien kanssa - aloitustekijät (IF1, IF2, IF3), GTP ja Fmet-tRNA. Tämä täydellinen kompleksi sitoutuu mRNA:ta koodaavan sekvenssin 5'-päähän lähellä AUG-kodonia. Ilmeisesti IF2 pystyy erottamaan Fmet-tRNA:n (formyylimetioniini-tRNA) met-tRNA:sta, joka sitoutuu AUG-kodoneihin mRNA:n sisäosassa, mutta ei voi aloittaa translaatiota AUG-aloituskodonista. Tämän spesifisyyden tarjoaa N-formyyliryhmä, joka puuttuu met-tRNA:sta.
Aloituskodoni tunnistetaan seuraavalla tavalla. 30S-alayksikön sitoutuminen mRNA:han on noin 10 nukleotidia ennen aloituskodonin 5'-päätä sijaitsevan nukleotidisekvenssin tiukasti kontrolloitua. Vuorovaikutusta helpottaa tämän runsaasti puriinia sisältävän sekvenssin komplementaarinen pariutuminen 16S-rRNA:sta löytyvän polypyrimidiinikohdan kanssa. Aloitusprosessi riippuu monista käytännöistä vuorovaikutuksessa olevien alueiden rakenteessa, mukaan lukien sen mRNA-molekyylin alueen sekundaarinen rakenne, jossa AUG-aloituskodoni sijaitsee. Tämä on tärkeää proteiinisynteesin tehokkuuden säätelylle.
Siten aloitettaessa tämä kompleksi sitoutuu ribosomin 30S-alayksikön P-kohtaan, ja peptidin ensimmäinen aminohappo on formyylimetioniini. Tätä seuraa ribosomin 50S-alayksikön kiinnittyminen ja 70S-aloituskompleksin muodostuminen (kuva 3.13). Proteiinisynteesin käynnistämisen energialähde on GTP:n pilkkominen GDP:ksi ja Pi:ksi.
Käännöksen venymä. Ensimmäisen peptidisidoksen muodostamiseksi on välttämätöntä, että seuraavaa kodonia vastaava aminoasyyli-tRNA miehittää ribosomin A-kohdan. Tätä varten aminoasyyli-tRNA:n täytyy ensin sitoa EF-Tu-proteiini (yksi elongaatiotekijöistä) ja GTP. Tuloksena oleva kolmoiskompleksi (aminoasyyli-tRNA-) ja toimittaa aminoasyyli-tRNA:n A-kohtaan. GTP hydrolysoituu tässä vaiheessa ja kompleksi (EF-Tu-GDP) erotetaan ribosomista. Kun molemmat kohdat, A ja P, ovat varattuina, 50S-alayksikön pkatalysoi Fmet-ryhmän siirtymistä sen tRNA:sta A-kohdassa sijaitsevaan aminoasyyli-tRNA:n aminoryhmään (kuva 3.14). Tämän seurauksena dipeptidyyli-tRNA löytyy A-kohdasta ja vapaa tRNA on P-kohdasta (kuva 3.13).
Ribosomien pei ilmeisesti liity 50S-alayksikön proteiiniosaan, vaan yhteen RNA-komponenttiin, ribotsyymeihin.
Seuraavan kodonin lukemiseksi ja polypeptidiketjun pidentämiseksi vielä yhdellä aminohapolla koko reaktioiden sarja on toistettava. Kuitenkin ennen kuin tämä tapahtuu, vapaa tRNA vapauttaa P-kohdan, tuloksena oleva dipeptidyyli-tRNA siirtyy siihen A-kohdasta (kodonivuorovaikutusta antikodonin kanssa ei ole) ja ribosomi liikkuu äkillisesti (3 nukleotidia) kohti. 3'-pään mRNA. Kaikki nämä prosessit suoritetaan GTP-riippuvaisen venymätekijän EF-G avulla translokaatiot ribosomit. Näiden kolmen toimenpiteen seurauksena kohta A vapautuu ja seuraava kodoni paljastuu, mikä mahdollistaa seuraavan elongaatiosyklin alkamisen (kuva 3.13). On huomattava, että kunkin peptidisidoksen muodostuminen kuluttaa energiaa, joka vastaa neljää energiaekvivalenttia (jos fosfaattisidoksen muodostumisen energia otetaan yhdeksi ekvivalentiksi): tRNA:n aminoasyloinnin aikana kuluu kaksi ekvivalenttia ATP:tä ja kaksi ekvivalenttia GTP:tä. jokaisessa venymissyklissä.
Käännöksen lopettaminen. Kodonien peräkkäisen translaation prosessi tulee lopulta pisteeseen, jossa yksi kolmesta lopetuskodonista - UAG, UAA tai UGA - ilmestyy A-kohtaan. Luonnossa ei ole sellaisia tRNA:ita, joiden antikodonit vastaisivat näitä kodoneja. Tässä tulevat peliin terminaatiotekijät - RF-1 ja RF-2, jotka katalysoivat polypeptidiketjun irtoamista tRNA:sta, tRNA:n irtoamista ribosomista ja 70S-ribosomin irtoamista mRNA:sta.
Translaation aloituksen jälkeen 70S-ribosomi siirtyy pois aloituskohdasta, kun jokainen peräkkäinen kodoni luetaan. Kun etäisyys ribosomista aloituskohtaan saavuttaa 100–200 nukleotidia, tässä kohdassa voi tapahtua uusi initiaatio. Lisäksi heti kun toinen ribosomi on kulkenut saman matkan, voi tapahtua kolmas aloitus jne. Siten useat ribosomit voivat samanaikaisesti kääntää saman proteiinia koodaavan mRNA-sekvenssin. Tällaisia multiribosomaalisia translaatiokomplekseja kutsutaan polyribosomeiksi tai polyribosomeiksi polysomit.
Useista proteiineja koodaavista alueista koostuvat lähetti-RNA:t transloidaan usein peräkkäin: kun ribosomi saavuttaa ensimmäisen sekvenssin lopetuskodonin, se erottuu mRNA:sta ja uusi kompleksi sitoutuu seuraavaan aloituskohtaan. Joskus näin ei tapahdu, ja ribosomi, joka kääntää ensimmäisen koodaavan sekvenssin, liikkuu mRNA:ta pitkin erottumatta ja aloittaa translaation muissa kohdissa.
Joissakin tapauksissa ensimmäisen koodaavan sekvenssin translaatio voi alkaa ja jopa päättyä ennen jäljellä olevien sekvenssien transkription päättymistä, kuten esimerkiksi E. colin lac- tai trp-operonien tapauksessa.
Käännöksen ominaisuudet eukaryooteissa. Eukaryoottisen mRNA:n translaatioprosessi on periaatteessa samanlainen kuin prokaryoottien. Niissä on kuitenkin useita eroja. Ensinnäkin eukaryoottien transkriptio- ja translaatiolaitteistot erotetaan ajallisesti ja avaruudessa, koska transkriptio tapahtuu ytimessä ja translaatio tapahtuu sytoplasmassa. Toiseksi aloittava aminoasyyli-tRNA eukaryooteissa ei ole Fmet-tRNA, vaan erityinen aloittava met-tRNA. Kolmanneksi eukaryoottisten mRNA:iden 5'- ja 3'-päissä on erityisiä rakenteita - "korkit" ja "silmukat", jotka osallistuvat translaatioon. Tiedetään, että yksittäiset translaation aloitustekijät tunnistavat rajatut alueet sitoutumista varten mRNA:han ja aloittamaan translaatioprosessin.
Muodostuneen aminoasyyli-tRNA:n kanssa proteiinisynteesiin tarvittavat aminohappotähteet pääsevät ribosomeihin, joissa syntetisoidaan peptidisidoksia. On todettu, että tRNA:lla on katalyyttinen tehtävä ribosomien syöttämisessä aminohapoilla proteiinin muodostamiseksi, koska sen jälkeen kun aminohappo on siirretty ribosomiin, vapautunut tRNA voi jälleen yhdistyä aminohappotähteen kanssa ja sitä voidaan käyttää uuteen. siirtolaki. Esimerkiksi tRNA:n vaihtumisnopeus hemoglobiinin synteesin tapauksessa ribosomissa on 30–40 siirtoa 10 minuutissa.
Polypeptidiketjun synteesi ribosomissa alkaa vasta muodostuneen proteiinin N-terminaalisen aminohapon kiinnittymisestä tiettyyn kohtaan ribosomissa. Päällä Vaihe I Kiinnittymisen yhteydessä tapahtuu vastaavan aminoasyyli-tRNA:n polynukleotidiketjun osan komplementaarinen vuorovaikutus ribosomissa sijaitsevan mRNA-osan kanssa. Tällöin oletetaan, että N-terminaalinen aminohappo pysyy vapaana proteiinisynteesin aikana ja syntetisoidun polypeptidiketjun kiinnittäminen ribosomiin tapahtuu seuraavalla tRNA:lla, joka tuo tällä hetkellä tarvittavan aminohapon.
Proteiinien biosynteesiprosessi ribosomissa suoritetaan 3 vaiheessa sekä nukleiinihappojen synteesissä:
Vaihe I– aloitus tapahtuu kolmen proteiinitekijän osallistuessa - IF-1, IF-2, IF-3 (aloitustekijät), jotka ovat proteiineja, joilla on erilaisia molekyylipaino. IF-3-tekijä aiheuttaa konformaatiomuutoksia ribosomin pienessä alayksikössä, mikä edistää sen sitoutumista formyylimetionyyli-tRNA:han, mikä sitten varmistaa, että ensimmäinen N-terminaalinen aminohappo, formyylimetioniini, pääsee ribosomiin, mikä avaa minkä tahansa polypeptidiketjun. bakteereissa syntetisoitunut proteiini. Tämä prosessi liittyy energiakustannuksiin, jotka johtuvat guanosiinitrifosfaatin hajoamisesta:
GTP ® HDF + H 3 PO 4
II vaihe - venymä. Tämä vaihe proteiinien biosynteesissä bakteerisolu Sitä palvelee kolme proteiinin elongaatiotekijää: EF-TU, EF-T S ja EF-G. Pidentymisprosessi alkaa aminohappotähteen sisältävän aminoasyyli-tRNA:n sitoutumisella, jonka on oltava toinen ribosomiin syntetisoidun proteiinin N-päästä. Peptyylikeskuksessa formyylimetionyyli-tRNA:n ja aminoasyyli-tRNA:n välillä tapahtuu reaktio, jonka seurauksena formyylimetioniinitähde siirtyy aminohappotähteen vapaaseen aminoryhmään, joka on olennainen osa aminoasyyli-tRNA. Tämän seurauksena ilmestyy dipeptidyyli-tRNA, eli tulevan proteiinimolekyylin ensimmäinen peptidisidos sulkeutuu ja muodostuu myös deasyloitua formyylimetionyyli-tRNA:ta.
Tätä prosessia kutsutaan transpeptidaatioreaktioksi. Se toistetaan monta kertaa, kunnes proteiinimolekyylin täydellinen synteesi on valmis.
Vaihe III - lopettaminen proteiinisynteesi ribosomissa suoritetaan myös kolme proteiinitekijää - RF-1, RF-2 ja RF-3 bakteereissa ja yksi proteiinitekijä R - korkeammissa organismeissa. Heti kun mRNA:n lopetuskodoni ottaa sopivan paikan ribosomin aminoasyylikeskuksessa, siihen kiinnittyy yksi terminaatiotekijöistä, mikä estää seuraavan aminoasyyli-tRNA-molekyylin kiinnittymisen. Terminaatiokodonit eivät vastaa mitään tRNA-antikodoneista. Terminaatiotekijän kiinnittyminen kiihottaa ribosomaalisten proteiinien ja ne hydrolysoivat esterisidoksen juuri muodostuneen polypeptidin ja viimeisen ribosomissa sijaitsevan tRNA:n välillä. Tämän seurauksena syntetisoitu proteiini erotetaan siitä, ribosomi hajoaa osahiukkasiksi, jotka pääsevät solun yleiseen osahiukkasten pooliin. GTP osallistuu proteiinisynteesin lopettamiseen sekä bakteereissa että nisäkkäissä.
Ladataan...
