PROTEIN SENTEZI: AŞAMALAR VE ÖZELLIKLERI - BIYOLOJI - 2025

Protein sentezi gerçekleşir biyolojik bir olaydır içinde hemen hemen tüm canlıların. Hücreler, DNA'da depolanan bilgileri sürekli olarak alır ve oldukça karmaşık özel makinelerin varlığı sayesinde bunları protein moleküllerine dönüştürür.

Bununla birlikte, DNA'da şifrelenen 4 harfli kod doğrudan proteinlere çevrilmez. Bu süreçte haberci RNA adı verilen bir aracı olarak işlev gören bir RNA molekülü yer alır.

Protein sentezi.
Kaynak: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

Hücreler belirli bir proteine ​​ihtiyaç duyduğunda, DNA'nın uygun bir kısmının nükleotid dizisi, transkripsiyon adı verilen bir işlemle RNA'ya kopyalanır ve bu da söz konusu proteine ​​çevrilir.

Tanımlanan bilgi akışı (DNA'dan haberci RNA'ya ve mesaj RNA'dan proteinlere), bakteriler gibi çok basit varlıklardan insanlara kadar gerçekleşir. Bu adımlar dizisi, biyolojinin merkezi "dogması" olarak adlandırılır.

Protein sentezinden sorumlu makine ribozomlardır. Bu küçük hücresel yapılar, büyük ölçüde sitoplazmada bulunur ve endoplazmik retikuluma bağlanır.

Proteinler nedir?

Proteinler, amino asitlerden oluşan makromoleküllerdir. Bunlar, susuz kalmış bir hücrenin protoplazmasının neredeyse% 80'ini oluşturur. Bir organizmayı oluşturan tüm proteinlere "proteom" denir.

İşlevleri, yapısal rollerden (kolajen) taşınmaya (hemoglobin), biyokimyasal reaksiyonlar için katalizörlere (enzimler), patojenlere (antikorlara) karşı savunmaya kadar çok sayıda ve çeşitlidir.

Proteinleri oluşturmak için peptit bağlarıyla birleştirilen 20 çeşit doğal amino asit vardır. Her bir amino asit, kendisine belirli kimyasal ve fiziksel özellikler veren belirli bir gruba sahip olmasıyla karakterize edilir.

Aşamalar ve özellikler

Hücrenin DNA mesajını yorumlama şekli, iki temel olay aracılığıyla gerçekleşir: transkripsiyon ve çeviri. Aynı genden kopyalanmış birçok RNA kopyası, önemli sayıda özdeş protein molekülünü sentezleyebilir.

Her bir genin transkripsiyonu ve farklı şekilde çevrilmesi, hücrenin çeşitli miktarlarda çok çeşitli proteinler üretmesine izin verir. Bu süreç, genellikle RNA üretiminin kontrolünü içeren çeşitli hücresel düzenleyici yolları içerir.

Hücrenin protein üretimine başlamak için yapması gereken ilk adım, DNA molekülü üzerine yazılan mesajı okumaktır. Bu molekül evrenseldir ve organik varlıkların inşası ve gelişimi için gerekli tüm bilgileri içerir.

Daha sonra, bu genetik materyali “okuma” sürecine başlayarak ve kendiliğinden proteinlerin üretimi ile biten protein sentezinin nasıl gerçekleştiğini anlatacağız.

Transkripsiyon: DNA'dan mesajcı RNA'ya

DNA çift sarmalındaki mesaj, adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T) bazlarına karşılık gelen dört harfli bir kodla yazılır.

Bu DNA harfleri dizisi, eşdeğer bir RNA molekülü oluşturmak için bir şablon görevi görür.

Hem DNA hem de RNA, nükleotidlerden oluşan doğrusal polimerlerdir. Bununla birlikte, kimyasal olarak iki temel açıdan farklılık gösterirler: RNA'daki nükleotidler ribonükleotidlerdir ve baz timin yerine RNA'da adenin ile çiftleşen urasil (U) bulunur.

Transkripsiyon süreci, belirli bir bölgede çift sarmalın açılmasıyla başlar. İki zincirden biri, RNA sentezi için bir "şablon" veya şablon görevi görür. Nükleotidler, C ile G ve A ile U olmak üzere temel eşleştirme kurallarına göre eklenecektir.

Transkripsiyonda yer alan ana enzim, RNA polimerazdır. Zincirin nükleotidlerini birleştiren fosfodiester bağlarının oluşumunu katalize etmekten sorumludur. Zincir 5 'ila 3' yönünde uzanmaktadır.

Molekülün büyümesi, prosesin sonuna kadar polimerazın bağlanmasını sürdürmekten sorumlu olan "uzama faktörleri" olarak bilinen farklı proteinleri içerir.

Haberci RNA'nın eklenmesi

Kaynak: BCSteve, Wikimedia Commons'tan Ökaryotlarda, genlerin belirli bir yapısı vardır. Sekans, intron adı verilen, proteinin parçası olmayan elementler tarafından kesintiye uğrar. Bu terim, genin proteinlere çevrilecek kısımlarını içeren eksona zıttır.

Ekleme, haberci molekülün intronlarının, sadece eksonlar tarafından inşa edilmiş bir molekülü saçmak için yok edilmesinden oluşan temel bir olaydır. Son ürün, olgun haberci RNA'dır. Fiziksel olarak, karmaşık ve dinamik bir makine olan spliceozomda gerçekleşir.

Birleştirmeye ek olarak, haberci RNA, çevrilmeden önce ek kodlamalara tabi tutulur. Kimyasal yapısı değiştirilmiş bir guanin nükleotidi olan ve 5 'ucunda ve diğer ucunda birkaç adenin kuyruğu olan bir "başlık" eklenir.

RNA türleri

Hücrede çeşitli RNA türleri üretilir. Hücredeki bazı genler haberci bir RNA molekülü üretir ve bu, daha sonra göreceğimiz gibi proteine ​​çevrilir. Bununla birlikte, son ürünü RNA molekülünün kendisi olan genler vardır.

Örneğin, maya genomunda, maya genlerinin yaklaşık% 10'u, nihai ürünleri olarak RNA moleküllerine sahiptir. Bunlardan bahsetmek önemlidir, çünkü bu moleküller protein sentezi söz konusu olduğunda temel bir rol oynarlar.

- Ribozomal RNA: ribozomal RNA, protein sentezi için anahtar yapılar olan ribozomların kalbinin bir parçasıdır.

Kaynak: Jane Richardson (Dcrjsr), Wikimedia Commons Ribozomal RNA'ların işlenmesi ve daha sonra ribozomlara dönüştürülmesi, çekirdeğin çok göze çarpan yapısında meydana gelir - zarla sınırlı olmasa da - nükleol adı verilir.

- Transfer RNA: Belirli bir amino asidi seçen ve ribozomla birlikte amino asit kalıntısını proteine ​​dahil eden bir adaptör olarak çalışır. Her bir amino asit, bir transfer RNA molekülü ile ilgilidir.

Ökaryotlarda, yapısal olarak birbirine çok benzer olmasına rağmen farklı roller oynayan üç tip polimeraz vardır.

RNA polimeraz I ve III, transfer RNA, ribozomal RNA ve bazı küçük RNA'ları kodlayan genleri kopyalar. RNA polimeraz II, proteinleri kodlayan genlerin çevirisini hedefler.

- Düzenlemeyle ilgili küçük RNA'lar: Diğer kısa uzunluktaki RNA'lar, gen ifadesinin düzenlenmesine katılır. Bunlar arasında mikroRNA'lar ve küçük müdahaleci RNA'lar bulunur.

MikroRNA'lar, belirli bir mesajı bloke ederek ifadeyi düzenler ve küçük müdahaleci olanlar, habercinin doğrudan bozulması yoluyla ifadeyi kapatır. Benzer şekilde, haberci RNA'nın birleştirme işlemine katılan küçük nükleer RNA'lar vardır.

Çeviri: haberci RNA'dan proteinlere

Haberci RNA, ekleme işlemi yoluyla olgunlaştığında ve çekirdekten hücre sitoplazmasına gittiğinde, protein sentezi başlar. Bu dışa aktarıma, sitoplazma ve nükleoplazmayı doğrudan bağlayan çekirdeğin zarında yer alan bir dizi sulu kanal olan nükleer gözenek kompleksi aracılık eder.

Günlük yaşamda, kelimelerin bir dilden diğerine dönüştürülmesini ifade etmek için "çeviri" terimini kullanırız.

Örneğin, bir kitabı İngilizceden İspanyolcaya çevirebiliriz. Moleküler düzeyde çeviri, dilden RNA'ya ve proteine ​​geçişi içerir. Daha kesin olmak gerekirse, nükleotidlerden amino asitlere geçiştir. Fakat bu lehçe değişimi nasıl gerçekleşir?

Genetik kod

Bir genin nükleotid dizisi, genetik kod tarafından belirlenen kurallara göre proteinlere dönüştürülebilir. Bu, 1960'ların başında deşifre edildi.

Okuyucunun çıkarım yapabileceği gibi, sadece 4 nükleotid ve 20 amino asit olduğu için çeviri bir veya bir olamaz. Mantık şu şekildedir: Üç nükleotidin birleşimi "üçlüler" olarak bilinir ve bunlar belirli bir amino asit ile ilişkilidir.

64 olası üçlü olabileceğinden (4 x 4 x 4 = 64), genetik kod fazladır. Yani aynı amino asit birden fazla üçlü tarafından kodlanır.

Genetik kodun varlığı evrenseldir ve bugün dünyada yaşayan tüm canlı organizmalar tarafından kullanılmaktadır. Bu geniş kullanım, doğanın en çarpıcı moleküler homolojilerinden biridir.

RNA'yı transfer etmek için amino asidin birleştirilmesi

Haberci RNA molekülünde bulunan kodonlar veya üçlüler, amino asitleri doğrudan tanıma yeteneğine sahip değildir. Bunun aksine, haberci RNA'nın çevirisi, kodonu ve amino asidi tanıyabilen ve ona bağlanabilen bir moleküle bağlıdır. Bu molekül, transfer RNA'sıdır.

Transfer RNA, bir yoncaya benzeyen karmaşık bir üç boyutlu yapıya katlanabilir. Bu molekülde, haberci RNA zincirinin ardışık tamamlayıcı nükleotitleri ile çiftleşen üç ardışık nükleotitten oluşan "antikodon" adı verilen bir bölge vardır.

Önceki bölümde bahsettiğimiz gibi, genetik kod fazladır, bu nedenle bazı amino asitler birden fazla transfer RNA'sına sahiptir.

Doğru amino asidin transfer RNA'sına tespiti ve füzyonu, aminoasil-tRNA sentetaz adı verilen bir enzimin aracılık ettiği bir süreçtir. Bu enzim, her iki molekülü de kovalent bir bağ yoluyla birleştirmekten sorumludur.

RNA mesajı ribozomlar tarafından çözülür

Bir protein oluşturmak için amino asitler, peptit bağları yoluyla birbirine bağlanır. Haberci RNA okuma ve spesifik amino asitleri bağlama süreci ribozomlarda gerçekleşir.

Ribozomlar

Ribozomlar, 50'den fazla protein molekülünden ve çeşitli ribozomal RNA türlerinden oluşan katalitik komplekslerdir. Ökaryotik organizmalarda, ortalama bir hücre, sitoplazmik ortamda ortalama milyonlarca ribozom içerir.

Yapısal olarak bir ribozom, bir büyük ve bir küçük alt birimden oluşur. Küçük kısmın rolü, transfer RNA'sının haberci RNA ile doğru şekilde eşleşmesini sağlamaktır, büyük alt birim ise amino asitler arasındaki peptit bağının oluşumunu katalize eder.

Sentez süreci aktif olmadığında ribozomları oluşturan iki alt birim ayrılır. Sentezin başlangıcında, haberci RNA, genellikle 5 'ucuna yakın her iki alt birimi de birleştirir.

Bu süreçte, polipeptit zincirinin uzaması, aşağıdaki aşamalarda yeni bir amino asit kalıntısının eklenmesiyle gerçekleşir: transfer RNA'nın bağlanması, peptit bağının oluşturulması, alt birimlerin yer değiştirmesi. Bu son adımın sonucu, tüm ribozomun hareketidir ve yeni bir döngü başlar.

Polipeptit zincirinin uzaması

Ribozomlarda üç bölge ayırt edilir: E, P ve A bölgesi (ana resme bakın). Uzama süreci, bazı amino asitler kovalent olarak zaten bağlandığında ve P bölgesinde bir transfer RNA molekülü olduğunda başlar.

Dahil edilecek bir sonraki amino aside sahip olan transfer RNA, haberci RNA ile baz eşleşmesi yoluyla A bölgesine bağlanır. Peptidin karboksil terminal kısmı daha sonra, transfer RNA ile taşıdığı amino asit arasındaki yüksek enerjili bir bağı kırarak P bölgesindeki transfer RNA'sından serbest bırakılır.

Serbest amino asit zincire eklenir ve yeni bir peptid bağı oluşur. Tüm bu süreçteki merkezi reaksiyona, ribozomların büyük alt biriminde bulunan enzim peptidil transferaz aracılık eder. Böylelikle ribozom, haberci RNA'dan geçerek lehçeyi amino asitlerden proteinlere çevirir.

Transkripsiyonda olduğu gibi, protein translasyonu sırasında uzama faktörleri de rol oynar. Bu unsurlar, sürecin hızını ve verimliliğini arttırır.

Çeviriyi tamamlamak

Çeviri işlemi, ribozom durdurma kodonları ile karşılaştığında sona erer: UAA, UAG veya UGA. Bunlar herhangi bir transfer RNA tarafından tanınmazlar ve herhangi bir amino asidi bağlamazlar.

Şu anda, salım faktörleri olarak bilinen proteinler, ribozoma bağlanır ve bir amino asidin değil, bir su molekülünün katalizine neden olur. Bu reaksiyon, terminal karboksil ucunu serbest bırakır. Son olarak, peptit zinciri hücre sitoplazmasına salınır.

Referanslar

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biyokimya. 5. baskı. New York: WH Freeman.
2. Curtis, H. ve Schnek, A. (2006). Biyolojiye Davet. Panamerican Medical Ed.
3. Darnell, JE, Lodish, HF ve Baltimore, D. (1990). Moleküler hücre biyolojisi. New York: Scientific American Books.
4. Hall, JE (2015). Guyton ve Hall tıbbi fizyoloji ders kitabı e-Kitabı. Elsevier Sağlık Bilimleri.
5. Lewin, B. (1993). Genler Cilt 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Hücresel ve moleküler biyoloji. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribozom yapısı ve öteleme mekanizması. Celi, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR ve Case, CL (2007). Mikrobiyolojiye giriş. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN ve Cate, JHD (2012). Ökaryotik ribozomun yapısı ve işlevi. Cold Spring Harbor perspektifleri biyolojide, 4 (5), a011536.