Kā sauc proteīnu sintēzi? Olbaltumvielu biosintēze: kodolīga un saprotama. Olbaltumvielu biosintēze dzīvā šūnā. Olbaltumvielu strukturālā organizācija

01.11.2019

Pirmkārt, nosakiet olbaltumvielu biosintēzes posmu secību, sākot ar transkripciju. Visu procesu secību, kas notiek proteīna molekulu sintēzes laikā, var apvienot 2 posmos:

Transkripcija.
Raidījums.

Iedzimtas informācijas strukturālās vienības ir gēni - DNS molekulas sadaļas, kas kodē konkrēta proteīna sintēzi. Ķīmiskās organizācijas ziņā pro- un eikariotu iedzimtības un mainīguma materiāls būtiski neatšķiras. Tajos esošais ģenētiskais materiāls ir uzrādīts DNS molekulā, izplatīts ir arī iedzimtības informācijas un ģenētiskā koda ierakstīšanas princips. Tās pašas aminoskābes pro- un eikariotos tiek šifrētas ar tiem pašiem kodoniem.

Mūsdienu prokariotu šūnu genomam raksturīgs salīdzinoši mazs izmērs, Escherichia coli DNS ir gredzena forma, apmēram 1 mm garš. Tas satur 4 x 10 6 bāzes pārus, kas veido aptuveni 4000 gēnu. 1961. gadā F. Džeikobs un Dž. Monods atklāja prokariotu gēnu cistronisko jeb nepārtraukto organizāciju, kas pilnībā sastāv no kodējošām nukleotīdu sekvencēm, un tās pilnībā tiek realizētas proteīnu sintēzes laikā. Prokariotu DNS molekulas iedzimtais materiāls atrodas tieši šūnas citoplazmā, kur atrodas arī tRNS un gēnu ekspresijai nepieciešamie enzīmi Ekspresija ir gēnu funkcionālā aktivitāte jeb gēnu ekspresija. Tāpēc ar DNS sintezētā mRNS spēj nekavējoties darboties kā veidne proteīnu sintēzes translācijas procesā.

Eikariotu genoms satur daudz vairāk iedzimtības materiāla. Cilvēkiem kopējais DNS garums diploīdajā hromosomu komplektā ir aptuveni 174 cm.Tas satur 3 x 10 9 bāzes pārus un ietver līdz 100 000 gēnu. 1977. gadā lielākajā daļā eikariotu gēnu struktūrā tika atklāts pārtraukums, ko sauca par "mozaīkas" gēnu. Tam ir kodējošas nukleotīdu sekvences eksonisks un introns zemes gabali. Olbaltumvielu sintēzei tiek izmantota tikai informācija par eksoniem. Intronu skaits dažādos gēnos ir atšķirīgs. Noskaidrots, ka vistas ovalbumīna gēns ietver 7 intronus, bet zīdītāju prokolagēna gēns - 50. Klusās DNS - intronu funkcijas nav pilnībā noskaidrotas. Tiek pieņemts, ka tie nodrošina: 1) hromatīna strukturālo organizāciju; 2) daži no tiem acīmredzami ir iesaistīti gēnu ekspresijas regulēšanā; 3) intronus var uzskatīt par mainīguma informācijas krātuvi; 4) tiem var būt aizsargājoša loma, uzņemoties mutagēnu darbību.

Transkripcija

Informācijas pārrakstīšanas procesu šūnas kodolā no DNS molekulas daļas uz mRNS molekulu (mRNS) sauc. transkripcija(lat. Transcriptio - pārrakstīšana). Tiek sintezēts gēna primārais produkts mRNS. Šis ir pirmais solis proteīnu sintēzē. Atbilstošajā DNS sadaļā RNS polimerāzes enzīms atpazīst transkripcijas sākuma zīmi - priekšskatījums Par sākumpunktu tiek uzskatīts pirmais DNS nukleotīds, ko enzīms iekļauj RNS transkriptā. Parasti kodēšanas reģioni sākas ar kodonu AUG, dažreiz GUG tiek izmantots baktērijās. Kad RNS polimerāze saistās ar promotoru, DNS dubultspirāle tiek lokāli savīta un viena no virknēm tiek kopēta saskaņā ar komplementaritātes principu. mRNS tiek sintezēta, tās montāžas ātrums sasniedz 50 nukleotīdus sekundē. RNS polimerāzei pārvietojoties, mRNS ķēde aug, un, kad enzīms sasniedz kopēšanas vietas galu, terminators, mRNS attālinās no veidnes. DNS dubultspirāle aiz enzīma tiek salabota.

Prokariotu transkripcija notiek citoplazmā. Sakarā ar to, ka DNS pilnībā sastāv no kodējošām nukleotīdu sekvencēm, sintezētā mRNS nekavējoties darbojas kā tulkošanas veidne (skatīt iepriekš).

MRNS transkripcija eikariotos notiek kodolā. Tas sākas ar lielu molekulu sintēzi – prekursoru (pro-mRNS), ko sauc par nenobriedušu, jeb kodola RNS.Pro-mRNS gēna primārais produkts ir precīza transkribētā DNS reģiona kopija, ietver eksonus un intronus. Tiek saukts nobriedušu RNS molekulu veidošanās process no prekursoriem apstrāde. mRNS nobriešana notiek līdz savienošana ir fermentu radīti spraudeņi ierobežot introni un vietu savienošana ar transkribētajām eksonu sekvencēm ar ligāzes enzīmu palīdzību. (Zīm.).Nobriedusi mRNS ir daudz īsāka nekā pro-mRNS prekursoru molekulas, intronu izmērs tajās svārstās no 100 līdz 1000 nukleotīdiem vai vairāk. Introni veido aptuveni 80% no visas nenobriedušās mRNS.

Tagad ir pierādīts, ka tas ir iespējams alternatīva savienošana, kurā no viena primārā transkripta tā dažādos reģionos var tikt dzēstas nukleotīdu sekvences un veidosies vairākas nobriedušas mRNS. Šis splicēšanas veids ir raksturīgs imūnglobulīna gēnu sistēmai zīdītājiem, kas ļauj veidot dažāda veida antivielas, pamatojoties uz vienu mRNS transkriptu.

Pēc apstrādes pabeigšanas nobriedušā mRNS tiek atlasīta pirms atstāšanas no kodola. Ir noskaidrots, ka tikai 5% nobriedušas mRNS nonāk citoplazmā, bet pārējais tiek atšķelts kodolā.

Raidījums

Translācija (lat. Translatio - pārnešana, pārnešana) - mRNS molekulas nukleotīdu secībā ietvertās informācijas pārvēršana polipeptīdu ķēdes aminoskābju secībā (10. att.). Šis ir proteīna sintēzes otrais posms. Nobriedušas mRNS pārnešana caur kodola apvalka porām rada īpašus proteīnus, kas veido kompleksu ar RNS molekulu. Papildus mRNS transportēšanai šie proteīni aizsargā mRNS no citoplazmas enzīmu kaitīgās ietekmes. Translācijas procesā galvenā loma ir tRNS, kas nodrošina precīzu aminoskābes atbilstību mRNS tripleta kodam. Translācijas-dekodēšanas process notiek ribosomās un tiek veikts virzienā no 5 līdz 3. MRNS un ribosomu kompleksu sauc par polisomu.

Tulkošanu var iedalīt trīs fāzēs: uzsākšana, pagarināšana un izbeigšana.

Iniciācija.

Šajā posmā tiek samontēts viss proteīna molekulas sintēzē iesaistītais komplekss. Noteiktā mRNS vietā ir divu ribosomu apakšvienību savienība, tai ir pievienota pirmā aminoacil-tRNS, un tas nosaka rāmi informācijas nolasīšanai. Jebkura mRNS molekula satur vietu, kas ir komplementāra ar ribosomas mazās apakšvienības rRNS un ko tā īpaši kontrolē. Blakus tam atrodas iniciējošais starta kodons AUG, kas kodē aminoskābi metionīnu.

Pagarinājums

- tas ietver visas reakcijas no pirmās peptīdu saites veidošanās brīža līdz pēdējās aminoskābes pievienošanai. Ribosomā ir divas vietas divu tRNS molekulu saistīšanai. Pirmā t-RNS ar aminoskābi metionīnu atrodas vienā sekcijā peptidils (P), un no tās sākas jebkuras proteīna molekulas sintēze. Otrā t-RNS molekula nonāk ribosomas otrajā vietā – aminoacilā (A) un pievienojas tās kodonam. Starp metionīnu un otro aminoskābi veidojas peptīdu saite. Otrā tRNS pārvietojas kopā ar savu mRNS kodonu uz peptidila centru. tRNS kustība ar polipeptīdu ķēdi no aminoacilcentra uz peptidilcentru tiek papildināta ar ribosomas virzību gar mRNS ar soli, kas atbilst vienam kodonam. tRNS, kas piegādāja metionīnu, atgriežas citoplazmā, un amnoacila centrs tiek atbrīvots. Tas saņem jaunu t-RNS ar aminoskābi, ko šifrē nākamais kodons. Starp trešo un otro aminoskābi veidojas peptīdu saite, un trešā tRNS kopā ar mRNS kodonu virzās uz peptidilcentru.Pagarinājuma process, proteīna ķēdes pagarināšanās. Tas turpinās, līdz viens no trim kodoniem, kas nekodē aminoskābes, nonāk ribosomā. Šis ir terminatora kodons, un tam nav atbilstošas tRNS, tāpēc neviena no tRNS nevar ieņemt vietu aminoacila centrā.

Izbeigšana

- polipeptīdu sintēzes pabeigšana. Tas ir saistīts ar kāda no terminācijas kodoniem (UAA, UAG, UGA) noteikta ribosomu proteīna atpazīšanu, kad tas nonāk aminoacilcentrā. Ribosomai ir piesaistīts īpašs terminācijas faktors, kas veicina ribosomu apakšvienību atdalīšanu un sintezētās proteīna molekulas izdalīšanos. Ūdens tiek pievienots peptīda pēdējai aminoskābei, un tā karboksilgals tiek atdalīts no tRNS.

Peptīdu ķēdes montāža tiek veikta ar lielu ātrumu. Baktērijās 37°C temperatūrā tas izpaužas, pievienojot polipeptīdam 12 līdz 17 aminoskābes sekundē. Eikariotu šūnās vienas sekundes laikā polipeptīdam pievieno divas aminoskābes.

Pēc tam sintezētā polipeptīdu ķēde nonāk Golgi kompleksā, kur tiek pabeigta proteīna molekulas uzbūve (pēc kārtas parādās otrā, trešā, ceturtā struktūra). Šeit notiek olbaltumvielu molekulu komplekss ar taukiem un ogļhidrātiem.

Viss proteīnu biosintēzes process ir attēlots shēmas veidā: DNS ® pro mRNS ® mRNS ® polipeptīdu ķēde ® proteīns ® proteīnu kompleksēšana un to pārvēršana funkcionāli aktīvās molekulās.

Arī iedzimtās informācijas ieviešanas posmi notiek līdzīgi: pirmkārt, tā tiek transkribēta mRNS nukleotīdu secībā un pēc tam pārtulkota polipeptīda aminoskābju secībā uz ribosomām, piedaloties tRNS.

Eikariotu transkripcija tiek veikta trīs kodola RNS polimerāžu ietekmē. RNS polimerāze 1 atrodas kodolā un ir atbildīga par rRNS gēnu transkripciju. RNS polimerāze 2 ir atrodama kodola sulā un ir atbildīga par mRNS prekursora sintēzi. RNS polimerāze 3 ir neliela daļa no kodola sulas, kas sintezē mazas rRNS un tRNS. RNS polimerāzes īpaši atpazīst transkripcijas promotora nukleotīdu secību. Eikariotu mRNS vispirms tiek sintezēts kā prekursors (pro-mRNS), informācija no eksoniem un introniem tiek norakstīta uz to. Sintezētā mRNS ir lielāka, nekā nepieciešams tulkošanai, un ir mazāk stabila.

MRNS molekulas nobriešanas procesā ar restrikcijas enzīmu palīdzību tiek izgriezti introni, bet ar ligāzes enzīmu palīdzību tiek sašūti eksoni. MRNS nobriešanu sauc par apstrādi, un eksonu savienošanu sauc par savienošanu. Tādējādi nobriedusi mRNS satur tikai eksonus un ir daudz īsāka nekā tās priekšgājēja pro-mRNS. Intronu izmēri svārstās no 100 līdz 10 000 vai vairāk nukleotīdu. Intoni veido aptuveni 80% no visas nenobriedušās mRNS. Šobrīd ir pierādīta alternatīvas splicēšanas iespēja, kurā no viena primārā transkripta tā dažādos reģionos var tikt dzēstas nukleotīdu sekvences un veidosies vairākas nobriedušas mRNS. Šis splicēšanas veids ir raksturīgs imūnglobulīna gēnu sistēmai zīdītājiem, kas ļauj veidot dažāda veida antivielas, pamatojoties uz vienu mRNS transkriptu. Pēc apstrādes pabeigšanas nobriedušā mRNS tiek atlasīta, pirms tā tiek izlaista citoplazmā no kodola. Ir konstatēts, ka tikai 5% no nobriedušās mRNS nonāk, bet pārējais tiek sadalīts kodolā. Eikariotu gēnu primāro transkriptu transformācija, kas saistīta ar to ekson-intronu organizāciju un saistībā ar nobriedušas mRNS pāreju no kodola uz citoplazmu, nosaka eikariotu ģenētiskās informācijas realizācijas iezīmes. Tāpēc eikariotu mozaīkas gēns nav cistronoma gēns, jo ne visa DNS secība tiek izmantota proteīnu sintēzei.

Katrai zinātnes nozarei ir savs "zilais putns"; kibernētiķi sapņo par "domājošām" mašīnām, fiziķi - par kontrolētām kodoltermiskām reakcijām, ķīmiķi - par "dzīvās vielas" - proteīna - sintēzi. Olbaltumvielu sintēze jau sen ir bijusi zinātniskās fantastikas romānu tēma, kas ir ķīmijas nākamā spēka simbols. Tas izskaidrojams ar milzīgo lomu, ko dzīvajā pasaulē spēlē olbaltumvielas, un ar grūtībām, ar kurām neizbēgami nācās saskarties ikvienam pārdrošniekam, kurš uzdrošinājās no atsevišķām aminoskābēm “sastādīt” sarežģītu proteīna mozaīku. Un pat ne pats proteīns, bet tikai peptīdi.

Atšķirība starp olbaltumvielām un peptīdiem ir ne tikai terminoloģiska, lai gan abu molekulārās ķēdes sastāv no aminoskābju atlikumiem. Kādā posmā kvantitāte pārvēršas kvalitātē: peptīdu ķēde - primārā struktūra - iegūst spēju satīties spirālēs un bumbiņās, veidojot sekundāras un terciāras struktūras, kas jau raksturīgas dzīvai vielai. Un tad peptīds kļūst par proteīnu. Šeit nav skaidras robežas - polimēra ķēdei nevar uzlikt demarkācijas zīmi: līdz šim - peptīds, no šejienes - proteīns. Bet ir zināms, piemēram, ka adranokortikotropais hormons, kas sastāv no 39 aminoskābju atlikumiem, ir polipeptīds, bet hormona insulīns, kas sastāv no 51 atlikuma divu ķēžu veidā, jau ir proteīns. Vienkāršākais, bet tomēr proteīns.

Metodi aminoskābju apvienošanai peptīdos pagājušā gadsimta sākumā atklāja vācu ķīmiķis Emīls Fišers. Taču ilgu laiku pēc tam ķīmiķi nevarēja nopietni domāt ne tikai par proteīnu vai 39 locekļu peptīdu sintēzi, bet pat daudz īsākām ķēdēm.

Olbaltumvielu sintēzes process

Lai savienotu divas aminoskābes kopā, ir jāpārvar daudzas grūtības. Katrai aminoskābei, tāpat kā divpusīgajam Janusam, ir divas ķīmiskās virsmas: karbonskābes grupa vienā galā un amīna bāzes grupa otrā. Ja vienas aminoskābes karboksilgrupai atņem OH grupu, bet otras amīna grupai atņem ūdeņraža atomu, tad šajā gadījumā izveidotos divus aminoskābju atlikumus var savienot viens ar otru ar peptīdu saiti. , un rezultātā radīsies vienkāršākais no peptīdiem — dipeptīds. Un ūdens molekula atdalīsies. Atkārtojot šo darbību, var palielināt peptīda garumu.

Tomēr šo šķietami vienkāršo darbību ir praktiski grūti īstenot: aminoskābes ļoti nelabprāt kombinējas savā starpā. Mums tie ir jāaktivizē ķīmiski un "uzsilda" viens no ķēdes galiem (visbiežāk karbonskābs) un jāveic reakcija, stingri ievērojot nepieciešamos nosacījumus. Bet tas vēl nav viss: otrā grūtība ir tāda, ka ne tikai dažādu aminoskābju atlikumi, bet arī divas vienas un tās pašas skābes molekulas var apvienoties savā starpā. Šajā gadījumā sintezētā peptīda struktūra jau atšķirsies no vēlamās. Turklāt katrai aminoskābei var būt nevis divi, bet vairāki "Ahileja papēži" - sānu ķīmiski aktīvas grupas, kas spēj piesaistīt aminoskābju atlikumus.

Lai reakcija nenovirzītos no dotā ceļa, ir nepieciešams šos viltus mērķus maskēt - uz reakcijas laiku “noblīvēt” visas aminoskābes reaktīvās grupas, izņemot vienu, pievienojot - viņus sauca par aizsarggrupām. Ja tas nav izdarīts, tad mērķis pieaugs ne tikai no abiem galiem, bet arī uz sāniem, un aminoskābes vairs nevarēs savienot noteiktā secībā. Bet tieši tā ir jebkuras virzītas sintēzes nozīme.

Bet, šādi atbrīvojoties no vienas nepatikšanas, ķīmiķi saskaras ar citu: pēc sintēzes beigām aizsarggrupas ir jānoņem. Fišera laikos grupas, kas tika atdalītas hidrolīzes rezultātā, tika izmantotas kā "aizsardzība". Tomēr hidrolīzes reakcija parasti izrādījās pārāk spēcīgs "šoks" iegūtajam peptīdam: tā grūti uzbūvējamā "konstrukcija" sabruka, tiklīdz no tās tika noņemtas "sastatnes" - aizsarggrupas. Tikai 1932. gadā Fišera skolnieks M. Bergmans atrada izeju no šīs situācijas: viņš ierosināja aminoskābes aminogrupu aizsargāt ar karbobenzoksi grupu, kuru varēja noņemt, nesabojājot peptīdu ķēdi.

Olbaltumvielu sintēze no aminoskābēm

Gadu gaitā ir ierosinātas vairākas tā sauktās mīkstās metodes aminoskābju savstarpējai "savienošanai". Taču patiesībā tās visas bija tikai variācijas par Fišera metodes tēmu. Variācijas, kurās reizēm bija pat grūti noķert oriģinālo melodiju. Bet pats princips palika nemainīgs. Tomēr grūtības, kas saistītas ar neaizsargāto grupu aizsardzību, palika nemainīgas. Par šo grūtību pārvarēšanu bija jāmaksā, palielinot reakcijas posmu skaitu: viens elementārs akts - divu aminoskābju kombinācija - tika sadalīts četros posmos. Un katrs papildu posms ir neizbēgams zaudējums.

Pat ja pieņemam, ka katrs posms nāk ar lietderīgu ražu 80% (un šī ir laba raža), tad pēc četriem posmiem šie 80% "izkūst" līdz 40%. Un tas notiek tikai ar dipeptīda sintēzi! Ko darīt, ja ir 8 aminoskābes? Un ja 51, kā insulīnā? Pievienojiet tam grūtības, kas saistītas ar divu aminoskābju molekulu optisko "spoguļu" formu esamību, no kurām reakcijā ir nepieciešama tikai viena, un pievienojiet problēmas iegūto peptīdu atdalīšanai no blakusproduktiem, īpaši gadījumos, kad tie ir vienlīdz šķīstoši. Kas notiek kopumā: Ceļš uz nekurieni?

Un tomēr šīs grūtības neapturēja ķīmiķus. "Zilā putna" vajāšana turpinājās. 1954. gadā tika sintezēti pirmie bioloģiski aktīvie polipeptīdu hormoni vazopresīns un oksitocīns. Viņiem bija astoņas aminoskābes. 1963. gadā tika sintezēts 39-meru AKTH polipeptīds, adrenokortikotropais hormons. Visbeidzot, ķīmiķi ASV, Vācijā un Ķīnā sintezēja pirmo proteīnu - hormonu insulīnu.

Kā tas ir, teiks lasītājs, ka grūtais ceļš, izrādās, neveda ne uz kurieni un nekur, bet gan uz daudzu ķīmiķu paaudžu sapņa piepildījumu! Šis ir pagrieziena pasākums! Patiešām, šis ir nozīmīgs notikums. Bet vērtēsim to prātīgi, atsakoties no sensacionālisma, izsaukuma zīmēm un pārmērīgām emocijām.

Neviens neapstrīd: insulīna sintēze ir milzīga ķīmiķu uzvara. Šis ir kolosāls, titānisks darbs, kas ir visas apbrīnas vērts. Taču tajā pašā laikā ego būtībā ir vecās polipeptīdu ķīmijas griesti. Šī ir uzvara uz sakāves robežas.

Olbaltumvielu sintēze un insulīns

Insulīnā ir 51 aminoskābe. Lai tos savienotu pareizajā secībā, ķīmiķiem bija jāveic 223 reakcijas. Kad trīs gadus pēc pirmās no tām sākuma tika pabeigta pēdējā, produkta raža bija mazāka par vienu simtdaļu. Trīs gadi, 223 posmi, simtdaļa procenta – jāatzīst, ka uzvara ir tīri simboliska. Ir ļoti grūti runāt par šīs metodes praktisko pielietojumu: ar tās ieviešanu saistītās izmaksas ir pārāk augstas. Bet galu galā mēs nerunājam par vērtīgu organiskās ķīmijas godības relikviju sintēzi, bet gan par vitāli svarīgas zāles izlaišanu, kas nepieciešama tūkstošiem cilvēku visā pasaulē. Tātad klasiskā polipeptīdu sintēzes metode ir izsmēlusi sevi ar pašu pirmo, vienkāršāko proteīnu. Tātad "zilais putns" atkal izslīdēja no ķīmiķu rokām?

Jauna proteīnu sintēzes metode

Apmēram pusotru gadu, pirms pasaule uzzināja par insulīna sintēzi, presē pazibēja vēl viena ziņa, kas sākumā nepievērsa īpašu uzmanību: amerikāņu zinātnieks R. Mērfīlds piedāvāja jaunu peptīdu sintēzes metodi. Tā kā pats autors sākotnēji metodi nedeva pienācīgu novērtējumu un tajā bija daudz trūkumu, pirmajā tuvinājumā tā izskatījās vēl sliktāka par esošajām. Tomēr jau 1964. gada sākumā, kad Mērfīldam izdevās ar savu metodi pabeigt 9 locekļu hormona sintēzi ar 70% lietderīgu iznākumu, zinātnieki bija pārsteigti: 70% pēc visiem posmiem ir 9% lietderīgā iznākuma katrā hormona stadijā. sintēze.

Jaunās metodes galvenā ideja ir tāda, ka augošās peptīdu ķēdes, kas iepriekš tika atstātas šķīduma haotiskas kustības varā, tagad vienā galā tika piesaistītas cietam nesējam - tās it kā tika piespiestas. noenkurot šķīdumā. Mērifīlds paņēma cietus sveķus un pie tās aktīvajām grupām ar karbonilgalu “pievienoja” pirmo aminoskābi, kas samontēta peptīdā. Reakcijas notika atsevišķās sveķu daļiņās. Tās molekulu "labirintos" pirmo reizi parādījās topošā peptīda pirmie īsie dzinumi. Pēc tam traukā tika ievadīta otrā aminoskābe, tās karbonilgalus savienoja ar “piesaistītās” aminoskābes brīvajiem aminogaliem, un daļiņās izauga vēl viena peptīda nākotnes “ēkas” “grīda”. Tātad pakāpeniski tika izveidots viss peptīdu polimērs.

Jaunajai metodei bija neapšaubāmas priekšrocības: pirmkārt, tā atrisināja nevajadzīgo produktu atdalīšanas problēmu pēc katras aminoskābes pievienošanas - šie produkti tika viegli nomazgāti, un peptīds palika piestiprināts pie sveķu granulām. Tajā pašā laikā tika izslēgta augošo peptīdu šķīdības problēma, kas ir viens no vecās metodes galvenajiem postiem; agrāk tie bieži nogulsnējās, praktiski pārtraucot piedalīties augšanas procesā. Peptīdi, kas tika “izņemti” pēc sintēzes beigām no cietā balsta, tika iegūti gandrīz visi vienāda izmēra un struktūras, jebkurā gadījumā struktūras izkliede bija mazāka nekā ar klasisko metodi. Un attiecīgi noderīgāka produkcija. Pateicoties šai metodei, peptīdu sintēze – rūpīga, laikietilpīga sintēze – ir viegli automatizēta.

Mērifīlds uzbūvēja vienkāršu iekārtu, kas pati pēc dotās programmas veica visas nepieciešamās darbības – reaģentu padevi, samaisīšanu, iztukšošanu, mazgāšanu, devas mērīšanu, jaunas porcijas pievienošanu utt. Ja pēc vecās metodes vienas aminoskābes pievienošana prasīja 2-3 dienas, tad Merifīlds savā mašīnā savienoja 5 aminoskābes dienā. Atšķirība ir 15 reizes.

Kādas ir olbaltumvielu sintēzes grūtības

Mērifīldas metodi, ko sauc par cieto fāzi jeb neviendabīgu, nekavējoties pārņēma ķīmiķi visā pasaulē. Tomēr pēc neilga laika kļuva skaidrs, ka jaunajai metodei līdzās lielajām priekšrocībām ir arī vairāki nopietni trūkumi.

Peptīdu ķēdēm augot, var gadīties, ka dažās no tām, teiksim, pietrūkst trešā “stāva” - trešā aminoskābes pēc kārtas: tās molekula nesasniegs krustojumu, iestrēgstot kaut kur ceļā strukturālajā daļā. “Savvaļas” cietais polimērs. Un tad, pat ja visas pārējās aminoskābes, sākot ar ceturto, sarindojas pareizā secībā, tas situāciju vairs neglābs. Iegūtajam polipeptīdam tā sastāvā un līdz ar to arī īpašībās nebūs nekāda sakara ar iegūto vielu. Notiek tas pats, kas zvanot tālruņa numuru; ir vērts izlaist vienu ciparu - un tas, ka visu pārējo esam ierakstījuši pareizi, mums vairs nepalīdzēs. Šādas viltus ķēdes praktiski nav iespējams atdalīt no “īstajām”, un zāles izrādās aizsērējušas ar piemaisījumiem. Turklāt izrādās, ka sintēzi nevar veikt ne uz kādiem sveķiem - tie ir rūpīgi jāizvēlas, jo augošā peptīda īpašības zināmā mērā ir atkarīgas no sveķu īpašībām. Tāpēc visiem proteīnu sintēzes posmiem ir jāpieiet pēc iespējas rūpīgāk.

DNS proteīnu sintēze, video

Un noslēgumā piedāvājam jūsu uzmanībai izglītojošu video par to, kā DNS molekulās notiek proteīnu sintēze.

Olbaltumvielu loma šūnā un organismā

Olbaltumvielu loma šūnu dzīvē un tās sintēzes galvenie posmi. Ribosomu uzbūve un funkcijas. Ribosomu loma olbaltumvielu sintēzē.

Olbaltumvielām ir ārkārtīgi liela nozīme šūnas un organisma dzīvības procesos, tiem raksturīgas šādas funkcijas.

Strukturāls. Tie ir daļa no intracelulārām struktūrām, audiem un orgāniem. Piemēram, kolagēns un elastīns kalpo kā saistaudu sastāvdaļas: kauli, cīpslas, skrimšļi; fibroīns ir daļa no zīda‚ zirnekļu tīkliem; keratīns ir daļa no epidermas un tās atvasinājumiem (matiem, ragiem, spalvām). Tie veido vīrusu čaulas (kapsīdus).

Enzīmu. Visas ķīmiskās reakcijas šūnā notiek, piedaloties bioloģiskajiem katalizatoriem - enzīmiem (oksidoreduktāzei, hidrolāzei, ligāzei, transferāzei, izomerāzei un liāzei).

Regulējošais. Piemēram, hormoni insulīns un glikagons regulē glikozes metabolismu. Histona proteīni ir iesaistīti hromatīna telpiskajā organizācijā un tādējādi ietekmē gēnu ekspresiju.

Transports. Hemoglobīns nes skābekli mugurkaulnieku asinīs, hemocianīnu dažu bezmugurkaulnieku hemolimfā, mioglobīnu muskuļos. Seruma albumīns kalpo taukskābju, lipīdu uc transportēšanai. Membrānas transporta proteīni nodrošina aktīvu vielu transportēšanu caur šūnu membrānām (Na +, K + -ATPāze). Citohromi veic elektronu pārnesi pa mitohondriju un hloroplastu elektronu transportēšanas ķēdēm.

Aizsargājošs. Piemēram, antivielas (imūnglobulīni) veido kompleksus ar baktēriju antigēniem un svešiem proteīniem. Interferoni bloķē vīrusa proteīna sintēzi inficētā šūnā. Fibrinogēns un trombīns ir iesaistīti asinsreces procesos.

Kontrakcijas (motors). Olbaltumvielas aktīns un miozīns nodrošina muskuļu kontrakcijas un citoskeleta elementu kontrakcijas procesus.

Signāls (receptors).Šūnu membrānas proteīni ir daļa no receptoriem un virsmas antigēniem.

uzglabāšanas olbaltumvielas. Piena kazeīns, olu albumīns, feritīns (uzglabā dzelzi liesā).

Olbaltumvielu toksīni. difterijas toksīns.

Enerģijas funkcija. 1 g proteīna sadaloties vielmaiņas galaproduktos (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), atbrīvojas 17,6 kJ jeb 4,2 kcal enerģijas.

Olbaltumvielu biosintēze notiek katrā dzīvā šūnā. Tas ir visaktīvākais jaunās augošās šūnās, kurās tiek sintezēti proteīni to organellu uzbūvei, kā arī sekrēcijas šūnās, kur tiek sintezēti fermentu proteīni un hormonu proteīni.

Galvenā loma proteīnu struktūras noteikšanā pieder DNS. DNS gabalu, kas satur informāciju par viena proteīna struktūru, sauc par gēnu. DNS molekula satur vairākus simtus gēnu. DNS molekula satur kodu aminoskābju secībai proteīnā noteikti kombinētu nukleotīdu veidā.

Olbaltumvielu sintēze - sarežģīts daudzpakāpju process, kas atspoguļo sintētisko reakciju ķēdi, kas norit pēc matricas sintēzes principa.

Olbaltumvielu biosintēzē tiek noteikti šādi posmi, kas notiek dažādās šūnas daļās:

Pirmais posms - Kodolā notiek i-RNS sintēze, kuras laikā DNS gēnā esošā informācija tiek pārrakstīta i-RNS. Šo procesu sauc par transkripciju (no latīņu valodas "transkripts" - pārrakstīšana).

Otrajā posmā notiek aminoskābju saistība ar t-RNS molekulām, kuras secīgi sastāv no trim nukleotīdiem - antikodoniem, ar kuru palīdzību tiek noteikts tā tripleta kodons.

Trešais posms - tas ir polipeptīdu saišu tiešas sintēzes process, ko sauc par translāciju. Tas notiek ribosomās.

Ceturtajā posmā proteīna sekundārās un terciārās struktūras veidošanās, tas ir, proteīna galīgās struktūras veidošanās.

Tādējādi proteīnu biosintēzes procesā veidojas jaunas proteīna molekulas atbilstoši precīzai informācijai, kas iestrādāta DNS. Šis process nodrošina olbaltumvielu atjaunošanos, vielmaiņas procesus, šūnu augšanu un attīstību, tas ir, visus šūnu vitālās aktivitātes procesus.

Olbaltumvielu biosintēze iet katrā dzīvā šūnā. Tas ir visaktīvākais jaunās augošās šūnās, kurās tiek sintezēti proteīni to organellu uzbūvei, kā arī sekrēcijas šūnās, kur tiek sintezēti fermentu proteīni un hormonu proteīni.

Galvenā loma olbaltumvielu struktūras noteikšanā pieder DNS. Tiek saukts DNS gabals, kas satur informāciju par viena proteīna struktūru genoms. DNS molekula satur vairākus simtus gēnu. DNS molekula satur kodu aminoskābju secībai proteīnā noteikti kombinētu nukleotīdu veidā. DNS kods ir gandrīz pilnībā atšifrēts. Tās būtība ir šāda. Katra aminoskābe atbilst trīs blakus esošo nukleotīdu DNS ķēdes sadaļai.

Piemēram, T-T-T sadaļa atbilst aminoskābes lizīnam, segments A-C-A atbilst cistīnam, C-A-A - valīnam utt. Ir 20 dažādas aminoskābes, iespējamo kombināciju skaits no 4 nukleotīdiem pa 3 ir 64. Tāpēc ir . vairāk nekā pietiekami daudz tripletu, lai kodētu visas aminoskābes.

proteīnu sintēze - sarežģīts daudzpakāpju process, kas atspoguļo sintētisko reakciju ķēdi, kas norit pēc matricas sintēzes principa.

Tā kā DNS atrodas šūnas kodolā un proteīnu sintēze notiek citoplazmā, ir starpnieks, kas pārraida informāciju no DNS uz ribosomām. Šāds starpnieks ir mRNS.

Olbaltumvielu biosintēzē tiek noteikti šādi posmi, kas notiek dažādās šūnas daļās:

Pirmais posms - kodolā notiek i-RNS sintēze, kuras laikā DNS gēnā esošā informācija tiek pārrakstīta i-RNS. Šo procesu sauc transkripcija(no latīņu valodas "stenogramma" - pārrakstīšana).
Otrajā posmā aminoskābes tiek apvienotas ar t-RNS molekulām, kuras secīgi sastāv no trim nukleotīdiem - antikodonsov, ar kura palīdzību tiek noteikts tā tripleta kodons.
Trešais posms ir polipeptīdu saišu tiešas sintēzes process, ko sauc pārraide. Tas notiek ribosomās.
Ceturtajā posmā veidojas proteīna sekundārā un terciārā struktūra, tas ir galīgās proteīna struktūras veidošanās.

Ziņojuma RNS (i-RNS) sintēze notiek kodolā. To veic pa vienu no DNS virknēm ar enzīmu palīdzību un ņemot vērā slāpekļa bāzu komplementaritātes principu. Tiek saukts DNS gēnos esošās informācijas pārrakstīšanas process uz sintezēto mRNS molekulu. transkripcija . Acīmredzot informācija tiek pārrakstīta RNS nukleotīdu secības veidā. DNS virkne šajā gadījumā darbojas kā veidne. RNS molekulā tās veidošanās procesā slāpekļa bāzes - timīna vietā ir iekļauta urācija.

G - C - A - A - C - T - vienas no DNS molekulas ķēdēm fragments; C - G - U - U - G - A - vēstneses RNS molekulas fragments.

RNS molekulas ir individuālas, katra no tām nes informāciju par vienu gēnu. Tālāk mRNS molekulas atstāj šūnas kodolu caur kodola apvalka porām un tiek novirzītas uz citoplazmu uz ribosomām. Arī aminoskābes šeit tiek piegādātas ar transporta RNS (t-RNS) palīdzību. tRNS molekula sastāv no 70–80 nukleotīdiem. Molekulas vispārējais izskats atgādina āboliņa lapu.

Lapas augšpusē ir antikodons(kodēšanas nukleotīdu triplets), kas atbilst noteiktai aminoskābei. Tāpēc katrai aminoskābei ir sava specifiska t-RNS. Proteīna molekulas montāžas process notiek ribosomās un tiek saukts pārraide. Uz vienas mRNS molekulas secīgi atrodas vairākas ribosomas. Katras ribosomas funkcionālajā centrā var ietilpt divi mRNS tripleti. Nukleotīdu koda triplets - t-RNS molekula, kas pietuvojusies proteīnu sintēzes vietai, atbilst m-RNS nukleotīdu tripletam, kas šobrīd atrodas ribosomas funkcionālajā centrā. Tad ribosoma gar mRNS ķēdi veic soli, kas vienāda ar trim nukleotīdiem. Aminoskābe tiek atdalīta no tRNS un kļūst par olbaltumvielu monomēru ķēdi. Atbrīvotā t-RNS iet malā un pēc kāda laika var atkal savienoties ar noteiktu skābi, kas tiks transportēta uz vietu. proteīnu sintēze. Tādējādi nukleotīdu secība DNS tripletā atbilst nukleotīdu secībai mRNS tripletā.

Sarežģītākajā olbaltumvielu biosintēzes procesā tiek realizētas daudzu šūnu vielu un organellu funkcijas.

Galvenā loma olbaltumvielu struktūras noteikšanā pieder DNS. DNS gabalu, kas satur informāciju par viena proteīna struktūru, sauc par gēnu. DNS molekula satur vairākus simtus gēnu. DNS molekula satur kodu aminoskābju secībai proteīnā noteikti kombinētu nukleotīdu veidā. DNS kods ir gandrīz pilnībā atšifrēts. Tās būtība ir šāda. Katra aminoskābe atbilst trīs blakus esošo nukleotīdu DNS ķēdes sadaļai.

Olbaltumvielu sintēze ir sarežģīts daudzpakāpju process, kas atspoguļo sintētisko reakciju ķēdi, kas norit pēc matricas sintēzes principa.

Tā kā DNS atrodas šūnas kodolā un proteīnu sintēze notiek citoplazmā, ir starpnieks, kas pārraida informāciju no DNS uz ribosomām. Šāds starpnieks ir mRNS. :

Olbaltumvielu biosintēzē tiek noteikti šādi posmi, kas notiek dažādās šūnas daļās:

1. Pirmais posms - kodolā notiek i-RNS sintēze, kuras laikā DNS gēnā esošā informācija tiek pārrakstīta uz i-RNS. Šo procesu sauc par transkripciju (no latīņu valodas "transkripts" - pārrakstīšana).

2. Otrajā posmā aminoskābes tiek savienotas ar t-RNS molekulām, kuras secīgi sastāv no trim nukleotīdiem - antikodoniem, ar kuru palīdzību tiek noteikts to tripleta kodons.

3. Trešais posms ir polipeptīdu saišu tiešās sintēzes process, ko sauc par translāciju. Tas notiek ribosomās.

4. Ceturtajā posmā veidojas proteīna sekundārā un terciārā struktūra, tas ir, veidojas proteīna galīgā struktūra.

Hromosomas (no grieķu "chroma" - krāsa, "soma" - ķermenis) ir ļoti svarīgas šūnas kodola struktūras. Viņiem ir liela nozīme šūnu dalīšanās procesā, nodrošinot iedzimtas informācijas nodošanu no vienas paaudzes uz otru. Tie ir tievi DNS pavedieni, kas pievienoti olbaltumvielām. Filamentus sauc par hromatīdiem, un tie sastāv no DNS, bāzes proteīniem (histoniem) un skābiem proteīniem.

Nedalošā šūnā hromosomas aizpilda visu kodola tilpumu un nav redzamas zem mikroskopa. Pirms dalīšanās sākuma notiek DNS spiralizācija, un katra hromosoma kļūst redzama mikroskopā. Spiralizācijas laikā hromosomas tiek samazinātas desmitiem tūkstošu reižu. Šajā stāvoklī hromosomas izskatās kā divi identiski pavedieni (hromatīdi), kas atrodas blakus un ir savienoti ar kopīgu vietu - centromēru.

Katram organismam ir raksturīgs nemainīgs hromosomu skaits un struktūra. Somatiskajās šūnās hromosomas vienmēr ir savienotas pārī, tas ir, kodolā ir divas identiskas hromosomas, kas veido vienu pāri. Šādas hromosomas sauc par homologām, un pāru hromosomu kopas somatiskajās šūnās sauc par diploīdām.

Tātad diploīdais hromosomu komplekts cilvēkiem sastāv no 46 hromosomām, kas veido 23 pārus. Katrs pāris sastāv no divām identiskām (homologām) hromosomām.

Hromosomu struktūras īpatnības ļauj atšķirt to 7 grupas, kuras apzīmē ar latīņu burtiem A, B, C, D, E, F, G. Visiem hromosomu pāriem ir sērijas numuri.

Vīriešiem un sievietēm ir 22 identisku hromosomu pāri. Tos sauc par autosomām. Vīrieši un sievietes atšķiras ar vienu hromosomu pāri, ko sauc par dzimuma hromosomām. Tie ir apzīmēti ar burtiem - liels X (C grupa) un mazs Y (C grupa). Sievietes ķermenī ir 22 autosomu pāri un viens pāris (XX) dzimuma hromosomu. Vīriešiem ir 22 pāri autosomu un viens pāris (XY) dzimuma hromosomu.

Atšķirībā no somatiskajām šūnām, dzimumšūnās ir puse no hromosomu komplekta, tas ir, tajās ir viena hromosoma no katra pāra! Šādu kopu sauc par haploīdu. Haploīdais hromosomu komplekts rodas šūnu nobriešanas procesā.