A fehérje bioszintézise az eljárások sorozata biokémiai , amely lehetővé teszi sejtek , hogy készítsen a fehérjéket a saját génjei , hogy kompenzálja a veszteségeket a fehérje szekrécióját vagy lebomlását . Ez magában foglalja a következő lépéseket transzkriptum l ' DNS be hírvivő RNS , hogy aminoacylation a transzfer RNS , a fordítás a hírvivő RNS-be polipeptidlánc a poszttranszlációs módosításoknak az utóbbi, és végül fehérje feltekeredés és gyártott. Több szinten szigorúan szabályozott, elsősorban a transzkripció és a transzláció során.
A genetikai anyag sejtek alkotják DNS amelyen genetikai információt szerveződik gének , vagy cisztron , és kódoljuk, egymást követő kodonját három nukleotid . Minden kodon egy adott aminosavnak felel meg: a kodonok és az aminosavak közötti megfelelés alkotja a genetikai kódot . A fehérjék bioszintézisére áll szintetizálására polipeptid-lánc , amelynek peptid szekvenciája határozza meg a nukleotid-szekvencia - és így az egymást követő kodonok - a megfelelő gén. Ehhez a DNS-t először egy RNS-polimeráz írja át messenger RNS-be . Az eukariótákban ez a hírvivő RNS egy sor poszt-transzkripciós módosításon megy keresztül - sapka hozzáadása , poliadenilezés , splicing -, majd a sejtmag pórusain keresztül eljut a citoplazmába . Ugyanakkor a citoplazmában az aminosavak mindegyike specifikus aminoacil-tRNS szintetázuk révén aktiválódik transzfer RNS-jük révén : mindegyik proteinogén aminosavhoz létezik egyfajta transzfer RNS és egy specifikus aminoacil-tRNS szintetáz. Mindegyik transzfer-RNS különbözik, és van egy specifikus antikodonja , amely három nukleotidból áll, amely egy messenger RNS-kodonnal komplementer szekvenciát képez : ez a specifitás biztosítja az adott kodon és egy meghatározott transzfer-RNS-hez kapcsolt egyetlen aminosav közötti megfelelést.
A citoplazmába kerülve a messenger RNS-eket specializált organellumok, úgynevezett riboszómák , egymás után olvassák , amelyek több mint ötven különböző fehérjével komplexelt riboszomális RNS-ekből állnak. Ezek a riboszómák összegyűjtik az aminosavakat, amikor áthaladnak a messenger RNS kodonjain, és ezáltal az utóbbi transzlációját hajtják végre : az aminoacil-tRNS-ek antikodonjuk révén egymás után kötődnek a messenger RNS kodonjaihoz, és a riboszóma katalizálja a peptidkötés a születő polipeptidlánc és az átviteli RNS által biztosított aminosav között. Ily módon a fehérjék peptidszekvenciája szorosan illeszkedik az expresszált gének nukleotidszekvenciájához. Az eukariótákban a messenger RNS fehérjékké történő transzlációja a riboszómák révén a sejt citoplazmájában zajlik le citoplazmatikus fehérjék esetében, vagy az úgynevezett durva endoplazmatikus retikulumban a kiválasztásra szánt fehérjék vagy membrán számára. Lehetséges, hogy poszttranszlációs módosítások , például glikozilezés ( kóros kötés az ózonokhoz ) követik a Golgi-készüléket , amelyek a sejtjelzés fontos elemét képezik . A prokariótákban a DNS transzkripciója messenger RNS-be és utóbbi fehérjékké történő transzlációja a citoplazmában zajlik, és egyidejű lehet, a transzláció megkezdődik, miközben a transzkripció még nem teljes. Ez az egyidejűség a fordítás fontos típusú szabályozását eredményezi.
A funkcionális fehérjéket leggyakrabban génekből szintetizálják egy messenger RNS közvetlen fordításával. Ha azonban egy fehérjét nagyon gyorsan vagy nagy mennyiségben kell előállítani, akkor mindenekelőtt egy fehérje prekurzor, amelyet a gén expressziója hoz létre. A proprotein kifejezés egy vagy több gátló peptidet tartalmazó inaktív fehérje ; ez lehet aktiválni, hogy egy funkcionális fehérje hasításával a gátló peptid proteolízis során egy poszt-transzlációs módosítást . A preprotein olyan forma, amely az N- terminális végén egy szignálpeptidet tartalmaz, amely meghatározza a membránba vagy a membránon keresztüli beépülését, és kiválasztja szekrécióját; ez a szignálpeptid hasad az endoplazmatikus retikulumban. A szignálpeptidet és a gátló peptidet egyaránt tartalmazó formát preproproteineknek nevezzük.
Az első lépés a fehérje szintézis a transzkripció egy gén a DNS egy molekula hírvivő RNS (mRNS). RNS olyan szerkezete nagyon hasonló a DNS-t, de egyszálú míg a DNS hajlamos kettős - szálú szerkezetek , a dózis a ribóz helyett dezoxiribóz , és uracil helyettesíti timin. . Ez a folyamat zajlik még a nucleus of sejtek az eukarióták és a citoszolban sejtek prokarióták ; ennek a különbségnek fontos következményei vannak a szintetizált RNS feldolgozására. Az eukarióták, az a tény, hogy az RNS-belép a citoplazmába keresztül nukleáris pórusokon a kifejezés eredete RNS „messenger.” Transcription lehet három részre osztja: elindítása, meghosszabbítása és terminációs, egyes szabályozott. Által nagyszámú fehérjék , ilyen mint transzkripciós faktorok , és koaktivátorok , amelyek biztosítják, hogy a megfelelő gén íródik át. iniciációs kezdődik egy promoter , azaz egy nukleotid-szekvencia , amely a tipikus szekvenciák, mint például a TATA-box ( TATAA konszenzus szekvencia ) a eukarióták , és a Pribnow dobozt (TATAAT konszenzus szekvenciával ) a prokariótákban . Ezek a szekvenciák gazdag adenin - timin párokat , egyesült csak két hidrogénkötések , ellentétben a pár guanin - citozin , amelyek kapcsolódnak három hidrogénkötéssel: ez megkönnyíti a nyitás a DNS kettős spirál egy helikáz , felszabadítja egy a két szál bemásoljuk RNS a. Polym RNS Érase ( az eukarióta RNS-polimeráz II ) ezt a DNS-szegmenst a 3 '→ 5' irányban olvassa, miközben a messenger RNS- t az 5 '→ 3' irányban szintetizálja .
A sejtben található összes gén nem feltétlenül kódolja a fehérjéket: nagyon sok közülük úgynevezett „nem kódoló” RNS-eket kódol, mert nem messenger RNS-ek, amelyek aminosav- kodonokat hordoznak, hanem például riboszomális RNS-ek vagy transzfer-RNS-ek , tehát hogy a hírvivő RNS csak egy részét képezi annak az RNS-nek, amely a gének RNS-polimerázok általi átírásából származik. A prokariótákban egy fehérjegén transzkripciós terméke közvetlenül használható messenger RNS-ként. Az eukariótákban viszont egy elsődleges transzkriptumról beszélünk, amelynek még mindig át kell esnie bizonyos számú poszt-transzkripciós módosításon, amelyek a messenger RNS érését jelentik, mielőtt működőképessé válna.
A fő poszttranszkripciós módosítások a pre-messenger RNS hozzáadásával kupak a 7-metil -trifoszfát az 5 „végén, és egy poli (A) farok (50-től 250 nukleotid a adenin ) a 3 'végén, majd a splicing , amely az intronokat (a gén azon szakaszai, amelyek nem kódolnak polipeptidet) eliminálnak, elválasztva az exonokat (amelyek maguk is kódolják). Ez a toldás változó lehet ( alternatív illesztés ).
Ezután a Messenger RNS lefordítható .
Amint a szál a hírvivő RNS elérte a citoplazmába , ahol a helyét egy fordítást , hogy kötődik egy riboszóma . Ez utóbbi egy organell , amely egy 60S alegységből és egy 40S alegységből áll eukariótákban , valamint egy 50S alegységből és egy 30S alegységből, amely prokariótákból áll . A riboszómák fehérjék és RNS-ek komplexei, amelyeket riboszomális RNS- eknek nevezünk . Az aminosavakat összerakva fehérjéket képeznek a messenger RNS nukleotidszekvenciája szerint, ennek a szekvenciának minden kodonja megfelel a szintetizálandó fehérje aminosavának.
A riboszómáknak három figyelemre méltó helyük van, A, P és E jelöléssel:
A proteinbe való beépüléshez egy proteinogén aminosavat először észterkötéssel kell kötni a megfelelő transzfer RNS 3'-végéhez . Ezt az aktiválást egy aminoacil-tRNS-szintetáz hajtja végre . Annyi transzfer RNS és aminoacil-tRNS szintetáz van, ahány aminosav van. A 22 proteinogén aminosavak , csak a szeleno-cisztein egy kivétel, mivel ez a termék közvetlenül a transzfer RNS- szerin .
Háromdimenziós elrendezést a fenilalanin tRNS a Saccharomyces cerevisiae ( EKT- 1EHZ ).
(en) fenilalanin tRNS- je az élesztőben , jelezve az antikodon vöröset és a fenti aminosavval észterezett hidroxil- 3'-OH -t .
A polipeptidlánc bioszintézise általában egy AUG kodonban kezdődik , amely metionint kódol . A prokariótákban , ez egy maradékot az N -formylméthionine , amely beépül a kezdeti helyzetbe, míg eukariótákban , jelentése metionin csoport, amely lehet hasított később. Két külön transzfer RNS létezik attól függően, hogy az AUG kodon egy iniciációs kodon vagy egy kiterjesztés kodon.
A kezdőkodon különbözhet az AUG kodonjától: lehet például a CUG és az UUG kodon, amelyek normál esetben leucint kódolnak , de ha kezdőkodonként olvassuk, metionin kodonként értelmezzük őket.
A riboszóma kodonnal (transzlokációval) bejárja a hírvivő RNS szál kodont, és transzfer RNS (tRNS) útján hozzáad egy aminosavat a szintetizálandó fehérjéhez az olvasott kodon függvényében. A protein termelődik kezdve a végén N -terminális , és befejezve a végén C -terminális . A riboszóma a messenger RNS mentén halad tovább megnyúlási tényezők hatására , amelyek energiájukat egy GTP- molekula hidrolíziséből nyerik .
Pontosabban, a prokariótákban található EF-Tu (43 kDa ) és az eukariótákban található eEF-1α (53 kDa) fehérjék kötődnek a citoplazmában lévő aminoacil-tRNS-hez, és az utóbbit az A hely riboszómájának bejutásáig kísérik; ha a tRNS antikodon megfelel az mRNS kodonnak, akkor az EF-Tu vagy az eEF-1α fehérjék hidrolizálnak egy GTP molekulát (akomodáció), amelynek hatása az, hogy leválasztják őket az aminoacil-tRNS-ről, és az utóbbit teljes mértékben az A helyen sürgetik. hatással van arra, hogy a riboszóma P helyéhez kötött tRNS-hez kötődő születő polipeptidláncot hozza létre, az aminosav aminosav-amino-acil-tRNS-t az a helyhez kötve: a riboszóma ezután katalizálja a peptidkötés képződését , amelynek eredményeként az aminosav által meghosszabbított peptidlánc transzferje az A helyhez kapcsolt tRNS-be (transzpeptidálás), így a P hely tRNS-je mentes minden aminosavval való kötődéstől.
Ezután az EF-G (77 kDa ) fehérjék prokariótákban és az eEF-2 (70-110 kDa ) az eukariótákban, amelyeket korábban transzlokáknak neveztek, a peptid-tRNS-t az A helyről egy köztes helyzetbe tolják a P hellyel, d 'ahol a A P-helyről származó tRNS-t szintén közbenső helyzetbe tolják az E-hellyel. Egy második GTP-molekula hidrolízise befejezi ezt a mozgást (transzlokáció), a peptidil-tRNS-t a P-hely felé tolja, a tRNS-t pedig szabad az E-hely felé: ez utóbbi elhagyja a riboszómát, amely három nukleotidot - vagyis egy kodont - utazik a hírvivő RNS mentén. Az A hely ezután szabadon elhelyezhet egy új aminoacil-tRNS-t a következő kodon előtt.
A stop kodon (UAA, UGA vagy UAG) elérése után a fehérjeszintézis befejeződött: a riboszóma leválik a fehérjéről és a messenger RNS-szálról, és a fehérje felszabadul a sejtbe. A riboszóma két alegységre oszlik, és további szintézishez vezethet egy másik messenger RNS-en. Ezután megkezdődik a fehérjék transzportja , amely kiviszi őket a sejtből a vérrendszerbe, vagy akár az őket szintetizáló sejt belsejébe.
Ugyanaz a messenger RNS szál használható több fehérje molekula egyidejű bioszintézisére, ha több riboszóma vesz részt. Elpusztítása előtt ez a molekula részt vesz körülbelül 10-20 fehérje szintézisében.
Minden kodon, amely nem stop kodon, egy proteinogén aminosavat kódol ; egyes stopkodonok bizonyos körülmények között aminosavakat is kódolhatnak. A kodonok és az aminosavak közötti megfelelés a genetikai kód alapja :
1 st bázis |
2 ND bázis |
3 rd bázis |
|||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
U | VS | NÁL NÉL | G | ||||||
U | UUU | F Phe | UCU | S Ser | UAU | Y Tyr | UGU | C Cys | U |
UUC | F Phe | UCC | S Ser | UAC | Y Tyr | UGC | C Cys | VS | |
UUA | L Leu | UCA | S Ser | UAA | Stop okker | UGA | Opál /U Sec / Trp leállításaW | NÁL NÉL | |
UUG | L Leu / beavatás | UCG | S Ser | UAG | Állj meg borostyán /O Pyl | UGG | W Trp | G | |
VS | CUU | L Leu | CCU | P Pro | CAU | H Övé | CGU | R Arg | U |
CUC | L Leu | CCC | P Pro | CAC | H Övé | CGC | R Arg | VS | |
AUC | L Leu | CCA | P Pro | CAA | Q Gln | CGA | R Arg | NÁL NÉL | |
CUG | L Leu / beavatás | CCG | P Pro | CAG | Q Gln | CGG | R Arg | G | |
NÁL NÉL | AUU | I Sziget | ACU | T Thr | AAU | N Asn | AGU | S Ser | U |
AUC | I Sziget | ACC | T Thr | AAC | N Asn | AGC | S Ser | VS | |
AUA | I Sziget | AHHOZ | T Thr | AAA | K Liliomok | AGM | R Arg | NÁL NÉL | |
AUGUSZTUS | M Met & beavatás | ACG | T Thr | AAG | K Liliomok | AGG | R Arg | G | |
G | GUU | V Val | GCU | A Hoz | GAU | D Áspiskígyó | GGU | G Gly | U |
GUC | V Val | ÖET | A Hoz | GAC | D Áspiskígyó | GGC | G Gly | VS | |
GUA | V Val | GCA | A Hoz | GAA | E Ragasztó | GGA | G Gly | NÁL NÉL | |
GUG | V Val | GCG | A Hoz | GAG | E Ragasztó | GGG | G Gly | G |
20 különböző AA-ból 20 teljesítmény 2 dipeptidet, vagy 400 szintetizálhatunk. 20 erő 3 tripeptidet, vagy 8000 stb. Az 500 AA-t tartalmazó fehérje esetében, amely meglehetősen gyakori fehérjéknek felel meg, 20 500-as teljesítményt kapunk. Ez a bemutatás lehetővé teszi, hogy minden értékét átadjuk a transzkripció és a transzláció alapvető pontosságának, hogy a sejt szintetizálhasson. szüksége van rá. Ha több kodon felelhet meg egy AA-nak (redundáns kód), akkor a kodon csak egy adott AA-nak felelhet meg.
A polipeptid lánc révén újonnan szintetizálódott riboszómák mehetnek keresztül poszt-transzlációs módosítások , amelyek a repertoár kiszélesítésére a 22 proteinogén aminosavak kémiai módosításával a oldalláncok bizonyos maradékok . Ez lehet például kötődnek kovalensen a funkciós csoportok , mint a foszfát ( foszforiláció ), acetát ( acetilezés ) vagy metil ( metiláció ), vagy a monoszacharidok , a oligoszacharidok vagy poliszacharidok ( glikozilezés ) vagy a lipidek ( prenilálás ).
A poszttranszlációs módosítások egyéb formái bizonyos peptidkötések lehasításából állnak , például egy fehérje prekurzorból egy funkcionális fehérje képződéséig , mint például az inzulin esetében , amelyet a képződés után kétszer hasítanak, a diszulfid hidak .
A fehérjék kiteljesedéséhez vezető lépések egymás utáni felfedezéséhez a biológusok fő technikaként alkalmazzák az impulzus-üldözés vagy az impulzus-üldözés módját, amely négy fő lépésben zajlik.
Az új táptalaj sejtjeit rendszeres időközönként eltávolítjuk; akkor két technikánk van ennek az élménynek a kihasználására. Az első az autoradiográfia; a második ultracentrifugáláson megy keresztül, és pontosabbá teszi az eredményeket. A sejt egy szakaszát úgy készítjük el, hogy rögzítjük, majd mikrotommal vágjuk. A kapott ostyára ezüstszemcséket tartalmazó fényképes filmet raknak le, és az egészet néhány hétig sötétben állni hagyják. A sejt által asszimilált radioaktív magok felbomlásából származó elektronok az Ag + -ionokat fekete ezüstszemcsékké redukálják , így „fényképet” kapnak a sejtes radioaktivitás lokalizációjáról. Így különböző „vadászati” idővel rendelkező vékony szakaszok megfigyelésével nyomon követhető a fehérjék sejt útja szintézisük során. A vékony szakasz elektronjai azonban meglehetősen messze jelölhetik a fényképező lemezt emissziós zónájuktól (fél mikrométer nagyságrendű pontossággal). Így például nem lehet tudni, hogy az organelle radioaktivitása a falai között van-e vagy esetleg éppen kívül van-e. A második táptalaj sejtjeinek minden mintáját nagy sebességgel centrifugáljuk. Így több egymást követő centrifugálás után növekvő gyorsítással különböző sejtfrakciókat kapunk, tömegük szerint osztályozva. Ismerjük a különböző organellák ( endoplazmatikus retikulum , Golgi-készülék , sejtmag ) és a centrifugálás utáni frakciók közötti megfelelést. Így, ha megmérjük az egyes frakciók radioaktivitását, akkor megtudhatjuk, hogy a jelzett aminosavak melyik organellában találhatók a mintavételkor. Ebből levezetik a radioaktivitás-eloszlás görbéit az egyes sejtrészletek időfüggvényében, ami lehetővé teszi az újonnan fehérjékké összeállított aminosavak útjának megtalálását.